气候预测的流程是_预测气候变化的模型

2024-09-04 02:50:05

1.气候问题变幻莫测，超级计算机和科学家都累了

2.戈达德空间研究所评估240种农作物遭受气候变化的不良影响

3.Science：过去气候预示着我们的未来

4.雨带的移动规律

气候预测的流程是_预测气候变化的模型

把天气分为很多种类别，比如说蓝天，闷热，空气潮湿，大雾等，然后根据各个地区的天气气候类型，建立相关的数学模型，通过天气分析，卫星气象，结合经验，让计算机算出来，早期计算机不发达的时候，需要很多时间和人力通过复杂的运算才可以算出未来二十四小时的天气，但是如今高运算法则的实现，加上计算机的运行速度大幅度加快，可以计算出未来十几天的天气。

天气预报不单单是靠计算的，他需要长时间的观测，记录数据，因为在不同的时间尺度存在不同的气候变化，局部地区的气候变化，和全球气温的整体变化密切相关，所以现在各个国家都相互合作，一起共享气候数据，这也使现在都气温预测越来越准确，不过现在人类怎么也只是掌控啦大范围的天气预测方向，要想做到完全正确，必须掌握气候系统内部各圈层之间的相互作用，这是非常复杂的，但是要想提高准确性，只能继续加强发展气候系统模式。

并且我国的气候预测已经开始发展为自然灾害预测，这样的预测看起来更加迫切，每年我国不少人丧命于自然灾害，除此以外，经济也有所下降，要是能够实现气候和环境灾害精准预报，每年能够使受自然灾害影响经济损失下降占全国国民生产总值的百分之一到百分之三。

只有从各个角度系统的对地球个圈层进行分析，尤其是它的自我演化规律和自然的相互作用，将理论数据和数学模型进行结合计算，才有可能实现对气候灾害的精准预报。由气候预测转为灾害预测，只要能够做到，就掌握了科技的发展的主动权。

气候问题变幻莫测，超级计算机和科学家都累了

一个未来的情况：北大西洋在大西洋经向翻转环流崩溃后冷却。刘炜等人。2004年灾难片《后天》中的

，全球变暖导致大西洋中的一股巨流失败，引发了灾难性的自然灾害，并在几个星期内在北美和欧洲建立了冰冻条件。

这种情况可能并不牵强，研究人员发现，

是大西洋经向翻转环流（AMOC），是一个循环温水并有助于调节的深海系统根据一项新的研究，地球的气候远不如科学家曾经认为的稳定。在气候变化的压力下，例如大气二氧化碳（CO2）的急剧增加，AMOC甚至可能完全崩溃，导致北半球更冷，热带大西洋地区潮湿。[世界末日：地球可能终结的9种真实方式]

研究作者写道，这种特殊情况在数百年内都不会发生——如果真的发生了的话。然而，用于预测地球气候未来的计算机模型通常表示AMOC相对稳定。正如研究中所描述的，一个不稳定的AMOC改变了这个方程，呈现了一个未来，从现在开始的几个世纪里，电流减弱，最终无法从反复的破坏中恢复，对全球气候造成了可怕的后果。

一个气候输送带

AMOC就像一个巨大的气候输送带。在大西洋的深处，寒冷、稠密的海水向南输送，流向赤道。同时，在离地表较近的地方，洋流将热量（以温暖、密度较低的水的形式）从热带输送到北方，并在那里转移到大气中，使空气变暖。据美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration）称，这种热交换是驱动和维持全球气候模式的动力。

，但如果气候模型夸大了当前随时间变化的稳定性，则可能会扭曲对未来气候变化风险的预测，该研究的主要作者刘炜，耶鲁大学地质与地球物理系的一位博士后告诉《生活科学》：

对AMOC稳定性的长远观点也是刘的一个长期项目，他先是在威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin Madison）读本科，后来把他的研究纳入了他的博士论文在斯克里普斯海洋学研究所工作期间，在把调查带到耶鲁大学之前，

