十年期气候预测模型仍存争议

资料来源:JASIEK KRZYSZTOFIAK/NATURE

在气象局哈德利中心辛勤工作了10多年后，道格·史密斯发布了未来十年大部分时间气候变化的详细预测。他和他的同事预测，在经历了短暂的停滞后，全球变暖将显著加速。几年后，世界气温将超过最高纪录。西班牙巴塞罗纳加泰罗尼亚气候科学研究所的分析师弗朗西斯科·多夫拉斯-雷耶斯是另一份即将发表的气候预测报告的作者之一，该报告由*间气候变化专门委员会(IPCC)发布。在编写气专委报告的过程中，共有16个小组利用气候模型进行了一系列为期10年的精细预测实验。

在过去的两年中，基于这些实验的许多研究报告已经发表，并且对于最近的温度，大多数研究报告的预测结果低于标准模型。尽管如此，一些研究人员认为10年预测方法已经成熟。然而，对于许多悬而未决的科学问题，仍然需要一个昂贵而长期的科学实验。

美国宇航局戈达德太空研究所的气候分析师加文·施密特拒绝参加IPCC的10年预测实验。施密特说:“虽然我不反对这一研究方向，但迄今为止，这是一个不相称的概念。”

首先想到的是

为了进行天气预报，史密斯的团队打破了基于标准气候模型的束缚，从气象学家预测一周天气预报的方法中获得了灵感。

传统的气候预测方法可以追溯到工业时代。它主要通过掌握气候的平均变化来预测长期变化。一周的天气预报不同。这是基于当前的气候。通过多种模拟方法，综合考虑各种气象条件，剔除天气的不规则因素，最终得到一系列具有统计真实性的结果。

史密斯和他的团队使用了后者。自2005年以来，他们收集了大量的气候测量数据，包括温度、风速、风向、气压、水温和盐度，以预测未来20天的气候。在每次预测中，他们通过加载每日数据来初始化哈德利中心的主要气候模型。之后，他们可以利用该模型综合各种环境因素(如温室气体浓度)的影响，预测未来10年的气候。

然而，在那之后，预测的准确性大大降低:预期的大幅上涨并没有发生在2008年之后。史密斯说:“公平地说，实际的气候变暖低于我们的预测，我们仍然不知道为什么。”

这个问题的答案可能就在大海深处。虽然日温度主要受大气控制，但以年为单位研究温度时，能量和热量较多、流速较慢的海洋是主要因素。研究人员怀疑洋流在这里扮演了重要角色。例如，在热带太平洋的东部水域，厄尔尼诺现象提高了温度，而拉尼娜现象降低了温度。理论上，制作海洋模型更容易，因为洋流比空气运动得慢。

注意海洋

2008年，由诺埃尔·基内赛德(目前在挪威卑尔根大学工作)领导的一组气候研究人员，从大西洋海水的表面温度开始，制作了一个2008年至2030年的气候预测模型。他们关注大西洋经向翻转环流(目前是大西洋的主要海流之一)。在洋流的运动过程中，它将海水从被太阳烘烤的热带海洋带到北大西洋，在旅行过程中向大气释放热量，最后沉入深海并返回热带海洋。该模型预测，在未来几年，大西洋经向翻转环流可能减弱，有助于稳定甚至降低全球温度。

这一预测引发了学术界的质疑:一些研究者质疑基恩赛德的分析方法和建模方法。基恩塞德的研究报告发布后不久，由德国波茨坦气候影响研究所海洋学家斯特凡·拉姆斯托夫领导的团队公开反驳了基恩塞德的结论。拉姆斯托夫说:“我们认为我们有责任让公众知道，基恩莱西德的研究根本不是气候科学，所谓的冷却循环并不存在。”拉姆斯托夫还说，大西洋经向翻转环流不能降低温度，实际温度高于基恩莱西德的预测。

Keenlyside知道他的模型有什么缺陷，但他认为他们的工作至少反映了全球温度的最初变化趋势，在预测周期的前几年，全球温度并没有上升。他说:“我们的系统非常简单，但足以证明海洋在全球温度模型中的作用。”

尽管基恩赛德的研究有许多缺陷，但它为那些渴望测试和改进全球温度估算的科学家提供了新的思路。那些参与IPCC实验的全球气候研究人员花了大部分时间系统地预测未来几年的气候变化。预测显示，未来几十年平均气温将比标准气候预测低15%。

为了确定这些预测是否能够实现，相关研究小组将所有监测数据进行了检验，并从1960年开始至少每5年进行一次10年气候预测，并将计算结果与历史实际结果和标准气候模型的结果进行比较。

在一项分析中，多布拉斯-雷耶斯和他的同事认为，他们的模型可以提前五年预测全球变暖速度的下降。他们的报告还证明了深海，尤其是大西洋和热带太平洋，可以通过吸收大量热量来降低全球温度。

纠错

这些研究的结果不足以说服怀疑者。例如，拉姆斯托夫怀疑这些模型是否能准确地将各种因素纳入到地球气候的研究中。然而，许多人认为这些新的模拟方法对区域气候(尤其是海洋气候)的研究有很大的价值。

哥伦比亚大学的气候学家丽莎·戈达德目前正在领导一项对IPCC模型的系统分析和比较。他说:“我们确实看到了这些新方法的创新。”例如，许多模型捕捉到了1995年前后北大西洋地表水温度的突然上升。他补充道:“他们都准确地预测了这一变化，但就我所知，不幸的是，不同的模型有相同的结果，但原因不同。”

如果是这样的话，这些模型是否能准确预测气候变化将受到极大的质疑:无论它们的预测在头一两年有多准确，预测的准确性都会随着真实气候环境的变化而大大降低。气候环境通常不会在一两年内发生很大变化，所以在第一两年，用这种方法所做的预测基本上与实际情况相符，但几年后，其准确性将大大降低。

尽管目前预测实验的预测能力有限，但模型制作者正试图通过使用新方法来改进他们的模型。关键问题之一是如何建立模型。在开始模拟之前，模型制作者会将尽可能多的值输入到海洋和大气的三维网格中。然而，由于缺乏某些领域的数据，如深海区域，它们还必须包括自己的想象力。

另一个问题是，每个气候模型都有自己的平衡状态，即气候环境在没有人类干预的情况下自然运行。然而，在模型制作者为海洋和大气添加了许多实际值之后，模型就远离了它的自然平衡状态。当模型启动并继续运行时，它将立即开始将当前的情况调整回其原始的平衡状态，这将给气候研究带来越来越复杂的问题。

多布拉斯-雷耶斯问道，“这种自我恢复的原因是什么？”科学家们希望通过比较传统气候预测中的模拟方法来解决自我恢复问题，并发现模型中可能隐藏的潜在问题。多布拉斯-雷耶斯说:“如果这些模型能帮助科学家发现系统误差，那么它将有益于整个气候模拟研究社区。”

但是施密特说这些尝试是“一个错误”他认为很难将预测的成功和失败归因于一个特定的参数，因为天气和气候的不可预测性与整个地球的环境系统和模型密切相关。“模拟实验没有给出任何答案，”他说。(段新伟)(原题2018:多云闷热的天气？“)

中国科学新闻(2013-07-16第三版国际版)