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【智库数据】应用研究关注科学与社会的可持续发展

已有 883 次阅读 2021-10-15 10:44 |个人分类:智库数据|系统分类:观点评述

2021年10月4日至6日,万众瞩目的诺贝尔三大自然科学奖——生理学或医学奖、物理学奖和化学奖陆续公布。生理学或医学奖共同授予David Julius和Ardem Patapoutian,“以表彰他们发现了温度和触觉感受器”;化学奖因“不对称有机催化的发展”而共同授予Benjamin List和David WC MacMillan;物理学奖被授予“对理解复杂系统的开创性贡献”,一半因“对地球气候的物理建模、量化可变性和可靠地预测全球变暖”研究共同授予Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann,另一半因“发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和波动之间的相互作用”而授予Giorgio Parisi。


地球气候是一个对人类至关重要的复杂系统。Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann为我们了解地球气候以及人类如何影响它奠定了基础。Syukuro Manabe展示了大气中二氧化碳含量的增加如何导致地球表面温度升高。在 1960 年代,他领导了地球气候物理模型的开发,并且是第一个探索辐射平衡与气团垂直输送之间相互作用的人。他的工作为当前气候模型的发展奠定了基础,大约十年后,Klaus Hasselmann创建了一个将天气和气候联系在一起的模型,从而回答了为什么气候模型在天气多变且混乱的情况下仍然可靠的问题。他还开发了识别特定信号、指纹的方法,表明自然现象和人类活动都在气候中留下印记。他的方法已被用来证明大气温度升高是由于人类排放二氧化碳。


Syukuro Manabe在采访中提到“我的工作基于物理学,但它是应用物理学、地球物理学。我所做的这类气候变化研究也是第一次获得诺贝尔奖。”确实,梳理往届诺贝尔物理学奖可以发现该奖项更加青睐于基础研究,而Syukuro Manabe和 Klaus Hasselmann因“对地球气候的物理建模、量化可变性和可靠地预测全球变暖”研究获奖让很多人感到意外,但是回溯诺贝尔奖历史可以发现,这项与全球气候变暖相关的应用研究将人们的视野引入了科学与社会的关系,诺贝尔奖其实早已与全球气候变化结缘。因此,本篇推文以2021年诺贝尔奖所授予的应用研究为锚点,探究人类社会与自然科学的探究之路。


诺贝尔奖与气候变化的三次结缘


2007年诺贝尔和平奖——号召人们重视全球气候变暖的行为


2007年美国前副总统阿尔·戈尔与联合国政府间气候变化专家小组成员因为号召人们重视全球气候变暖的行为获得诺贝尔和平奖。挪威诺贝尔委员会表示必须以最严肃的态度对待地球未来气候变化的迹象,并将预防原则放在首位。广泛的气候变化可能会改变和威胁大部分人类的生活条件,引发大规模迁移并导致地球资源的竞争加剧。这种变化会对世界上的弱势国家带来沉重的负担,同时国家之间与国家内部发生冲突或战争的可能性也会增加。政府间气候变化专门委员会(IPCC)由来自一百多个国家的数千名科学家与官员组成,就人类活动与全球变暖之间的联系达成了广泛共识,并通过持续发布科学报告,进一步确定了全球变暖的规模。2007年的和平奖新闻稿中,挪威诺贝尔委员会就公开表示在气候变化超过人类可控范围之前,必须采取有力的行动,敦促各界为了人类安全与可持续发展做出努力。


2018年诺贝尔经济学奖——将气候变化纳入长期宏观经济分析


2018 年美国经济学家William D. Nordhaus和Paul M. Romer因“将气候变化和科技创新整合进了长期宏观经济分析中”获得经济学奖。Nordhaus早在上个世纪七十年代就开始研究了全球经济与气候变化之间相互作用的方式,重点关注因化石燃料的持续广泛燃烧而导致的地球气候变化。人们早就知道这一类活动会增加大气中的二氧化碳和其他温室气体浓度,从而会导致全球平均气温上升,引起温室效应。为了捕捉这种相互作用,Nordhaus构建了经济气候系统模型,后来被称为综合评估模型 (IAM),它结合了物理和化学的基本理论和结果,并展示了全球变暖的增长速度和发生机制,同时涉及了政府可采用的相关气候政策,比如碳税或排放配额,Nordhaus还使用了动态经济气候模型来量化未来各种气候情况的长期经济成本与收益。他提出通过对所有国家统一征收的碳税计划能够实现人类福利的最大化。他的研究不仅拓宽了经济分析的范围,也在一定程度上回答了人类可持续发展与经济可持续增长的宏观问题,让全球开始思考自然与人类长期和谐共处所需要付出的努力。