魏对模型准确性的一些怀疑源于观察到它们很难复制地球遥远过去与AMOC行为有关的气候突变。

我发现“气候模式很难模拟古气候中的突变-崩塌-和气候变化，这表明气候模式中的AMOC是过度稳定的，”魏说，“此外，

”

，他补充道：

“我们的研究的意义在于指出当前气候模型中的系统偏差，它阻碍了正确的气候预测，魏在一份声明中说：

修正了研究中的偏倚

，刘和他的同事修正了气候模型中偏向于稳定AMOC的偏倚，以观察不稳定电流的影响。他们的模拟增加了大气中的二氧化碳含量，200年过去了，二氧化碳含量是1990年的两倍。在这一基准达到约300年后，洋流崩塌。

一旦AMOC模拟失败，北大西洋的表面温度下降了4.3华氏度（2.4摄氏度）。欧洲西北部降温，地表气温下降了12.6华氏度（7摄氏度）。同时，热带雨带，一个几乎连续的风暴和阵雨带这项研究只使用了一个计算机模型和一个全球变暖的情景，但它的发现表明，允许不稳定的洋流产生截然不同的结果，对气候变化在区域和全球范围内产生了“巨大的影响”级别，魏说。

这一发现于1月4日在线发表在《科学进展》杂志上。

是关于生命科学的原始文章。

戈达德空间研究所评估240种农作物遭受气候变化的不良影响

一台超级计算机底部的备用电缆

快五年了，一支由国际科学家组成的联盟，始终在追逐云层。

通过对云层的研究，他们决心要解决困扰了一整代人的气候变化预测问题：这一缕缕的水蒸气，究竟是如何让全球变暖的？

为了探索气候变化的走向，他们重新编写了 210 万行的超级计算机代码，添加了更复杂的云计算公式，并进行了数百项其它方面的改进。他们不断测试代码，纠错，再测试。

科学家们发现，因为气温上升几乎对所有地区都能产生影响，所以即便使用了现有最顶尖的工具，也无法准确地构建出气候变化的模型。

2018 年，科学家们在运行了当时升级过的模型后，计算结果让他们大吃一惊：相比于数十年前旧版模型的预测，新数据显示，地球大气层对温室气体的敏感性提高了许多，且全球气温将上升到更惊人的数值——甚至到了无法补救的地步。

“我们感到非常意外，如果数值没弄错，那可真是个坏消息。”美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）博尔德梅萨实验室气候模型项目的首席科学家 Gokhan Danabasoglu 表示。

对于新模型的计算结果，不下 20 种旧版的全球气候模型都算出了与其不一致的结果。Danabasoglu 所在的 NCAR 的开源通用地球系统模型（CESM2）比它们更新，也更复杂。其主要资助方为美国国家科学基金会（U.S. National Science Foundation），可以说是世界上最具影响力的气候项目。在那之后，世界各地的十几个气候模拟小组接连给出了类似的预测。Danabasoglu 称：“并非只有我们。”

Gokhan Danabasoglu 是

美国国家大气研究中心（NCAR）

博尔德梅萨实验室气候模型

项目的首席科学家

科学家们很快就发现：在全球变暖的趋势下，云的物理特性对气候变化可能会起到强化作用，也可能会起到延缓作用。因此，新的计算结果都受到了干扰。NCAR 专门研究云的物理学家 Andrew Gettelman 参与开发了 CESM2 模型，他表示：“我们知道，旧的方法是错误的。并且我认为，我们这种新的灵敏度更高的方法也不正确。可能是我们另一些试图让云变得更好或更现实的举措所导致的后果。我们解决了一个问题，同时又创造了另一个问题。

从那时候起，CESM2 的科学家们根据关于气温上升影响的大量新信息，着手开始重新设计气候变化算法，以更好地理解其中的物理现象。他们放弃了气候敏感性方面最极端的预测数值，但对未来全球变暖的最新预测结果仍令人担忧——且还在不断地变化。

“我们解决了一个问题，

同时又创造了另一个问题。”

