國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃概況

旦增倫珠

摘 要：近二十幾年來(lái)，在世界各國(guó)科學(xué)家的共同努力下，氣候模式有了長(zhǎng)足的發(fā)展，并得到了廣泛的應(yīng)用，包括地球系統(tǒng)5個(gè)圈層的全球氣候系統(tǒng)模式發(fā)展，但對(duì)氣候模式的可靠性一直是一個(gè)問(wèn)題?？茖W(xué)家們的共識(shí)是，對(duì)氣候模式一定要進(jìn)行評(píng)估，而且要從多種時(shí)空尺度以及對(duì)多個(gè)氣候變量進(jìn)行全面考察。評(píng)估氣候模式主要是將各模式的模擬結(jié)果與經(jīng)過(guò)氣候模式加工的模式化“分析資料”進(jìn)行對(duì)比。為此，世界氣候變化研究計(jì)劃制定了一系列國(guó)際耦合氣候模式計(jì)劃（AMIP，CMIP1，CMIP2，CMIP3，CMIP4，CMIP5），為各國(guó)科學(xué)家診斷分析研究全球和區(qū)域氣候變化、改進(jìn)模式的模擬效果提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和有利的條件。本文較詳細(xì)地總結(jié)了國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃的概況。

關(guān)鍵詞： 耦合模式；CMIP；氣候變化

AMIP發(fā)展為現(xiàn)在的CMIP，并成為CMIP不可缺少的一個(gè)部分。CMIP計(jì)劃先后由氣候變率與可預(yù)報(bào)性研究委員會(huì)（CLIVAR）和世界氣候研究方案聯(lián)合科學(xué)委員會(huì)管理。而氣候模式診斷和對(duì)比計(jì)劃委員會(huì)（PCM-DI）則通過(guò)幫助耦合模式工作組（WGCM）確定項(xiàng)目的范圍、維持該項(xiàng)目的資料庫(kù)和參與數(shù)據(jù)分析等來(lái)支持CMIP計(jì)劃。CMIP計(jì)劃實(shí)施以來(lái)發(fā)展迅速，主要經(jīng)歷了CMIP1（1995年）、CMIP2（1997年）、CMIP3（2004年）、CMIP4（2005年）和CMIP5（2013年）五個(gè)階段的發(fā)展。

一、CMIP1的主要內(nèi)容

WCRP通過(guò)其聯(lián)合科學(xué)委員會(huì)/氣候變率和可預(yù)報(bào)性國(guó)際計(jì)劃（JSC/CLIVAR）“耦合模擬工作組”于1995年推出第一階段的國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃CMIP1。第1階段的CMIP計(jì)劃（CMIP1）的主要任務(wù)是從耦合環(huán)流模式控制試驗(yàn)中匯集模式結(jié)果，試驗(yàn)中CO2、太陽(yáng)參數(shù)和其他氣候外強(qiáng)迫均保持不變。在接下來(lái)的CMIP2階段，收集了從控制試驗(yàn)及相應(yīng)的CO2以每年1%遞增的模式輸出結(jié)果，不再考慮其他人為氣候強(qiáng)迫因子。參加CMIPl的國(guó)際模式有10個(gè)，中國(guó)參加的模式是IAP/LASG的氣候系統(tǒng)模式GOALS2，由一個(gè)9層R15分辨率的AGCM，20層的50 x 40水平分辨率的OGCM，SSiB陸面模式和熱力學(xué)海冰模式組成，海一氣藕合過(guò)程采用了“通量訂正”技術(shù)；海一氣藕合過(guò)程只考慮熱通量交換和風(fēng)應(yīng)力作用，未考慮淡水通量交換，鹽度都向氣候態(tài)恢復(fù)。CMIPl結(jié)果被1995年出版的IPCC SAR引用。

二、 CMIP2的主要內(nèi)容

參加CMIP2的國(guó)際模式有18個(gè)，中國(guó)參加的模式是IAP/LASG的氣候系統(tǒng)模式GOALS4。較之此前參加CMIP2的版本GOALS2，IAP/LASG與南京大學(xué)合作在GOALS3中引入了太陽(yáng)輻射的日變化GOAI_S4進(jìn)一步在海一氣藕合過(guò)程中，考慮了淡水通量交換過(guò)程，這是模擬和研究大洋熱鹽環(huán)流對(duì)全球增暖的響應(yīng)所必須考慮的過(guò)程。CMIP2的結(jié)果被2001年出版的IPCC TAR所引用。值得注意的是，在參加 CMIP 1的10個(gè)模式和參加 CMIP2的18個(gè)模式中，IAP的氣候系統(tǒng)模式是唯一來(lái)自發(fā)展中國(guó)家的模式系統(tǒng)。因此，IAP模式客觀上反應(yīng)了發(fā)展中國(guó)家在CMIP計(jì)劃中的聲音。這是IAP/LASG在2000年度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估獲得優(yōu)秀的代表性成果之一。

