气候变化数值模拟.pdf

气候变化数值模拟 王 斌 中崮科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室，北京100029 摘 要 本文通过基于气候系统模式的气候变化数值模拟，阐述加速发展我国气候系统模式的重 要性，并介绍我们目前在这一领域取得的新进展和未来的计划。气候变化数值模拟可以定量评估20 世纪人类活动对气候变化的影响，并预测21世纪可能的气候变化，寻找出可能的影响地球气候系统 变化的重要因素。由于气候变化数值模拟是采用耦舍各圈层的气候系统模式来进行，模式性能的好 坏直接关系到数值模拟结果的准确性和合理性，因此，发展高性能气候系统模式成为气候变化研究中 的中心任务。美国、欧洲和日本等发达国家和地区一直非常重视气候系统模式的发展，并在近年相继 推出了一些有关气候系统模式发展的重要联合研究计划，在研究经费上给予了强有力的支持。我们 也推出了自己的相关研究计划，并在该计划指导下在气候系统模式各重要子模式研发方面取得了重 要进展和初步结果，并将用新发展的气候系统模式为IPCC第四次评估报告提供自己的模拟结果。 关键词 气候变化；数值模拟；气候系统模式；研究计划；IPCC 1 引 言 根据近百年的观测事实，不难发现全球平均表面温度自1861年起一直在升高，在整个 20世纪平均增温0．6±0．2℃，尤其是1994年以后的高温，使得整个20世纪的平均增温要 比该世纪1994以前的平均增温高大约0．15℃(IPCC 2001)。更值得注意的是，20世纪90 年代是自100多年前开始有准确记录以来最暖的十年，而1998年又是其中最暖的年份；另 外，对北半球的各种观测资料如温度计资料、树木年轮、珊瑚和冰芯等的分析表明，20世纪 北半球的增温是近l000年来最强的100年；与此同时海平面高度也在持续上升。由此可 见，20世纪全球气候变暖是个不争的事实。 这种以全球变暖为主要特征的气候变化，对我国乃至世界其他各国的环境和经济已经 并将继续产生重大的影响，引起了生态和环境一系列变化，如海平面上升、冰川融化退缩、冻 土面积减少、春季积雪减少、湖泊收缩、河流径流量下降、流程缩短或断流、泥石流和滑坡发 生频次增加、沙漠化不断加剧、亚洲季风减弱等。中国的气候变化具有明显的区域特点，主 要表现在许多地区出现的夏季干旱化趋势和暖冬。从1986年开始，我国连续经历了16个 暖冬。另外，气候变暖也导致了极端天气与气候事件(干旱、暴雨、冰雹、雷电、风暴、El Nino、高温天气和冷害等)的频率与强度增加，使得我国气象灾害更频繁地出现。近十年中． 我国每年由气象灾害引起的直接经济损失约在600亿～1800亿元之间，占国民生产总值的 3％～6％。 特邀报告65 那么，是什么因素导致了近100年来的全球变暖呢?气候系统的自然变率和人类活动， 哪一个对20世纪的全球增温负主要责任?这是值得我们深入研究的问题。气候数值模拟 是帮助我们理解气候系统变化规律、再现过去100年气候以及定量评估现在的气候变化的 重要手段。更重要的是，未来气候如何变化?如果继续变暖，会导致什么样的问题?例如， 未来20～50年中国东部和南部沿海海平面究竟将上升多高，对沿海经济发达区域的经济发 展会带来什么影响?在全球变暖背景下，中国西部最重要的冰雪水资源将发生什么变化，现 有的脆弱的生态环境将发生什么变化，对实施西部大开发战略(诸如工业布局、农林牧规划、 山河整治等)会带来什么影响?要回答好这些问题是非常困难的，此时，仍然需要依赖数值 模拟手段来获得一些重要的线索和依据。 但遗憾的是，目前气候数值模拟与预测的水平还比较低。气候变化研究能提供更准确 的预测满足国家防灾减灾决策的需要吗?如何才能提高气候数值模拟与预测的水平呢?由 于影响气候系统变化的因子很多，且非常复杂，因此，要想真正掌握气候系统的变化规律，就 必须立足于研究大气海洋一陆地一海冰之间繁复的相互作用。这样，作为气候数值模拟与预 测的最有效工具之一的把各圈层耦合在一起的气候系统模式就成了气候变化研究的焦点。 模式性能的好坏直接关系到数值模拟或预测的准确性和合理性，也是衡量气候变化研究水 平的一个重要标准。因此，发展高性能气候系统模式成为气候变化研究的中心任务和重要 的战略部署。 2 20世纪气候变化的数值模拟 由中国科学院大气物理研究所大