物理学家 Andrew Gettelman

在实验室里接受访时说

世界各国的***在思考限制温室气体排放的方法时，很大程度上都依赖于计算机气候模型的预测。不过，随着算法和运行这些算法的计算机的不断优化，能够处理更多的数据，进行更高质量的模拟，这种复杂的状况使得气候科学家们不得不耗费精力，努力解决计算机模型之间不匹配的问题。

尽管对于计算如何在全球变暖的环境中生存至关重要，气候模型却碰到了很大的困难——有复杂的物理问题；科学计算的局限性；气候行为细微差别的不确定性；以及如何跟上二氧化碳、甲烷和其它温室气体增速的难题。尽管已有了显著的改进，但从表面上来看，新模型仍旧不够精准。

也就是说，气候变化的预测依然需要主观判断。

美国国家大气研究中心的

科学家们正以 5.34 万亿次的

计算来预测未来气候变化

隶属于 NASA 的戈达德空间研究中心（Goddard Institute for Space Sciences）是国际领先的气候模拟中心，其主任 Gin Schmidt 告诉我们：“目前来看，气候模型的运作方式有些不对劲。我们遇到了个难题。”

联合国间气候变化专门委员会（United Nations Interal Panel on Climate Change）整理了数千篇科学论文和数十个气候模型（包括 CESM2 模型）的最新气候数据，为评估气候变化的影响制定了国际标准。195 个国家的决策者由此达成了全球变暖方面的最新科学共识。委员会预计将于今年晚些时候发布下一份重要咨询报告，并将成为国际谈判的基础。

对气候模型专家而言，预测的差异基本就在平均气温变化因未来几年大气中的二氧化碳增加量而产生的那几度。大多数科学家都认为，仅凭这几度，就足以导致风暴、强降雨、海平面上升——甚至热浪、干旱或其它与气温相关的后果，如作物歉收和传染病等等。

气候模型，相当于把地球放入了一根数字试管中。1992 年，当世界各国***齐聚巴西里约热内卢，就首个全面的全球气候条约进行磋商时，只有四种基本模型能够为谈判代表们预测全球变暖的趋势作为参考。

2021 年 11 月，全球各国***在格拉斯哥召开了以 2015 年巴黎协议为基础的会谈，商讨限制温室气体排放的问题。49 个研究小组分别构建了 100 多种主要的全球气候变化模型——可见该领域涌入了多少人才。会议上，联合国专家发布了针对未来全球变暖场景的气候模型预测，其中也包括来自 CESM2 模型的数据。

NCAR 梅萨实验室的资深科学家 Gerald Meehl 表示：“这些模型，就是我们用来表明世界未来走向的一种工具。对决策者来说，要想获得这方面的信息，就只有这一种途径。”

去年 10 月，诺贝尔物理学奖被授予了为计算机模拟全球气候变化奠定基础的科学家。

数十年来，怀疑论者始终对气候模型颇为不屑，认为其夸大了二氧化碳的危害。但越来越多的研究表明，许多气候模型的精确度比想象的要高很多。在最近的一项研究中，美国国家航空航天局、加州伯克利突破研究所（Breakthrough Institute）和麻省理工学院的科学家们对 10 年至 2007 年间使用的 17 种模型进行了评估，结果显示，其预测的大多数气候变化都“几乎完全符合实际发生的状况”。

该研究负责人、来自环境研究组织“突破研究所”的气候科学家 Zeke Hausfather 称：“这些早期模型作出了正确的预测，这一事实着实让我们信心倍增。”

不过，模型依然容易出现技术故障，并且容易因为我们对影响地球应对吸热气体的变量没有足够充分的理解而遭遇壁垒。陆地、海洋和大气之间保持着微妙的相互作用关系，这方面的气候问题仍旧悬而未决。海洋变暖的速度可能比先前模型的预测速度更快。空气浮尘、煤烟、沙砾和气溶胶究竟有多大影响，也还是难以确定。

在去年提供给各国的指导意见中，联合国气候变化委员会首次对最极端的预测进行了弱化处理。

在为决策者更新气候预测之前，会有个独立的科学家小组进行“追算”，即测试模型重现 20 世纪及更早时期气候变化的能力。只有能够精确重现过往气候变化的模型，才会得到认可。

