氣候模型（climate model）是研究氣候的主要理論體系，根據(jù)研究的實(shí)際需要，陸續(xù)產(chǎn)生了大量不同種類的模型，如：數(shù)值氣候模型和定性（非數(shù)值）模型，相關(guān)研究為人類了解地球氣候以及人類如何影響氣候奠定了基礎(chǔ)。
數(shù)值氣候模型使用定量方法來模擬氣候重要驅(qū)動(dòng)因素的相互作用，包括大氣、海洋、陸地表面和冰。它們用于各種目的，從氣候系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究到未來氣候預(yù)測(cè)。氣候模型也可能是定性（非數(shù)值）模型，也可以是對(duì)可能的未來進(jìn)行描述，描述性的模型，例如：統(tǒng)計(jì)動(dòng)力模型考慮緯圈平均，對(duì)大型渦旋輸送參數(shù)化，用來研究不同物理因子如二氧化碳、太陽常數(shù)等的作用。
定量氣候模型將來自太陽的單射能量視為短波電磁輻射，主要是可見光和短波（近）紅外線，以及出射的長(zhǎng)波（遠(yuǎn)）紅外線電磁輻射。不平衡會(huì)導(dǎo)致溫度變化。定量模型的復(fù)雜性各不相同。例如，一個(gè)簡(jiǎn)單的輻射傳熱模型將地球視為一個(gè)點(diǎn)并平均輸出能量，這可以垂直擴(kuò)展（輻射對(duì)流模型）和/或水平擴(kuò)展。耦合的大氣-海洋-海冰全球氣候模型解決了質(zhì)量和能量轉(zhuǎn)移以及輻射交換的完整方程。此外，其他類型的建模可以在地球系統(tǒng)模型中相互關(guān)聯(lián)，例如土地利用，使研究人員能夠預(yù)測(cè)氣候和生態(tài)系統(tǒng)之間的相互作用，定量模型的復(fù)雜程度各不相同。例如，簡(jiǎn)單的輻射熱傳遞模型將地球視為一個(gè)單一的點(diǎn)，并平均輸出能量（輻射對(duì)流模型），耦合的大氣-海洋-海冰全球氣候模式提出了質(zhì)量和能量傳輸和輻射交換的完整方程。
1975年，真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和克勞斯·哈斯曼（Klaus Hasselmann）合作發(fā)表的研究成果構(gòu)建了理想海陸分布的大氣-海洋耦合模型并指出全球變暖伴有極地強(qiáng)化現(xiàn)象和全球水循環(huán)的增強(qiáng)。2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一半授予美籍日裔氣象學(xué)家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）、德國科學(xué)家克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）以表彰他們“對(duì)我們理解復(fù)雜物理系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”，另一半授予意大利理論物理學(xué)家喬治·帕里西（Giorgio Parisi），以表彰他“發(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無序和波動(dòng)的相互作用”。
研究歷史
溫室效應(yīng)的提出和證明
1827年，約瑟夫·傅里葉（Joseph Fourier）最早研究了溫室效應(yīng)的物理過程。當(dāng)氣候科學(xué)進(jìn)入20世紀(jì)之后，物理學(xué)中關(guān)于分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)以及量子力學(xué)的發(fā)展極大地促進(jìn)了人們對(duì)氣體分子吸收譜(分子光譜)的理解，在此基礎(chǔ)上，溫室氣體的吸收譜也在實(shí)驗(yàn)室得到了廣泛和準(zhǔn)確的測(cè)量，同時(shí)在20世紀(jì)初期，天文學(xué)家和天體物理學(xué)家出于對(duì)恒星結(jié)構(gòu)以及恒星內(nèi)部能量的徑向輻射和對(duì)流的研究興趣，建立了輻射傳輸?shù)幕纠碚摚┩呤希ㄊ┩呤希┙o出了輻射傳輸?shù)幕?a href="/hebeideji/2293567924838015583.html">方程，還有一些天文和天體物理學(xué)家為了解釋地球大氣層對(duì)太陽輻射傳輸?shù)挠绊懞托Ｕ栞椛涞牡孛嬗^測(cè)結(jié)果，也開始研究太陽輻射在地球和太陽系行星大氣中的傳輸問題。
1861年，約翰·丁鐸爾（John Tyndall）在實(shí)驗(yàn)室中證明了溫室效應(yīng)。1861年物理學(xué)家約翰·廷達(dá)爾（John Tyndall）讓二氧化碳是一種溫室氣體這一事實(shí)為人所知，隨后化學(xué)家斯萬特·阿累尼烏斯（Svante Arrhenius）在1896年，工程師蓋伊·斯圖爾特·卡倫達(dá)（Guy Stewart Callendar）分別在在1938年對(duì)二氧化碳的變暖效應(yīng)進(jìn)行了粗略的估計(jì)。但直到20世紀(jì)50年代，才有測(cè)量顯示大氣中的二氧化碳濃度正在上升，與此同時(shí)，“輻射傳輸”開始被人了解。輻射傳輸量化了太陽輻射和地球表面發(fā)射的紅外熱光譜如何被大氣中的氣體散射、吸收和再釋放，這是量化溫室氣體變暖效應(yīng)的基礎(chǔ)。
大氣二氧化碳的相關(guān)研究
復(fù)雜系統(tǒng)的現(xiàn)代研究植根于19 世紀(jì)后半葉詹姆斯·麥克斯韋（Maxwell）、路德維希·玻爾茲曼（Boltzmann）和約西亞·吉布斯（Gibbs），所發(fā)展的統(tǒng)計(jì)力學(xué)，他們?cè)?884 年命名了這一領(lǐng)域，這些源于一種觀點(diǎn)：需要一種新方法描述由大量粒子組成的系統(tǒng)（如氣體或液體）。這種方法必須考慮粒子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，因此基本思想是計(jì)算粒子的平均效應(yīng)，而非單獨(dú)研究每個(gè)粒子。例如，氣體溫度是氣體粒子能量平均值的量度。統(tǒng)計(jì)力學(xué)取得巨大成功，因?yàn)樗鼮闅怏w和液體的宏觀性質(zhì)（如溫度和壓力）提供了微觀解釋。
