蒂姆·帕尔默 说我们必须集中资源来制作社会可以使用的高分辨率气候模型，以免为时已晚
去年那是一个炎热的夏天。 0.2 年下半年，陆地和海洋温度每月升高 2023°C，这些温暖异常现象将持续到 2024 年。我们知道世界正在变暖，但突然出现的高温却是无法预测的。正如美国宇航局气候科学家加文·施密特所写 in 自然 最近：“承认没有哪一年比 2023 年更让气候科学家的预测能力更加混乱，令人感到羞愧和有点令人担忧。”
正如施密特继续解释的那样，尽管2023年是厄尔尼诺年，赤道太平洋中部和东部相对凉爽的海水被较温暖的海水取代，但人们认为“不太可能”出现破纪录的温暖时期。问题是，厄尔尼诺现象背后的大气深对流和赤道海洋变率模式之间复杂的相互作用在传统气候模型中很难得到解决。
我们无法用当前的气候模型正确模拟厄尔尼诺现象（J.气候 10.1175/JCLI-D-21-0648.1）是一个更大问题的征兆。 2011 年，我认为当代气候模型不足以模拟干旱、热浪和洪水等极端天气的性质变化（参见“欧洲核子研究组织 (CERN) 应对气候变化” 2011 年 13 月，第 100 页）。由于网格点间距通常约为 XNUMX 公里，这些模型提供了对未来气候的模糊、扭曲的愿景。对于降雨量等变量，系统误差 与如此低的空间分辨率相关的是 大于模型试图预测的气候变化信号。
迫切需要可靠的气候模型，以便社会能够适应气候变化，评估实现净零排放的紧迫性，或者在情况变得非常糟糕时实施地球工程解决方案。然而，如果我们不知道干旱、热浪、风暴还是洪水是否会造成更大的威胁，如何才能适应呢？如果模型无法模拟“临界点”，我们如何评估净零排放的紧迫性？如果无法可靠地评估在平流层喷洒气溶胶是否会削弱季风或减少热带雨林的水分供应，如何就潜在的地球工程解决方案达成一致？如果气候建模者希望向社会提供有关气候变化的可靠的、可操作的信息，他们就必须更加认真地对待模型不足的问题。
我在 2011 年得出的结论是，我们需要开发空间分辨率约为 1 公里（具有兼容的时间分辨率）的全球气候模型，实现这一目标的唯一方法是汇集人力和计算机资源来创建一个或多个国际联合机构。换句话说，我们需要一个“应对气候变化的欧洲核子研究中心”——这一努力受到日内瓦附近粒子物理设施的启发，该设施已成为国际合作和进步的象征。
那是 13 年前的事了，从那时起，大自然就开始报复。我们目睹了前所未有的热浪、风暴和洪水，以至于 世界经济论坛将“极端天气”评为最有可能发生的全球事件 在未来几年引发经济危机。正如著名气候科学家迈克尔·曼 注意到 2021 年北欧发生毁灭性洪水后：“气候变化信号从噪音中显现出来的速度比模型预测的要快。”这一观点得到了 简报 英国皇家学会在 26 年格拉斯哥举行的 COP2021 气候变化会议上表示，无法详细模拟物理过程是“未来气候中最重大的不确定性的原因，特别是在区域和地方层面”。
然而，模型的改进并没有跟上这些现实世界极端情况的变化。虽然许多国家气候模拟中心最终开始了高分辨率模型的研究，但按照目前的趋势，要到本世纪下半叶才能达到公里级分辨率。这对于应对气候变化已经为时已晚（见下图），而且比以往任何时候都更加紧迫。
气候前夕
在国际范围内汇集人力和计算资源是一个显而易见的解决方案。诺贝尔奖获得者保罗·纳斯在回顾2023年英国科学时 评论 “在一些具有全球战略重要性的研究领域，可以考虑建立新的跨国资助机构或国际研究基础设施，一个明显的例子是建立在 EMBL（欧洲分子生物学实验室）模式上的气候变化研究所”。他补充说，“这些机构是跨国合作的有力工具，不仅为国际而且也为东道国带来巨大利益”。
那么，为什么没有发生呢？有人说我们不需要更多的科学，而是必须花钱帮助那些已经遭受气候变化之苦的人。确实如此，但多年来计算机模型已经为弱势社会提供了巨大帮助。 1980 世纪 XNUMX 年代之前，预报不佳的热带气旋可能导致脆弱社会中数十万人死亡。现在，随着模型分辨率的提高，可以做出出色的未来一周预测（以及传达预测的能力），并且很少有超过数十人死于极端天气的情况。
高分辨率气候模型将有助于确定数十亿美元的投资目标，使脆弱的社会能够适应未来区域特定类型的极端天气。如果没有这些信息，政府可能会在适应不良方面浪费大量资金。事实上，来自南半球的科学家已经 抱怨 他们没有从当代模型中获得可操作的信息来做出明智的决策。
其他人说，不同的模型是必要的，这样当他们都同意时，我们就可以对他们的预测充满信心。然而，当前一代的气候模型一点也不多样化。他们都假设极其重要的子网格气候过程，如深层对流、地形流动和中尺度涡流引起的海洋混合，可以通过简单的公式进行参数化。这种假设是错误的，并且是当代模型中常见系统误差的根源。最好用更多的参数来表示模型的不确定性 科学合理的方法论.
然而，转变可能即将到来。去年在柏林举行了气候建模峰会，启动了该国际项目 地球可视化引擎 （前夕）。它的目的不仅是创建高分辨率模型，而且还促进全球南北科学家之间的合作，共同获取准确、可靠和可操作的气候信息。
与 EMBL 一样，EVE 计划由一系列高度互连的节点组成，每个节点都具有专用的百亿亿级计算能力，为全球社会提供服务。每个节点的资金（每年约 300 亿美元）与气候变化将造成的数万亿美元的损失和破坏相比很小。
希望在另外 13 年的时间里，EVE 或类似的东西能够产生全球社会现在迫切需要的可靠的气候预测。如果没有，那么我担心就太晚了。
