预测气候变化的模型_气候变化预测的不确定性包括什么

1.气候变化———岩石中的记录

2.气候问题变幻莫测，超级计算机和科学家都累了

3.戈达德空间研究所评估240种农作物遭受气候变化的不良影响

4.新报纸声称，如果我们现在不停止气候变化，到2050年人类文明将崩溃

5.未来的气候会是什么样子？

采用模型预测时,传统的植被-气候平衡模型没有考虑到植被对气候变化反应。

跟随者不断变化的花粉记录，根据圣路易斯华盛顿大学的一位气候科学家的研究，过去的植物生活环境可以用来讲述全球温度的真实故事。根据发表在《科学进展》上的新的模型模拟，较高的温度带来了植物--然后是更高的温度。

详细解释：

文理学院地球和行星科学博士后研究助理亚历山大-汤普森更新了一个重要的气候模型的模拟，以反映植被变化作为过去1万年全球气温的一个关键驱动因素的作用。

长期以来，汤普森一直被自上个冰河时代以来的地球大气温度模型的一个问题所困扰。模拟显示温度随着时间的推移不断变暖。但气候代理记录告诉我们一个不同的故事。许多这些资料表明，全球气温在6000年至9000年前出现了一个明显的峰值。

模型可能忽略了植被变化的作用，而倾向于大气中的二氧化碳浓度或冰盖的影响。汤普森说：花粉记录表明，在那段时间里，植被大量扩张。但是以前的模型只显示了有限的植被增长，因此，即使这些其他的一些模拟包括了动态植被，但它的植被变化还不足以说明花粉记录所表明的情况。

在现实中，植被的变化是显著的。在全新世的早期，也就是目前的地质时代，非洲的撒哈拉沙漠比今天更绿--它更像一个草原。其他北半球的植被，包括中纬度地区和北极地区的针叶林和落叶林也在蓬勃发展。

汤普森从花粉记录中获取证据，并设计了一套气候模型，即社区地球系统模型（CESM）的实验，该模型是此类模型中范围广泛的最佳模型之一。他进行了模拟，以说明以前没有考虑过的植被的一系列变化。

全新世期间扩大的植被使全球变暖多达1.5华氏度。我们的新模拟与古气候代用指标密切一致。我们可以指出北半球的植被是一个潜在的因素，使我们能够解决有争议的全新世温度难题。

气候变化———岩石中的记录

常见的多因素优选法如下：

1、分数规划法：这种方法通常用于解决多个目标优化问题，其中每个目标都由不同的指标或因素表示。分数规划法通过将这些目标转化为一个单一的分数，来综合评估不同方案的整体优劣。具体来说，它通过给每个指标分配不同的权重，并根据每个方案的指标值计算总分。选择总分最高的方案作为最优解。

2、多元回归分析法：这种方法通过建立数学模型，来预测一个或多个响应变量（目标变量）与多个自变量（因素）之间的关系。通过收集和分析历史数据，多元回归分析法可以确定每个因素对目标变量的影响程度，并据此预测未来情况。这种方法通常用于预测连续型目标变量，如成本、产量等。

3、决策树法：这种方法是一种基于树形结构的决策支持工具，用于解决具有多个决策因素和可能结果的复杂决策问题。决策树法将问题分解为若干个决策节点，每个节点代表一个决策因素或条件。

从根节点开始，根据每个节点的条件选择相应的分支，直到到达叶节点（决策结果）。叶节点上的结果表示不同决策路径下的可能结果。通过比较不同路径下的结果，决策者可以做出最优决策。

多因素的应用：

1、投资决策：在投资领域，多因素模型被广泛应用于股票、债券等金融产品的投资决策中。投资者通常会考虑多种因素，如公司的财务状况、行业前景、宏观经济环境、政策风险等，以综合评估投资的风险和收益。通过多因素模型，投资者可以更全面地考虑各种因素对投资结果的影响，从而做出更加明智的投资决策。

2、人力资源管理：在人力资源管理领域，多因素评估系统被用来评估员工的工作表现和潜力。这种评估通常考虑多种因素，如员工的工作技能、工作态度、团队合作能力、创新能力等。通过多因素评估系统，组织可以更加客观和准确地评估员工的综合表现，为员工的选拔、培训和晋升提供更加可靠的依据。

3、气候变化研究：在气候变化研究领域，多因素模型被用来预测气候变化的趋势和影响。气候变化受到多种因素的影响，如温室气体排放、自然环境变化、人类活动等。通过多因素模型，科学家可以综合考虑各种因素对气候变化的影响，从而更加准确地预测气候变化的趋势和影响，为政策制定和应对措施提供科学依据。

气候问题变幻莫测，超级计算机和科学家都累了

4. 1 引言———岩石中的记录 (“岩石磁带”)

地球气候系统过去的变化均被 “写入岩石”。尘土和冰堆积物的性质与特征、湖泊和大洋沉积物、沙丘原和河流台地、植物和动物化石组合序列、古海岸线、珊瑚生长线、树木的年轮与碳酸盐洞穴沉积层以及古代社会的古生态和文字记录，都包含了这一历史性的元素。

人类的历史与文化在很大程度上归功于过去的气候多变性。了解过去的气候就是向了解我们从古至今的演变历史迈进了一步。毫无疑问，我们的将来也将受到气候的强烈影响。

研究地球动态系统的科学家都了解，地球是一个复杂的系统并在不断调整中。历史记录揭示的海洋、大气与地表覆盖变化之间的联系有多么重要。而我们直接测量气候的历史不过几百年，这只包含了气候变化的一小段历史。随着科学技术的发展，我们解读岩石 “磁带”———地质历史的记录的能力与日俱增。但是，有一点至关重要: 最好的自然档案的典型范例应该被好好保存，留给将来的科学家参考、研究。因为相对我们今天的条件而言，以后的人类拥有的技术更精良，对问题的理解也会更深。

