中国科学报年终特稿：区域气候从模拟走向现实

12月初在秘鲁首都利马举行的利马气候会议上，谈判艰难地继续进行。最终，参加会议的196个国家和地区达成了一份四页的协议。尽管结果是“微弱的”，但中国代表团对该协议表示欢迎，并认为它为明年在巴黎气候大会上签署新的全球气候协议奠定了基础。

对于国际气候谈判来说，毫无例外的是政治理念的延续和博弈，但在这背后有严格和持续的科学研究支持。12月5日凌晨，北京师范大学地表过程与资源生态学国家重点实验室副主任董文杰飞往秘鲁出席正在举行的利马气候大会高级别会议。

作为非*组织的观察员，董文杰一直关注谈判的最新进展。会上，遇到科学细节问题的*代表团成员将通过微信群与董文杰交流。这就是科学家的角色:总是在幕后，但至关重要。

最热的

董文杰说，气候变化的估计必须首先进行追溯性验证，也就是说，要说服他人，科学必须首先计算过去，否则任何估计都无法令人信服。

在联合国气候大会的“中国角”上，欧盟气候变化秘书长问中国代表团，对于气候变化的历史责任和未来的减排义务，你有什么证据吗？科技部的一位顾问拿起中国科学家在《国家科学院学报》上发表的一篇文章，说这是科学研究的结果，这是科学证据。

目前，国内外学术界的主流观点是，人类活动产生的温室气体排放导致了历史上的气候变化，并将在未来对气候产生越来越大的影响。气候变化对各国的社会、经济、生活和生态环境产生了巨大的影响。因此，对未来气候变化做出更加可靠的预测已经成为气候科学领域的热点问题。

事实上，一个人不是生活在平均的全球气候中，而是生活在区域气候中。人类关心气候变化，想知道影响气候变化的决定性因素是人类活动还是自然本身。最终，他们希望预测后果并采取相应的措施。这使得区域气候模型的预测成为地球科学的一个热点。

近年来，全球气候异常频繁。尽管这些气候异常与大规模气候变化有关，但它们可能与区域范围内气候的形成和变化更密切相关。2008年1月中下旬至2月初，中国南方发生了历史上罕见的大规模低温雨雪冰冻灾害，给当地交通、能源和电力供应、农业、生态和社会生活造成了严重影响和巨大损失。这是脆弱的区域气候环境对外力敏感反应的一个例子。

联合国*间气候变化专门委员会(IPCC)发布的2013年评估报告指出，对全球和区域气候变化的理解以及对未来气候变化的预测是科学家、公众和决策者共同关心的问题，与各国和各地区制定长期社会经济发展计划密切相关。正是在这种背景下，“气候模型”模拟工具应运而生。

国际认可

区域气候模型是区域气候变化预测的重要工具。区域模型的概念是由意大利科学家菲利普·乔治在20世纪80年代首次提出的。只有分辨率相对较低的全球大气环流模式用于早期天气预报和气候变化预测模拟。

一般来说，区域和当地天气受地形等下垫面的影响很大。例如，在大的山脉前面，山脉前面的迎风坡有较多的降水，而在山脉后面将有降水较少的雨影区。在全球大气环流模式下，这种现象无法精确模拟。

董文杰说，为了解决这个问题，科学家们首先开发了一个分辨率更高的有限区域天气预报模型。这种有限区域模型的一般积分和预测时间只有几天。在此之前，没有人想过将它们应用于气候研究和气候变化预测。

菲利普·乔治和其他人是第一个做出这种尝试的科学家。他们通过修改模式完成了几个月的连续整合，从而形成了最早的区域气候模式RegCM1。

到1993年，随着模式的进一步完善和相关代表性文献的发表，区域气候模式的基础最终建立，菲利普·乔治因此获得了“区域模式之父”的美誉。

区域模式提出后不久，中国研究者开始了他们的应用和发展。中国科学院大气物理研究所研究员高是这一领域的先驱之一。当时，他在中国气象局国家气候中心工作。

高率先在全国范围内进行了多年尺度气候变化预测模拟。模拟结果表明，与全球模式的驱动场相比，区域模式对中国气温和降水的模拟效果得到了显著提高，由此获得的气候变化信号也与全球模式有较大差异，具有较高的可信度。

此后，高一直从事这一领域的研究，并与菲利普·乔治等人进行了长期密切的合作。他开展的工作包括改进模型在中国地区的模拟性能、更长的积分时间和更高分辨率的预测模拟以及通过不同模拟进行预测的不确定性，并发表了近100篇学术论文。

中国正在开发和使用区域模式进行预测研究的机构和单位还包括中国科学院大气研究所、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、南京大学、兰州大学和一些省级气象局。

我国研究人员在利用区域模型预测气候变化方面做了大量工作，获得了国际认可，具有一定的国际学术地位。

向“地球系统模型”发展

应该指出的是，中国科学家在这一领域取得了不断的突破，但总的来说，与国际先进水平仍有一定差距。

欧洲在这一领域组织并实施了许多项目。尽管亚洲也计划比较亚洲的区域模式，但在资金支持和参与模式的数量方面仍存在明显差距。

“未来，迫切需要建立一个能更好地模拟东亚和中国气候的模型，并推广到国际应用。”高对说道。

值得注意的是，区域气候模式在发展和应用过程中一直存在争议:随着计算机能力的提高，全球大气环流模式下的低分辨率问题正在逐步缓解，是否有必要继续发展区域气候模式？

在董文杰看来，这一争议自区域气候模型诞生以来就一直存在。事实上，区域模式刚刚在争论中发展起来。它的型号已经从最初的一种发展到现在的20多种。该模型的性能和功能也在不断提高，正在向区域地球系统模型发展。它广泛应用于区域气候的模拟、机制和机理研究，特别是气候变化的预测。近年来，它已成为地球科学领域的一个重要热点问题，并必将在未来带来更大的发展机遇。

浅谈

区域气候模型的概念是在20多年前提出的，并越来越多地应用于世界各地和与气候相关的各个领域，尤其是在气候变化预测方面。目前，国际社会已经开始通过多全球模型驱动的多高分辨率区域模型集方法在区域和地方尺度上估算气候变化。

许多研究结果还表明，该区域模式对于东亚这一地形复杂、天气和气候系统独特的地区是不可替代的。

我国在区域模式的应用和发展方面起步较早，但与国际先进水平相比仍有一定差距。区域模式在中国未来的应用和发展仍需要国家及相关部门和机构的更多关注和支持。

例如，在模型的应用中，需要组织大规模的项目，聚集各种力量，进行多全球模型和多区域模型的综合模拟和预测，从而给出更加可靠的中国未来气候变化预测结果，分析其不确定性，为中国适应气候变化、提高防灾减灾能力、生态文明建设和相关国际谈判提供更好的服务。

在模型开发方面，还需要建立一个在国际上得到广泛认可和应用的、对东亚和中国气候具有良好模拟能力的模型版本，并将其应用于气候变化预测等领域。

可以预测，该区域模式将产生许多相关结果，以便更好地理解中国区域气候的形成机制和机制，以及多种因素对其的影响和相互作用，并将在中国应对未来气候变化中发挥更大的作用。