1896年，斯萬特·阿累尼烏斯（Svante Arrhenius）首次計(jì)算了大氣中的二氧化碳（）與地球表面溫度之間的關(guān)系，他開辟了利用氣候模型來對(duì)有大氣層的行星進(jìn)行定量研究這一方向。阿倫尼烏斯1896年的論文為氣候科學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的物理基 礎(chǔ)，代表著現(xiàn)代氣候科學(xué)的誕生。此外，他還是一位杰出的化學(xué)家，于1903年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，是瑞典第一 位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。
1901年，氣象學(xué)家尼爾斯·埃克霍爾姆（Nils Ekholm）第一個(gè)用“conservatory（溫室）”一詞描述大氣的熱量存儲(chǔ)與再輻射。
1908年，弗蘭克·沃瑞（Frank Very）發(fā)表的研究結(jié)果顯示他們開始用多層大氣的模型來研究輻射傳輸問題，而非像斯萬特·阿累尼烏斯那樣的一層大氣模式，著名天體物理學(xué)家蘇布拉馬尼揚(yáng)·錢德拉塞卡（Chandrasekhar）在1950年發(fā)表了他的關(guān)于輻射傳輸?shù)闹鳎瑥亩到y(tǒng)地建立了輻射傳輸理論。
20世紀(jì)50年代，美國學(xué)者普拉斯（Plus）首先使用了更為準(zhǔn)確的二氧化碳吸收譜和多層大氣輻射傳輸模式來計(jì)算二氧化碳變化對(duì)氣候的影響，他的結(jié)果表明，二氧化碳加倍將造成地面增溫大約3—6℃，這說明阿倫尼烏斯的計(jì)算結(jié)果僅代表了氣候?qū)Χ趸济舾行苑秶纳线吔纾m然普拉斯的計(jì)算結(jié)果比斯萬特·阿累尼烏斯的結(jié)果更為可靠，但普拉斯對(duì)地面輻射能量平衡的解釋存在錯(cuò)誤.在普拉斯的計(jì)算中，假定了二氧化碳增加僅造成地面溫度的升高，而大氣層溫度是不變的，其結(jié)果將造成大氣層頂單射和向外輻射的不平衡。
1956年，吉爾伯特·普拉斯（Gilbert Plass）準(zhǔn)確計(jì)算了二氧化碳（）輻射強(qiáng)迫，確定了大氣造成的紅外冷卻速率和大氣層頂?shù)膬羯涑鲚椛洌懻摿舜髿鉂舛茸兓瘜?duì)上述物理量的影響。
1958年，查理斯·基林（Charles David Keeling）在夏威夷的莫納羅亞天文臺(tái)開始了到目前時(shí)間最長(zhǎng)大氣二氧化碳測(cè)量，基林因此而聞名。同年，他在冒納羅亞觀測(cè)站簽署了第一份監(jiān)測(cè)大氣二氧化碳（）的文件，這份文件可以為人類活動(dòng)對(duì)大氣成分的影響提供一個(gè)持久的證明。
1963年，真鍋的同事基于輻射傳輸科學(xué)的最新進(jìn)展，針對(duì)二氧化碳全球變暖效應(yīng)到底有多重要進(jìn)行了研究。這項(xiàng)工作加上其他早期研究，正好合理估計(jì)了在氣候系統(tǒng)沒有以某種方式改變的情況下二氧化碳引起的變暖，但是沒有正確解釋系統(tǒng)將如何響應(yīng)，特別是，他們沒能正確理解在變暖的世界中大氣水汽的分布將如何變化。
1967年6月，氣候模擬學(xué)者真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和理查德·韋瑟爾德（Richard Wetherald）的研究終結(jié)了關(guān)于二氧化碳是否導(dǎo)致全球變暖的辯論，并建立了一個(gè)數(shù)學(xué)上可靠并首次產(chǎn)生物理真實(shí)結(jié)果的氣候模式。他們用輻射強(qiáng)迫——一種人類或自然變化導(dǎo)致地球能量平衡變化的量值——來理解氣候變化的歷史原因，這份工作衍生出現(xiàn)代氣候模式的發(fā)展。
同年，真鍋和韋瑟爾德首次可靠地預(yù)測(cè)了二氧化碳濃度加倍后所引起的變暖的大小，這項(xiàng)研究結(jié)果是輻射對(duì)流模型的集大成者，從能量平衡、對(duì)流加熱、水汽反饋等角度為討論地球氣候變化提供了經(jīng)典的基礎(chǔ)框架，代表著全球變暖研究進(jìn)入現(xiàn)代時(shí)期。
氣候模型的提出及發(fā)展
1975年，以真鍋淑郎和韋瑟爾德在《大氣科學(xué)雜志》上發(fā)表了氣候科學(xué)論文《給定相對(duì)濕度分布的大氣熱平衡》，這代表著三維大氣環(huán)流氣候模式的誕生。該模型是第一個(gè)能夠處理二氧化碳加倍的大氣環(huán)流模式，利用冰雪反饋和極地大氣層結(jié)變化來進(jìn)行解釋。真鍋和韋瑟爾德基于他們的環(huán)流模型成功復(fù)現(xiàn)了計(jì)算結(jié)果，這個(gè)模型也可以解釋高緯度變暖，以及雪蓋和海冰的變化，在一定程度上建立了他們對(duì)基于1D輻射對(duì)流模型早期方法的信心，因此其他科學(xué)家開始使用這類模型來探究觀測(cè)到的二十世紀(jì)地表氣溫升高的多個(gè)可能原因。
在真鍋淑郎和韋瑟爾德構(gòu)建輻射對(duì)流模式之后不久，蘇聯(lián)氣候?qū)W家Budyko和美國氣候?qū)W家Sellers分別獨(dú)立地提出了氣候能量平衡模式，他們引入了冰-雪反照率的正反饋機(jī)制，并考慮了赤道與極地之間的熱量輸送問題，根據(jù)他們的模式,氣候系統(tǒng)在相同的太陽輻射條件下可以出現(xiàn)三種氣候態(tài)：(1)兩極沒有冰蓋的溫暖氣候，如6500萬年前的恐龍時(shí)代;(2)兩極存在冰蓋的溫和氣候;(3)全球完全被冰封的冰雪地球氣候，其中第一種和第三種氣候態(tài)是穩(wěn)定的氣候態(tài)，而第二種是不穩(wěn)定的氣候態(tài)，在外強(qiáng)迫或氣候系統(tǒng)內(nèi)部擾動(dòng)的作用下，冰-雪正反饋機(jī)制很容易導(dǎo)致該氣候態(tài)向第一種或第三種氣候態(tài)轉(zhuǎn)化，根據(jù)之后的研究，全球性冰封的冰雪地球氣候有可能在25億年前和7億年前出現(xiàn)過。
全球氣候變化及相關(guān)研究
1979年，受美國科學(xué)院國家研究委員會(huì)委托，朱爾·查尼（Jule G. Charney）組織編寫了題為《二氧化碳與氣候》的科學(xué)評(píng)估報(bào)告，目的是回答化石燃料使用排放的二氧化碳是否會(huì)造成地球氣候變化，最終結(jié)果為濃度加倍將令全球溫度升高1.5~4.5℃（即“氣候敏感度”），這非常接近2021年IPCC AR6給出的最新結(jié)果。
1980 年，氣候建模師克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）演示了如何將氣候變化的混沌現(xiàn)象描述為快速變化的噪聲，從而為長(zhǎng)期氣候預(yù)測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。此外，他還開發(fā)了識(shí)別人類對(duì)全球溫度影響的方法。