本文建立了一个问题的框架，这些问题显示地球科学是如何致力于更好地了解气候变化，并提出在哪些方面今后的研究能为社会作出更大贡献。

4. 2 过去 4 个冰期旋回中气候变化模式的 “大影像” 是什么

地球大约生存 46 亿年了，它曾经历了多次的冰期和温室幕。自 19 世纪 60 年代以来，仅在近 200 万年左右的时间里，就有很多冰扩张地质幕。21000 年以前的一次冰扩张是最严重的事件之一。北美、欧洲北部以及一些高山地带的大片地区都被冰雪所覆盖。而一些干旱的高山地区，如西藏高原，最多只有斑驳的冰盖。

在解读与测定海洋、冰心、中国中部尘土和古土壤序列的记录方面，近期取得的一些进展，揭示了一些主要的气候事件，这些事件对整个地球产生了影响。对此最好的解释就是环绕太阳的地球轨道发生了变化。

现在，科学家的注意力已转向了解冰盖是如何生成和坍塌的，以及近期的发现: 在 100 ～1000 年的时间跨度上曾经发生过多次快速而短命的事件。这些事件都不能说与轨道变化有关，而肯定与其他的地球系统作用有关。如果发生在今天，这种快速而强烈的变化将对社会和经济产生很大的干扰。

科学家正在做新的努力来研究这些现象之间的联系。例如，起始于北大西洋的事件如何在亚洲东部也显现效应? 各个季风系统之间存在着什么联系? 其中一个系统发生的变化如何改变其他系统的动力机制?

每次的冰扩张都伴随着全球海平面的下降。在一些事件中，广大的陆架地区裸露出来，为植物、动物和人类提供了新的迁徙路线，同时也阻挡了海水在印度洋与太平洋之间的流动。裸露的陆架地区还增大了有利于产生温室气体的面积。在对这一考古记录以及人类的广泛分布等进行解译时必须考虑到海平面升降的因素。

要了解气候系统如何在一个广阔的范围产生作用以及人类社会的发展，其必不可少的背景资料就是确认最近的冰期旋回模式。

4. 3 过去 1000 年里有哪些气候变化

气候变化表现在温度、降水以及诸如旱灾、风暴和洪水这类极端情况出现的频率。这些都对自然系统和农业系统的生产力、丛林火灾的发生频率、水的质量产生影响，并造成财产和基础设施的损失。

关于长期气候记录的新观点对于现代社会是很重要的，因为它为我们了解近期的趋向及其可能的原因提供了基础。全新世初期 (大约 1 万年前) 人类对气候系统基本上没有什么影响。这也是一个农业崛起的时期，在一些地方显而易见 (如黎凡特、长江和黄河流域) 。大约在 5000 ～6000 年前，农业系统在欧亚大陆得以广泛分布。到了大约 3000 年前，其他地方的广大地区也成为耕地。地质记录告诉我们: 与这些变化伴之而来的是大面积的砍伐和清除森林、更多地采用火烧方式往往增大了土壤侵蚀率; 还有一些小型工程设施的建设，分离或分流了过量的地表水。

到了这个时候，人类已经成为对区域性地表作用起着重大影响的因素，但可能还没有到发生气候变化的程度。全新世中期，湿地农业的扩大可能造成温室气体甲烷的释放，这是人类对大气化学产生影响的关键起点，改变了大气的热量和持水能力。

通过长寿树木的年轮、冰心 (可反映出相当于年降雪的地层) 及层状湖积物可得到关于最近时期的高分辨率记录。它们都能灵敏地反映气候的年度 (或更详细的) 变化。有关的数据不多，大家最了解的就是关于北半球中 － 高纬度地区过去 1000 年的平均气温的数据。关于这个时期热带和南半球的资料很少，但有希望去发现。

4. 4 是什么造成了气候变化

有人认为是太阳的变化造成了一些长期的变化趋势，但是近期的变暖却是史无前例的。很多数据系列显示，在过去的 1 万年或更长的时期内，全球性气候悄悄地进入我们的领土。太阳能量输出的变化、大气中火山气体和火山灰含量的变化以及大洋环流的变化都被用来解释过去 1 万年里显现的趋势，但都不能解释 20世纪下半期的上升趋势。有一种观点认为，近期的气候变化有很大的人为印记。这个观点令人信服，因为森林的砍伐、建筑以及人为的释放气体都对地球的变暖带来极大的影响。

尽管如此，如果我们想知道这些观测到的变化到底从何而来，我们需要更清楚地了解，与自然因素相比，人为因素对气候影响的相对重要性。气候变化对人类的生活有着重大的影响。我们必须优先考虑、研究诸如厄尔尼诺、大气中火山灰和火山气体含量这些自然现象的变化，这将有助于揭示与人类社会有关的、气候变化的机制。

4. 5 过去的气候变化对社会的影响有哪些

很多伟大的文明由于种种不同的原因被摧毁了，其中包括气候的原因。印度西北部 Harappan 文化 (哈拉帕文化) ，中美洲玛雅文化和亚利桑那州的霍霍坎文化，它们的毁灭都可以归咎于旱灾。

