氣象學(xué)家“算”出未來氣候
2011年12月29日
吳統(tǒng)文熟練地在筆記本電腦中輸入一長串指令，“啪”一聲按下確認鍵。
幾百米外的計算機機房內(nèi)，一人多高的巨型計算機立即按照指令開始高速運算，計算從過去1000年到未來的氣候演變趨勢。這樣的運算，最長的需要連續(xù)進行2個月。
吳統(tǒng)文，中國氣象局國家氣候中心氣候模式室主任、研究員，他計算氣候變化趨勢的幫手，除了耗資高達數(shù)億元的巨型計算機，還有“氣候模式”——一個由“很多很多數(shù)學(xué)方程組”組成的極其復(fù)雜的程序，是當(dāng)今科學(xué)界用以預(yù)測未來氣候演變和影響的主要工具。
目前，各國科學(xué)家正在抓緊對全球30多個氣候模式進行完善和運算，為將于2014年出版的IPCC（政府間氣候變化專門委員會）第五次評估報告提供科學(xué)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：復(fù)雜程序
“氣候模式”的原理和“天氣預(yù)報模式”有些類似，不過要復(fù)雜得多
根據(jù)溫室氣體排放量的多少，到本世紀末，全球地表溫度可能會升高1.6℃到6.4℃——這是2007年IPCC第四次評估報告做出的預(yù)估。得出這一預(yù)測結(jié)論的，正是世界各國的氣候模式，當(dāng)時有24個模式參與，并提供了估算結(jié)果。IPCC提出人類活動導(dǎo)致全球氣候變暖的主要證據(jù)，也是來自于計算機利用氣候模式對氣候變化的模擬。
氣象學(xué)家如何利用氣候模式，“算”出未來氣候？
“地球的氣候系統(tǒng)是一個由大氣、海洋、冰、生物和陸地構(gòu)成的系統(tǒng)，非常復(fù)雜。它們不但受外界影響，而且也會發(fā)生相互作用。”吳統(tǒng)文說，“氣候模式可以說是對氣候系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達，編寫很多方程組成的復(fù)雜的程序，再通過巨型計算機進行運算，對未來的氣候變化趨勢作出預(yù)測。”
氣候模式是在天氣預(yù)報模式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其原理和天氣預(yù)報模式有些類似。天氣預(yù)報模式已有60多年歷史，是全世界天氣預(yù)報的主要工具。二者的區(qū)別在于，天氣預(yù)報模式主要考慮大氣運動變化情況，而氣候模式要復(fù)雜得多，需考慮大氣、海洋、冰、生物和陸地的狀況以及它們之間的相互影響。
“氣候模式要用的數(shù)據(jù)量大得驚人，往往達到幾十個TB（萬億字節(jié)），時間長的要用高速計算機算好幾個月。你看，現(xiàn)在我們這兒有一個模式正在運算，目前已經(jīng)連續(xù)算了11天了。”吳統(tǒng)文說。
關(guān)鍵詞：繼續(xù)升溫
最新預(yù)測顯示，未來全球升溫趨勢可能延續(xù)，增溫幅度和溫室氣體排放量關(guān)系很大
最近幾年，中國加大氣候模式核心技術(shù)的攻關(guān)力度，模式的水平有了很大進步。在國家氣候中心，自主研發(fā)的第一代氣候模式于2005年就投入氣候預(yù)測業(yè)務(wù)應(yīng)用。
我國國家氣候中心、中科院大氣物理所等單位的數(shù)個模式，準備參與IPCC第五次評估報告。國家氣候中心對未來全球氣候的預(yù)測結(jié)果，已經(jīng)于今年4月提交到世界氣象組織公開的網(wǎng)絡(luò)平臺，參與世界各國氣候模式比較計劃。除中國的模式之外，其余參與比較的模式都來自發(fā)達國家。
“這個計劃就是把各國的氣候模式，放在同一個平臺上交流比試。這些模式會模擬過去1000年的氣候，特別是1850年工業(yè)革命以來的氣候變化；更重要的是，根據(jù)未來不同溫室氣體排放情景，預(yù)估全球溫度變化等情況。”吳統(tǒng)文介紹。