1981年，科學(xué)家們得出結(jié)論二十世紀(jì)的溫度變化可能是人為變化（土地利用和大氣溫室氣體濃度、臭氧和氣溶膠）和自然現(xiàn)象（太陽輻射變化和火山爆發(fā)）的雙重結(jié)果。
同一時(shí)期，意大利理論物理學(xué)家喬治·帕里西（Giorgio Parisi）介紹了他關(guān)于顯然隨機(jī)現(xiàn)象是如何受隱藏規(guī)則支配的發(fā)現(xiàn)，他展示了如何巧妙地利用復(fù)型技巧來解決自旋玻璃問題。他在復(fù)型中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)隱藏結(jié)構(gòu)，并找到了一種數(shù)學(xué)描述的方法。帕里西的解花了很多年才在數(shù)學(xué)上被證明是正確的。此后，他的方法被用于許多無序系統(tǒng)，并成為復(fù)雜系統(tǒng)理論的基石。他的工作現(xiàn)在被認(rèn)為是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)理論的重要貢獻(xiàn)之一。
1988年，評(píng)估氣候變化相關(guān)科學(xué)的聯(lián)合國機(jī)構(gòu)—政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）成立。2023年，IPCC正處于第六個(gè)評(píng)估周期，自1988年成立以來，IPCC已圍繞全球氣候變化等問題編寫了五套多卷冊(cè)評(píng)估報(bào)告。
2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一半授予美籍日裔氣象學(xué)家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）、德國海洋學(xué)家、氣候建模師克勞斯·哈斯曼（Klaus Hasselmann），另一半授予意大利理論物理學(xué)家喬治·帕里西（Giorgio Parisi）。
相關(guān)概念
溫室效應(yīng)
溫室效應(yīng)，俗稱“大氣保溫效應(yīng)”。來自太陽的熱量以短波輻射的形式到達(dá)地球外空間，然后穿越厚厚的大氣層到達(dá)地球表面，地球表面吸收這些短波輻射熱量后升溫，升溫后的地球表面反而向大氣釋放長(zhǎng)波輻射熱量，這些長(zhǎng)波熱量很容易被大氣中的溫室氣體吸收，這樣就使得地球表面的大氣溫度升高，這種增溫效應(yīng)類似于栽培植物的玻璃溫室，故此得名溫室效應(yīng)—Greenhouse effect。大氣中的溫室氣體主要有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氯氟碳化合物及臭氧組成。它們能夠吸收地球表面釋放的長(zhǎng)波輻射熱量，把熱量暫時(shí)保存起來，就像給地球穿上了一件保暖羽絨服。其實(shí)，這些溫室氣體早就存在大氣層中，溫室效應(yīng)也早就存在了，科學(xué)家們把這種最原始的溫室效應(yīng)稱為“天然的溫室效應(yīng)”。
氣候反饋
氣候反饋表明氣候系統(tǒng)對(duì)外界向其施加的輻射強(qiáng)迫的響應(yīng)是穩(wěn)定的，水汽、溫度和云等反饋都屬于影響氣候反饋的因素，水汽和溫度垂直遞減率的綜合反饋對(duì)全球變暖的單一貢獻(xiàn)最大，而云的反饋仍然是氣候整體不確定性的最大來源。全球變暖導(dǎo)致云發(fā)生變化，其凈效應(yīng)放大了人為導(dǎo)致的變暖，副熱帶海洋上空的低云反饋以前是不確定性的主要來源，如今，由于綜合使用了氣候模式模擬、衛(wèi)星觀測(cè)和利用大渦模式對(duì)云的顯式模擬，對(duì)這類云反饋因素的評(píng)估已經(jīng)有所改進(jìn)。
溫室氣體的分子結(jié)構(gòu)和輻射譜
大氣層具有溫室效應(yīng)并不意味著所有大氣成分都對(duì)溫室效應(yīng)有貢獻(xiàn)，實(shí)際上只有幾種含量很少的痕量氣體具有溫室效，它們分別是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氯氟碳化合物及臭氧等，這幾種氣體在大氣中所占的比例都非常小，通常被稱為痕量氣體。相反。大氣的主要成分氮?dú)?/a>和氧氣則沒有溫室效應(yīng)，這些氣體在溫室效應(yīng)上的差異，主要是由于它們的分子結(jié)構(gòu)決定的，溫室氣體的分子結(jié)構(gòu)二氧化碳和一氧化二氮分子中的三個(gè)原子呈直線排列，該分子結(jié)構(gòu)決定了它們沒有永久性的偶極矩，因?yàn)闊o論從其哪一端來看都是相同的，因此，不可能有單純的轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷，也就是說沒有單純的轉(zhuǎn)動(dòng)能量變化。
但是，這種線性排列的分子有三種振動(dòng)模態(tài)：對(duì)稱拉伸、非對(duì)稱拉伸和彎曲，當(dāng)分子結(jié)構(gòu)從基本態(tài)向任何一種振動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí),都需要吸收一定的能量,根據(jù)量子力學(xué)的原理,吸收或放出的能量是量子化的,也就是υ=nhυ(n=1,2,3,…)振動(dòng)躍遷需要的光子頻位于電磁波紅外波段，如二氧化碳的振動(dòng)躍遷所需要的光子波長(zhǎng)大約在15μm附近(主要對(duì)應(yīng)于三種振動(dòng)模態(tài)中的彎曲模態(tài))。雖然二氧化碳分子沒有單純的轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷，但在產(chǎn)生振動(dòng)躍遷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)的偶極矩。所以，伴隨著振動(dòng)躍遷，也有瞬時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷發(fā)生，這種振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷所吸收或放出的光子對(duì)應(yīng)于一個(gè)較寬的頻率帶，而非一條線，水汽分子與二氧化碳的分子結(jié)構(gòu)不一樣，不是直線排列的，具有永久的偶極矩，所以，水汽分子除了具有振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷之外，還有單純的轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷，水汽有一個(gè)重要的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)吸收帶位于波長(zhǎng)6.3μm 處,另有單純的轉(zhuǎn)動(dòng)模態(tài)位于波長(zhǎng)大于12μm 的紅外波段。
