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联合发展我国自己的气候系统模式,迫在眉睫

摘 要 世人最关注的气候热点问题主要包含气候变化和气候异常两个方面。气候变化在近百年来以变暖为主要特征,对我国的生态系统和社会经济产生了并将继续产生重大的影响,例如,气候变暖后会加剧我国西北、华北等地区水资源的短缺。而气候异常则直接影响着人们的生产活动和生命安全,并带来巨大灾害,1998年夏天的暴雨洪涝灾害就是一个典型的例子。由于气候变化是气候系统中大气、海洋、陆面、冰雪及生物圈五大圈层相互作用的结果,这样,耦合各圈层的气候系统模式就成为当前研究气候问题并作出气候预测的不可替代的研究工具。美国、欧洲和日本等发达国家和地区在近年相继推出了一些有关气候系统模式发展的重要联合研究计划,在研究经费上给予了强有力的支持。所以,无论从国家需求还是国际前沿发展趋势,联合发展我国自己的气候系统模式已成为当务之急。

一、气候变异、气候研究与气候系统模式

1、气候变异及其严重影响

近百年来,全球和中国的气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化,在我国西北、华北、东北地区,气候变暖最为明显。气候变暖引起了生态和环境一系列变化,如海平面上升,冰川融化退缩,冻土面积减少,春季积雪减少,湖泊收缩,河流径流量下降,流程缩短或断流,泥石流和滑坡发生频次增加,沙漠化不断加剧,亚洲季风减弱等。中国的气候变化具有明显的区域特点,主要表现在许多地区出现的夏季干旱化趋势和暖冬。从1986年开始,我国连续经历了16个暖冬,刚刚过去的暖冬和暖春一定让人记忆犹新。

气候变暖也导致了极端天气与气候事件(干旱、暴雨、冰雹、雷电、风暴、厄尔尼诺、高温天气和冷害等)的频率与强度增加,使得我国气象灾害更频繁地出现。近10年中,我国每年由气象灾害引起的直接经济损失约在600-1800亿之间,占国民生产总值的3%-6%。人们不会忘记,1998年因汛期连降暴雨而使得长江出现了继1954年以来又一次全流域性的洪水,嫩江、松花江流域出现超历史记录的特大洪水,29个省(市、区)2.3亿人(次)不同程度受到灾害影响,死亡3656人,造成直接经济损失2642亿元。

  由于气候变化直接关系到国计民生,它已成为各国政府和科学界共同关心的重大问题,也是我国政府和科技界十分关心的重大问题。

2、气候研究与气候预测的重要性

为了人类生存的长远大计,避免因气候变化而引起的生态环境的进一步恶化,预防极端天气、气候事件,减少经济损失,首先必须深入研究气候变化的机制,寻找气候变化的原因,并进行气候预测。目前,国际上把对气候变化规律的掌握和气候预测研究作为重点研究领域,投入了巨大的人才和经济力量,制定了世界气候研究计划(WCRP),并在全世界实施一系列科学研究计划,如气候变化及可预报性研究计划(CLIVAR)、全球能量水份循环试验计划(GEWEX)等。CLIVAR的主要科学目标是研究气候系统在季度、年际、年代际和百年际尺度上的变化规律以及这些变化的可预测性。世界各国积极响应和参加CLIVAR计划。我国也已制定和执行了一系列理论研究和试验计划。由此可见,国际国内都充分认识到了气候研究的重要性和迫切性。

3、建立气候系统模式是目前的中心任务

气候系统由大气、海洋、陆面、冰雪和生物圈五大圈层组成,各圈层之间存在着复杂的非线性相互作用,影响气候变化的因素很复杂,但主要可归为两类:自然的气候波动与人类活动的影响。前者包括太阳辐射的变化、火山爆发等。后者包括温室气体的增加、陆面覆盖的变化和土地利用变化、硫化物气溶胶的作用等。尤其,有越来越多的分析指出,近50年的气候变暖大部分是由人类活动引起的。那么,这一认识是否确切?人类活动又是怎样影响气候变化的?将来的气候将怎样演变?另外,目前对气候变化原因的认识还存在着某些分歧。于是,要真正掌握气候系统的变化规律,就必须从了解各圈层之间繁复的相互作用出发。这样,耦合各圈层的气候系统模式就成了理解气候变化规律特别是预测未来气候变化的最重要的甚至是不可替代的研究工具。因此,建立高精度、高分辨率气候系统模式成了目前世界气候研究的中心任务之一。世界气候研究计划为推动气候模式的发展,在一系列观测试验的基础上,相继组织和推出了大气模式比较计划、海洋模式比较计划、陆面过程模式比较计划和耦合模式比较计划等。美、英、法、德等发达国家和地区对气候系统模式的发展一直给予了高度重视,并在研究经费上给予了强有力的支持,使得他们的模式得到飞速发展,并在世界范围内得到广泛应用。政府间气候变化委员会(IPCC)推荐的7个气候模式,全是从这些发达国家的模式中挑选的,没有选择中国的模式。由此可见,联合发展我国自己的气候系统模式是何等的紧迫和重要。