NCAR 博尔德梅萨实验室

在此过程中，NCAR 联盟的科学家们曾尝试使用经过优化的模型重现 21000 年前，即上个冰河时代的气候状况。相比如今，当时的二氧化碳水平和气温都要低得多。CESM2 和其它一众新模型的预测温度都远低于地质证据显示的温度。随后，密歇根大学的科学家又使用新气候模型尝试重现 5000 万年前的气候状况。相比如今，当时的温室气体水平和气温则都要高得多。新模型的预测温度也都远高于地质证据显示的温度。

尽管这些新模型在受其它几乎所有气候因素影响时，都能给出精准的结果，但它们似乎总是对二氧化碳含量的变化太过敏感。近几年来，为了降低不确定性，科学家们始终在进行各种微调。

云也是一大难题。

由于云层既能将太阳辐射反射进太空，又能捕获地球表面散发的热量，它也就成了科学家改进气候模型时的最大挑战之一。

任何时候，地球三分之二以上的面积都有云层覆盖。它们对气候的影响取决于其反射能力、活动高度，以及是白天还是夜晚。云既能加速升温，也能加速降温。其活动范围可能宽若海洋，也可能细如发丝。研究表明，从宇宙射线到海洋微生物，都会对云的活动造成影响。比如，微生物释放出的硫磺颗粒就会成为水滴或冰晶的核。

美国怀俄明州首府 Cheyenne

城外的风力发电设施

加州理工学院（California Institute of Technology）及气候模型联盟（该联盟正在开发实验模型）的大气科学家 Tapio Schneider 表示：“如果处理不好云的问题，到处都会出纰漏。在调节地球的能量平衡这方面，云至关重要。”

原先的模型都只是简单地模拟云的影响，因而数十年来，人们都认为，如果大气中的二氧化碳浓度比工业化前的水平高出一倍，全球气温就将升高 1.5 至 4.5 摄氏度）。

新模型则更细致地考虑了云的物理特性。联盟的科学家表示，据 CESM2 预测，如果二氧化碳的浓度增加一倍，全球气温就将升高 5.3 摄氏度——比旧模型的预测数值高出了近三分之一。

去年，在对 39 种全球气候模型进行单独评估时，科学家们发现，其中 13 种新模型对大气中二氧化碳含量上升所导致的全球气温增幅预测都明显高于原先计算机模型的预测数值——科学家们称它们为“wolf pack”。根据气温变化的历史证据判断，这些预测结果都不可信。

在 2021 年 1 月发布的一份研究报告中，NCAR 的科学家们指出，如果在模拟云层时引入极详细的方程式，就可能伴随着产生一些错误，导致新模型不如粗略模拟云层的旧模型精确。

鉴于这些不确定性的存在，联合国气候变化委员会在去年 8 月提交给决策者的最新报告中，将气候敏感性的估计范围缩减到了 2.5 至 4 摄氏度。委员会中的科学家表示，全球变暖的幅度或许还能控制在 2015 年巴黎气候协议所设定的目标范围之内。

参与开发 CESM2 模型的 Gettelman 博士及其同事在首次升级中用了模拟极地冰盖，以及碳和氮在地球环境中循环方式的优化策略。为了尽可能真实地模拟海洋环境，他们加入了由风驱动的波浪。他们还微调了算法中的物理特性，提高了经典的 Fortran 代码的效率。

位于 Cheyenne 的超级计算机连接到

一个由 22 个图形处理器组成的专业集群，

一旦在计算过程中出现故障，

可能会消耗几个世纪的模拟计算机时间

Danabasoglu 博士表示，云层太过复杂，很难确认具体影响因素。他说：“有了这么多行代码和这么多物理，我们才有可能触摸到真实。从情感层面来看，我们实在是为构建出尽可能完善的模型投入了太多。”

即便是最简单的诊断测试也绝非易事。模型将地球划分成了一张由 64800 个立方体组成的虚拟网格，每边长 100 公里，共堆叠 72 层。每进行一次预测，计算机每 30 分钟就必须计算出 460 万个数据点。测试升级或修正时，研究人员通常都会让模型持续运行 300 年（计算机模拟时间）。