大氣層對(duì)太陽輻射（尤其是占太陽輻射大部分的可見光）基本是透明的，而對(duì)地球紅外輻射基本是不透明的，這也是大氣層具有溫室效應(yīng)的本質(zhì)所在，在地球紅外輻射的峰值附近（大約10μm 附近）地球紅外輻射可以相對(duì)多地穿越大氣層進(jìn)入太空，所以，這一波段通常被稱為“大氣窗口"。
氣候模型分類
氣候模型是研究氣候的主要理論體系，根據(jù)研究的實(shí)際需要，陸續(xù)產(chǎn)生了大量不同種類的模型，主要有能量平衡模型（能量balance models）、輻射對(duì)流模型（radiative-convective models）統(tǒng)計(jì)動(dòng)力模型（statistical-dynamical models）和一般環(huán)流（general circulation models）四大類，除了此種分類方法，也可依據(jù)復(fù)雜程度的不同分為：簡(jiǎn)單概念性氣候模式全稱為：Simple concept of climate models(SCMs)、耦合氣候系統(tǒng)模型全稱為：Coupled global climate system models(CGCMs)、復(fù)雜程度介于前兩類之間的中等復(fù)雜程度的地球系統(tǒng)模型全稱為Earth-system models of intermediate complexity(EMICs)。
簡(jiǎn)單概念性氣候模式(SCMs)
箱形模型
箱形模型是復(fù)雜系統(tǒng)的簡(jiǎn)化版本，將它們簡(jiǎn)化為由通量連接的箱子（或水庫）。假設(shè)這些箱子是均勻混合的。因此，在給定的箱子內(nèi)，任何化學(xué)物質(zhì)的濃度都是均勻的。然而，由于箱子的輸入（或損失）或箱內(nèi)該物種的生產(chǎn)、消耗或腐爛，給定箱子內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的豐度可能隨時(shí)間變化。箱形模型廣泛用于模擬環(huán)境系統(tǒng)或生態(tài)系統(tǒng)以及海洋環(huán)流和碳循環(huán)的研究，它們是多室模型的實(shí)例。
統(tǒng)計(jì)動(dòng)力模型
統(tǒng)計(jì)動(dòng)力模型考慮緯圈平均，對(duì)大型渦旋輸送參數(shù)化，用來研究不同物理因子如二氧化碳、太陽常數(shù)等的作用。一般是對(duì)運(yùn)動(dòng)方程中的渦旋輸送量進(jìn)行參數(shù)化，基于經(jīng)向溫度梯度可以驅(qū)動(dòng)大氣斜壓波的概念，
渦旋熱通量為：
渦旋動(dòng)量通量為：
式中，和分別為熱量和動(dòng)量傳輸系數(shù)，可認(rèn)為是常數(shù)或?yàn)闇囟忍荻鹊暮瘮?shù)，緯向平均量用<>表示。
一般環(huán)流模型
一般環(huán)流模型是最為完善的氣候模式，通常需要求解一組如下的微分方程和理想氣體方程：
動(dòng)量守恒方程：
質(zhì)量守恒方程：
能量守恒方程：
理想氣體方程：
其中表示氣體的密度，表示氣體的壓強(qiáng)；表示氣體常數(shù)；表示氣體的溫度；表示連續(xù)物體的加速度；為為材料衍生物，定義為；表示氣體流速；表示能量；表示質(zhì)量；表示受力。這組方程描述了大氣壓力、密度和溫度的時(shí)空變化，這就是納維—喬治·斯托克斯方程。為了將這些方程式轉(zhuǎn)化為數(shù)值形式，通常將連續(xù)的大氣流體運(yùn)動(dòng)離散化并且將地球空間劃分為經(jīng)向、緯向和垂向的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，進(jìn)而采用數(shù)值積分方式對(duì)上面的偏微分方程組在連續(xù)的時(shí)間步長(zhǎng)中進(jìn)行求解。這樣就可以得到每個(gè)網(wǎng)格上的氣候參數(shù)(如溫度、風(fēng))的數(shù)值。在氣候模擬中，運(yùn)行成本隨著其復(fù)雜性、分辨率(即網(wǎng)格的大小)的增加而增加。此外，使用氣候模式進(jìn)行模擬時(shí)需 要考慮兩種類型的輸入數(shù)據(jù)：初始狀態(tài)和外壓強(qiáng)。目前影響外界壓強(qiáng)的主要因素有：溫室氣體濃度、氣溶膠濃度以及植被分布和火山爆發(fā)和在大氣頂部接收的太陽能。
能量平衡模型
能量平衡模式分為零維模型和一維模型，零維模型是最簡(jiǎn)單的能量平衡模式。
零維模型
以地氣聯(lián)合模型為例，該模型它顯示了溫度對(duì)太陽常數(shù)、地球反照率或有效地球發(fā)射率變化的敏感性。有效發(fā)射率還衡量了大氣溫室效應(yīng)的強(qiáng)度，因?yàn)樗翘右莸教盏?a href="/hebeideji/3216823889360270111.html">熱輻射與從地表發(fā)出的熱輻射的比率。
地球輻射平衡的一個(gè)非常簡(jiǎn)單的模型是地氣聯(lián)合模型：
左側(cè)表示來自太陽的總單射短波功率，右側(cè)代表根據(jù)斯特凡-玻爾茲曼定律計(jì)算的來自地球的總長(zhǎng)波功率。
常量參數(shù)包括：
是太陽常數(shù)——單位面積入射的太陽輻射——約
是地球的半徑——大約
是數(shù)學(xué)常數(shù)
是斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)——大約
常數(shù)可以分解出來，給出平衡的零維方程：
再求解溫度，可得：
左邊表示來自太陽的入射短波能量通量，右側(cè)表示來自地球的長(zhǎng)波能量通量，兩側(cè)單位為
是地球的平均反照率，測(cè)量值為 0.3，是地球的平均表面溫度，截至2020年測(cè)量約為，是地球表面和大氣（包括云）組合的有效發(fā)射率，是 0 到 1 之間的量，從平衡計(jì)算得出約為 0.61，由此推出288?K（15?°C；59?°F）的表觀有效平均地球溫度 。因?yàn)樯鲜酱砹说厍颍òㄔ茖雍痛髿猓┑挠行л椛錅囟龋瑢?duì)于零維處理，它相當(dāng)于所有視角的平均值。
