气候模型的验证raybet雷竞技最新
的气候系统由四个密切相互关联的子系统——吗大气圈、水圈、冰冻圈和生物圈里,那发展宏观驱动和调制的作用下代理,如太阳能加热、地球自转和万有引力。气候系统raybet雷竞技最新多自由度特性,这使它复杂,和非线性相互作用发生在一个巨大的范围的时空尺度陪同敏感依赖初始条件,这使得它复杂。气候定义raybet雷竞技最新为一组可观察到的统计特性的物理量的气候系统。
评估的准确性数值气候模型和策略的定义为他们的进步是至关重要的问题在地球系统科学社区。raybet雷竞技最新一方面,气候模型不同程度的raybet雷竞技最新复杂性构成工具基本重要的重建和项目在未来地球的状态和测试理论与基本地球物理流体动力学特性的大气和海洋,物理和化学的以及它们之间的不同子域和内反馈。另一方面,气候模型的输出,特别是未来气候预测,获得一种不断增长的相关raybet雷竞技最新性在几个领域,如生态学、经济学、工程、能源、和架构,以及决策的过程在国家和国际水平。关于气候相关的发现,社会层面的影响的影响的政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(IPCC4raybet雷竞技最新AR)是前所未有的。
验证或auditing-overall评估精度的气候模型是一个微妙的操作,可以分解两个相关,尽管不同,程序。raybet雷竞技最新第一个过程进行对比,旨在评估模型的一致性在某些物理现象的模拟在一个特定的时间框架。第二个过程验证,我们的目标是比较模型的输出与相应的观察或重建的数量。困难出现,因为我们总是要处理三种不同的吸引子:真正的气候系统的吸引子,其重建从观察,和气候模型的吸引子。raybet雷竞技最新根据时间表上的兴趣和问题进行调查,有关活动的自由度(数学上对应于慢速和快速繁殖)之间的分离需要最细心表示发生戏剧性的变化。在相对较短的时间尺度
(低于10年),大气的自由度是活跃的,而其他子系统可以被认为是基本冻结。长时间尺度(100 - 1000年),海洋占主导地位的动态环境,而对于更长时间尺度(在5000年),大陆冰盖变化是变化最相关的因素。raybet雷竞技最新因此,科学界产生了不同家庭的气候模型,生成层次划分的复杂性,每个结构制定和具体解决的一类问题。raybet雷竞技最新
耦合的全球气候和区域气候模型raybet雷竞技最新
在这里,而大多数考虑相当一般,我们主要指的是全球气候模型(GCMs)和耦合raybet雷竞技最新区域气候模式raybet雷竞技最新(rcm)目前用于模拟的气候和气候变化的分析百周年尺度。raybet雷竞技最新在这些模型中,而大气的动力过程和的的水圈表示在一个大框架的数值离散化技术应用于热力学和n - s方程的简化版本在一个旋转的环境中,大陆冰盖通常作为固定系统的参数。相比之下,所谓内部氧化物过程,不能明确表示在解决模型中,通过简化的参数化的照顾。
几个关键流程,如辐射传输、大气对流,微观物理学的云,land-atmosphere通量,冰动力学在海洋里,涡流和混合,以及大部分的控制生物圈演化,经历严重的简化。随着时间的推移,全球大气环流模型开发了通过改进配方的空间分辨率,经验数值方案和改进的参数化,以及通过包含一组越来越大的流程,如气溶胶化学和交互式植被相关的表征系统反馈和营力。
此外,数值预报气候建模面临的数学复杂的时变边界条件问raybet雷竞技最新题,作为rcm嵌套到驱动模型。因此,rcm往往是奴役在时间尺度上,根据域的大小和位置,原则上,平衡计算有限域的约束。因此,气候重建和预测进raybet雷竞技最新行RCM可以极度依赖GCM开车。其他技术问题产生的微妙的过程匹配边界条件模型的接口,而网格必须加入不同的空间和时间。
模型结果和近似理论只能对过去的观测数据来测试不均匀的质量和数量,实际上,因为涉及的空间和时间尺度。可用的历史观察有时功能相对较低程度的互惠共时历时的连贯性和单独存在的问题一致,由于策略的变化与时间数据采集,而代理数据,根据定义,只提供半定量的信息过去气候系统的状态。raybet雷竞技最新广泛的科学努力旨在改善气候数据库的质量和数量。特别是大气状态的最佳猜测大约过去50年里重建了两个独立的研究项目,通过变分模型轨迹的适应所有可用的气象观测,包括satellite-retrieved数据,产生所谓的重新分析。
鉴于所有上面提到的困难,不可能,因为熵的时间箭头,世界重复实验,验证这个模型不是认识论琐碎,伽利略聚合方法不能跟随。验证以概率的方式被诬陷,可见兴趣是至关重要的选择确定健壮的指标能够有效地审计模型。最近,详细调查的全球大气环流模型的行为已经极大地促进和推动,正如一些研究项目提供开放的标准化输出模拟内执行一套定义良好的场景。相关例子提到的是项目审慎(rcm)和PCMDI / CMIP3倡议(GCMs IPCC4AR中)。
一aim-from最终用户的观点是检查如何现实建模领域的实际利益,如表面温度、压力,和降水。在这些方面,当前的全球大气环流模型特性良好的一致性和现实主义在考虑现在的气候模拟,和他们基本上同意短期气候预测季节性平均在大陆尺度上。raybet雷竞技最新当减少空间或时间范围内感兴趣的,信噪比的气候信号包括observative和模型generated-typically减少,所以这个模型的验证控制运行和气候变化的模拟变得更加困难,即使改进观察到随着时间的推移,通过最先进的模型。raybet雷竞技最新气候变量的统计和dynamical-provided嵌套RCMs-down-scaling扩大模型验证的范围。特别是,rcm小规模和非线性过程提供一个更好的前景,如surface-atmosphere耦合,降水,气候变化对生物圈的影响。raybet雷竞技最新
