国际耦合模式比较计划概况

旦增伦珠

摘 要：近二十几年来，在世界各国科学家的共同努力下，气候模式有了长足的发展，并得到了广泛的应用，包括地球系统5个圈层的全球气候系统模式发展，但对气候模式的可靠性一直是一个问题。科学家们的共识是，对气候模式一定要进行评估，而且要从多种时空尺度以及对多个气候变量进行全面考察。评估气候模式主要是将各模式的模拟结果与经过气候模式加工的模式化“分析资料”进行对比。为此，世界气候变化研究计划制定了一系列国际耦合气候模式计划（AMIP，CMIP1，CMIP2，CMIP3，CMIP4，CMIP5），为各国科学家诊断分析研究全球和区域气候变化、改进模式的模拟效果提供了坚实的基础和有利的条件。本文较详细地总结了国际耦合模式比较计划的概况。

关键词： 耦合模式；CMIP；气候变化

AMIP发展为现在的CMIP，并成为CMIP不可缺少的一个部分。CMIP计划先后由气候变率与可预报性研究委员会（CLIVAR）和世界氣候研究方案联合科学委员会管理。而气候模式诊断和对比计划委员会（PCM-DI）则通过帮助耦合模式工作组（WGCM）确定项目的范围、维持该项目的资料库和参与数据分析等来支持CMIP计划。CMIP计划实施以来发展迅速，主要经历了CMIP1（1995年）、CMIP2（1997年）、CMIP3（2004年）、CMIP4（2005年）和CMIP5（2013年）五个阶段的发展。

一、CMIP1的主要内容

WCRP通过其联合科学委员会/气候变率和可预报性国际计划（JSC/CLIVAR）“耦合模拟工作组”于1995年推出第一阶段的国际耦合模式比较计划CMIP1。第1阶段的CMIP计划（CMIP1）的主要任务是从耦合环流模式控制试验中汇集模式结果，试验中CO2、太阳参数和其他气候外强迫均保持不变。在接下来的CMIP2阶段，收集了从控制试验及相应的CO2以每年1%递增的模式输出结果，不再考虑其他人为气候强迫因子。参加CMIPl的国际模式有10个，中国参加的模式是IAP/LASG的气候系统模式GOALS2，由一个9层R15分辨率的AGCM，20层的50 x 40水平分辨率的OGCM，SSiB陆面模式和热力学海冰模式组成，海一气藕合过程采用了“通量订正”技术；海一气藕合过程只考虑热通量交换和风应力作用，未考虑淡水通量交换，盐度都向气候态恢复。CMIPl结果被1995年出版的IPCC SAR引用。

二、 CMIP2的主要内容

参加CMIP2的国际模式有18个，中国参加的模式是IAP/LASG的气候系统模式GOALS4。较之此前参加CMIP2的版本GOALS2，IAP/LASG与南京大学合作在GOALS3中引入了太阳辐射的日变化GOAI_S4进一步在海一气藕合过程中，考虑了淡水通量交换过程，这是模拟和研究大洋热盐环流对全球增暖的响应所必须考虑的过程。CMIP2的结果被2001年出版的IPCC TAR所引用。值得注意的是，在参加 CMIP 1的10个模式和参加 CMIP2的18个模式中，IAP的气候系统模式是唯一来自发展中国家的模式系统。因此，IAP模式客观上反应了发展中国家在CMIP计划中的声音。这是IAP/LASG在2000年度国家重点实验室评估获得优秀的代表性成果之一。

三、CMIP3的主要内容

在CMIP3阶段，则主要收集由世界各地领先的模式中心提供的模式在2005年和2006年对过去、现在和未来气候模拟结果的输出。目前，CMIP3已收集分发了工业化前气候模拟情景下，约30个耦合大气环流模式在CO2每年以1%速率递增的模拟结果，以及接近真实的气候强迫情景下的20世纪模拟（20C3M）等多种情景下的模拟结果。人们通过对不同模式的比较已得到了一些初步结果。分析模式本身的一些不确定性，为进一步改进模式提供了科学依据和基础，也为气候学家提供了统一下边界条件下的耦合大气环流模拟资料，有助于分析研究模式对初值敏感性的原因和机理。CMIP3计划的结果还用来检测在20世纪气候观测记录中的人为影响因素，从而预测未来由于人类活动导致温室气体和气溶胶的产生而引起的气候变化。CMIP3分发的海气耦合模式对20世纪到22世纪间气候模拟的输出结果，得到了政府间气候变化专门委员会（IPCC）第四次评估报告相关研究的支持。IPCC报告正式定名CMIP3计划建立起来的前所未有的最新模式输出资料库为“世界气候研究计划耦合模式对比计划第3阶段多模式资料库（WCRP CMIP3multimodeldataset）”。如上所述，CMIP3计划由PCMDI具体执行，在CMIP3计划期间，PCMDI组织了国际知名模式中心的各种气候模式参与气候模式对比。目前参加CMIP3计划的共有来自13个国家的18个研究机构提供的25个模式。在25个模式中，有7个来自美国，3个来自日本，中国、加拿大、澳大利亚、法国和英国都各有2个，德国、俄罗斯、意大利和挪威分别有1个，1个德国与韩国合作的模式。

四、CMIP4的主要内容

在CMIP3之后，WCRP WGCM又组织了CMIP4计划，分别考虑自然变率和人为外强迫来模拟20世纪全球气候变化。CMIP4实际上是CMIP3和CMIP5的过渡计划，影响力相对较少，其设计的自然变率和人为外强迫分离的试验，习惯上常被视作CMIP3的外围试验。但是这一组试验由于其在气候变化检测和归因研究中的重要性，随后被CMIP5继续列为外围试验，这组试验结果在气候变化归因研究中得到广泛应用。专门研究CMIP4或者直接提到CMIP4的很少，研究者们研究CMIP3的外围试验和CMIP5的外围实验其实就是从CMIP4发展而得来的。

五、CMIP5的主要内容

在2008年9月，启动了第5次国际耦合气候模式计划（CMIP5） 。该计划新增了一些模式试验，目的是解决IPCC第四次评估报告（AR4）后涌现出的主要科学问题，以丰富现有气候变化理论，提高对未来气候变化的预估能力。如过去的CMIP计划一样，试验的评估研究结果将为IPCC第5次评估报告（AR5）提供有价值的科学参考信息。国际耦合模式第5阶段CMIP5计划，有来自全球20多个研究组，气候模式有24个，其中13个模式包含大气化学模式分量；地球系统模式有11个，其中5个包含完整的陆地、海洋碳循环以及大气化学过程，5个只包含海洋和陆地碳循环，1个只包含海洋碳循环。中国参与CMIP5的气候系统模式有5个。endprint