除上述模型外還存在具有分離的表面層模型和大氣層相關(guān)模型，分層模型產(chǎn)生的溫度可以更好地估計(jì)觀測(cè)到的地球表面和大氣水平。它們同樣進(jìn)一步說明了溫室效應(yīng)背后的輻射傳熱過程。使用單層模型對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行量化是由Svante Arrhenius于1896年首次發(fā)表的。無量綱模型也由功能上與地表分離的大氣層構(gòu)建。其中最簡(jiǎn)單的是零維單層模型，可以很容易地?cái)U(kuò)展到任意數(shù)量的大氣層。表面層和大氣層分別具有相應(yīng)的溫度和發(fā)射率值，但沒有厚度，在層之間的界面處應(yīng)用輻射平衡去計(jì)算。也可以通過特設(shè)灰體模型更現(xiàn)實(shí)的方式結(jié)合大氣溫室效應(yīng)來增加零維模型的復(fù)雜性，現(xiàn)有的模型比起其他模型更加完善，其中包含一個(gè)明確的大氣層，并在建模時(shí)考慮了大氣層吸收和發(fā)射紅外輻射的能力。
一維模型
能量平衡模型通常是一維的，一維的能量平衡模型也是大氣科學(xué)模型類型之一，該模型的名稱暗示了該模型的工作原理，該模型試圖解釋所有進(jìn)入和流出某個(gè)系統(tǒng)（在本例中為地球）的能量。在一個(gè)簡(jiǎn)單的一維全球能量平衡模型中，唯一的變量是地球的溫度，通常表示為。“平衡”一詞表明系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)——沒有能量積累。
該模型計(jì)算的是表面的溫度。該模型本身旨在計(jì)算有效溫度，主要圍繞表面的溫度或。以下用于計(jì)算
：
其中是溫室增量。此時(shí)，溫室增量約為33開爾文，是紅外吸收效率的函數(shù)，除了大多數(shù)能量平衡模型不是全局模型，而是區(qū)域或緯度模型。因此，我們必須有一些方程或方程的一部分來解釋能量從一個(gè)緯度區(qū)域到下一個(gè)緯度區(qū)域的流動(dòng)。
零維模型使用太陽常數(shù)和給定的平均地球溫度，確定了發(fā)射到太空的長(zhǎng)波輻射的有效地球發(fā)射率。這可以在垂直方向上細(xì)化為一維輻射對(duì)流模型，該模型考慮了能量傳輸?shù)膬蓚€(gè)過程，上流和輻射通過吸收和發(fā)射紅外輻射的大氣層轉(zhuǎn)移，熱量通過對(duì)流向上傳輸（在對(duì)流層下部尤其重要）。與簡(jiǎn)單模型相比，輻射對(duì)流模型具有優(yōu)勢(shì)：它們可以確定不同溫室氣體濃度對(duì)有效發(fā)射率的影響，從而確定表面溫度的影響。但是需要增加參數(shù)來確定局部發(fā)射率和反照率，并解決在地球上移動(dòng)能量的因素。一維輻射對(duì)流氣候模型中冰反照率反饋對(duì)全球敏感性的影響。
輻射對(duì)流模型
上述零維模型使用太陽常數(shù)和給定的平均地球溫度，確定了發(fā)射到太空的長(zhǎng)波輻射的有效地球發(fā)射率。這可以在垂直方向上細(xì)化為一維輻射對(duì)流模型，該模型考慮了兩個(gè)能量傳輸過程：通過吸收和發(fā)射紅外輻射的大氣層的上升流和下降流輻射傳輸，通過對(duì)流向上傳輸熱量（在對(duì)流層低層尤其重要）。輻射-對(duì)流模型比簡(jiǎn)單模型具有優(yōu)勢(shì)：它們可以確定不同溫室氣體濃度對(duì)有效發(fā)射率以及表面溫度的影響。但是需要添加參數(shù)來確定局部發(fā)射率和反照率，并解決在地球上移動(dòng)能量的因素，冰反照率反饋對(duì)一維輻射-對(duì)流氣候模型中全球敏感性的影響。
1967年，第一個(gè)真正現(xiàn)代意義上的氣候模型由真鍋淑郎等人完成，是一個(gè)輻射對(duì)流模型。 他們建立的輻射對(duì)流模型相較于以前的研究工作有四方面重大突破。
第一，該模型包含了精確測(cè)量的水汽吸收譜，如前所述，水汽分子不僅具有振動(dòng)-彎曲能量躍遷，還具有轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷，其吸收譜更為復(fù)雜，延伸到了遠(yuǎn)紅外波段。
第二，在考慮水汽的正反饋輻射效應(yīng)時(shí)，真鍋淑郎使用了固定相對(duì)濕度的方案。他們根據(jù)觀測(cè)的相對(duì)濕度垂直廓線，給定地表相對(duì)濕度為80%，線性遞減至對(duì)流層頂?shù)?0%，在模式積分過程中，該垂直廓線保持不變。當(dāng)二氧化碳加倍時(shí)，對(duì)流層大氣溫度升高，水汽含量也隨之升高，水汽的溫室效應(yīng)使得大氣溫度進(jìn)一步升高，很好地體現(xiàn)了水汽正反饋效應(yīng)。
第三，首次在模式中加入了對(duì)流調(diào)整方案，在單純輻射平衡條件下，對(duì)流層大氣溫度垂直遞減率遠(yuǎn)大于干絕熱溫度遞減率，大氣層結(jié)是不穩(wěn)定的，勢(shì)必產(chǎn)生對(duì)流運(yùn)動(dòng)，把近地面層熱量向上輸送，從而使大氣層結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)。真鍋淑郎使用每升高1000m溫度降低6.5 °C作為大氣層結(jié)穩(wěn)定的判據(jù)。該對(duì)流調(diào)整方案實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)最簡(jiǎn)單的對(duì)流參數(shù)化方案 (無云、無潛熱釋放)。
第四，最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是，他們的輻射對(duì)流模型解決了大氣層頂輻射能量平衡問題，阿倫尼烏斯的單層大氣模式考慮了輻射能量平衡問題，但普拉斯等的多層輻射傳輸模式則有這方面的缺陷，他們甚至根本沒有意識(shí)到這一問題。
真鍋淑郎建立的輻射對(duì)流模型對(duì)理解氣候變暖是一個(gè)里程碑式的工作，第一次全面解決了輻射傳輸?shù)母鱾€(gè)問題，并與對(duì)流調(diào)整相結(jié)合，建立了一個(gè)可靠的計(jì)算二氧化碳增加導(dǎo)致全球變暖的數(shù)值模式。
真鍋淑郎輻射對(duì)流模型模擬的大氣溫度垂直廓線，以300ppm(每百萬體積單位中所占的分量 )二氧化碳作為控制試驗(yàn)（黑線），當(dāng)二氧化碳加倍時(shí)（紅線），地表氣溫升高2.36 °C，而當(dāng)CO2減半時(shí)（藍(lán)線）地表氣溫下降2.28 °C。目前的研究中，即使人們更多地使用三維大氣海洋耦合模式模擬和預(yù)估全球變暖，真鍋淑郎的研究成果仍是學(xué)者們理解全球變暖的基礎(chǔ)。