在世界的其他地方，水太多也成了问题。举例来说，我国长江的洪峰发生的时间正值西藏高原的径流与夏天的季风雨相重合之时。严重的洪灾每隔几年就发生一次，造成生命、作物和财产的损失，尽管这些洪水带来了新鲜的富含养分的沉积物。在全新世期间，人们利用工程设施同上升的洪水作斗争，而在这些设施失效的地方，农作物颗粒无收，给人们的生活造成很大困难。与此同时，在黄河流域，气候变化加上土地利用的压力，使得西北部沙漠化而这地区的居住区日益缩小。将大量关于环境变化的数据与社会的历史结合起来，会了解一些关于技术革新和早期国家之间争论的原因。

4. 6 人类活动对气候有什么作用

我们知道，人类活动造成大气化学和土地覆盖的变化，并引起生物多样性的退化。除此之外，产生了数千种新的化学合成物质，而它们对生物圈的作用还不完全为人们所了解。举例来说，有很多湖泊变成酸性，这是过去 150 年来释放工业气体所造成的直接后果。生物化学旋回的改变带来气候系统的主要元素复杂的反馈，由此影响经济活动以及水和食物的安全性。

监测人为因素对气候的影响的方法之一就是估算人类活动带来的温室气体释放量。我们可以估算其数量，但却无法确定它们的最终归宿。它们是被圈闭在土壤中并被森林覆盖了吗? 海洋是否吸收了大量温室气体? 这些对于人类来说还是一个未知结果。

关于气候在土地覆盖变化与大气化学变化中的促进作用，尚有待研究。这一研究领域的重点是生物学、土壤科学、海洋地理学，涉及自动监测、遥感和 “地面真相验证”———即对实际野外研究的必要检验。此外，还要增加对高沉积率背景下的沉积物化学方面的细节研究。

4. 7 模型对预测将来的气候有什么作用，我们如何评价其优点

模型是预测气候的最好方法，这些模型用数学公式来描述自然世界以及海洋、大气层与土地覆盖之间的动态反馈。模型输出值取决于我们对地球系统的了解、用数学函数描述实际情况的程度，以及进行必要的计算所用计算机的功能。目前，被普遍使用的全球气候模拟模型有 25 个以上。运用这些模型所给出的预测结果往往有偏差，这反映出合理地综合物理元素所存在的难度，而且系统的许多元素灵敏度较高，正如地质记录所显示的，一些很小的变化都能被放大。

最近，开发了将气候、经济、人口、工业气体释放输出，农业和自然生态系统模型结合在一起的综合系统。这些改进的系统增加了各种模型之间的 “反馈回路”，因此，系统中某一部分的变化可动态地用于其他系统。模型的强大威力之一就是它们能将不同来源的数据综合在一起，帮助我们更好地了解地球。我们应尽最大的努力使模型符合实际。因为，这些系统的作用将给我们带来很多好处，使我们在建立合理的规划方案和实现人类活动可持续性方面前进一大步。

4. 8 我们需要开发一个独立的测试系统来鉴别较好的模型并找到改进它们的方法

方法之一就是用选定的、过去的时间 “窗口”的边界条件来预置模型。这些条件包括地球轨道参数、温室气体含量、大气微粒、海岸线、海平面、冰盖等，都可以从 “岩石磁带”———地质记录本身读出。然后，我们可以对选定的时间窗口做气候模拟，并与我们用来推测过去气候条件的区域性古数据集进行比较。

研究重点必须包括建立地理覆盖面更大的、更好的数据系列，特别是南半球和热带地区。首先，可以将重点放在气候敏感度较高的地区。这样做既可以加强模型科学又可以加强古数据科学，还能提高社会对有效预测全球气候的信心。

4. 9 未来的气候将如何发展

未来的气候将对食物安全与农业、供水与水质、风暴与旋风的频率、海岸线稳定性、生物多样性和生物资源的未来等产生影响。开发气候模型有助于降低区域性气候预测中不确定性的程度。然而，只有地质记录能揭示整个地球系统的变化。而且，它一直是检验我们所作的模拟是否合理的试验。

地球科学家拥有研究过去气候与地球系统的独一无二的记录，通常是研究上述两者之间的关系。社会可以完全要求他们将部分研究计划集中到直接影响人类生活的各种事件上来，研究并确定这些事件是如何在这些系统中起作用的。好的管理和领导能产生有依据的决策和慎重的规划。有时，社会会要求地球科学家预测任何可能发生的或突发的环境事件，对地球系统的充分了解有助于我们达到这一要求。

4. 10 研究议程概要

·提高我们对于过去的两个冰期旋回中气候与环境模式的认识;

·认识冰川环境是如何发展与衰退的;

·地质记录中突发事件发生的频率与原因;

·更好地推广高分辨率数据系列，特别是在热带和南半球地区;

·更好地认识热带的热机理及其与温带气候变化的联系;

·对具有高质量考古记录的地区进行古环境研究，特别是发生过文化变迁的地方;

·通过生物学、地质学、土壤学和海洋学方面的研究 (涉及监测、遥感和通过必要的野外研究进行地面真相验证) ，认识气候与系统变化之间的关系。在这些研究中应重点包括碳通量变化的研究，因为它可能有助于我们了解气候是否会变回到冰期;

·为了明晰全球变暖和将来可能发生的海平面上升，应该确定受到沉降和抬升的一些地区，以用于比较研究;

·促进模型与古数据科学家之间的合作研究;

·年代学和方法学的技术进步;

·分析仪器和生物物理数据，以找出今天跨地区系统的联系、敏感性、惰性和落后程度;

·邀请一些核心研究人员组成工作组，进一步优选和制定研究议程。

地球科学家已经解开了地球的很多秘密，而且在了解我们的星球是如何运行的问题上已取得重大进展。

但是，这方面的信息往往没有得到正确应用。尽管我们现在已经有能力对多种自然灾害做相当准确的预报，可我们还是经常在错误的地方搞建筑和非持续性地开发资源。我们的行为显示我们仍然不了解这些，而实际上美好生活的钥匙就掌握在我们的手中。全世界的地球科学家都已做好准备协助社会建立一个更安全、更健康、更富裕的环境。

