旦增倫珠

摘 要：近二十幾年來，在世界各國科學家的共同努力下，氣候模式有了長足的發(fā)展，并得到了廣泛的應用，包括地球系統(tǒng)5個圈層的全球氣候系統(tǒng)模式發(fā)展，但對氣候模式的可靠性一直是一個問題。科學家們的共識是，對氣候模式一定要進行評估，而且要從多種時空尺度以及對多個氣候變量進行全面考察。評估氣候模式主要是將各模式的模擬結(jié)果與經(jīng)過氣候模式加工的模式化“分析資料”進行對比。為此，世界氣候變化研究計劃制定了一系列國際耦合氣候模式計劃（AMIP，CMIP1，CMIP2，CMIP3，CMIP4，CMIP5），為各國科學家診斷分析研究全球和區(qū)域氣候變化、改進模式的模擬效果提供了堅實的基礎和有利的條件。本文較詳細地總結(jié)了國際耦合模式比較計劃的概況。

關鍵詞： 耦合模式；CMIP；氣候變化

AMIP發(fā)展為現(xiàn)在的CMIP，并成為CMIP不可缺少的一個部分。CMIP計劃先后由氣候變率與可預報性研究委員會（CLIVAR）和世界氣候研究方案聯(lián)合科學委員會管理。而氣候模式診斷和對比計劃委員會（PCM-DI）則通過幫助耦合模式工作組（WGCM）確定項目的范圍、維持該項目的資料庫和參與數(shù)據(jù)分析等來支持CMIP計劃。CMIP計劃實施以來發(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）五個階段的發(fā)展。

一、CMIP1的主要內(nèi)容

WCRP通過其聯(lián)合科學委員會/氣候變率和可預報性國際計劃（JSC/CLIVAR）“耦合模擬工作組”于1995年推出第一階段的國際耦合模式比較計劃CMIP1。第1階段的CMIP計劃（CMIP1）的主要任務是從耦合環(huán)流模式控制試驗中匯集模式結(jié)果，試驗中CO2、太陽參數(shù)和其他氣候外強迫均保持不變。在接下來的CMIP2階段，收集了從控制試驗及相應的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迫因子。參加CMIPl的國際模式有10個，中國參加的模式是IAP/LASG的氣候系統(tǒng)模式GOALS2，由一個9層R15分辨率的AGCM，20層的50 x 40水平分辨率的OGCM，SSiB陸面模式和熱力學海冰模式組成，海一氣藕合過程采用了“通量訂正”技術；海一氣藕合過程只考慮熱通量交換和風應力作用，未考慮淡水通量交換，鹽度都向氣候態(tài)恢復。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的國際模式有18個，中國參加的模式是IAP/LASG的氣候系統(tǒng)模式GOALS4。較之此前參加CMIP2的版本GOALS2，IAP/LASG與南京大學合作在GOALS3中引入了太陽輻射的日變化GOAI_S4進一步在海一氣藕合過程中，考慮了淡水通量交換過程，這是模擬和研究大洋熱鹽環(huán)流對全球增暖的響應所必須考慮的過程。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個模式和參加 CMIP2的18個模式中，IAP的氣候系統(tǒng)模式是唯一來自發(fā)展中國家的模式系統(tǒng)。因此，IAP模式客觀上反應了發(fā)展中國家在CMIP計劃中的聲音。這是IAP/LASG在2000年度國家重點實驗室評估獲得優(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先的模式中心提供的模式在2005年和2006年對過去、現(xiàn)在和未來氣候模擬結(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，以及接近真實的氣候強迫情景下的20世紀模擬（20C3M）等多種情景下的模擬結(jié)果。人們通過對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，為進一步改進模式提供了科學依據(jù)和基礎，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初值敏感性的原因和機理。CMIP3計劃的結(jié)果還用來檢測在20世紀氣候觀測記錄中的人為影響因素，從而預測未來由于人類活動導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20世紀到22世紀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（IPCC）第四次評估報告相關研究的支持。IPCC報告正式定名CMIP3計劃建立起來的前所未有的最新模式輸出資料庫為“世界氣候研究計劃耦合模式對比計劃第3階段多模式資料庫（WCRP CMIP3multimodeldataset）”。如上所述，CMIP3計劃由PCMDI具體執(zhí)行，在CMIP3計劃期間，PCMDI組織了國際知名模式中心的各種氣候模式參與氣候模式對比。目前參加CMIP3計劃的共有來自13個國家的18個研究機構提供的25個模式。在25個模式中，有7個來自美國，3個來自日本，中國、加拿大、澳大利亞、法國和英國都各有2個，德國、俄羅斯、意大利和挪威分別有1個，1個德國與韓國合作的模式。

四、CMIP4的主要內(nèi)容

在CMIP3之后，WCRP WGCM又組織了CMIP4計劃，分別考慮自然變率和人為外強迫來模擬20世紀全球氣候變化。CMIP4實際上是CMIP3和CMIP5的過渡計劃，影響力相對較少，其設計的自然變率和人為外強迫分離的試驗，習慣上常被視作CMIP3的外圍試驗。但是這一組試驗由于其在氣候變化檢測和歸因研究中的重要性，隨后被CMIP5繼續(xù)列為外圍試驗，這組試驗結(jié)果在氣候變化歸因研究中得到廣泛應用。專門研究CMIP4或者直接提到CMIP4的很少，研究者們研究CMIP3的外圍試驗和CMIP5的外圍實驗其實就是從CMIP4發(fā)展而得來的。

五、CMIP5的主要內(nèi)容

在2008年9月，啟動了第5次國際耦合氣候模式計劃（CMIP5） 。該計劃新增了一些模式試驗，目的是解決IPCC第四次評估報告（AR4）后涌現(xiàn)出的主要科學問題，以豐富現(xiàn)有氣候變化理論，提高對未來氣候變化的預估能力。如過去的CMIP計劃一樣，試驗的評估研究結(jié)果將為IPCC第5次評估報告（AR5）提供有價值的科學參考信息。國際耦合模式第5階段CMIP5計劃，有來自全球20多個研究組，氣候模式有24個，其中13個模式包含大氣化學模式分量；地球系統(tǒng)模式有11個，其中5個包含完整的陸地、海洋碳循環(huán)以及大氣化學過程，5個只包含海洋和陸地碳循環(huán)，1個只包含海洋碳循環(huán)。中國參與CMIP5的氣候系統(tǒng)模式有5個。endprint