三、CMIP3的主要內(nèi)容

在CMIP3階段，則主要收集由世界各地領(lǐng)先的模式中心提供的模式在2005年和2006年對(duì)過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)氣候模擬結(jié)果的輸出。目前，CMIP3已收集分發(fā)了工業(yè)化前氣候模擬情景下，約30個(gè)耦合大氣環(huán)流模式在CO2每年以1%速率遞增的模擬結(jié)果，以及接近真實(shí)的氣候強(qiáng)迫情景下的20世紀(jì)模擬（20C3M）等多種情景下的模擬結(jié)果。人們通過(guò)對(duì)不同模式的比較已得到了一些初步結(jié)果。分析模式本身的一些不確定性，為進(jìn)一步改進(jìn)模式提供了科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)，也為氣候?qū)W家提供了統(tǒng)一下邊界條件下的耦合大氣環(huán)流模擬資料，有助于分析研究模式對(duì)初值敏感性的原因和機(jī)理。CMIP3計(jì)劃的結(jié)果還用來(lái)檢測(cè)在20世紀(jì)氣候觀測(cè)記錄中的人為影響因素，從而預(yù)測(cè)未來(lái)由于人類活動(dòng)導(dǎo)致溫室氣體和氣溶膠的產(chǎn)生而引起的氣候變化。CMIP3分發(fā)的海氣耦合模式對(duì)20世紀(jì)到22世紀(jì)間氣候模擬的輸出結(jié)果，得到了政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第四次評(píng)估報(bào)告相關(guān)研究的支持。IPCC報(bào)告正式定名CMIP3計(jì)劃建立起來(lái)的前所未有的最新模式輸出資料庫(kù)為“世界氣候研究計(jì)劃耦合模式對(duì)比計(jì)劃第3階段多模式資料庫(kù)（WCRP CMIP3multimodeldataset）”。如上所述，CMIP3計(jì)劃由PCMDI具體執(zhí)行，在CMIP3計(jì)劃期間，PCMDI組織了國(guó)際知名模式中心的各種氣候模式參與氣候模式對(duì)比。目前參加CMIP3計(jì)劃的共有來(lái)自13個(gè)國(guó)家的18個(gè)研究機(jī)構(gòu)提供的25個(gè)模式。在25個(gè)模式中，有7個(gè)來(lái)自美國(guó)，3個(gè)來(lái)自日本，中國(guó)、加拿大、澳大利亞、法國(guó)和英國(guó)都各有2個(gè)，德國(guó)、俄羅斯、意大利和挪威分別有1個(gè)，1個(gè)德國(guó)與韓國(guó)合作的模式。

四、CMIP4的主要內(nèi)容

在CMIP3之后，WCRP WGCM又組織了CMIP4計(jì)劃，分別考慮自然變率和人為外強(qiáng)迫來(lái)模擬20世紀(jì)全球氣候變化。CMIP4實(shí)際上是CMIP3和CMIP5的過(guò)渡計(jì)劃，影響力相對(duì)較少，其設(shè)計(jì)的自然變率和人為外強(qiáng)迫分離的試驗(yàn)，習(xí)慣上常被視作CMIP3的外圍試驗(yàn)。但是這一組試驗(yàn)由于其在氣候變化檢測(cè)和歸因研究中的重要性，隨后被CMIP5繼續(xù)列為外圍試驗(yàn)，這組試驗(yàn)結(jié)果在氣候變化歸因研究中得到廣泛應(yīng)用。專門研究CMIP4或者直接提到CMIP4的很少，研究者們研究CMIP3的外圍試驗(yàn)和CMIP5的外圍實(shí)驗(yàn)其實(shí)就是從CMIP4發(fā)展而得來(lái)的。

五、CMIP5的主要內(nèi)容

在2008年9月，啟動(dòng)了第5次國(guó)際耦合氣候模式計(jì)劃（CMIP5） 。該計(jì)劃新增了一些模式試驗(yàn)，目的是解決IPCC第四次評(píng)估報(bào)告（AR4）后涌現(xiàn)出的主要科學(xué)問(wèn)題，以豐富現(xiàn)有氣候變化理論，提高對(duì)未來(lái)氣候變化的預(yù)估能力。如過(guò)去的CMIP計(jì)劃一樣，試驗(yàn)的評(píng)估研究結(jié)果將為IPCC第5次評(píng)估報(bào)告（AR5）提供有價(jià)值的科學(xué)參考信息。國(guó)際耦合模式第5階段CMIP5計(jì)劃，有來(lái)自全球20多個(gè)研究組，氣候模式有24個(gè)，其中13個(gè)模式包含大氣化學(xué)模式分量；地球系統(tǒng)模式有11個(gè)，其中5個(gè)包含完整的陸地、海洋碳循環(huán)以及大氣化學(xué)過(guò)程，5個(gè)只包含海洋和陸地碳循環(huán)，1個(gè)只包含海洋碳循環(huán)。中國(guó)參與CMIP5的氣候系統(tǒng)模式有5個(gè)。endprint