戈达德空间研究所评估240种农作物遭受气候变化的不良影响

一台超级计算机底部的备用电缆

快五年了，一支由国际科学家组成的联盟，始终在追逐云层。

通过对云层的研究，他们决心要解决困扰了一整代人的气候变化预测问题：这一缕缕的水蒸气，究竟是如何让全球变暖的？

为了 探索 气候变化的走向，他们重新编写了 210 万行的超级计算机代码，添加了更复杂的云计算公式，并进行了数百项其它方面的改进。他们不断测试代码，纠错，再测试。

科学家们发现，因为气温上升几乎对所有地区都能产生影响，所以即便使用了现有最顶尖的工具，也无法准确地构建出气候变化的模型。

2018 年，科学家们在运行了当时升级过的模型后，计算结果让他们大吃一惊：相比于数十年前旧版模型的预测，新数据显示，地球大气层对温室气体的敏感性提高了许多，且全球气温将上升到更惊人的数值——甚至到了无法补救的地步。

“我们感到非常意外，如果数值没弄错，那可真是个坏消息。”美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）博尔德梅萨实验室气候模型项目的首席科学家 Gokhan Danabasoglu 表示。

对于新模型的计算结果，不下 20 种旧版的全球气候模型都算出了与其不一致的结果。Danabasoglu 所在的 NCAR 的开源通用地球系统模型（CESM2）比它们更新，也更复杂。其主要资助方为美国国家科学基金会（U.S. National Science Foundation），可以说是世界上最具影响力的气候项目。在那之后，世界各地的十几个气候模拟小组接连给出了类似的预测。Danabasoglu 称：“并非只有我们。”

Gokhan Danabasoglu 是

美国国家大气研究中心（NCAR）

博尔德梅萨实验室气候模型

项目的首席科学家

科学家们很快就发现：在全球变暖的趋势下，云的物理特性对气候变化可能会起到强化作用，也可能会起到延缓作用。因此，新的计算结果都受到了干扰。NCAR 专门研究云的物理学家 Andrew Gettelman 参与开发了 CESM2 模型，他表示：“我们知道，旧的方法是错误的。并且我认为，我们这种新的灵敏度更高的方法也不正确。可能是我们另一些试图让云变得更好或更现实的举措所导致的后果。我们解决了一个问题，同时又创造了另一个问题。

从那时候起，CESM2 的科学家们根据关于气温上升影响的大量新信息，着手开始重新设计气候变化算法，以更好地理解其中的物理现象。他们放弃了气候敏感性方面最极端的预测数值，但对未来全球变暖的最新预测结果仍令人担忧——且还在不断地变化。

“我们解决了一个问题，

同时又创造了另一个问题。”

物理学家 Andrew Gettelman

在实验室里接受采访时说

世界各国的***在思考限制温室气体排放的方法时，很大程度上都依赖于计算机气候模型的预测。不过，随着算法和运行这些算法的计算机的不断优化，能够处理更多的数据，进行更高质量的模拟，这种复杂的状况使得气候科学家们不得不耗费精力，努力解决计算机模型之间不匹配的问题。

尽管对于计算如何在全球变暖的环境中生存至关重要，气候模型却碰到了很大的困难——有复杂的物理问题；科学计算的局限性；气候行为细微差别的不确定性；以及如何跟上二氧化碳、甲烷和其它温室气体增速的难题。尽管已有了显著的改进，但从表面上来看，新模型仍旧不够精准。

也就是说，气候变化的预测依然需要主观判断。

美国国家大气研究中心的

科学家们正以 5.34 万亿次的

计算来预测未来气候变化

隶属于 NASA 的戈达德空间研究中心（Goddard Institute for Space Sciences）是国际领先的气候模拟中心，其主任 Gavin Schmidt 告诉我们：“目前来看，气候模型的运作方式有些不对劲。我们遇到了个难题。”

联合国政府间气候变化专门委员会（United Nations Interal Panel on Climate Change）整理了数千篇科学论文和数十个气候模型（包括 CESM2 模型）的最新气候数据，为评估气候变化的影响制定了国际标准。195 个国家的决策者由此达成了全球变暖方面的最新科学共识。委员会预计将于今年晚些时候发布下一份重要咨询报告，并将成为国际谈判的基础。

对气候模型专家而言，预测的差异基本就在平均气温变化因未来几年大气中的二氧化碳增加量而产生的那几度。大多数科学家都认为，仅凭这几度，就足以导致风暴、强降雨、海平面上升——甚至热浪、干旱或其它与气温相关的后果，如作物歉收和传染病等等。

气候模型，相当于把地球放入了一根数字试管中。1992 年，当世界各国***齐聚巴西里约热内卢，就首个全面的全球气候条约进行磋商时，只有四种基本模型能够为谈判代表们预测全球变暖的趋势作为参考。

2021 年 11 月，全球各国***在格拉斯哥召开了以 2015 年巴黎协议为基础的会谈，商讨限制温室气体排放的问题。49 个研究小组分别构建了 100 多种主要的全球气候变化模型——可见该领域涌入了多少人才。会议上，联合国专家发布了针对未来全球变暖场景的气候模型预测，其中也包括来自 CESM2 模型的数据。

NCAR 梅萨实验室的资深科学家 Gerald Meehl 表示：“这些模型，就是我们用来表明世界未来走向的一种工具。对决策者来说，要想获得这方面的信息，就只有这一种途径。”