然而,上述数量很难被认为是气候状态变量,而模型的改进策略可以受益于理解气候的差异表示机器在全球大气环流模型。raybet雷竞技最新大量的统计特性的比较defin ing气候状态,如奕奕大气能量通量、对流层平均温度、tro-popause高度,位势高度在不同的压力水平,对流层平均含湿量,和海水结构,允许全球指标的定义构成强大的诊断工具。此外,捕捉的差异表示特定的物理过程,有必要使用专门的诊断tools-process-oriented可靠性指标,指标模型。
这些指标的例子是大气变化的主要特征,如热带和温带气旋;详细的平衡,如水蒸气收敛在大陆或流域;远程并置对比模式,如厄尔尼诺-南方涛动或Madden-Julian振荡;或海洋特性,如推翻循环和南极电流强度。后一种方法可能特别有助于澄清之间的区别的性能模型复制诊断和预后变量。即使改进
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- 美国宇航局图中强烈的厄尔尼诺现象显著地表水太平洋。温水异常发展底部的(形状)和西风减弱,使东风把温水对南美海岸。
正在进行,并承诺,在这些更根本的度量描述气候的机器,目前全球大气环流模型一般不功能一个相当程度的一致性和现实主义在定量层面,并进一步调查基本物理和动力学过程是必要的。
因为气候模型的目标是繁殖最相关的气候系统的统raybet雷竞技最新计特性,结构性缺陷,在一起难免知识有限的外部营力(第二类)的不确定性限制本质上执行实际的模拟的可能性,特别是代表突然的气候变化过程影响的可能性。初始条件的不确定性(第一类不确定性),构成,由于系统的混沌性质,可能天气预报中最关键问题,不是原则上因此troublesome-assuming ergodic-when考虑电力系统的长期行为,“长”是评估系统的最长时间。然而,为了避免瞬态行为,这可能引起虚假的趋势在数十年大规模的气候变量和百周年尺度,它有效地初始化最慢的动力是至关重要的组件的全球大气环流模型,即海洋。raybet雷竞技最新模型的验证需要考虑这些不确定性和设计策略来限制他们的影响当控制运行,特别是气候变化实验正在进行。raybet雷竞技最新
至于照顾可能与初始条件有关的问题,通常一个模拟,在相同的气候模型运行在相同的条件下从一个稍微不同的初始状态,允许的更详细的探讨raybet雷竞技最新相空间系统的,一个更好的sampling-on有限时间的吸引子模型。一些最近的raybet雷竞技最新气候模型显示一个鼓舞人心的能力作为天气预报模型,从而鼓励地方、同相空间属性。虽然这种能力提供证据表明短时间尺度的物理过程,其次是,它说小当统计特性被认为是对整个表演。
单个GCM和稳定的结构性缺陷的统计特性可以解决,至少经验,运用蒙特卡罗方法生成模拟的一个整体,每一个特征是不同的一些关键值不确定参数描述全球气候特性,比如气候敏感性。raybet雷竞技最新因此,在这种情况下,取样是由考虑流动参数化变形。
综合描述综合和越来越多的全球大气环流模型的输出,最近,它已经成为常见的考虑multimodel集合体和集中的注意力合奏和合奏的传播模型,分别采取了(可能是加权)的前两个时刻考虑度量模型输出。然后从不同的信息流动是合并。虽然这个过程肯定有优势,尤其是对全球大气环流模型相互比较,这样的统计估计不应该解释的标准,需要均值近似真理和标准差描述不确定性——因为这样的一个简单的观点依赖于(false)假设一组是一个概率合奏,由给定过程的等效实现,底层的概率分布是单峰。
参见:突然的气候变化raybet雷竞技最新;大气的组成部分模型;大气环流模型;生物地球化学反馈;混沌理论;raybet雷竞技最新气候;raybet雷竞技最新气候模型;raybet雷竞技最新气候敏感性和反馈;气候数据,历史记录;气候数据,代理记录;气候数据,再分析;政府间气候变化专门委员会(IPCC);raybet雷竞技最新古气候建模;raybet雷竞技最新海洋组件模型。
参考书目。艾萨克·m·举行“气候建模、模拟和理解之间的差距”的美国气象学会公报(v。raybet雷竞技最新86/11,2005);2007年政府间气候变化专门委员会、气候变化:物理科学raybet雷竞技最新基础。工作组的贡献我的第四次评估报告政府间气候变化专门委员会(剑桥大学出版社,2007);raybet雷竞技最新Valerio Lucarini”,对气候科学的定义,“国际环境与污染杂志(v。raybet雷竞技最新18/5,2002);Valerio Lucarini,桑德罗Calm-anti,亚历桑德罗·戴尔拉奎拉,保罗·m·鲁蒂和安东尼奥颤抖,“冬季北半球中纬度大气变化的相互比对IPCC模型,“气候动力学(v。raybet雷竞技最新28/7-8,2007);何塞·p·Peixoto亚伯拉罕·h·奥尔特、物理气候(美国Insti tute物理,1992)raybet雷竞技最新;巴里·Saltzmann动态Paleocli-matology(学术出版社,2002年)。
VALERIO LUCARINI博洛尼亚大学
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