輻射對(duì)流模式把大氣簡(jiǎn)化為一個(gè)鉛直的大氣柱，詳細(xì)考慮大氣內(nèi)的輻射過程，考慮一維的溫度垂直分布，常作為更復(fù)雜的模式的一部分，主要研究不同輻射過程的相互作用。考慮最簡(jiǎn)單的無對(duì)流調(diào)整的輻射平衡模式，
其溫度變化方程為：
式中右邊第一項(xiàng)、第二項(xiàng)分別代表長(zhǎng)波輻射和短波輻射引起的溫度變化。對(duì)于有對(duì)流調(diào)整的輻射平衡模式，方程 右邊需要添加對(duì)流調(diào)整項(xiàng)，在滿足對(duì)流層質(zhì)量守恒條件和地表熱量平衡條件下，可以得到垂直溫度廓線。
中等復(fù)雜程度的系統(tǒng)模型(EMICs)
EMICs模型全稱為地球system models of intermediate complexity，自1995年以來一直在PIK開發(fā)。最初，它只包括氣候組成部分：大氣、海洋和陸地表面過程（Petoukhov 等人，2000 年）。后來，動(dòng)態(tài)植被模型VECODE和冰蓋組成部分SICOPOLIS已被合并。模型開發(fā)一直持續(xù)到2017年 該模型的最終版本還包括適用于超長(zhǎng)時(shí)間尺度，永久凍土，風(fēng)沙循環(huán)的海洋碳循環(huán)組件。
從一開始該模型就被用于未來和過去的模擬。特別是，CLIMBER-2已被用于模擬LGM和全新世氣候，Dansgaard-Oeschger和Heinrich事件以及第四紀(jì)冰川周期。該模型的最終應(yīng)用是模擬整個(gè)第四紀(jì)的氣候演變（Willeit 等人，2019 年）。CLIMBER-3模型是一個(gè)2.5維的動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)模型，分辨率為7.5°×22.5°，時(shí)間步長(zhǎng)為半天；海洋是 MOM-3（模塊化海洋模型），具有 3.75° × 3.75° 的網(wǎng)格和 24 個(gè)深度層。目前，已經(jīng)開發(fā)和測(cè)試了同級(jí)別更先進(jìn)和高分辨率的模型 CLIMBER-X 以繼續(xù)研究地球系統(tǒng)的長(zhǎng)期演化。
耦合氣候系統(tǒng)模型(CGCMs)
真鍋淑郎和韋瑟爾德的輻射對(duì)流模式雖然考慮了單一氣柱中的大氣垂直運(yùn)動(dòng)，但只是固定了大氣溫度垂直遞減率條件下的垂直運(yùn)動(dòng)(在該模式中，相對(duì)濕度也是固定的)，Budyko和Sellers的能量平衡模式雖然考慮了赤道與極地之間的熱量輸送，但他們使用的是熱量擴(kuò)散近似，而非真正意義上的大氣熱量輸送。這些簡(jiǎn)單氣候模式的另一個(gè)主要缺陷是沒有考慮云對(duì)輻射傳輸?shù)挠绊懀M管云對(duì)太陽輻射的反照率是被考慮的，隨著輻射傳輸模式的完善，也由于計(jì)算能力的快速提高，人們開始考慮使用更真實(shí)也更復(fù)雜的模式取代簡(jiǎn)單的氣候模式，這便是覆蓋全球的三維大氣環(huán)流模式（general circulation model，GCM），在GCM 中，需要數(shù)值求解的是三維流體動(dòng)力和熱力學(xué)方程，因?yàn)樵谶@些流體方程中，各個(gè)變量都隨時(shí)間變化，給定初始和邊界條件之后,可以對(duì)這些方程進(jìn)行時(shí)間積分。如果我們以現(xiàn)在的氣候狀況作為初始和邊界條件，對(duì)時(shí)間的積分也就相當(dāng)于預(yù)測(cè)未來的氣候，這是GCM 優(yōu)越于過去簡(jiǎn)單的氣候模式的主要原因，云和降水是氣候系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這在GCM 中是一個(gè)自然的受大氣運(yùn)動(dòng)控制的物理過程。
但過去的簡(jiǎn)單模式卻無法反映這一過程，仍然是真鍋淑郎和韋瑟爾德首先在GCM 的發(fā)展方面走出了開創(chuàng)性的一步,他們的GCM計(jì)算結(jié)果表明，二氧化碳濃度加倍導(dǎo)致全球平均地面溫度升高大約3℃，Manabe和Wetherald也發(fā)現(xiàn)了全球氣候變暖并不均勻，陸地比海洋升溫要大，并且隨著氣候變暖，全球降水量將增加，這些結(jié)果都是先前的簡(jiǎn)單氣候模式所無法做到的。
雖然更簡(jiǎn)單的模型也被用來提供全球或區(qū)域平均值對(duì)氣候響應(yīng)的估計(jì)，GCM這種耦合氣候系統(tǒng)模型可能與嵌套的區(qū)域模型相結(jié)合，有可能提供地理和物理上一致的區(qū)域氣候估計(jì)影響分析中需要的改變，從而滿足標(biāo)準(zhǔn)。GCM使用全球三維網(wǎng)格描繪氣候，通常具有水平分辨率在250到600公里之間，大氣中有10到20個(gè)垂直層，有時(shí)為海洋中多達(dá)30層。因此，相對(duì)于大多數(shù)影響評(píng)估中的暴露單位，因此僅部分滿足標(biāo)準(zhǔn)。此外，許多物理過程，例如與云相關(guān)的過程，也發(fā)生在較小的尺度上，無法正確建模。相反，它們的已知屬性必須在更大的尺度上取平均值稱為參數(shù)化的技術(shù)。這是基于GCM的模擬中不確定性的一個(gè)來源。 未來氣候。其他涉及模型中各種反饋機(jī)制的模擬，涉及， 例如，水蒸氣和變暖、云和輻射、海洋環(huán)流和冰雪反照率。簡(jiǎn)單地說，出于這個(gè)原因，由于某些流程和反饋的建模方式，GCM可以模擬對(duì)同一壓力條件產(chǎn)生不同的響應(yīng)。
大氣GCM (AGCM) 模擬大氣并將海面溫度作為邊界條件，耦合的大氣-海洋 GCM（AOGCM，例如HadCM3 、 EdGCM 、 GFDL CM2.X, ARPGE-Climat) 結(jié)合了這兩個(gè)模型。 1960 年代后期， NOAA地球物理流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室 AOGCM 代表了氣候模型復(fù)雜性的頂峰，并將盡可能多的過程內(nèi)化。但是，它們?nèi)栽陂_發(fā)中，不確定性仍然存在。它們可以耦合到其他過程的模型，例如碳循環(huán)，以便更好地模擬反饋效應(yīng)。這種集成的多系統(tǒng)模型有時(shí)被稱為“地球系統(tǒng)模型”或“全球氣候模型”。
相關(guān)學(xué)科發(fā)展
