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浏览次数:172 时间:2020-03-16

科学家为美气候模型新项目点赞

第六代气候模型:看上去很美 研究人员对美能源部拟建新系统态度谨慎

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图片来源:美国太平洋西北国家实验室CESM

美国已有与拟建的六代气候模型 图片来源:WIKIMEDIA COMMONS

16个月前,气候变化科学家对美国能源部赞助的一项新气候模型表示担忧,担心其可能抽走人才和资助,危及现有模型项目,因为联邦资助的科学项目在人力和财力两方面都极为缺乏。他们最大的担忧是:能量加速气候模型项目——旨在预报气候变化的局部影响并将在DOE未来百亿亿次级超级计算机上运行,可能会冲淡公共地球系统模型项目的资源。

现在确实需要高分辨率模型,并且它能在下一代超级计算机上高效运行。

CESM由科罗拉多州国家大气研究中心管理,由美国学者和DOE科学家根据科学需要逐步筹建,并获得DOE部分资助。此外,NASA与国家海洋和大气管理署,即联邦太空与海洋机构分别还有另外两个模型。那么,是否还要创建第六个美国气候模型项目呢?

那些无论在过去还是未来需要使用计算机模拟技术研究地球气候的科学家,可能很快会有一个有效的新工具。美国能源部正在计划创造自己的新计算机气候模型。这也是美国第六个建模工具箱。但是,在一些气候科学家对这个处在萌芽期的模型表示支持的同时,也有人担心它会耗尽现有模型合作者的才能。但无论如何,这个新模型将提供比现有模型更精确的模拟结果。

目前,该项目从最初的编码工作至今已经过6个月。DOE科学家利用CESM的编码建立了ACME,目前两个项目进行了串联,这样做对两个项目都带来潜在的益处。尽管CESM团队仍然有些不安,但NCAR气候模型专家Jean-Francois Lamarque在一封邮件中写道:“应对两个项目提供的扩大范围与模拟途径带来的潜在益处予以肯定。”他补充说,两个项目联姻带来的“新协作”已被证明“富有成效”。

美国国家大气研究中心模型建造者James Hurrell也承认这些担忧。他负责运行美国现存的主要气候模型。不过Hurrell表示:“现在确实需要高分辨率模型,并且它能在下一代超级计算机上高效运行——我并不认为这会是一种威胁。”

2014年12月初,DOE公布了一项更新的公共资料,阐明了该项目的目的、方法,并在于加利福尼亚旧金山召开的美国地球物理学会会议上进行了公开展示。科学家向《科学》解释了联姻将如何塑造涉及到的两个项目。他们说,可以设想CESM项目是一把瑞士军刀;它的建立是为了合并成百上千个小规模全美学界的物理和类似项目,意在为区域模型师、实用气候科学家乃至试图给其他行星建立气候模型的行星科学家提供服务。相比较而言,ACME是一把专用厨刀,集中于三个目标:模拟水循环、生物地球化学以及地球冰冻圈的角色。

由成千上万行计算机代码建立的地球模拟系统,正成为气候科学的核心。许多工业化国家都资助发展一个或更多的模型,致力于预测大气中不断上升的二氧化碳水平如何影响空气和海洋温度、洋流以及极地冰等一系列因素。

维持两个项目融洽和谐的关系取决于两个模型未来是否可以继续兼容。一些研究人员警告:由于它们是根据不同的计算机运营方式设计的,两者未来分道扬镳不可避免。ACME将在DOE的超级计算机上运营,可能会与目前怀俄明州超级计算中心维持NCAR和CESM的超级计算工具有所不同。

当专注于大型全球图景时,现存的模型已经趋向于做到最好。但是,越来越多的科学家和政策制定者渴望获得更高分辨率的模型,以便将镜头聚焦到小于100平方公里的范围内,例如海洋漩涡、暴风雨和山脉等。研究结果显示,增加这些细节——再配合一些超级计算机的“火力”——能够极大提高模型的预测能力。

《中国科学报》 (2015-01-05 第3版 国际)

美国现存的5个模型主要针对各种尺度和议题。其中一个最著名的是NCAR的通用地球系统模型。CESM是NCAR于2010年7月推出的新一代地球系统模式,由美国国家科学基金会、DOE和数百位科学家设计制成。它是一个完全耦合的气候模式,其中包括大气、陆地、海洋、海冰、陆冰等几大模块,主要用于研究地球的过去、现在和未来的气候状况。

CESM成为政府间气候变化专门委员会发布评估报告所使用的主要气候模式之一,并且全球科研人员都可以免费获取。通过借助CESM,科研人员能够模拟海洋生态系统与温室气体的相互作用;臭氧、粉尘和其他大气化学物质的气候影响;大气、海洋和地表的碳循环,以及温室气体对高层大气的影响等。

此外,在CESM应用中,一种对大气过程的全新描述将使研究人员能探索更广阔的应用空间,包括对空气质量和生物地球化学反馈机制的研究。Hurrell说:“有了CESM,人们能够探索那些以前无法解决的科学难题,这个模式中改进的物理过程和扩展的生物地球化学过程及方法,使人们能够更好地描述客观世界。”

不过,DOE表示,计划中的模型虽然尚未命名,但将是一个独特的、分辨率更高的新版本CESM。

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