Na de tweede wereldoorlog, veel van de slimste wetenschappers van Japan vonden werk in Noord-Amerikaanse laboratoria. Syukuro (Suki) Manabe, een 27-jarige natuurkundige, maakte deel uit van deze braindrain. Hij werkte aan weersvoorspellingen, maar verliet Japan in 1958 om deel te nemen aan een nieuw onderzoeksproject van de US Weather Service om een ​​numeriek model te ontwikkelen dat zou kunnen worden gebruikt om het klimaat te bestuderen.

Samen met Joseph Smagorinsky, de visionaire eerste directeur van het Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, Manabe leidde een team van computerprogrammeurs om ontbrekende natuurkunde toe te voegen aan het weermodel van het lab. Zelfs de beste computers ter wereld waren destijds veel minder krachtig dan de huidige mobiele telefoons. Dus om het model te laten werken, Manabe moest de fysica zo eenvoudig mogelijk maken. Dit betekende het maken van een reeks coderingsbenaderingen om te kwantificeren hoe de lucht warmte en waterdamp uitwisselde met het land, oceaan en ijs.

Deze ontwikkeling van klimaatmodellen - de eerste in zijn soort - was een ambitieus 20-jarig project dat Manabe uiteindelijk een deel van de Nobelprijs voor natuurkunde in 2021 opleverde. Halverwege deze periode kwam het belangrijkste artikel:Manabe en Wetherald (1967).

Manabe is typisch bescheiden over de bedoelingen achter het werk en uit het lezen van de titel, "Thermisch evenwicht van de atmosfeer met een gegeven verdeling van relatieve vochtigheid", het is je misschien vergeven dat je denkt dat het een beetje saai kan zijn. Maar het Nobelcomité, ikzelf en de honderden collega's over de hele wereld die het hebben uitgeroepen tot het meest invloedrijke klimaatwetenschappelijke artikel aller tijden, zou smeken om te verschillen.

In een poging om de code te vereenvoudigen, Manabe en zijn collega Richard Wetherald wilden het minimum aantal discrete niveaus weten dat in zijn modelatmosfeer moest worden gebruikt. Ze wilden ook weten welke broeikasgassen in het model moesten worden opgenomen om adequaat weer te geven hoe de temperatuur varieert met de hoogte, aangezien deze gassen warmte absorberen die van het aardoppervlak wordt uitgezonden, maar op verschillende niveaus. Hun driedimensionale klimaatmodel was te computerintensief om deze modeltests uit te voeren, dus moesten ze een eenvoudiger eendimensionaal model bouwen. Ze wilden simuleren hoe straling en wolken op elkaar inwerken om warmte en waterdamp door de atmosfeer te herverdelen.

Het grootste deel van het artikel houdt zich bezig met het bouwen van het eenvoudige model en het doen van deze tests. Maar ze doen ook twee andere experimenten in de krant om te kwantificeren hoe broeikasgas het klimaat kan veranderen. En hier vond de doorbraak plaats:ze ontdekten dat ze het perfecte model hadden gebouwd om nauwkeurig in te schatten hoe menselijke activiteiten de temperatuur van het aardoppervlak zouden kunnen veranderen.

Hun eerste dergelijke klimaatveranderingsexperiment was niet om te kijken naar de rol van koolstofdioxide, maar was om te kijken naar de effecten van waterdamp die hoog in de stratosfeer werd geïnjecteerd door een potentiële vloot van supersonische jets, aangezien dit en een mogelijke nucleaire winter de onmiddellijke zorgen van die tijd waren. Echter, hun tabel 5 gaat de geschiedenis in als de eerste robuuste schatting van hoeveel de wereld zou opwarmen als de kooldioxideconcentraties zouden verdubbelen. Manabe en Wetherald schatten een opwarming van 2,36℃, niet ver van de beste schatting van vandaag van 3℃.

Eerdere pogingen om de opwarming door toename van koolstofdioxide te schatten, liepen op niets uit, terwijl wetenschappers worstelden om erachter te komen hoe waterdamp, het belangrijkste broeikasgas in de atmosfeer, zou reageren als de aarde opwarmde. Het eenvoudige model van Manabe en Wetherald zou waterdamp nauwkeurig kunnen herverdelen op een manier die echte diepe wolken doen, met waterdamp in grote lijnen toenemend in concentratie tot een bepaalde vochtigheidsgraad. Deze toename bleek de opwarming door koolstofdioxide met ongeveer 75% te versterken. Deze schatting van de waterdampfeedback heeft ook de tand des tijds doorstaan.

Manabe, samenwerken met verschillende collega's, ging verder met het schrijven van veel meer baanbrekende klimaatmodelleringspapieren. Hij legde de basis voor de huidige wereldwijde inspanningen op het gebied van klimaatmodellering. De fysica was bedrieglijk eenvoudig, zodat zijn modellen op deze vroege computers konden draaien. Nog, door eenvoudig te zijn, de resultaten konden worden begrepen en getest. Zijn toepassing van deze eenvoudige modellen op de prangende problemen van vandaag was verhelderend.

Na meer dan 30 jaar geleden af ​​te studeren met een graad in natuurkunde, Ik koos een carrière in de atmosferische wetenschap boven deeltjesfysica. Ik maakte me altijd zorgen over hoe mijn technische natuurkunde werd bekeken door de reguliere natuurkundecollega's. Met een Nobelprijs voor natuurkunde onder de riem van onze discipline, het geeft mij en collega's op het gebied van klimaatmodellering de geloofwaardigheid en erkenning waar we naar hebben verlangd:klimaatwetenschap is echte wetenschap.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.