2021年诺贝尔物理学奖——地球气候的物理建模并可靠地预测全球变暖


Manabe和Hasselmann因其在开发气候模型方面的开创性工作而获得诺贝尔奖,早在上世纪五十年代,Manabes的研究目的是了解二氧化碳的水平增加如何导致温度升高,六十年代他便开始领导物理模型的开发工作,根据其气候模型可以证实二氧化碳的增加会导致温度增加,它预测了靠近地面会导致温度升高,而远离地面高层大气会变冷。如果太阳辐射的变化是导致温度升高的原因,那么整个大气应该同时被加热。在六十年前电脑的计算速度仅为现在的几十万分之一,因此该模型相对简单,但Manabes正确地掌握了问题的关键。在Manabes研究气候模型的十年后,Klaus Hasselmann延续了他的工作,并将天气和气候联系起来,提出用快速变化的噪声来描述混沌变化的天气现象,并给长期的天气预测提供了坚实的科学基础。在建立了气候变化模型之后,Hasselmann就发展了识别人类对气候系统影响的方法。他发现,这些模型包含了有关噪声和信号特性的充分信息,最终利用大量独立观测数据证明了人类对气候的影响。通过卫星测量和天气观测,气候模型变得越来越精细,它清楚地显示了加速的温室效应:自 19 世纪中叶以来,大气中的二氧化碳含量增加了 40%,数十万年来地球的大气层从未包含如此多的二氧化碳。因此,温度测量表明在过去的 150 年中全球温度升高了1度。气候模型明确告诉我们地球正在升温,人类的排放是导致气温升高的原因。


诺贝尔奖与人类可持续发展


全球变暖只是当前危险人类社会安全与可持续发展的议题之一,生活环境的变化、生存资源的短缺、人类轨迹对环境的威胁等都与所有人息息相关。诺贝尔奖也一直在为世界更具可持续性而努力。


1970年诺贝尔和平奖——给予希望的绿色革命


Norman Borlaug是绿色革命之父,他在 27 岁时获得植物保护博士学位,并于 1940 年代和 1950 年代在墨西哥工作,Borlaug 推荐了改进的栽培方法,并研发了适应墨西哥条件的小麦品种——矮小麦。1956年墨西哥已实现小麦自给自足。二十世纪六十年代中期他将矮小麦引入印度和巴基斯坦,产量大幅增加。他的工作是后来被称为“绿色革命”的核心,它使世界各地的国家能够自给自足。


1995年诺贝尔化学奖——表彰他们在大气化学方面的工作,特别是在臭氧的形成和分解方面



1974 年,Mario Molina和Sherwood Rowland发表了一篇文章,他们证明了氯氟烃 (CFC) 气体对大气中的臭氧有破坏作用。当时CFC有很多用途,包括喷雾罐中的推进剂和冰箱中的制冷剂。Molino和Rowland的研究导致对 CFC 的限制,但很快就发现需要采取更严厉的行动。1985年科学家发现南极上空的臭氧层中间出现巨大的洞口,40%到50%的臭氧消失,相当于美国总面积的两倍。由于臭氧消失会令更多紫外线辐射到达地球表面,对人体健康有危害,部分归功于早前对CFC和臭氧的研究,1987年联合国邀请了26个会员国在加拿大蒙特利尔签署《蒙特利尔议定书》,减少使用氯氟烃,保护臭氧层,到今天臭氧层的消耗已经放缓。


2004年诺贝尔和平奖——对可持续发展、民主与和平的贡献


Wangari Maathai是第一位获得诺贝尔和平奖的非洲女性、第一位获得博士学位的东非和中非女学者、肯尼亚有史以来第一位女教授。1977年,Maathai开始鼓励妇女在她的祖国肯尼亚植树以对抗森林砍伐。她的绿带运动为妇女提供了工作,并成为民主斗争的象征。该运动传播开来,导致在整个非洲植树造林——如今仅在肯尼亚就已种植了超过5100万棵树木。在近三十年的时间里,她动员贫困妇女种植了3000万棵树,她的方法也被其他国家采用。她的战略不仅仅是保护现有环境,而是确保和加强生态可持续发展的基础。


2018年诺贝尔化学奖——酶的定向进化



化学奖得主Frances Arnold一直对环境可持续发展感兴趣,她所研发的可以使化学反应更快、更有效地运行的酶将使化学物质制造过程更加环保,也可用作可再生燃料的生产。她在采访中提到“这些应用让我兴奋不已,因为通过使用大自然发明的设计过程和分子,我看到了地球的可持续未来”。


总结


虽然这些奖项在历史中可能仍存在争议,但在人类命运共同体背景下,诺贝尔奖也许正在用它的方式呼吁人们关注我们所赖以生存的地球。新冠疫情仍在全球肆虐,人类社会与自然环境的和谐共处是可持续发展的重要议题。今年诺贝尔物理学奖的授予理由是对复杂系统的理解,而可持续发展同样也是一个复杂系统,它关乎环境、资源、经济、生态、社会和政治等方面因素的交织与相互作用,广泛涉及自然科学与社会科学。因此在仰望诺贝尔奖之时也应当思考,即使我们无法成为伟大的人,我们能够为人类文明可持续发展做些什么呢?




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