去年 10 月，诺贝尔物理学奖被授予了为计算机模拟全球气候变化奠定基础的科学家。

数十年来，怀疑论者始终对气候模型颇为不屑，认为其夸大了二氧化碳的危害。但越来越多的研究表明，许多气候模型的精确度比想象的要高很多。在最近的一项研究中，美国国家航空航天局、加州伯克利突破研究所（Breakthrough Institute）和麻省理工学院的科学家们对 1970 年至 2007 年间使用的 17 种模型进行了评估，结果显示，其预测的大多数气候变化都“几乎完全符合实际发生的状况”。

该研究负责人、来自环境研究组织“突破研究所”的气候科学家 Zeke Hausfather 称：“这些早期模型作出了正确的预测，这一事实着实让我们信心倍增。”

不过，模型依然容易出现技术故障，并且容易因为我们对影响地球应对吸热气体的变量没有足够充分的理解而遭遇壁垒。陆地、海洋和大气之间保持着微妙的相互作用关系，这方面的气候问题仍旧悬而未决。海洋变暖的速度可能比先前模型的预测速度更快。空气浮尘、煤烟、沙砾和气溶胶究竟有多大影响，也还是难以确定。

在去年提供给各国政府的指导意见中，联合国气候变化委员会首次对最极端的预测进行了弱化处理。

在为决策者更新气候预测之前，会有个独立的科学家小组进行“追算”，即测试模型重现 20 世纪及更早时期气候变化的能力。只有能够精确重现过往气候变化的模型，才会得到认可。

NCAR 博尔德梅萨实验室

在此过程中，NCAR 联盟的科学家们曾尝试使用经过优化的模型重现 21000 年前，即上个冰河时代的气候状况。相比如今，当时的二氧化碳水平和气温都要低得多。CESM2 和其它一众新模型的预测温度都远低于地质证据显示的温度。随后，密歇根大学的科学家又使用新气候模型尝试重现 5000 万年前的气候状况。相比如今，当时的温室气体水平和气温则都要高得多。新模型的预测温度也都远高于地质证据显示的温度。

尽管这些新模型在受其它几乎所有气候因素影响时，都能给出精准的结果，但它们似乎总是对二氧化碳含量的变化太过敏感。近几年来，为了降低不确定性，科学家们始终在进行各种微调。

云也是一大难题。

由于云层既能将太阳辐射反射进太空，又能捕获地球表面散发的热量，它也就成了科学家改进气候模型时的最大挑战之一。

任何时候，地球三分之二以上的面积都有云层覆盖。它们对气候的影响取决于其反射能力、活动高度，以及是白天还是夜晚。云既能加速升温，也能加速降温。其活动范围可能宽若海洋，也可能细如发丝。研究表明，从宇宙射线到海洋微生物，都会对云的活动造成影响。比如，微生物释放出的硫磺颗粒就会成为水滴或冰晶的核。

美国怀俄明州首府 Cheyenne

城外的风力发电设施

加州理工学院（California Institute of Technology）及气候模型联盟（该联盟正在开发实验模型）的大气科学家 Tapio Schneider 表示：“如果处理不好云的问题，到处都会出纰漏。在调节地球的能量平衡这方面，云至关重要。”

原先的模型都只是简单地模拟云的影响，因而数十年来，人们都认为，如果大气中的二氧化碳浓度比工业化前的水平高出一倍，全球气温就将升高 1.5 至 4.5 摄氏度）。

新模型则更细致地考虑了云的物理特性。联盟的科学家表示，据 CESM2 预测，如果二氧化碳的浓度增加一倍，全球气温就将升高 5.3 摄氏度——比旧模型的预测数值高出了近三分之一。

去年，在对 39 种全球气候模型进行单独评估时，科学家们发现，其中 13 种新模型对大气中二氧化碳含量上升所导致的全球气温增幅预测都明显高于原先计算机模型的预测数值——科学家们称它们为“wolf pack”。根据气温变化的 历史 证据判断，这些预测结果都不可信。

在 2021 年 1 月发布的一份研究报告中，NCAR 的科学家们指出，如果在模拟云层时引入极详细的方程式，就可能伴随着产生一些错误，导致新模型不如粗略模拟云层的旧模型精确。

鉴于这些不确定性的存在，联合国气候变化委员会在去年 8 月提交给决策者的最新报告中，将气候敏感性的估计范围缩减到了 2.5 至 4 摄氏度。委员会中的科学家表示，全球变暖的幅度或许还能控制在 2015 年巴黎气候协议所设定的目标范围之内。

参与开发 CESM2 模型的 Gettelman 博士及其同事在首次升级中采用了模拟极地冰盖，以及碳和氮在地球环境中循环方式的优化策略。为了尽可能真实地模拟海洋环境，他们加入了由风驱动的波浪。他们还微调了算法中的物理特性，提高了经典的 Fortran 代码的效率。

位于 Cheyenne 的超级计算机连接到

一个由 22 个图形处理器组成的专业集群，

一旦在计算过程中出现故障，

可能会消耗几个世纪的模拟计算机时间

Danabasoglu 博士表示，云层太过复杂，很难确认具体影响因素。他说：“有了这么多行代码和这么多物理，我们才有可能触摸到真实。从 情感 层面来看，我们实在是为构建出尽可能完善的模型投入了太多。”

即便是最简单的诊断测试也绝非易事。模型将地球划分成了一张由 64800 个立方体组成的虚拟网格，每边长 100 公里，共堆叠 72 层。每进行一次预测，计算机每 30 分钟就必须计算出 460 万个数据点。测试升级或修正时，研究人员通常都会让模型持续运行 300 年（计算机模拟时间）。