在最初的分析中，科学家们发现了 CESM2 模拟水汽与使水蒸气凝结成云滴的烟灰、灰尘或浪花颗粒相互作用方式上的一个缺陷。据称，为了找到并纠正那个有问题的数据点，一个由 10 名气候专家组成的团队花了近 5 个月的时间。

通过现场实验，他们随后发现，和模型所设的不同，南极洲海岸附近明亮的低空云层既不是冰晶也不是云滴，而是一种能对云层散发地表温度的方式产生影响的过冷液体。

自 2018 年发布开源软件以来，NCAR 的科学家已经对 CESM2 模型进行了五次更新，在开发方面也多有优化。NCAR 气候与全球动力学实验室主任 Jean-Francois Lamarque 曾是该项目的首席科学家，他表示：“我们还在钻研。这一过程将持续很多年。”

此外，圣地亚哥斯克里普斯海洋学研究所（Scripps Institution of Oceanography）的科学家分析卫星数据后发现，正如早先气候模型所预测的那样，随着全球气温的上升，云层正在发生变化，这可能会进一步加速全球变暖。自 1980 年代以来，地球两极的云越来越厚，中纬度地区的云越来越少。雷雨云也在逐渐升高。

加州大熊湖天文观测台（Big Bear Solar Observatory）和纽约大学的研究人员在 9 月发表的一项新研究中表明，随着近年来海洋温度的上升，在广阔海域上方形成的明亮、反射能力较弱的云正在逐渐减少。研究人员认为，这代表更多的太阳热量都被封锁在了大气中，从而导致气温上升得越来越快。

NCAR 的官员表示，博尔德的科学家们想要更深入地研究云、冰盖和气溶胶的行动，但已使用 5 年的 Cheyenne 超级计算机似乎有些乏力。据称，气候模型能够以更详细的尺度单独捕捉云系统、风暴、区域性野火和洋流的微妙影响，而这需要上千倍的计算能力才能完成。

参与研究 CESM2 模型的 NCAR 科学家 Andrew Wood 说：“构建已知所有复杂因素，和能够多次持续运行数百年的模型之间存在这一种平衡关系。模型越复杂，运行速度就越慢。”

NCAR 的森林生态学家 Jacquelyn Shuman

研究人员目前背负着相当的压力，需要对未来的气候变化作出可靠的地方性预测，以便市政管理人员和区域规划者保护高密度人口地区免遭大洪水、干旱或野火的侵害。NCAR 的森林生态学家 Jacquelyn Shuman 正在研究模拟气候变化对区域性野火影响的方法。她表示，这意味着下一代气候模型需要将全球范围内不断上升的气温与当地森林、流域、草地及农业地带不断变化的环境条件联系起来。

她说：“无论大小，计算机模型都可以让你‘真实地’进行一些在现实世界中无法完成的实验。你可以提高气温、减少降水，也可以彻底改变某一地区的火灾或闪电频率，从而切实地观测各种因素协同作用的方式。下一步就是分析。这可太有价值了。”

NCAR 的科学家们即将拥有一台名为 Derecho，造价达 4000 万美元的惠普超级计算机，它能以现有计算机三倍的速度进行气候变化计算。其官员称，今年正式投入使用后，它将有望跻身世界上最快的 25 台超级计算机之列。

美国能源部则正在研发一种用于气候研究及其它应用的超级计算机。据称，其速度比现今最强大的计算机还要快 10 倍，每秒可以进行数十亿次计算。其它小组则在尝试利用人工智能和机器学习来更好地捕捉云的微物理现象。

Gettelman 博士说：“尽管气候模型还远称不上完美，但我认为，它就是我们探知未来的最佳工具。我不担心新模型可能出错。我害怕的是，它们可能预测得对。”

