Efter andra världskriget, många av Japans smartaste forskare fick jobb i nordamerikanska laboratorier. Syukuro (Suki) Manabe, en 27-årig fysiker, var en del av denna kompetensflykt. Han arbetade med väderprognoser men lämnade Japan 1958 för att gå med i ett nytt forskningsprojekt av US Weather Service för att utveckla en numerisk modell som kunde användas för att studera klimatet.

Arbetar tillsammans med Joseph Smagorinsky, Geophysical Fluid Dynamics Laboratorys visionära första chef, Manabe ledde ett team av datorprogrammerare för att lägga till saknad fysik till labbets vädermodell. Även de bästa datorerna i världen vid den tiden var mycket mindre kraftfulla än dagens mobiltelefoner. Så för att få modellen att fungera, Manabe behövde göra fysiken så enkel som möjligt. Detta innebar att man gjorde en rad kodningsnäringar för att kvantifiera hur luften utbytte värme och vattenånga med marken, hav och is.

Denna klimatmodellutveckling-den första i sitt slag-var ett ambitiöst 20-årigt projekt som slutligen gav Manabe en del av Nobelpriset i fysik 2021. Nyckelrapporten kom halvvägs genom denna period:Manabe och Wetherald (1967).

Manabe är vanligtvis blygsam om avsikter bakom verket och från att läsa dess titel, "Atmosfärens termiska jämvikt med en given fördelning av relativ fuktighet", du kanske blir förlåten för att du tror att det kan vara lite tråkigt. Men Nobelkommittén, jag själv och de hundratals kollegor runt om i världen som röstade fram det som den mest inflytelserika klimatvetenskapliga uppsatsen genom tiderna, skulle vilja skilja sig åt.

I ett försök att förenkla koden, Manabe och hans kollega Richard Wetherald ville veta det minsta antalet diskreta nivåer som skulle användas i hans modellatmosfär. De ville också veta vilka växthusgaser det var nödvändigt att inkludera i modellen för att adekvat representera hur temperaturer varierar med höjden, eftersom dessa gaser absorberar värme som avges från jordens yta, men på olika nivåer. Deras tredimensionella klimatmodell var för datorintensiv för att köra dessa modelltester, så de var tvungna att bygga en enklare endimensionell modell. De ville simulera hur strålning och moln interagerar för att fördela värme och vattenånga genom atmosfären.

Huvuddelen av tidningen handlar om att bygga den enkla modellen och göra dessa tester. Men de gör också två andra experiment i tidningen för att kvantifiera hur växthusgaser kan förändra klimatet. Och det var här genombrottet inträffade:de fann att de hade byggt den perfekta modellen för att exakt uppskatta hur mänskliga aktiviteter kan förändra jordens yttemperatur.

Deras första sådana klimatförändringsexperiment var inte att titta på koldioxidens roll, men skulle titta på effekterna av vattenånga som sprutats högt in i stratosfären från en potentiell flotta av överljudsstrålar, eftersom denna och en eventuell kärnvapenvinter var den tidens omedelbara oro. Dock, deras tabell 5 går till historien som den första robusta uppskattningen av hur mycket världen skulle värmas om koldioxidkoncentrationerna fördubblades. Manabe och Wetherald uppskattade 2,36 ℃ uppvärmning, inte långt ifrån dagens bästa uppskattning på 3℃.

Tidigare försök att uppskatta uppvärmningen från ökningar av koldioxid hade slocknat, som forskare kämpade för att räkna ut hur vattenånga, den viktigaste växthusgasen i atmosfären, skulle svara när jorden värmdes upp. Manabe och Wetheralds enkla modell kunde exakt omfördela vattenånga på ett sätt som riktiga djupa moln gör, med vattenånga som brett ökar i koncentration upp till en viss fuktighetsnivå. Denna ökning visade sig förstärka uppvärmningen från koldioxid med cirka 75 %. Denna uppskattning av vattenånga återkoppling har också stått tidstestet.

Manabe, arbeta med olika kollegor, fortsatte med att skriva många fler nyskapande klimatmodeller. Han lade grunden för dagens globala klimatmodelleringssatsningar. Fysiken var förbluffande enkel så hans modeller kunde köras på dessa tidiga datorer. Än, genom att vara enkel, resultaten kunde förstås och testas. Hans tillämpning av dessa enkla modeller på dagens angelägna problem var insiktsfull.

Efter att ha tagit examen i fysik för över 30 år sedan, Jag valde en karriär inom atmosfärisk vetenskap framför partikelfysik. Jag var alltid orolig för hur min tillämpade fysik sågs av vanliga fysikkollegor. Med ett nobelpris i fysik under vår disciplin, det ger mig och klimatmodelleringskollegor den trovärdighet och det erkännande som vi har längtat efter:klimatvetenskap är verklig vetenskap.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.