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地球系统模式开发100年
发布日期 :2023-12-05  

地球系统模式开发100年

  2019年6月召开的世界气象组织(WMO)第18次大会上,WMO综合气象及相关科学发展,考虑经济社会对全球气象界服务需求的走势,第一次十分明确地指出,全球气象事业到了一个全新的转折点:气象业务将转向在无缝隙的地球系统框架下推进天气、气候、水和环境业务。这或许意味着,地球系统的概念和地球系统模式的开发,开始替代之前的天气气候,大踏步进入人们的日常生活。

  所谓地球系统模式,其历史原点无疑是着眼于大气动力和热力过程的NWP模式。NWP在过去一个世纪里,以相对平稳的方式让预报发生了革命性的改变。与此同时,今天最先进的模式,不仅模拟大气,还通过加入越来越多的耦合过程,让模式的内容和潜在的服务,增加了海洋、水文、冰雪、陆面等圈层;同时针对大气层,在环流、天气之外,还能模拟影响空气质量更广泛的化学、生物等过程。着眼于天气演变的NWP模式,在加入各种物理、化学甚至地球生物化学过程耦合机制后,开始走向地球系统模式。NWP最初的形式被冠以“动力核心”或类似名称,继续发挥着某种核心作用及价值,然而模式的框架却不可逆转地进入到地球系统框架。这样的过程,如本文综述总结所言,是建立在过去一个世纪许多概念和技术的革新之上,源自大气动力学和物理学、仪器和观测实践以及数字计算的发展。

  模式的发展有两方面,一是新过程的添加,二是已有模式的提升和传承,后者在GFDL海洋模式中得到了充分的体现。文中认为,GFDL模式成为模式发展孵化器的重要原因,是代码的公开以及良好的历史记录。这样的思想无疑在地球系统框架下更显重要,不仅如此,在气象学家具有了地球系统视野之时,未来气象学者为核心的地球系统研究团队,也应以更加开放、合作的态度,迎接更多领域几倍甚至数十倍于之前的研发队伍,汇集更多的人类智慧,才能真正实现传统气象行业概念中的数值模式,向地球系统模式系统的过渡。

  文末最后一段:

  “全面的地球系统模式可以模拟我们在自然界中看到的许多现象,但这种模拟的输出只是一堆数字;它不是对自然界的解释。我们必须创建更简单的模式,半定量地再现综合模式的关键结果,才能宣布我们理解高度具体和成功的模拟的结果,才能说出:我们了解了现实世界。这一鼓舞人心的挑战是我们的科学的最高目标。”

  或许概括了这种过渡更深刻的意义:它是一种飞跃但并非是一劳永逸的方式。复杂万千的世界,其中的机制更多地出现在模式系统里时,设计和操纵系统的人会面临更复杂的境遇:模拟系统的输出,能够也只能通过人类更加智慧的大脑,捕捉到更多自然界的真相。

  为了增强可读性,编译者从原文主要参考文献中选取了与内容密切相关的图表。文章原图表和选取图表的题目,以及译文中对这些内容的引用,分别用蓝色红色文字,以示区别。

  本刊“AMS百年评述论文译介”栏目,得到了中国气象局科技与气候变化司和国际合作司的大力支持和指导,有关专家也对本栏目的推出给予了鼓励,本刊深表谢意!

  本期附件1给出信息栏目部分原始文献,附件2给出本期编译的AMS百年评述论文原文和部分参考文献原文,需要的读者请与本刊联系。