地球系统概念模式
3页1、地球系统概念模式2012162202 吴友银地球系统模式是理解过去气候与环境演变机理、预估未来潜在全球变化情景的重要工具。 近百年来,全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化,对生态和坏境产生了严重影 响,如海平面上升、冰川融化退缩、冻土面积减少、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。为了防止生态环境的进一步恶化, 减少天气、气候灾害的损失,必须深入研究全球变化的机制和原因,并预测未来的变化趋势, 以便制订应对措施,而这必须从了解各圈层之间繁复的相互作用出发。因此,耦合各圈层的 地球系统模式就成了全球变化研究的最重要的,不可替代的研究工具之一。什么是地球系统模式?到目前为止,国际上并没有给出权威和明确的定义。这一名字是在 进入 21世纪后随着地球科学各分支学科的相互渗透与逐渐融合、进而明确提出地球系统的 概念后产生的。由于地球系统把大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈作为一个相互作用 的整体来考虑问题,因此原有的研究方法和研究手段已经不能完全适应地球系统科学研究的 需要。为了研究各圈层之间的相互作用这一地球系统演变的重要特征和地球系统
2、科学的关键 科学问题,发展能够反映地球各圈层之间相互作用的数值模式是地球系统科学研究的迫切需 求。而这样的数值模式就是我们所理解的地球系统模式,它是基于地球系统中的动力、物理、 化学和生物过程建立起来的数学方程组 (包括动力学方程组和参数化方案)来确定其各个部 分(大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈)的性状,由此构成地球系统的数学物理模型。地球系统模式的发展可粗略地划分为3 个阶段,即基础阶段、过渡阶段与成型阶段。基础 阶段即目前以地球流体(大气、海洋)为主体的物理气候系统模式阶段,其中的固体地球部分只 考虑了地球表层的陆面物理过程。过渡阶段即未来在物理气候系统模式的基础上考虑大气化 学过程、生物地球化学过程(包括陆地生物化学过程和海洋生物化学过程)和人文过程的地球 气候系统模式阶段,模式将具备对碳、氮等循环过程的定量描述能力,但物理气候系统模式的 应用、评估、改进和完善仍然是这个阶段的重点之一。成型阶段即在地球气候系统模式的基 础上进一步考虑其与固体地球(如地球板块移动及其引发的地形变化、地震、火山爆发等)和 空间天气相互作用的相对完整的数值模式阶段,即所谓的地球系统模式阶段。地球
3、系统模式的发展可粗略地划分为3 个阶段,即基础阶段、过渡阶段与成型阶段。基础 阶段即目前以地球流体(大气、海洋)为主体的物理气候系统模式阶段,其中的固体地球部分只 考虑了地球表层的陆面物理过程。过渡阶段即未来在物理气候系统模式的基础上考虑大气化 学过程、生物地球化学过程(包括陆地生物化学过程和海洋生物化学过程)和人文过程的地球 气候系统模式阶段,模式将具备对碳、氮等循环过程的定量描述能力,但物理气候系统模式的 应用、评估、改进和完善仍然是这个阶段的重点之一。成型阶段即在地球气候系统模式的基 础上进一步考虑其与固体地球(如地球板块移动及其引发的地形变化、地震、火山爆发等)和 空间天气相互作用的相对完整的数值模式阶段,即所谓的地球系统模式阶段。美国国家大气研究中心(NCAR)在美国国家科学基金会和能源部的支持下于2000年提出 的共同体气候系统模式发展计划( CCSM, 2001),组建了一个由固定科学家和支撑人员组成 的、美国各主要大学和研究单位的科学家都参加的研究共同体,于2004年建成共同体气候系 统模式(CCSM),并用于政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告(AR4)的气
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