科學家研發出新一代地球系統模式能“算”出未來氣候

　　今明后三天直至未來一周，是晴是雨？溫度幾何？有無大風？這有何難，看看天氣預報就解決。

　　但是未來一個月、一年，甚至一百年會有什么重大天氣氣候事件發生？氣候環境將有哪些顯著變化？想要準確預測難度相當之高。

　　4月26日，南京信息工程大學發布了該校自主研發的地球系統模式。這是一種極為重要的氣象學和地球系統科學的研究工具，不僅可以預測帶來極端天氣的“厄爾尼諾”和“拉尼娜”等現象，還可以預測全球氣候、重大天氣災害，乃至地球環境的演變。未來數年內，我國科學家有望借助這套模式，更準確預測中長期全球氣候變化。

　　天氣預報與氣候預測不是一回事

　　數千年前，古人就開始觀云測天，直到現代人類依然通過大氣運動變化情況，進行短期天氣預報。

　　地球系統模式的原理和“天氣預報”有些類似，不過要復雜得多。科學家們需要研究大氣與海洋、陸面、海冰、生態等多個圈層間持續不斷的水汽、能量、物質的交換過程，考慮各種復雜的物理和化學因素。

　　“可以這么說，對地球上各種物理、化學、生物過程考慮得越周全，氣候和全球變化的預測才能越準確，這也是為何稱之為‘地球系統’模式的原因。”國際著名氣象專家、南京信息工程大學大氣科學學院海外院長王斌教授介紹。

　　但不論天氣預報還是氣候預測，都對一個國家或地區的政治、經濟、文化和人民生活產生直接重大的影響。

　　應對氣候變化是當前人類共同面對的一個重大挑戰。拿我國來說，一年消耗多少能源產生多少溫室氣體，工業化城市化進程等活動對氣候變化產生什么影響，糧食生產與氣候變化的關系，我們究竟有哪些權利該承擔哪些義務……面對這種復雜的綜合性的氣候研究，地球系統模式是最先進的工具，也是最有效的科學依據。

　　目前，歐盟、美國、日本等主要發達國家都擁有各自較為先進的地球系統模式，預測全球氣候變化較為可靠，在IPCC（政府間氣候變化專門委員會）評估中排名前列。但是，中國還沒有在世界上叫得響的地球系統模式，亟待彌補這一短板滿足國家重大需求。

　　南信大作為國內大氣科學專業最齊全、研究人員最多、學科綜合排名第一的高校，主動承擔起這一重任。從2012年起，由王斌教授領銜，組織了40余人的團隊，著手獨立開發一種全新的地球系統模式。它耦合了世界上先進的大氣、海洋、海冰和陸面模式，然后通過不斷地加入中國科學家的最新研究成果，使它“中國化”。科學家們還將不斷對它改進，力爭在IPCC第六次評估中取得較好評價。

　　地球系統模式真能預知未來？

　　“這套地球系統模式在前期的試驗運轉中，已經準確地模擬出大多數大氣海洋中的重要天氣氣候系統的變化特征，并與實際觀測一致。”南信大校長助理、大氣科學院院長閔錦忠教授自信地告訴記者，“也就是說，它能夠預測出最重要的氣候信號——厄爾尼諾現象。”

　　在國際氣象學界，評價一套地球系統模式是否可靠，主要的評價標準之一就是能否預測厄爾尼諾、拉尼娜等大氣候事件的發生。

　　目前3—7天的短期天氣預報還時不時地讓人歡喜讓人憂，那這種中長期氣候預測是如何實現的呢？準確性究竟又有多高？

　　閔錦忠介紹，地球系統模式的開發是一項龐大的系統工程，每前進一步都絕非易事。記者注意到，這套模式是基于當前世界上最先進的大氣模式、海洋模式、陸面模式、海冰模式等進行耦合。

　　“所謂耦合，是指兩個或兩個以上的物理系統（如大氣、海洋、陸面、海冰）或運動形式間通過各種相互作用而彼此影響或聯合。例如天氣預報使用的大氣模式本身是可以單獨運行的，但它并未考慮大氣層與海洋、陸地及陸上的高原、山地、平原、森林、草原、城市等不同下墊面之間水氣和熱量的實際交換過程，而是假設交換是平均的、固定的。耦合的過程就是要打破這種假設，使交換根據實際情況一分一秒地累積。”閔錦忠說。

　　而不同模式間的耦合又會出現不同的問題，其龐雜程度超出想象。閔錦忠打了一個生動的比方：“就好比一個人頭痛，病根可能不在頭，必須將所有相關的環節都檢查過了，才能找到真正的問題所在。”模式的開發過程中，團隊就在不停地測試、調整、修正，循著“病癥”找“病因”，而后“開方抓藥”。

　　這套模式現已完成500年的控制試驗，能夠較好的“重現”或“復制”過去氣候的特征，包括厄爾尼諾、拉尼娜、季風的特點，模式都能夠重現出來。

　　今后，該模式還能夠模擬和預測高影響性災害天氣事件，模擬氣候變化、進行季節內—年際氣候預測，模擬歷史氣候變化以及進行未來氣候變化的預估，同時達到全球20—30km的較高分辨率。

　　但是，地球系統模式不是簡單地把目前的地球狀態輸入計算機，就可以隨時演算未來任意一天的天氣情況，更無法做到百分之百準確的預測。

　　對此王斌解釋說，地球系統模式是能定量客觀展現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測可信度較高。但要想達到人們的期望，把超長期的天氣預報做到和短期預報那樣的準確和精細，還是不可能的。比如地球氣候系統有很多的不可預報的隨機性過程，還受到太陽運行軌道、火山爆發、冰山消融等因素的影響。人們對于地球系統的運作規律還沒有完全弄明白，因此對于超長期的氣候預報，我們不但應預報其趨勢，還應預報相應的不確定性。

　　（科技日報南京4月29日電）