我們知道 CO 2正在使地球變暖。但如果我們想了解其后果并避免風(fēng)險(xiǎn)，更準(zhǔn)確的天氣和氣候模型至關(guān)重要，尼古拉斯·格魯伯說(shuō)。

模型對(duì)于天氣和氣候科學(xué)至關(guān)重要。如果沒(méi)有當(dāng)前的模型，明天之后的可靠天氣預(yù)報(bào)幾乎是不可能的，而且我們對(duì)全球變暖對(duì)我們的影響也只有一個(gè)模糊的概念。

在最近啟動(dòng)的 EXCLAIM 研究項(xiàng)目 1 中，我們希望在這一成就的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)下一代天氣和氣候模型。新模型將為大氣和海洋中的關(guān)鍵過(guò)程提供更高的分辨率。該研究團(tuán)隊(duì)在氣候系統(tǒng)建模中心 (C2SM) 內(nèi)工作，將創(chuàng)建模型和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，使我們能夠在全球范圍內(nèi)模擬風(fēng)暴、雷暴和云。這將導(dǎo)致更可靠的天氣預(yù)報(bào)和更精確的氣候預(yù)測(cè)。

我們是否押對(duì)了馬?

當(dāng)然，這也引發(fā)了疑問(wèn)。我們對(duì)氣候變化的了解還不夠多嗎?把天氣預(yù)報(bào)做得那么好一點(diǎn)點(diǎn)有什么意義呢?付出巨大的努力值得嗎?

事實(shí)上，我們已經(jīng)非?？隙ǖ刂?，人類(lèi)對(duì)我們觀察到的大部分變暖負(fù)有責(zé)任。我們相對(duì)準(zhǔn)確地理解了 CO 2排放量與溫度之間的關(guān)系，并且我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到我們需要在未來(lái)幾十年內(nèi)將CO 2排放量減少到凈零，以實(shí)現(xiàn)巴黎氣候目標(biāo)。我們對(duì)這些問(wèn)題的了解已經(jīng)足以得出明確的政策建議。

然而，氣候變化的許多其他方面我們并不十分了解。例如，我們對(duì)未來(lái)天氣和風(fēng)暴系統(tǒng)將如何發(fā)展、熱帶氣旋是否會(huì)變得更加頻繁、云和降水將如何變化的了解不足。這些限制與以下事實(shí)有很大關(guān)系，即今天的氣候模型，坦率地說(shuō)，在許多方面都太模糊了;他們只是沒(méi)有充分解決這些現(xiàn)象和過(guò)程。

闡明基本流程

氣候模型在地球或海洋上放置一個(gè)網(wǎng)格，并計(jì)算每個(gè)單元的大氣狀態(tài);這有助于我們更好地了解和預(yù)測(cè)天氣和氣候。網(wǎng)格單元越小，分辨率越高。當(dāng)前的全球氣候模型通常具有寬度約為 100 公里的網(wǎng)格單元。2

因此，這些模型無(wú)法解析大氣或海洋中的關(guān)鍵過(guò)程，尤其是發(fā)生在幾公里范圍內(nèi)的過(guò)程，例如云和風(fēng)暴。這迫使我們使用參數(shù)化間接估計(jì)這些過(guò)程的影響。這導(dǎo)致預(yù)測(cè)的不確定性，因?yàn)樵坪惋L(fēng)暴不僅決定了我們的日常天氣，而且對(duì)氣候也至關(guān)重要。

如果我們想更準(zhǔn)確地量化某一天的降水量，以及云層將如何影響氣候變化，那么我們需要根據(jù)物理定律模擬這些過(guò)程的動(dòng)力學(xué)，而不是將它們參數(shù)化。我們希望通過(guò)我們將在 EXCLAIM 項(xiàng)目中開(kāi)發(fā)的高分辨率模型突破這個(gè)參數(shù)化墻。

銳化視圖

由于它們的分辨率更高，這些模型將使我們對(duì)未來(lái)的看法更加清晰。這將在兩個(gè)方面幫助我們：首先，我們將能夠更準(zhǔn)確地確定未來(lái)的氣象平均值。這將改善我們的氣候預(yù)測(cè)。其次，我們將獲得關(guān)于圍繞該平均值的未來(lái)變化的更可靠信息，即我們將改善未來(lái)的天氣。正如 7 月中旬的風(fēng)暴和洪水提醒我們的那樣，隨著氣候不斷變暖，不斷變化的天氣，尤其是極端天氣將給我們帶來(lái)最大的挑戰(zhàn)。

這樣，更可靠的天氣預(yù)報(bào)和更準(zhǔn)確的氣候模擬將有助于降低社會(huì)及其基礎(chǔ)設(shè)施面臨的風(fēng)險(xiǎn)。我們?cè)搅私鈿夂蛴绊?，就越能更好地適應(yīng)它們。毫無(wú)疑問(wèn)，除了減少排放之外，我們還必須適應(yīng)不斷變化的氣候。即使我們實(shí)現(xiàn)了 2 攝氏度的目標(biāo)，像瑞士這樣的國(guó)家也將繼續(xù)顯著變暖：到本世紀(jì)末，這里的溫度可能會(huì)比工業(yè)化前時(shí)期高 3 攝氏度以上。

為社會(huì)帶來(lái)巨大利益

我們的項(xiàng)目不是在真空中運(yùn)作：我們正在與我們的項(xiàng)目合作伙伴密切合作開(kāi)發(fā)我們的模型，特別是它們的具體應(yīng)用。一個(gè)例子是蘇黎世邦理工學(xué)院和瑞士氣象局在 C2SM 的支持下定期創(chuàng)建的瑞士氣候情景。3 EXCLAIM 將為阿爾卑斯地區(qū)開(kāi)發(fā)一種高分辨率模型配置，以更確定地模擬強(qiáng)降水、干旱和熱浪等極端事件在將來(lái)。這意味著這些情景可以確保優(yōu)化部署適應(yīng)措施的資源。

當(dāng)然，即使是我們的新型號(hào)也會(huì)達(dá)到極限。但是通過(guò)更好地解決許多基本過(guò)程，我們可以通過(guò)觀察更好地驗(yàn)證這些模型，從而在連續(xù)過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。這不僅有利于研究，也有利于社會(huì)。這就是為什么我相信我們的努力是值得的。