在英格蘭南部一幢三層高的玻璃幕牆政府大樓的地下室里,兩個相連的房間裡放置了27個大黑盒子,它們每小時會處理一百萬行計算機代碼,以此來一窺地球以及它的70億居民的未來。這台英國氣象局的超級計算機正是世界上可能是最複雜的氣候模型的“家”。這一新近完成的模型由英國氣象局研究氣候變化的哈德利中心的科學家開發,它將為政府間氣候變化專門委員會(IPCC)將於2013年公布的下一份有關氣候變化物理基礎的報告運行一系列到2100年的數值模擬。
全球環境模型
這一被稱為“HadGEM2-ES”的模型研發耗時四年,“HadGEM2-ES”意為“添加了地球系統的哈德利中心全球環境模型第
二版”。它是全世界正在研發的十幾個地球系統模型之一,但它已經遠遠超出了那些僅僅考慮了空氣、陽光和水等氣候物理要素的早期模型。這一新一代的模型不單包含了這些,還囊括了更多:可以做為條件縮放的森林;能隨著海洋酸性增加而變化的海洋食物鏈;在大氣中通過與溫室氣體相互作用能加強或影響其變暖效力的氣溶膠粒子。
HadGEM2-ES的核心和其他所有的氣候模型類似,都是描述大氣環流和熱力學的一系列方程組。通過求解其中許多點的值就組成了一個覆蓋地球表面的三維網格。
HadGEM2-ES的格線具有192個和144個分別在東西和南北方向上均勻分布的格點。每個三維格線單元所覆蓋的表面差不多就是經度為2°×寬緯度為1°的區域,在赤道上它對應的大約是100千米×200千米的區域。HadGEM2-ES中的大氣被劃分成了彼此不相等的38層,在靠近地面和海面的地方每一層的厚度大約為20米,但隨著高度增加厚度會逐漸增大。
實際的限制
對於氣候學家來說,模型不僅僅是能一窺未來的工具,它還是一個試驗場——一個可用來檢驗他們對氣候系統認識的地球副本。對於沒有能力在實驗室或者野外進行全球規模實驗的人來說,模型是他們擁有的唯一工具。
在哈德利中心,一些工作人員開玩笑說,模型研發人員最終將嘗試把大熊貓也放到他們的模擬中去。這一點誇張無疑惹怒了一些建模的科學家,因為或許他們也敏銳地意識到,他們的模型永遠也不能完全代表真實。“我們面對的挑戰之一就是要找出對於模型而言什麼才是最重要的,”瓊斯說。“永遠都會有一些細節或複雜性是我們無法囊括的。”