气候系统模式简介
宇如聪
我国的天气气候受到南亚季风和东亚季风系统的综合影响，受到复杂的地形强迫和海-陆-气相互作用，年际和年代际气候变化都很显著，且区域差异明显，气候灾害多发。近年来，在全球变暖背景下，我国的洪涝干旱等气候灾害和极端气候事件发生更加频繁，造成的社会经济损失日趋严重，成为影响我国经济发展、社会进步和人民安康的重要因素之一。因此，气候变化影响问题已不仅仅是一个科学问题，而且是关系到社会经济可持续发展、国家安全和环境外交的重大问题，气候及其变化和影响已经成为人类共同关心的一个热点问题。
为什么要发展气候系统模式——把握气候变化的不可替代性
首先，要了解一下什么是气候系统。气候系统是由大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈、生物圈五个主要部分所组成的高度复杂的系统。内部各圈层之间的相互影响涉及到不同介质和不同尺度间的相互作用和物质交换；涉及到其中的相变过程；涉及到其中的物理和化学过程；涉及到不同尺度的反馈过程等。气候系统随时间演变的过程还要受到外部强迫的影响，如：火山爆发、太阳活动等的变化，以及人为强迫的影响，如：不断变化的大气成分和土地利用变化。
人类对气候变化和影响的高度关注，使得人类渴望对气候变化和影响的事实和成因有更加全面和准确的认识和把握。其实，人类能够立刻感知的气候及其变化只是气候系统内很少数要素的分布和演变，而这样的演变却涉及到整个气候系统多时空尺度的复杂的非线性相互作用过程。所以，虽然我们一般认为，气候与环境变化是气候系统自然变率与人类活动共同影响的结果，但要真正掌握气候系统的变化规律，就要既能够把握气候系统内各圈层之间复杂的相互作用，又要能掌握外部因素和人类活动自身的复杂影响。这就要求人类要找到一种能整体考虑到这些复杂影响过程的方法或手段。目前来看，发展和完善气候系统模式是唯一的不可替代的途径。
什么是气候系统模式——一项长期的
气候系统模式就是对上述气候系统的一种数学表达方式，从而使得人们可以借助巨型计算机对涉及到的复杂演变过程进行定量的、长时间的、大数据量的运算，从而能够把握气候系统的演变过程、模拟外强迫变化和人类活动的影响以及预测未来气候变化趋势。
气候系统的数学表述是建立在气候系统各部分的物理、化学和生物学性质及其已认识到的相互作用和反馈过程基础上的。气候系统模式的复杂性等同于气候系统的复杂性，气候系统模式的准确性取决于气候系统数学表述的正确性，也就主要取决于人类对气候系统各圈层物理、化学和生物学性质及其相互作用和反馈过程认识的准确性，同时也受到数学表述方法是否有效和计算机能力等技术条件限制的影响。
但由于人类对复杂气候系统认识和技术条件的局限性，气候系统模式的不确定性将长期存在。气候系统模式的发展也将始终围绕能够更完整地描述气候系统和尽可能地减小模式的不确定性问题而不懈努力。
气候系统模式的发展，要依附于气候科学甚至地球科学的发展和数学及计算机等现代技术的发展，必将是一项长期的复杂的系统科学工程。
气候系统模式的研究现状和发展方向
虽然气候系统模式是帮助理解过去气候演变过程、掌握气候系统相互作用过程、开展气候预测和全球变化研究不可替代的重要工具。但由于气候系统的复杂性，真正能合理模拟气候系统变化的气候系统模式，其复杂程度难以想象。目前的气候系统模式离人类对它的期望相差甚远。现阶段的气候系统模式呈现其不可替代性、不完整性、不确定性的“三不”特点。
随着人类计算能力的快速增强和科学技术的不断进步，目前气候系统模式发展主要包括以下三个方面：增加内容、提高分辨率、验证评估和改进。增加内容，就是把人类对气候系统新的认知融入到气候系统模式中，提高模式描述气候系统的完整性，实际上就是从气候系统模式到地球系统模式的发展；提高分辨率，就是发展高分辨率模式系统，提高模式的可分辨内容，提高模式的多尺度相互作用能力，提高模式精度，提高可用性，这也是提高模式完整性的重要需求；验证评估和改进，主要是评估模式发展的有效性，特别是验证所增加的内容和提高分辨率的效果，寻求改进模式的突破口，改进方法和方案，降低模式的不确定性，提高模式的准确性。
（责任编辑：刘佳）
