理论气候模型

的理论模型地球的气候系统可以用于研究气候的响应外部辐射强迫以及其内部的变化。两个或两个以上的模型,关注不同的物理过程耦合或联系在一起通过一个共同的特点,比如地理位置。气候模型的复杂性程度相差很大。最简单的模型能源平衡描述地球表面作为一个全球统一的层的温度是由一个平衡的传入和传出的短波和长波辐射。这些简单的模型也可能考虑的影响温室气体。在另一端的频谱完全耦合的三维,全球气候模型。这些复杂的模型求解辐射平衡;运动定律来约束大气,海洋,冰;内的能量和动量交换和不同组件之间的气候。在某些情况下,理论地球的气候模型还包括一个交互式表示生物圈和碳循环。

即使是最详细的气候模型不能解决所有的大气和海洋的过程是很重要的。大多数气候模型是用来衡量行为的物理变量在空间和时间,而且经常人为地球表面划分成许多大小相同的“细胞的网格。“每个细胞可能对应于某些物理过程(如夏天近地表空气温度)或其他变量(如土地利用类型),它可能被分配一个相对简单的价值。所谓的“sub-grid-scale”过程,如云太小,被个人的相对粗间距网格细胞。相反,这些过程必须代表通过统计过程与大气和海洋的属性。例如,平均分数的云层假设“网格框”(即代表或空气的体积水在模型中)可以估计的平均水平相对湿度和垂直网格单元的温度曲线。变化不同的耦合气候模式出现的行为在很大程度上从不同的方面sub-grid-scale过程是数学表达。

尽管有这些需要简化,许多理论气候模型表现非常好当复制大气的基本特性,如中间纬度的行为急流或哈得来环流圈循环。模型还充分再现海洋的重要特性,如墨西哥湾流。此外,模型变得更好地繁殖的主要模式内部气候变化,如厄尔尼诺现象/南方涛动(ENSO)。因此,周期性地重复出现的暂时ENSO和其他之间的交互建模的大气和海洋正以越来越大的信心。

气候模型已经在他们的繁殖能力测试观察到的变化以应对辐射强迫。1988年,一组美国国家航空航天局在戈达德太空研究所纽约使用一个相当原始的气候模型来预测气候变暖可能发生模式,针对三种不同的场景人为辐射强迫。变暖模式预测随后的几十年。的三个场景,中间一个,对应最接近真实的历史碳排放,最接近匹配观察到的变暖约0.5°C (0.9°F)发生。美国宇航局团队还用气候模型成功预测全球平均地表温度将酷约0.5°C 1991年爆发后的一到两年皮纳图博火山喷发在菲律宾。

最近,所谓的“检测和归因”的研究已经完成。这些研究比较预测近地表空气温度的变化和其他气候变量的变化模式曾被观察到在过去的一到两个世纪(见下文)。的模拟表明,观察到的模式变暖的地球表面和上层海洋,以及其他气候变化现象,比如流行吗风和降水模式,符合一个人为的影响,气候模型预测的影响。此外,气候模型模拟显示成功繁殖的大小和空间格局冷却在北半球大约1400至1850年期间小冰河时期,这似乎是由于降低太阳能输出和高度爆炸性的组合火山活动。