气候模型:我们可以如何预测气候变化?

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更新于 Wed Mar 03 2021

你可能已经听到了许多关于气候变化导致全球气温将会在不久的将来急剧上升的消息。但是我们是如何知道这点呢?

这是指气候模型。那么你认为科学家口中的“气候模型”指什么呢?


对于爱车读者来说,很抱歉,但在本章中我们将会讨论地球气候的模拟。话说回来,能够预测未来还是相当酷的,不是吗?

对政策行动的预测

气候模型如何能让我们做到这点?

气候是一个包含大气、海洋、冰、陆地和地球上所有生物的系统。这些不同元素之间的相互作用意味着气候系统一直在变化。例如,在陆地上形成雨的水可以从海洋中蒸发

气候也可能因不属于自然气候系统的事件而被迫改变,例如火山爆发 或增加CO₂ 排放。它们被称为推动力

气候系统

气候模型通过模拟气候系统各部分以及外部强迫之间的相互作用进行预测。要做到这一点,科学家们必须将这些过程用复杂的科学方程组表示出来。举例来说,某些方程基于来自太阳的能量和地球以及大气云层吸收和反射的能量两者之间的平衡

大气能量平衡

然而,一些过程(如树木如何影响气候 或云如何形成) 仍然是相当不确定的,必须用近似方程式。过去的气候记录被用来改进这些预测未来气候的近似方程

如果一个气候模型可以模拟过去的气候,那么它们就更有可能正确模拟未来的气候

气候科学家利用气候模型对未来气候进行预测,将CO₂排放量和其他变量的可能情况放入方程式中

科学家从哪里获得数据?

我们对1850年左右气候系统历史的了解来自人类记录的数据。但是,我们如何知道我们的气候系统的哪些方面(温度、海平面、二氧化碳浓度) 与那时类似?


有许多不同的方法来估计一百万年前的气候情况。例如,当科学家看到某些树干的横断面时,他们可以估计出几千年前的气候是什么样的

环宽天气预测

估计1850年以前的气候有很多用处。例如,这段时期的气候变化比过去170年的任何时期都要大得多 和快得多。当过去的某段气候发生剧烈变化时,使用这段时间的数据可以改善对我们目前所面临的不寻常的、极端气候变化的预测

科学家如何使用这种数据?

科学家使用历史数据来测试他们的模型。记住,如果一个气候模型可以模拟过去的气候,那么它就更有可能正确地模拟未来的气候。然而,科学家们面临着挑战,因为使用不是直接收集的数据(科学家们在500年前没有使用 温度计来测量空气温度!)意味着存在一些不确定性

此外,即使历史数据是准确的,对于未来会发生什么总是存在不确定性。仅仅因为一个模型可以做出与历史数据一致的预测,并不意味着未来的预测将是准确的

还有一个问题是,如果没有足够的数据,或者气候过程太复杂而不能准确地表示,那么对气候系统各个方面的预测和模拟就会变得不那么可靠。这就是降雨、降雪、深海温度和南极海冰预测的情况

科学家们一直在检查和提高他们的模型预测的准确性,而这很大程度上是基于这些模型预测的准确性,比如如果1980年运行的话,从1980年到今天的气候。

气候模型准确吗?

气候模型已经被用来对过去50年进行精确的预测,并且在这段时间内取得了显著的进步。例如,在2013年数千名科学家撰写的一份科学报告中使用的模型,以99%的成功率再现了准确的全球表面温度!

99%的成功率

现在的模型可以根据气候系统的许多方面来进行预测。你认为有可能做出一个完美的模型吗?


模型永远不可能100%精确。要做到这一点,科学家需要了解和模拟气候系统的每一个方面,并确切地知道我们每个人在未来将如何行动。没有水晶球,这显然是相当困难的!

如果模型不能100%正确,那我们为什么要使用他们。

尽管气候模型预测有一些不确定性,但它们仍然非常有用。需要意识到的关键一点是, 气候科学家不需要预测未来来帮助政策制定者;通过使用几种考虑周全的人类应对气候变化的不同假设情景(从什么都不做到做大量工作),气候模型可以给决策者提供一个关于不同政策行动可能导致的一系列气候变化的概念。

基于政策的预测

因此,气候模型可以为决策者提供信息和证据,开始对未来的环境行动做出明智的决定。例如,温室气体的排放会增加未来的温度并影响未来的天气模式。模型可以用来预测人类活动(如增加的排放)将如何影响气候,以及CO₂排放量需要按照什么速度减少,以将变暖限制在特定水平,例如关键限制在1.5°C。

他们也可以强调延迟效应——即使我们今天停止排放,我们已经排放的温室气体将在至少几十年内继续导致变暖

结论

所有的气候模型都有缺陷,但正确使用,他们也能为应对气候变化作出重要的贡献。

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