在最初的分析中，科学家们发现了 CESM2 模拟水汽与使水蒸气凝结成云滴的烟灰、灰尘或浪花颗粒相互作用方式上的一个缺陷。据称，为了找到并纠正那个有问题的数据点，一个由 10 名气候专家组成的团队花了近 5 个月的时间。

通过现场实验，他们随后发现，和模型所假设的不同，南极洲海岸附近明亮的低空云层既不是冰晶也不是云滴，而是一种能对云层散发地表温度的方式产生影响的过冷液体。

自 2018 年发布开源软件以来，NCAR 的科学家已经对 CESM2 模型进行了五次更新，在开发方面也多有优化。NCAR 气候与全球动力学实验室主任 Jean-Francois Lamarque 曾是该项目的首席科学家，他表示：“我们还在钻研。这一过程将持续很多年。”

此外，圣地亚哥斯克里普斯海洋学研究所（Scripps Institution of Oceanography）的科学家分析卫星数据后发现，正如早先气候模型所预测的那样，随着全球气温的上升，云层正在发生变化，这可能会进一步加速全球变暖。自 1980 年代以来，地球两极的云越来越厚，中纬度地区的云越来越少。雷雨云也在逐渐升高。

加州大熊湖天文观测台（Big Bear Solar Observatory）和纽约大学的研究人员在 9 月发表的一项新研究中表明，随着近年来海洋温度的上升，在广阔海域上方形成的明亮、反射能力较弱的云正在逐渐减少。研究人员认为，这代表更多的太阳热量都被封锁在了大气中，从而导致气温上升得越来越快。

NCAR 的官员表示，博尔德的科学家们想要更深入地研究云、冰盖和气溶胶的行动，但已使用 5 年的 Cheyenne 超级计算机似乎有些乏力。据称，气候模型能够以更详细的尺度单独捕捉云系统、风暴、区域性野火和洋流的微妙影响，而这需要上千倍的计算能力才能完成。

参与研究 CESM2 模型的 NCAR 科学家 Andrew Wood 说：“构建已知所有复杂因素，和能够多次持续运行数百年的模型之间存在这一种平衡关系。模型越复杂，运行速度就越慢。”

NCAR 的森林生态学家 Jacquelyn Shuman

研究人员目前背负着相当的压力，需要对未来的气候变化作出可靠的地方性预测，以便市政管理人员和区域规划者保护高密度人口地区免遭大洪水、干旱或野火的侵害。NCAR 的森林生态学家 Jacquelyn Shuman 正在研究模拟气候变化对区域性野火影响的方法。她表示，这意味着下一代气候模型需要将全球范围内不断上升的气温与当地森林、流域、草地及农业地带不断变化的环境条件联系起来。

她说：“无论大小，计算机模型都可以让你‘真实地’进行一些在现实世界中无法完成的实验。你可以提高气温、减少降水，也可以彻底改变某一地区的火灾或闪电频率，从而切实地观测各种因素协同作用的方式。下一步就是分析。这可太有价值了。”

NCAR 的科学家们即将拥有一台名为 Derecho，造价达 4000 万美元的惠普超级计算机，它能以现有计算机三倍的速度进行气候变化计算。其官员称，今年正式投入使用后，它将有望跻身世界上最快的 25 台超级计算机之列。

美国能源部则正在研发一种用于气候研究及其它应用的超级计算机。据称，其速度比现今最强大的计算机还要快 10 倍，每秒可以进行数十亿次计算。其它小组则在尝试利用人工智能和机器学习来更好地捕捉云的微物理现象。

Gettelman 博士说：“尽管气候模型还远称不上完美，但我认为，它就是我们探知未来的最佳工具。我不担心新模型可能出错。我害怕的是，它们可能预测得对。”

新报纸声称，如果我们现在不停止气候变化，到2050年人类文明将崩溃

国家航空航天局戈达德空间研究所气候科学家乔纳斯·贾格迈尔（Jonas Jagermeyr）于2021年11月26日在《自然·食品》发表研究报告说，

该局分别涉及了240个计算机模拟模型，用来预测评估气候变化对每一种农作物可能造成的影响。

针对玉米、小麦的不良影响，将于2030年出现。

因为温室气体的大量排放，玉米全球产量将会减少24%，小麦将减少17%。

模拟模型已经综合考虑的如下因素：气候、农产品现状、温度、降水、二氧化碳水平、人类活动。

哥伦比亚大学地球研究所参加了研究工作。

研究工作参考了如下模型：CMIP6、AgMIP。

进行了评估及预测的农作物种类共240种。

大豆、稻谷在部分地区的产量会下降。

如下地区玉米产量将因为气候变化而下降：北美、中美、西非、中非、巴西、东亚。

如下地区小麦产量将因为气候变化而下降：北美、加拿大、北亚、中亚、南澳大利亚、东非。

大气层中二氧化碳的增加，有利于农作物的光合作用，但此条件下的农作物营养价值会降低。关于此点，玉米将尤甚于小麦。

乔纳斯·贾格迈尔****：

NASA Goddard Institute for Space Studies

2880 Broadway

New York, NY 10025 USA

E-mail: jonas.jaegermeyrATcolumbia.edu

Phone: 212-678-5549

乔纳斯的研究范围包括：气候变化科学家、作物建模、粮食系统、全球粮食安全、气候变化对农业系统的影响、极端天气事件的作用、季末产量预测系统、实现可持续发展目标的发展途径、如何养活100亿人、地区核冲突对全球粮食生产力、贸易和供应的影响、极端事件和农业适应潜力、水管理和灌溉系统转型、大气地球工程对作物生产力的影响、全球作物建模系统集合、粮食系统脆弱性、可持续的未来粮食系统。