高性能計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)氣候科學(xué)的發(fā)展和演變產(chǎn)生了巨大的影響，在計(jì)算機(jī)發(fā)明之前，很多學(xué)科通常使用鉛筆和紙來記錄觀察到的現(xiàn)象或是記錄預(yù)測(cè)，這其中其中包括氣候科學(xué)，隨著計(jì)算機(jī)發(fā)明并在氣候科學(xué)的廣泛應(yīng)用，目前氣候科學(xué)研究范式已發(fā)展為兩個(gè)分支：一支是氣候模型，它使用大氣或海洋的大尺度環(huán)流模型；另一支是理想化(數(shù)理)模型，受到物理學(xué)家的鐘愛，通常是為了理解氣候系統(tǒng)演化行為中的某個(gè)關(guān)鍵物理現(xiàn)象，從物理上來看，氣候模式對(duì)氣候或者天氣系統(tǒng)進(jìn)行了大量的粗粒化處理，然后由所有已知物理參數(shù)和過程近似計(jì)算輸出全球氣候的結(jié)果。相比之下，理想化模型則更加側(cè)重于氣候的各個(gè)子系統(tǒng)，例如，厄爾尼諾暖流現(xiàn)象或者北冰洋冰等，以這種方式將問題進(jìn)行分解，有助于對(duì)所涉及的動(dòng)力學(xué)過程及其觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行深層次的數(shù)學(xué)分析，事實(shí)上，無論在概念上還是時(shí)空尺度上，氣候模型和理想化模型都存在著巨大的鴻溝，調(diào)和這個(gè)鴻溝是一項(xiàng)非常適合物理學(xué)家的任務(wù)，已經(jīng)取得巨大進(jìn)展。例如，凝聚態(tài)物理和粒子物理中尺度分離的挑戰(zhàn)導(dǎo)致了重整化群的發(fā)展，將以前不同領(lǐng)域的概念進(jìn)行了統(tǒng)一，重整化群的概念和方法已成功應(yīng)用于流體動(dòng)力學(xué)問題，這也是氣候動(dòng)力學(xué)的核心基礎(chǔ)。
諾貝爾獎(jiǎng)相關(guān)
2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一半授予美籍日裔氣象學(xué)家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）、德國科學(xué)家克勞斯·哈斯曼（Klaus Hasselmann）以表彰他們“對(duì)我們理解復(fù)雜物理系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”，另一半授予意大利理論物理學(xué)家喬治·帕里西（Giorgio Parisi），以表彰他“發(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無序和波動(dòng)的相互作用”。
真鍋淑郎與其合作者理查德·韋瑟爾德等的工作清晰地回答了第一個(gè)問題，首次可靠地計(jì)算了二氧化碳濃度加倍后全球溫度的變化。其科學(xué)貢獻(xiàn)主要包括兩個(gè)方面：首先，通過考慮輻射平衡與對(duì)流的相互作用，并考察水汽的溫室效應(yīng)，可靠地預(yù)測(cè)了二氧化碳濃度加倍導(dǎo)致的全球變暖。第二，研發(fā)了世界上第一個(gè)考慮了三維大氣環(huán)流的氣候模式，從而衍生發(fā)展出現(xiàn)代氣候模式，開啟了基于地球流體動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)規(guī)律的三維氣候模式的發(fā)展，在氣候變化研究中發(fā)揮了無可替代的作用。
克勞斯·哈斯曼在氣候領(lǐng)域的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)主要包括：首先，提出了描述氣候系統(tǒng)的隨機(jī)氣候模型，把長(zhǎng)時(shí)間尺度的氣候變率解釋為短時(shí)間尺度的天氣過程的“累積”，從而在混沌隨機(jī)的天氣過程和慢變的氣候狀態(tài)之間架起了橋梁，解釋了氣候系統(tǒng)低頻內(nèi)部變率的成因。第二，提出包括溫室氣體在內(nèi)的外部影響因子會(huì)在氣候系統(tǒng)中留下特定的“指紋”，通過分離出這種指紋，可以檢測(cè)出人類活動(dòng)引起的氣候變化。這是開展氣候變化檢測(cè)歸因研究的理論基礎(chǔ)。哈塞爾曼的兩項(xiàng)成就，一是解釋氣候系統(tǒng)低頻內(nèi)部變率的成因，二是提煉氣候變化信息的工具，這對(duì)于我們定量估算人類活動(dòng)在氣候變化中的貢獻(xiàn)來說都是不可或缺的。正是基于檢測(cè)歸因技術(shù)，政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第六次評(píng)估報(bào)告得出結(jié)論，“毋庸置疑，人為影響正在使得大氣、海洋和陸地變暖。2010-2019年相對(duì)于1850-1900年，人為導(dǎo)致的總的全球表面溫度變化最佳估計(jì)為1.07°C。”
相關(guān)機(jī)構(gòu)
IPCC
政府間氣候變化專門委員會(huì)IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）始建于 1988年，旨在提供有關(guān)氣候變化的科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)認(rèn)知狀況、氣候變化原因、潛在影響和應(yīng)對(duì)策略的綜合評(píng)估。目前IPCC正處于第六個(gè)評(píng)估周期，自1988年成立以來，IPCC已編寫了五套多卷冊(cè)評(píng)估報(bào)告，這些報(bào)告可在“報(bào)告”標(biāo)簽下調(diào)閱，IPCC和美國前副總統(tǒng)阿爾?戈?duì)枠s獲了2007年諾貝爾和平獎(jiǎng)，以表彰他們?cè)跉夂蜃兓矫嫠龅墓ぷ鳌?/p>
在第六個(gè)評(píng)估周期內(nèi)，IPCC將編寫三份特別報(bào)告和一份國家溫室氣體清單方法報(bào)告，目前正在編寫第六次評(píng)估報(bào)告（AR6）。2016年4月舉行的IPCC第四十三次屆會(huì)商定，AR6綜合報(bào)告將于2022年完成，及時(shí)提供給第一次UNFCCC全球盤點(diǎn)，屆時(shí)各國將審查其在實(shí)現(xiàn)全球變暖遠(yuǎn)低于2°C的目標(biāo)方面取得的進(jìn)展情況，同時(shí)努力將其限制在1.5°C。AR6三個(gè)工作組的報(bào)告將于2021年編寫完成。
