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预估未来气候的模式可靠吗?怎么预估

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气候模式可以对未来的气候变化,特别是在洲际尺度上提供可靠的定量估计,对此我们非常有信心。一是模式建立的基础是公认的物理原理;二是模式能够很好地再现观测到的当前气候以及过去气候变化的特点。
科学家通过用大气、海洋、冰雪圈和陆地表面的观测资料来比较不同模式的模拟结果,对模式进行了必要的、多方面的评估。过去十年间,科学界以有组织的多模式“相互比较”的形式对多个模式进行了多次严格的评估。所有被比较的模式在表征许多重要的平均气候特征方面(如大气温度、降水量、辐射和风场,以及海洋的温度、洋流和海冰的大尺度分布),都表现出了显著的、越来越高的水平。模式还能够模拟出多时间尺度上观测到的多种类型气候变率的主要特征。这包括主要季风系统的进退,温度、风暴路径和雨带的季节变化,以及温带地表气压在半球尺度的跷跷板变化。人们还通过利用模式进行天气预报和季节预测的方式来检验某些气候模式(或者密切相关的变量)。模式表征这些以及其他重要气候特征的能力进一步增强了我们的信心,因为它们能够表征对未来气候变化的模拟至关重要的物理过程。
如今,科学家已经用模式模拟了古气候,如6000多年前温暖的中全新世或21000年前的末次冰期冰盛期。模式能够再现许多特征(在重建过去的气候时要考虑不确定性),如末次冰期期间海洋变冷的幅度和主要的尺度型式。模式还可以模拟有器测记录以来观测到的气候变化的许多方面。譬如,在考虑了影响气候的人类因子和自然因子时,模式可以很好地模拟过去100年的全球温度变化趋势。模式还可以重建其他观测的变化,如巨大火山爆发(如1991年皮纳图博火山爆发)后,温度的降低以及在夜间的变化快于白天、北极的大幅度变暖,以及全球较小的短期变冷(以及后来的恢复)。模式在过去20年进行的全球温度预估也得到后来同时期观测的全面支持。
不过,模式也表现出一些明显的误差。尽管在尺度较小时这些误差通常较大,但在重要的大尺度问题中也会存在较大误差,例如,在热带降水量、厄尔尼诺-南方涛动以及麦登-朱利安振荡(mjo)的模拟方面仍存在不足。这些误差主要来自模式不能很明确表述很多重要的小尺度过程,因此在小尺度过程与大尺度过程相互作用时就必须以近似形式来表示。这部分是受计算机计算能力的限制,但同时也是受科学认识的限制和对一些物理过程还不能进行有效的详细观测所致。所以,模式结果中,全球温度变化对指定的温室气体强迫的响应仍将继续表现出一个较大的不确定范围。不过,尽管存在这样的不确定性,模式对温室气体浓度上升后气候会显著变暖的预测结果仍是一致的,而且这个变暖与通过其他方式(如观测的气候变化和过去的气候重建)得到的独立评估在量级上是一致的。
为了研究区域尺度和局地尺度的气候变化,已经专门开发了一些其他技术,如利用区域气候模式或统计降尺度方法等;同时,随着计算机计算速度和功能不断提高,预期对区域尺度的表述能力将进一步提高。模式在对气候系统的处理上也变得越来越全面,由此能够清晰地表征更多的物理过程和地球生物化学过程,以及对气候变化有潜在重要影响的相互作用,特别是在较长的时间尺度上。
研究表明,模式在模拟和认识气候方面已经成为非常重要的工具,它们能够在较高的置信水平上对未来,特别是在较大尺度上的气候变化提供较可靠的定量评估。但应该指出,模式仍有一些明显的局限性,如它们对云的描述。
——摘自气象出版社 《气候变化40问》 (来源于2009年12月21日《中国气象报》 )。
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