全球变暖|刚获了诺奖的科学家怎样预测了全球变暖？( 二 ) 二氧化碳

克劳斯·哈塞尔曼博士来自位于德国汉堡的马普气象研究所，是该研究所的创始人。哈塞尔曼的贡献之一是提出了描述气候变化的随机气候模型，把长时间尺度的气候变化解释为短时间尺度的天气过程的“累积” ，从而在混沌随机的天气过程和稳定的气候变化之间架起了桥梁。
克劳斯·哈塞尔曼的随机气候模型，能够完美解释自然气候变率。在人类出现于地球后的数万年发展过程中，绝大部分时间对居住环境和相应气候条件这种自然变化是被动地适应的。如何解释这种自然振荡的物理成因，哈塞尔曼1976年发表著名论文提出了随机气候模型，认为快速变化的白噪声天气的变率，可能造成气候系统的慢变化红噪声响应。以大气对海洋的强迫为例，时刻都处于运动之中的快速变化的大气，能够引起与之相耦合的缓慢变化的海洋产生年代际或更长尺度的运动。如今， “哈塞尔曼机制”和大名鼎鼎的“混沌之父”、提出“蝴蝶效应”的洛伦兹发现的“洛伦兹机制”并列为可解释气候系统自然变率的两大机制之一，后者认为混沌性的短期天气变率自身就可以产生气候事件尺度的变率。
克劳斯·哈塞尔曼的另一个贡献是，提出了包括温室气体在内的影响因子会在气候变化序列中留下特定的信号，这种特定的信号可以被称为“指纹” ，通过分离出这种指纹，我们可以检测出人类活动对气候变化的影响。这是我们开展气候变化检测归因研究的理论基础。
克劳斯·哈塞尔曼的两项成就，对定量估算人类活动在气候变化中的贡献十分关键。正是基于检测归因技术， IPCC第六次评估报告得出结论， “毋庸置疑，人为影响正在使得大气、海洋和陆地变暖” 。
两位获奖者成就立足于百年气候变化科学探索
诺奖官方新闻稿写道， “我们不能再说我们不知道——气候模式是明确的：地球在升温吗？是的。是因为大气中温室气体含量的增加吗？是的。可以仅仅用自然因素来解释吗？不是的。人类的排放物是温度升高的原因吗？是的。 ”
对于上述四个问题的回答，真锅淑郎的工作为回答前两个问题奠定了基础，而克劳斯·哈塞尔曼的工作则为回答后两个问题奠定了基础。两位获奖人的工作，彼此也相辅相成，因为气候变化的检测归因依赖于气候模式及其模拟试验结果，没有气候模式支撑，克劳斯·哈塞尔曼的检测归因就无从实现；同时，若没有克劳斯·哈塞尔曼关于信噪比和检测归因的理论研究及其方法，我们就无法利用气候模拟试验和统计技术来定量回答观测中的变化到底有多少人类活动的贡献，气候模式的重要作用就要打折扣。
两位气候物理学家的获奖研究表明，我们关于气候的知识，是基于对观测的严格分析，建立在坚实的科学基础之上的。气候变化的理论和结论，都是基于非常严格、复杂的数学和物理理论得出的。
回顾气候变化科学的百年征程，气候变化科学的物理理论得到科学界的认同和表彰委实不易。
1827年，法国数学家和物理学家约瑟夫·傅里叶发现了温室效应；
1861年，英国物理学家丁泽尔在实验室里证明温室效应；
1896年，诺贝尔化学奖得主、瑞典化学家斯万特·阿伦尼乌斯在温室效应的物理原理基础上提出了人造温室效应的可能性，他认为，工业化会造成二氧化碳增多，导致全球温度升高，他认为如果大气二氧化碳增加一倍，温度将升高5-6℃ ，反之，如果大气中的二氧化碳浓度减半，则将足以使地球进入下一个冰河世纪；
1901年，斯万特·阿伦尼乌斯的同事气象学家尼尔斯·古斯塔夫·埃科赫姆第一次使用温室效应这个词来描述大气吸热与逆辐射过程；
1949年，剑桥大学R.M.古迪首次创造性地提出利用辐射-对流过程来解释对流层顶和平流层低层温度的热力平衡；
1956年，美国约翰霍普金斯大学普拉斯指出15μ二氧化碳波段上的辐射效应，若二氧化碳加倍，全球将变暖3.6℃ ，若减半则将变冷3.8℃ 。
辐射传输理论的丰厚研究积累，最终使得真锅淑郎和理查德·韦瑟尔德于1967年利用简化的一维辐射对流平衡模型，真实地模拟重现了观测的大气垂直温度廓线，并定量估算了二氧化碳导致的全球增暖，提出了其中水汽的重要反馈作用。大气物理学界跨越世纪的丰厚研究成果的整体支撑，是真锅淑郎等在全球变暖物理机理研究上取得突破的重要支撑。这也意味着，气候变化科学作为一门具有严格数学和物理基础的科学，也从此被科学界所认同，这一认同和表彰的确来之不易。