这个科学家，明明可以靠脸吃饭，非要搞科研，可惜了。

2021年11月23日，联合国粮农组织《2021年粮食及农业状况》报告记载，

2019年，全世界超过6.9亿人处于饥饿状态。2020年，全世界超过8.2亿人处于饥饿状态。该种不良情况可能将持续50年以上。

结尾部分：

摘要： 因为温室气体的大量排放，玉米全球产量将会减少24%，小麦将减少17%。

作者：朱川

未来的气候会是什么样子？

切尔诺贝利禁区展示了一个对生命不友好的世界。根据一份新的气候政策文件，如果人类不迅速采取行动减缓全球变暖，到2050年地球上的大部分地区可能看起来都一样。。本周，一份来自澳大利亚智库的新政策文件声称，其他的报告有点偏离；气候变化的风险实际上比任何人想象的都要糟糕得多。根据该报的“KDSPE”“KDSPs”，气候变化对人类文明构成了“近乎中期的威胁”，这是一个很好的机会。如果在未来十年内不采取有效的缓解措施，最快可能在2050年崩溃。该论文的中心论文是气候科学家在预测气候变化在不久的将来将如何影响地球时过于拘束。[世界可能终结的9大方式]

他们说，当前的气候危机比以往任何人类处理过的都更大、更复杂。一般气候模型——就像联合国气候变化专门委员会（IPCC）在2018使用的那样，预测全球气温上升3.6华氏度（2摄氏度）可能会使数亿人处于危险之中，但无法解释地球许多相互关联的地质过程的复杂性。因此，他们无法充分预测潜在后果的规模。作者写道，事实可能比任何模型都要糟糕得多。

世界是如何结束的

那么，地球气候恶化的未来的准确最坏情况究竟是什么样子的呢？作者提出了一个特别严峻的情况，首先是世界各国 *** “礼貌地忽略”科学家的建议和公众对经济脱碳（寻找替代能源）的意愿，导致到2050年全球气温上升5.4华氏度（3摄氏度）。在这一点上，世界的冰原消失了；残酷的干旱杀死了亚马逊雨林中的许多树木（消除了世界上最大的碳补偿之一）；地球陷入了一个更热、更致命的环境反馈循环。

“35%的全球陆地面积，作者假设，全球55%的人口每年都要经受超过20天的酷热，超过人类生存能力的极限。与此同时，干旱、洪水和野火经常肆虐土地。世界上近三分之一的陆地表面变成了沙漠。整个生态系统崩溃，首先是地球上的珊瑚礁、雨林和北极冰原。世界热带地区受这些新的极端气候影响最严重，摧毁了该地区的农业，使10亿多人沦为难民。

这种大规模的难民流动，加上海岸线不断缩小，食物和水供应严重下降，开始对包括美国在内的世界最大国家的结构造成压力。围绕资源的武装冲突，可能最终导致核战争，很有可能是

的结果，根据新的文件，是“彻头彻尾的混乱”，也许是“我们所知道的人类全球文明的终结”，

如何能防止这种对未来的灾难性展望？只有当世界人民接受气候变化的紧急情况，并立即开始工作。根据论文作者的说法，人类还有大约十年的时间发起一场全球运动，将世界经济转变为零碳排放s系统。（实现零碳排放要求要么不排放碳，要么平衡碳排放和碳排放。）作者写道，这样做所需的努力“在规模上类似于二战的紧急动员。”新政策文件由克里斯·巴里（Chris Barrie）上将在前言中背书，一位退休的澳大利亚国防部长和皇家海军高级指挥官，曾在澳大利亚参议院作证，说明气候变化对国家安全和人类整体福祉造成的破坏性可能性，人类引起的全球变暖是对地球上人类生命的最大威胁地球上的人类生命可能正以最可怕的方式走向灭绝。

气候变化的现实：10个神话破碎的融化图像：地球消失的冰50个关于地球的惊人事实

最初发表在《生命科学》上。

在过去的100年里，地球的气候发生了很大的变化，尤其是最近。一些变化，如冰川的融化，是肉眼可见的。其他的，比如下雨频率的变化，并不容易看到。幸运的是，我们不仅依靠眼睛来记录变化。科学家们已经在全球范围内安装了仪器，可以不断测量温度，雨水，风和阳光的变化。我们甚至在卫星上在太空中安装了仪器，不仅记录了天气，还记录了海洋，冰盖和陆地的气候相关属性，所有这些都显示了地球的气候状况。

为了更好地了解观测到的气候变化背后的原因，科学家们需要做实验。假设一位气候科学家很好奇，如果太平洋的海盐量突然像现在这样翻了一番，会发生什么。如果科学家通过将数吨海盐释放到海洋中来测试这一点，后果可能是灾难性的。相反，科学家们在计算机上创建了地球的数字副本。这个副本由计算机大气层，计算机海洋和计算机陆地组成，几乎就像一个视频 游戏 [1]。这个计算机副本的地球称为 气候模型

气候模型是建立在计算机上的模型世界。一些气候模型比其他模型更复杂。

.在气候模型中，进行实验是安全的。如果科学家愿意，他们可以在海洋中添加一堆海盐或去除所有的云层。科学家使用气候模型进行现实和不切实际的实验，以加深他们对地球气候的理解。

在信任气候模型之前，科学家们希望检查模型是否正常工作，因此他们模拟最近的过去并将模型结果与实际观测进行比较。这样的实验被称为 历史 模拟。这可以通过在1850年开始气候模型并每年添加污染（包括温室气体和大气中的小颗粒）来完成，从而在今天停止实验。添加污染意味着代表人类活动，因为 工业革命