二、发展适合东亚区域的气候系统模式的紧迫性

由于影响东亚气候季节、年际和年代际变化的物理因素非常复杂,目前对东亚气候变化规律的掌握和理解,还远远达不到科学上令人信服的程度。东亚地区地形和周边海陆分布非常复杂,有着特殊的地理条件和气候特征(季风),给利用气候系统模式进行模拟、研究和预测东亚气候带来了极大的困难,对模式系统本身提出了更高的要求。目前国内外通用的各种气候模式,对东亚气候的模拟和预测能力都还非常有限,尤其是国外的模式,它们不可能把东亚区域作为重点研究对象,更不会去仔细考虑东亚区域的复杂物理过程和地球生物化学过程,因此简单地引进使用国外模式来研究和预测东亚气候显然不是长久之计。

要改进气候系统模式对东亚,尤其是对我国气候的模拟和预测能力,不能只依靠西方发达国家的成果,因为他们关心的焦点理所当然是他们自己所在的区域,就像我们所关心是中国区域一样。因此,深入研究东亚区域的各种复杂的物理过程和地球生物化学过程,发展适合于东亚区域的气候系统模式的重任责无旁贷地落到了我国科学家的肩上,而且是迫在眉睫。

三、现有基础和有利条件

1、国内研究基础

早在八十年代,中国科学家就开始了大气环流模式和海洋环流模式的研究工作。我国的大气环流模式和陆面过程模式分别参加过国际大气模式比较计划和陆面模式比较计划,充分展示出了我国在模式发展上的实力。从九十年代初我国又开始了海气耦合模式的研制,积累了丰富的研究开发和发展气候系统模式的经验,受到了国内外同行的重视。利用我国自己的海气耦合模式研究了增强的温室效应对全球气候变化的影响,其结果分别被1992年、1996年和2001年政府间气候变化委员会(IPCC)的科学评估报告所引用。我国的海气耦合模式作为发展中国家唯一的模式参加了国际耦合模式比较计划的第一和第二阶段的研究。我国还是利用气候模式进行夏季旱涝预测最早的国家,并已取得了相当好的成效。近20年的工作积累,为我们今天研制发展新一代高精度、高分辨率气候系统模式打下了坚实的基础。

2、对克服不利因素,联合发展我国气候系统模式的共识

回顾过去20年我国气候模式的发展过程,我们很清楚地看到,影响我国气候系统模式发展进程的不利因素主要有两个方面。一是我国过去计算机条件的落后严重阻碍了我国气候模式的发展进程。但随着国产高性能并行计算机(如神威、银河和曙光等)的问世和迅猛发展,我国计算机条件已得到很大的改善,这为我们提供了好的契机。另一方面的不利因素是研究队伍不稳定、研究经费短缺、管理模式落后、研究力量分散和目标不集中等。由于这方面的不利因素以前一直没有引起足够的重视,以致在计算机条件得到很大改进后我国气候模式与国际先进水平的差距仍然有增无减。值得欣慰的是,现在我国的科学家越来越清楚地认识到了这些不利因素的危害性和克服这些不利因素的紧迫性。在国家自然科学基金委的委托和倡导以及有关部门的支持下,以大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(英文缩写LASG)为代表的科学家,已于去年年底和今年年初围绕气候系统模式的发展组织了二次研讨会。来自全国各相关研究单位和高校的专家对集中全国模式研究力量,发扬"两弹一星"精神,联合研制适合东亚区域的气候系统模式达成共识,并希望国家在经费上予以强有力的支持。德高望重的气象界老前辈叶笃正院士感慨地说,这样的研讨会开得太好了,他盼望了多年,今天终于盼到了。参加研讨会的其他专家与领导也有相同的感慨。很显然,大家达成的这种共识为联合发展我国自己的气候系统模式创造了很好的合作环境。

3、国际发展趋势

气候系统模式的发展兼有科研和工程的双重特性。其工程性特别强调团队精神。传统的"单兵作战"已不适应当今气候系统模式的发展要求。集中优势力量进行强强联合,才是当今气候系统模式发展的出路。一些发达国家在这方面的认识已超前于我国,虽然他们在气候模式发展上起步比我国早得多,但他们在几年前就注意到了团队精神的重要性,尤其在近两年,他们为了加强这种强强联合,制订出了一系列相关的气候系统模式联合研究计划,如美国的"国家大气研究中心共同体气候系统模式2001-2005年研究计划" 、欧洲的"地球系统模式网络研究计划(ENES)" 、以及日本的"地球模拟器研究计划"等。由此可见,联合发展气候系统模式已成为国际趋势,为我们自己的气候系统模式联合计划的诞生起着重要的促进作用。

四、建议措施

1)在国家自然科学基金委地学部设立"未来15年中国气候系统模式联合研究计划",支持国内的气候系统模式研制、气候模拟以及气候预测研究,集中全国优势研究力量进行强强联合,发展我国自己的适合东亚区域的气候系统模式,研究全球和中国气候的变化规律和机制以及未来50-100年中国气候变化趋势。

2)国家对设立的"未来15年气候系统模式联合研究计划"予以持续和强有力的经费支持。为了保障该联合研究计划的实施,建立一个向国内外开放联合的气候系统模式联合研究基地,国家每年给予至少1000万元的经费支持,使得模式发展研究队伍能够得以稳定,以保障我国气候系统模式的可持续发展。

3)定期(如每隔4年)给气候系统模式联合研究基地进行计算机设备更新,以保障模式的调试和正常运行。

4)建立合理的模式发展管理体系和评估体系。有效的管理体系能促进合作研究的顺利开展,保障研究成果和资料的共享。而合理的评估体系可调动研究人员的积极性,稳定模式发展人才,保障研究队伍的稳定和壮大。



  

 

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