Science：过去气候预示着我们的未来

国家航空航天局戈达德空间研究所气候科学家乔纳斯·贾格迈尔（Jonas Jagermeyr）于2021年11月26日在《自然·食品》发表研究报告说，

该局分别涉及了240个计算机模拟模型，用来预测评估气候变化对每一种农作物可能造成的影响。

针对玉米、小麦的不良影响，将于2030年出现。

因为温室气体的大量排放，玉米全球产量将会减少24%，小麦将减少17%。

模拟模型已经综合考虑的如下因素：气候、农产品现状、温度、降水、二氧化碳水平、人类活动。

哥伦比亚大学地球研究所参加了研究工作。

研究工作参考了如下模型：CMIP6、AgMIP。

进行了评估及预测的农作物种类共240种。

大豆、稻谷在部分地区的产量会下降。

如下地区玉米产量将因为气候变化而下降：北美、中美、西非、中非、巴西、东亚。

如下地区小麦产量将因为气候变化而下降：北美、加拿大、北亚、中亚、南澳大利亚、东非。

大气层中二氧化碳的增加，有利于农作物的光合作用，但此条件下的农作物营养价值会降低。关于此点，玉米将尤甚于小麦。

乔纳斯·贾格迈尔****：

NASA Goddard Institute for Space Studies

2880 Broadway

New York, NY 10025 USA

E-mail: jonas.jaegermeyrATcolumbia.edu

Phone: 212-678-5549

乔纳斯的研究范围包括：气候变化科学家、作物建模、粮食系统、全球粮食安全、气候变化对农业系统的影响、极端天气的作用、季末产量预测系统、实现可持续发展目标的发展途径、如何养活100亿人、地区核冲突对全球粮食生产力、贸易和供应的影响、极端和农业适应潜力、水管理和灌溉系统转型、大气地球工程对作物生产力的影响、全球作物建模系统集合、粮食系统脆弱性、可持续的未来粮食系统。

这个科学家，明明可以靠脸吃饭，非要搞科研，可惜了。

2021年11月23日，联合国粮农组织《2021年粮食及农业状况》报告记载，

2019年，全世界超过6.9亿人处于饥饿状态。2020年，全世界超过8.2亿人处于饥饿状态。该种不良情况可能将持续50年以上。

结尾部分：

摘要：因为温室气体的大量排放，玉米全球产量将会减少24%，小麦将减少17%。

作者：朱川

雨带的移动规律

Science：过去气候预示着我们的未来

工业革命以来，人类向大气中排放大量的温室气体，已改变了地球的气候，并推动它走向一个前所未有的温暖状态。尽管这种增温状态在地球历史上找不到完全相同的相似型，但过去的气候——“古气候（paleoclimates）”为理解全球变暖提供了重要的科学依据。“研究过去是为了预测将来”，越来越多的科学家试图从古气候变化规律中寻找未来全球变化的趋势。

在漫长的地质历史时期，地球经历了多次大幅度的气候变化，如白垩纪中期高温期和晚更新世末次冰盛期等（图1），这些气候变化为未来气候演变的模拟和预测提供了参考信息。过去的气候状态与今天截然不同，但提供了丰富的证据。过去的气候状态可以揭示出大气CO2浓度在一定的范围内（400-2000ppm）变化时地球气候系统是如何运行的（图1）。

图1 距今1亿年以来的气候演化历史和未来200年不同情景预测情况（Tierney et al.,2020）

最近，美国亚利桑那大学Jessica Tierney和合作者在Science上刊登综述性论文，系统地总结和评价了古气候研究在科学应对未来气候变化的重要作用，强调了它对现代气候模拟研究和未来气候变化预测的重要性。该论文从以下几个方面评述了古气候研究能够有效评估、修正和完善现有气候模式，减少气候模拟研究的不确定性和认识未来气候变化等方面的价值。

一、古气候对气候敏感度的约束

平衡气候敏感度（Equilibrium climate sensitivity，ECS）已经被广泛用，并被作为地球气候系统对辐射强迫响应的简单度量标准。其定义为大气CO2加倍增长后，地球系统反馈过程（水汽、云、雪）从几年到几十年内达到平衡后，导致的全球近地表空气温度的变化幅度。由于ECS的高低对环境、经济社会影响非常重要(Hope et al.,2015)，因此减小ECS估算误差一直是学术界优先考虑的主题之一。一些新观点认为，ECS变化与气候背景有关，并随其变化——具体来说，在较暖的气候状态下，ECS会增加(Meraner et al.,2013)。研究地质历史时期的温暖气候可以为ECS值的波动范围提供参照。