这一时期始于1850年，当时制造过程开始向地球大气中释放温室气体和小颗粒。

，始于1850年。使用这个 历史 模型，我们可以将计算机版地球上的气候变化与真实地球上的气候变化进行比较，这是由我们在地球和太空中的仪器测量的。如果这些变化是相似的，我们知道我们的气候模型正在正常工作，并且我们已经创建了一个很好的地球气候模型。有许多气候模型，因为有多种方法可以描述地球上的复杂过程。

当我们查看 历史 模拟的结果时，我们通常会对许多模型的结果进行平均，并将数据作为一个模型呈现。例如，图 1 中的红线基于 48 个气候模型！图1显示了从工业革命到2014年气候模型的温度变化数据，以及仪器测量的实际温度变化。来自这些模型的数据与实际数据紧密匹配，并说明了称为 全球变暖

过去150年中，由于温室气体排放量增加，测量的温度升高。

.红线非常接近黑线，因此我们可以看到模型在表示地球温度的演变方面做得很好。我们还可以看到，温度随着时间的推移而增加，首先是缓慢的，然后是更快的。这就是所谓的全球变暖。

准确的气候模型不仅可以用于 估计 未来，还可以用于指导未来的人类行动。我们未来的气候取决于我们未来的行动，科学家使用气候模型来帮助我们防止危险的气候变化发生。

气候变化主要是由于增加 排放

在这种情况下，某种东西被释放到大气中。

之 温室气体

温室气体（GHGs）是使空气变暖，导致全球变暖的气体。最著名的是二氧化碳。

，特别是二氧化碳（CO2）。气候模型是评估未来气候变化的好工具，因为我们可以用它来试验未来可能发生的不同程度的污染。我们不可能确切地知道人类未来会排放多少污染，但我们可以创造关于未来可能是什么样子的不同故事。我们称这些故事为 场景

一个关于未来是什么样子的潜在故事。我们的未来有很多情况，这取决于我们排放的污染程度。

.一种情况可能是，整个世界都在合作，大力减少我们排放的温室气体量，甚至可能从空气中捕获二氧化碳。这种情况非常有希望，我们可以称之为最佳情况，或者像许多科学家所说的那样，低排放情况。最糟糕的情况是，人类未来将继续向大气中排放越来越多的二氧化碳，就像我们从1850年到今天所做的那样。

使用气候模型的实验是通过改变未来每年计算机大气中的污染量来进行的，要么降低污染水平以检查最佳情况，要么增加污染水平以检查最坏情况。气候建模与 历史 模拟

一个气候模型实验，始于1850年，结束于今天，其中包括污染排放。将 历史 模拟与观测进行比较。

前面提到的是， 历史 模拟始于1850年，结束于现在，而对未来的建模始于现在，并可能在2100年结束。由于我们未来没有任何来自仪器的真实世界测量，这意味着当我们展望未来时，我们无法将我们的模型地球与真实地球进行比较，这就是为什么只有一种情况是不够的。我们需要一些气候模型，以便我们能够了解最佳情况，最坏情况以及介于两者之间的情景。有了这些信息，我们可以做出最能塑造未来的选择。

我们的地球计算机模型告诉我们，我们的星球将在未来几十年内继续变暖。然而，地球的热度将直接取决于我们所有人的生活方式，我们吃什么食物，以及我们将继续污染我们的星球。

我们所有的模型都告诉我们的一件事是，我们需要快速减少污染（图2）。如果世界各国今天都开始减少二氧化碳排放，到本世纪末，地球只会变暖1.8 C。在这种乐观的情况下，我们将阻止海平面上升得太快，这样我们的沿海城市就不会被洪水淹没。温度不会太热而无法种植我们的食物，我们也会限制极端天气事件，如热浪和干旱。然而，只有当人类将排放量降低到非常低的水平，理想情况下为零时，这种乐观的最佳情况才能实现。

如果我们在停止之前继续污染几十年，地球肯定会发高烧。在我们未来的这些中高排放故事中，模型地球将升温2.7 C或3.6 C。 就像人体内发烧一样，温度仅仅升高几度就会使地球挣扎。山区和北极的冰川将完全融化。许多植物，树木，动物和人类也很难适应这个更热的世界。我们当然应该尽量避免这样一个关于我们未来的故事。

在最坏的情况下，我们不会简单地继续以今天的速度污染我们的星球，而是我们甚至会增加我们的排放量。在这种极端的情况下，地球会发展出大规模的烧烧并变得非常热。我们的模型地球将升温4.4 C，这将对人类和动物造成灾难性的后果。

好消息是，一些国家已经开始减少排放，所以我们可能不会遵循这种极端情况。坏消息是，我们的模型和观察告诉我们，低排放的故事，最好的情况也变得越来越不可能。我们目前最好的估计是，我们将在2100年走向大约3 C[2]的变暖。地球升温3 C将高于世界各地政治家一致同意的1.5 C变暖的安全阈值。但是，我们的模型也告诉我们，我们仍然有可能保持在1.5 C以下的变暖！

气候模型可用于在现实生活中不可能实现的实验。这些模型可以用来估计未来和过去，但我们未来的故事取决于人类将排放多少污染。研究人员为未来的排放创造了几种情景。气候模型显示，到2100年，全球变暖可能从1.8 C增加到4.4 C。目前，气候科学家估计，我们最终将全球变暖约3 C[2]，这样的世界将与今天的世界截然不同。重要的是要记住，这种估计的变暖不一定会发生。还有时间做出改变，以限制气候变化，即使是1.8 C的低排放情景。如果我们共同努力，大力和迅速地减少温室气体排放，我们就能保持地球的 健康 和宜居性。