美发布新的功能强大的计算机气候模式

2010-8-25 08:57 来源: 科学时报
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CESM模拟气候的复杂性。

  近日,美国国家大气研究中心(NCAR)发布了新的功能强大的计算机气候模式。运用该模式,使得科学家们能够更加深入细致地研究气候变化问题。

  这种通用地球系统模式(CESM)将成为政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布下一期评估报告所使用的主要的气候模式之一。该模式是在近30年中发展起来的一系列以NCAR全球模式为基础的最新模式。CESM由NCAR和美国能源部实验室以及有关几所大学的科学家和工程技术人员共同开发,由美国能源部和美国国家科学基金会共同支持。

  这种新模式的许多先进功能将帮助科学家揭示全球气候变暖的一些关键未解之谜,包括:

  温度升高对格陵兰岛和南极洲上的巨大冰盖将产生什么样的影响?

  未来几十年中,海洋和大气运动方式对区域气候将会产生什么样的影响?

  气候变化对包括飓风在内的热带气旋的强度和频率将产生何种影响?

  空中的微小粒子,即我们通常所说的气溶胶,对云和温度的改变有哪些影响?

  CESM是全世界十几种气候模式中的一个。但该模式和它的前身是唯一被科学家群体广泛开发使用的,全球科研人员都可以免费获取。该模式能够用来模拟地球气候系统中的许多要素,包括海洋、大气、海冰和土地覆盖。

  美国国家大气研究中心科学家、大气科学指导委员会主席James Hurrell说,有了通用地球系统模式,人们能够探索那些以前无法解决的科学难题,由于这个模式中改进的物理过程和扩展的生物地球化学过程和方法,使人们能够更好地描述客观世界。

  科学家需要依靠计算机模型以更好地了解地球气候系统。这是由于他们不可能在大气中进行大规模的试验。气候模式与天气模式一样,要依靠能够模拟大气和海洋的三维网格。在连续的空间间隔或网格格点上,模式运用物理定律去计算大气和环境变量,模拟大气中气体、粒子和能量的传递。

  与天气模式相比,气候模式的模拟周期要长得多,因此它们不可能涵盖像天气模式那样多的详细信息。同时,气候预测主要针对区域尺度和全球尺度,而不是局地尺度。研究人员能够运用气候模式模拟全球几年、几十年或数千年的气候。为了验证模型的准确性,科学家通常模拟过去的情况,然后将实际观测信息与模型计算结果进行比较。

  CESM是在CCSM(通用气候系统模式)的基础上发展起来的。从十多年前该模式首次开发出来以后,NCAR的科学家们与他们的合作者定期给予升级更新。这一新模式使得在叠加了许多影响因子后,科学家们能够获得地球气候系统的更广泛更清晰的图像。

  使用CESM,科研人员现在能够模拟海洋生态系统与温室气体相互作用;臭氧、粉尘和其他大气化学物质的气候影响;大气、海洋和地表的碳循环,以及温室气体对高层大气的影响等。

  此外,在CESM应用中,一种全新的大气过程的描述将使研究人员能探索更广阔的应用空间,包括对空气质量和生物地球化学反馈机制的研究。

  科学家已经开始同时运行CESM和CCSM,目的是使这个雄心勃勃的气候试验在IPCC下一个评估报告中发挥重要作用。支持评估报告的大部分模拟结果将在2010年完成并且公开发布,以便更多的研究机构能够按时完成他们的分析并且得出结论。预定在2013~2014年期间发布的新的IPCC评估报告将包括未来几十年区域气候变化的相关信息。

  Hurrell和其他科学家希望通过使用CESM,更多地了解海洋大气过程,例如北大西洋涛动和太平洋年代际振荡,这些都对海洋表面温度和大气条件有影响。Hurrell说,这些知识,可以最终用来作出跨越数年的潜在天气影响预报,例如某个特定区域可能面临干旱,而另外的区域可能面临冷湿状况的概率。