未来气候是如何“算”出的？

吴统文熟练地在笔记本电脑中输入一长串指令，“啪”一声按下确认键。

几百米外的计算机机房内，一人多高的巨型计算机立即按照指令开始高速运算，计算从过去1000年到未来的气候演变趋势。这样的运算，最长的需要连续进行2个月。

吴统文，中国气象局国家气候中心气候模式室主任、研究员，他计算气候变化趋势的帮手，除了耗资高达数亿元的巨型计算机，还有“气候模式”——一个由“很多很多数学方程组”组成的极其复杂的程序，是当今科学界用以预测未来气候演变和影响的主要工具。

目前，各国科学家正在抓紧对全球30多个气候模式进行完善和运算，为将于2014年出版的IPCC（政府间气候变化专门委员会）第五次评估报告提供科学依据。

关键词：复杂程序

“气候模式”的原理和“天气预报模式”有些类似，不过要复杂得多

根据温室气体排放量的多少，到本世纪末，全球地表温度可能会升高1.6℃到6.4℃——这是2007年IPCC第四次评估报告做出的预估。得出这一预测结论的，正是世界各国的气候模式，当时有24个模式参与，并提供了估算结果。IPCC提出人类活动导致全球气候变暖的主要证据，也是来自于计算机利用气候模式对气候变化的模拟。

气象学家如何利用气候模式，“算”出未来气候？

“地球的气候系统是一个由大气、海洋、冰、生物和陆地构成的系统，非常复杂。它们不但受外界影响，而且也会发生相互作用。”吴统文说，“气候模式可以说是对气候系统的数学表达，编写很多方程组成的复杂的程序，再通过巨型计算机进行运算，对未来的气候变化趋势作出预测。”

气候模式是在天气预报模式的基础上发展起来的，其原理和天气预报模式有些类似。天气预报模式已有60多年历史，是全世界天气预报的主要工具。二者的区别在于，天气预报模式主要考虑大气运动变化情况，而气候模式要复杂得多，需考虑大气、海洋、冰、生物和陆地的状况以及它们之间的相互影响。

“气候模式要用的数据量大得惊人，往往达到几十个TB（万亿字节），时间长的要用高速计算机算好几个月。你看，现在我们这儿有一个模式正在运算，目前已经连续算了11天了。”吴统文说。

关键词：继续升温

最新预测显示，未来全球升温趋势可能延续，增温幅度和温室气体排放量关系很大

最近几年，中国加大气候模式核心技术的攻关力度，模式的水平有了很大进步。在国家气候中心，自主研发的第一代气候模式于2005年就投入气候预测业务应用。

我国国家气候中心、中科院大气物理所等单位的数个模式，准备参与IPCC第五次评估报告。国家气候中心对未来全球气候的预测结果，已经于今年4月提交到世界气象组织公开的网络平台，参与世界各国气候模式比较计划。除中国的模式之外，其余参与比较的模式都来自发达国家。

“这个计划就是把各国的气候模式，放在同一个平台上交流比试。这些模式会模拟过去1000年的气候，特别是1850年工业革命以来的气候变化；更重要的是，根据未来不同温室气体排放情景，预估全球温度变化等情况。”吴统文介绍。

最新预测结果是怎样的？吴统文表示，不同模式之间预测的结果差异较大，目前采取的一个方式是“集合平均”，即把所有模式预测的结果集合起来，看其平均情况，这样可靠性会大大增强。“从世界各国气候模式最新的预估结果来看，未来升温趋势可能延续，增温幅度和温室气体排放量关系很大，但预估结果同时显示，全球变暖并不是意味着每个地区都普遍升温，未来不排除某些区域会出现降温。”

国家气候变化专家委员会委员、中国社科院城市发展与环境研究所所长潘家华，是中国参与撰写IPCC第五次评估报告的主笔之一。他告诉记者，从最新的科学数据来看，气候变暖是不容置疑的，其影响是不利的，挑战是严峻的。IPCC第五次评估报告很可能将强化气候变暖的科学事实，对国际应对气候变化谈判可能会有极大推动作用。

然而，也有一些科学家对计算机气候模式的可靠性提出了质疑，他们认为气候模式的结果并不可信。例如，由于不同的模式对天空中云的状态处理方式不同，预测结果在地表温度等方面就会存在很大的差异。

关键词：不确定性

气候模式具有较高可信度，但其预测结果存在不确定性

在国家气候变化专家委员会副主任、中国工程院院士丁一汇看来，模式算出来的结果，还是比较可信的。

“气候模式的发展在不少国家受到重视，它是目前唯一能定量客观展现未来气候变化趋势的手段，尤其是对大尺度气候异常和变化的预测可信度较高。” 丁一汇说。

丁一汇表示，气候模式具有较高可信度的原因主要有以下几点：首先，构建模式的基础是一套描述地球系统特征的物理定律和数学方程组，它们是被证明和公认的，包括经典的质量、能量和动量守恒定律等。

第二，气候模式能够“重现”或“复制”过去气候的特征。1850年后有仪器观测时期气候变化的许多特征，模式都能够重现出来。模式可以很好的模拟过去100年的全球温度变化，甚至可以模拟出每一次火山爆发造成的随后1—2年的短期气候变冷。

第三，IPCC1990年发布第一次评估报告以来，20年过去了，已有条件去检验数次气候模式预测的结果。预测结果与实际观测值的比较显示，过去20年模式预测的全球温度变化与其后的观测结果是基本一致的。这大大增加了人们对模式预测结果的信心。 

吴统文认为，气候系统从本质上来看是一个非线性的混沌系统，而且地球气候系统还受到地球以外的太阳活动、火山爆发等其他因素变化的影响，要对未来长时间的气候状况作出像一周之内的天气预报那样准确和精细的预测，几乎是不可能的。

“由于科学水平局限，气候模式的预测确实存在不确定性，但不确定性不等于不可靠和不能用。从对全球平均升温趋势的预测来看，可信度就很高。”吴统文强调，“作为目前预测未来气候变化和影响的最主要的工具，气候模式的预测结果能够作为政府决策者的科学依据。” 　　

极端天气（延伸阅读）

据世界气象组织今年11月发布的2011年全球气候报告，在全球变暖的大背景下，2011年全球多处地方发生了极端气候导致的灾害，其中主要包括欧洲春季大旱，非洲东部“旱涝急转”，东南亚、南亚和中南美洲暴雨洪涝灾害，巴西出现洪水和泥石流灾害。

气象专家预计，未来随着全球气候继续变暖，我们可能会更加频繁地遭遇“几十年一遇”甚至“百年一遇”的极端天气。

主要原因在于：气候变暖后，陆地和海洋表面的蒸发蒸腾量增加，大气中水汽含量增加，从而加大水循环的强度；全球气候变暖还将增加大气的持水能力，也就是说，大气中可容纳的水分更多了，降水强度会因此加强；气候变暖也将继续改变地球的热量平衡，导致大气环流出现异常。