除了編寫評(píng)估報(bào)告外，IPCC還發(fā)布了一些特定主題的特別報(bào)告，諸如：極端事件和災(zāi)害、可再生能源、全球升溫1.5oC的影響及相關(guān)的排放路徑、海洋與冰凍圈、以及土地利用等主題。可在“報(bào)告”標(biāo)簽下調(diào)閱這些報(bào)告。在第六個(gè)評(píng)估周期中，在2018年10月至2019年9月期間IPCC已完成了三份特別報(bào)告，分別為《全球升溫1.5°C》《氣候變化與土地》《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報(bào)告（SROCC）》。
中國國家氣象局
中國氣象局是國務(wù)院直屬事業(yè)單位。它的前身是中央軍委氣象局，成立于1949年12月。1994年由國務(wù)院直屬機(jī)構(gòu)改為國務(wù)院直屬事業(yè)單位后，經(jīng)國務(wù)院授權(quán)，承擔(dān)全國氣象工作的政府行政管理職能，負(fù)責(zé)全國氣象工作的組織管理。該組織門類齊全、布局基本合理的現(xiàn)代化大氣綜合觀測(cè)系統(tǒng)；基本組成了由天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)、人工影響天氣、干旱監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)、雷電防御、農(nóng)業(yè)氣象與生態(tài)、氣候資源開發(fā)利用等構(gòu)成的氣象服務(wù)體系，氣象服務(wù)領(lǐng)域涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、商業(yè)、能源、交通、運(yùn)輸、建筑、林業(yè)、水利、國土資源、海洋、鹽業(yè)、環(huán)保、旅游、航空、郵電、保險(xiǎn)、消防等多個(gè)行業(yè)和部門。
NCAR
NCAR全稱為NATIONAL CENTER FOR ATMOSPHERIC RESEARCH，是由美國國家科學(xué)基金會(huì)于1960年成立，旨在為大學(xué)社區(qū)提供世界級(jí)設(shè)施和服務(wù)。NCAR為大氣和相關(guān)地球系統(tǒng)科學(xué)界提供最先進(jìn)的資源，包括超級(jí)計(jì)算機(jī)，研究飛機(jī)，復(fù)雜的計(jì)算機(jī)模型和廣泛的數(shù)據(jù)集。
NCAR的科學(xué)家還深入研究基礎(chǔ)研究問題，制作了大量的科學(xué)出版物，有助于引領(lǐng)更廣泛的地球系統(tǒng)科學(xué)界。除此之外NCAR還提供豐富的教育和外展機(jī)會(huì)，從早期職業(yè)科學(xué)家的獎(jiǎng)學(xué)金到免費(fèi)的公開講座再到科學(xué)研討會(huì)。NCAR作為NSF第一個(gè)由聯(lián)邦政府資助的研發(fā)中心，一直由大學(xué)大氣研究公司管理，這是一個(gè)由120多所學(xué)院和大學(xué)組成的非營利性聯(lián)盟。其總部位于科羅拉多州博爾德，在懷俄明州和夏威夷設(shè)有其他設(shè)施。
GFDL
GFDL全稱為Geophysical Fluid 動(dòng)力學(xué) Laboratory，GFDL專注于全面的長(zhǎng)期研究，這對(duì)于推進(jìn)對(duì)控制大氣、海洋、陸地和冰成分行為及其與生態(tài)系統(tǒng)相互作用的物理、動(dòng)力、化學(xué)和生物地球化學(xué)過程的科學(xué)理解至關(guān)重要。GFDL的科學(xué)家開發(fā)和使用地球系統(tǒng)模型和計(jì)算機(jī)模擬，以提高我們對(duì)氣候系統(tǒng)各個(gè)方面的理解和預(yù)測(cè)。GFDL科學(xué)家專注于與社會(huì)相關(guān)的模型構(gòu)建，颶風(fēng)研究，天氣和海洋預(yù)測(cè)，季節(jié)性預(yù)測(cè)，了解區(qū)域和全球氣候變化等。自1955年以來，GFDL開創(chuàng)了世界上許多關(guān)于氣候變化建模的研究。
GFDL的研究包括全球和區(qū)域氣候的可預(yù)測(cè)性和敏感性;大氣、海洋、海冰和陸地的結(jié)構(gòu)、可變性、動(dòng)態(tài)和相互作用;以及大氣、海洋和陸地影響的方式，并受各種微量成分的影響。這門科學(xué)融合了各種學(xué)科，包括氣象學(xué)、海洋學(xué)、水文學(xué)、經(jīng)典物理學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、化學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和數(shù)值分析。
Max Planck Institute for Meteorology
馬克斯·普朗克氣象研究所（Max Planck Institute for Meteorology）于1975年在漢堡包成立。從那時(shí)起，該研究所的科學(xué)家一直在研究物理，化學(xué)和生物過程以及人類行為如何導(dǎo)致全球和區(qū)域氣候變化。科學(xué)家們開發(fā)了數(shù)值模型和測(cè)量方法來解釋大氣，海洋和生物圈的自然變化，并評(píng)估土地利用變化，工業(yè)發(fā)展，城市化和其他人類影響的影響。他們與耶拿的馬克斯·普朗克生物地球化學(xué)研究所和美因茨的馬克斯普朗克化學(xué)研究所一起，努力更好地了解決定大氣中溫室和其他痕量氣體濃度的化學(xué)和生物因素，以及它們?nèi)绾闻c陸地和海洋生物圈相互作用。
Met Office Hadley Centre for Climate Science and Services
英國氣象局的哈德利氣候科學(xué)與服務(wù)中心（Met Office Hadley Centre for Climate Science and Services）是英國最重要的氣候變化研究中心之一，其目標(biāo)是為個(gè)人和組織提供氣候科學(xué)和服務(wù)，以便他們能夠做出更好的決策。哈德利氣候科學(xué)與服務(wù)中心有很多研究目的，包括：監(jiān)測(cè)氣候變化、確定這些更改的原因、與最終用戶一起開發(fā)服務(wù)，以找到管理氣候風(fēng)險(xiǎn)的有效方法，自1990年成立以來，哈德利中心已被公認(rèn)為氣候科學(xué)和服務(wù)的全球首選合作伙伴，哈德利氣候科學(xué)與服務(wù)中心的科學(xué)家與來自1個(gè)國家700,138多個(gè)機(jī)構(gòu)的國際研究人員合作。
參考資料 >
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