如何预测未来10年气候变化?科学家比你还着急丨大气悟理
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时间：2024-10-23 19:39
引言：今年夏天，长江流域及川渝地区遭受前所未有的高温热浪，凸显极端气候事件的巨大影响。然而，温室气体浓度的持续攀升，全球变暖加剧，我们能断言未来10年内，这些地区会遭遇与今年同样或更强烈的高温事件吗？非专业领域内的猜测指出，今年可能是未来十年最凉爽的一年，这种论断极大地低估了问题的复杂性。农业、渔业、基础设施、金融、保险等众多行业渴望未来10年气候变化的信息，本篇文章将探讨未来10年气候变化是否可预测，预测方法，以及当前科学领域的进展。
“气候预测”与“气候预估”
在探讨未来10年气候变化预测之前，我们需要区分“气候预测”与“气候预估”之间的差异。
工业*以来，化石燃料的开发与使用导致大气中温室气体浓度上升，全球气温逐渐升高。然而，气候的变动并非简单的逐年线性增长，而是在长期增温趋势上叠加了多种多样的“波动”，甚至出现“增暖停滞”或短时变冷现象。以赤道中东太平洋的海洋温度为例，它经常交替地变暖、变冷，这就是我们熟知的厄尔尼诺现象及其孪生姐妹拉尼娜。它们能够导致全球平均温度的升高或降低，其年与年间高低振荡的幅度远强于过去百年全球变暖的增温速率。这些波动是由气候系统内部大气、海洋等多圈层相互作用的结果，称为“内部变率”，与人类活动等“外强迫”区分开。
“气候预测”关注未来不同排放情景下气候系统对外强迫（主要是人为温室气体和气溶胶排放）的响应，特别是温度、降水等的长期变化，而不考虑气候系统内部变率当前的状态及其对未来的影响。气候预估涉及的时间尺度为中长期变化，如本世纪中后期的变化。而“短期气候预测”关注未来1个月至1年的气候异常，关键在于捕捉“内部变率”的演变规律。内部变率在气候预估中被视为“噪音”，但在短期气候预测中则是“信号”。
预测未来10年气候变化的科学基础
气候学家将目光投向更远的未来10年气候变化，将其称为“年代际预测”。需要指出的是，典型的年际变率信号，如厄尔尼诺，基本不具备超过2年以上的可预测性。年代际预测不是预测未来10年中具体某一年的气候异常，而是关注多年平均状态（如未来2-5年的平均，6-9年的平均等）。预测未来10年的气候变化介于传统的短期气候预测和气候预估之间，需要综合考虑两方面的影响：一是气候系统对人类活动等外强迫的响应；二是年代际尺度的内部变率的演变。
预测未来10年气候变化的技术手段
预测气候需要强大的工具——气候系统模式，它能够在超级计算机上模拟气候的演变。然而，单纯的模式不足以实现预测，因为虚拟的气候与真实世界的气候没有直接的对应关系。我们需要通过所谓的“同化系统”将真实世界的信息，尤其是海洋的温度、盐度等状态引入到模式中，建立起虚拟气候与真实世界之间的联系。同时，我们还需要在模式中考虑人类活动的强迫效应（主要是温室气体和气溶胶排放）。
预测未来10年气候变化的科学实践
近十余年来，全球主要气候模式中心均在积极开展年代际气候预试验研究。最新的耦合模式比较计划第六阶段专门组织了“年代际气候预测计划”。世界气候研究计划为应对社会可持续发展，提出了七大科学挑战，将“年代际气候预测”列为其中的核心子计划之一。中国科学院大气物理研究所从2012年开始研发基于气候系统模式的年代际预测系统——IAP-DecPreS，每年在世界气象组织推动建立的“年代际预测结果交流”平台上发布预测结果。
年代际预测的现状与未来
相较于预测未来几个月气候异常的相对成熟技术，要预测未来10年气候变化仍然是一个极具挑战性的问题。根据*间气候变化专门委员会第五次评估报告和CMIP6 DCPP计划的最新结果，年代际预测对未来2-5年平均和6-9年平均的温度变化已经取得了较高的预测技巧，但对降水的预测技巧仍然较低。这主要是由于对气候系统年代际变率的物理机制理解有限，当前对海洋状态的观测误差较大，以及气候系统模式的模拟性能和同化系统需要进一步改进。总的来说，提升对年代际气候变化的预测能力仍然是当前需要投入巨大努力的领域。