最新預(yù)測結(jié)果是怎樣的？吳統(tǒng)文表示，不同模式之間預(yù)測的結(jié)果差異較大，目前采取的一個方式是“集合平均”，即把所有模式預(yù)測的結(jié)果集合起來，看其平均情況，這樣可靠性會大大增強。“從世界各國氣候模式最新的預(yù)估結(jié)果來看，未來升溫趨勢可能延續(xù)，增溫幅度和溫室氣體排放量關(guān)系很大，但預(yù)估結(jié)果同時顯示，全球變暖并不是意味著每個地區(qū)都普遍升溫，未來不排除某些區(qū)域會出現(xiàn)降溫。”
國家氣候變化專家委員會委員、中國社科院城市發(fā)展與環(huán)境研究所所長潘家華，是中國參與撰寫IPCC第五次評估報告的主筆之一。他告訴記者，從最新的科學(xué)數(shù)據(jù)來看，氣候變暖是不容置疑的，其影響是不利的，挑戰(zhàn)是嚴峻的。IPCC第五次評估報告很可能將強化氣候變暖的科學(xué)事實，對國際應(yīng)對氣候變化談判可能會有極大推動作用。
然而，也有一些科學(xué)家對計算機氣候模式的可靠性提出了質(zhì)疑，他們認為氣候模式的結(jié)果并不可信。例如，由于不同的模式對天空中云的狀態(tài)處理方式不同，預(yù)測結(jié)果在地表溫度等方面就會存在很大的差異。
關(guān)鍵詞：不確定性
氣候模式具有較高可信度，但其預(yù)測結(jié)果存在不確定性
在國家氣候變化專家委員會副主任、中國工程院院士丁一匯看來，模式算出來的結(jié)果，還是比較可信的。
“氣候模式的發(fā)展在不少國家受到重視，它是目前唯一能定量客觀展現(xiàn)未來氣候變化趨勢的手段，尤其是對大尺度氣候異常和變化的預(yù)測可信度較高。” 丁一匯說。
丁一匯表示，氣候模式具有較高可信度的原因主要有以下幾點：首先，構(gòu)建模式的基礎(chǔ)是一套描述地球系統(tǒng)特征的物理定律和數(shù)學(xué)方程組，它們是被證明和公認的，包括經(jīng)典的質(zhì)量、能量和動量守恒定律等。
第二，氣候模式能夠“重現(xiàn)”或“復(fù)制”過去氣候的特征。1850年后有儀器觀測時期氣候變化的許多特征，模式都能夠重現(xiàn)出來。模式可以很好的模擬過去100年的全球溫度變化，甚至可以模擬出每一次火山爆發(fā)造成的隨后1—2年的短期氣候變冷。
第三，IPCC1990年發(fā)布第一次評估報告以來，20年過去了，已有條件去檢驗數(shù)次氣候模式預(yù)測的結(jié)果。預(yù)測結(jié)果與實際觀測值的比較顯示，過去20年模式預(yù)測的全球溫度變化與其后的觀測結(jié)果是基本一致的。這大大增加了人們對模式預(yù)測結(jié)果的信心。
吳統(tǒng)文認為，氣候系統(tǒng)從本質(zhì)上來看是一個非線性的混沌系統(tǒng)，而且地球氣候系統(tǒng)還受到地球以外的太陽活動、火山爆發(fā)等其他因素變化的影響，要對未來長時間的氣候狀況作出像一周之內(nèi)的天氣預(yù)報那樣準確和精細的預(yù)測，幾乎是不可能的。
“由于科學(xué)水平局限，氣候模式的預(yù)測確實存在不確定性，但不確定性不等于不可靠和不能用。從對全球平均升溫趨勢的預(yù)測來看，可信度就很高。”吳統(tǒng)文強調(diào)，“作為目前預(yù)測未來氣候變化和影響的最主要的工具，氣候模式的預(yù)測結(jié)果能夠作為政府決策者的科學(xué)依據(jù)。”
極端天氣（延伸閱讀）
據(jù)世界氣象組織今年11月發(fā)布的2011年全球氣候報告，在全球變暖的大背景下，2011年全球多處地方發(fā)生了極端氣候?qū)е碌臑?zāi)害，其中主要包括歐洲春季大旱，非洲東部“旱澇急轉(zhuǎn)”，東南亞、南亞和中南美洲暴雨洪澇災(zāi)害，巴西出現(xiàn)洪水和泥石流災(zāi)害。
氣象專家預(yù)計，未來隨著全球氣候繼續(xù)變暖，我們可能會更加頻繁地遭遇“幾十年一遇”甚至“百年一遇”的極端天氣。
主要原因在于：氣候變暖后，陸地和海洋表面的蒸發(fā)蒸騰量增加，大氣中水汽含量增加，從而加大水循環(huán)的強度；全球氣候變暖還將增加大氣的持水能力，也就是說，大氣中可容納的水分更多了，降水強度會因此加強；氣候變暖也將繼續(xù)改變地球的熱量平衡，導(dǎo)致大氣環(huán)流出現(xiàn)異常。
?京公網(wǎng)安備110102000421號