二、冰冻圈稳定性的古气候视角

对未来海平面上升的预测尚有很大的不确定性，主要原因是对冰盖稳定性和临界状态缺乏足够的认识（Bamber et al.,2019）。古气候记录可以为理解过去冰盖变化与海平面上升之间的关系、冰冻圈对气候变暖的敏感性提供证据，从而降低预测的不确定性。在过去的几年里，古气候学界在地质证据和气候建模方面取得了重要进步，在冰盖大小、形状和范围的代用指标的产生和解释方面取得进展（Wise et al., 2017;Rovere et al., 2016;Gulick et al.,2017），将有助于增加我们对温暖气候状态下冰冻圈动力学的理解。

三、古气候揭示的区域和季节性气候变化信息

未来气候变暖将改变降雨和温度的空间模态和季节性变化模式，给人类社会带来巨大的影响(Wilby, 2007)。陆地表面的区域性变化(积雪减少、冻土融化、绿化、荒漠化)可能进一步触发生物地球化学循环的反馈作用，从而减弱或放大太阳辐射强迫效应，进而影响气候变化（Arneth et al.,2010）。当前，气候模型在区域降雨未来变化的趋势和幅度上还存在重大分歧(Knutti and Sedláck,2013)。改进对区域气候变化的预测能力，需将气候系统的内部变化(例如，年际-百年振荡)与外部强迫(例如，温室气体或气溶胶)的作用有效分开。在这方面，古气候研究提供的区域和季节性气候变化信息至关重要，因为它们记录了长期、连续的气候变化历史，极大延长了现代气候的器测记录(Deser et al.,2012)。

四、气候突变

气候突变是古气候学最重要的发现之一，即地球气候在相对短暂的时间内出现异常变化，严重偏离了平均气候状态。其特征是温度、降水模式和海洋环流的发生显著改变，并在地质记录中留下明显的气候环境印迹，比如白垩纪中期海洋缺氧中无处不在的黑色页岩（Jenkyns,2010）。研究者认为，气候突变记录了地球一度进入异常状态，并恢复至正常状态的信息，具有重要研究意义。此外，发生在大约56Ma前后，由迅速的温室气体释放所引发的古新世-始新世极热（PETM）就是古气候记录中最显著的气候突变之一，可为理解人类排放温室气体所引起的全球变暖提供重要参考。

五、架起古气候数据与模型之间的桥梁

气候模型提供了对地球系统温度、风速和降水等直接的模拟结果。但是古气候信息是间接的，主要是通过对气候变化有响应的物理参数（如：磁化率和粒度）、化学参数（如：元素）和/或生物化石（如：有孔虫、孢粉）等代用指标来重建过去气候变化。然而，气候环境代用指标并不是完美的气候记录，有固有的不确定性。尽管可通过转换函数等方法，将古气候定量重建结果与模拟结果进行直接比较，但如果不考虑这些方法的不确定性，就可能导致错误的解释。这种在模型结果和代用指标之间产生的“语言障碍”，造成利用古气候代用指标指示过去气候变化和评估气候模型具有一定的局限性。因此，如何将古气候数据和气候模拟结果有效结合就显得至关重要（图2）。论文作者提出了解决这一问题的三个关键的步骤：（i）选择合适的与指标记录相关的化学示踪方法；（ii）明确代用指标的气候环境意义；以及（iii）整合古气候记录与模型数据的分析方法。

图2 基于古气候指标优化后的末次冰盛期海表面温度、地面温度和降雨情况。图中DSST为末次冰盛期（LGM）与晚全新世海表面温度的差值，DSAT为地表温度的差值，DPrecip为年平均降水量的差值（Tierney et al., 2020）

古全球变化研究表明，远在人类工业活动之前，全球气候就不断发生变化。地球历史上气候变化的主要驱动力是自然因素。相对于地球长期的气候演化，工业化以来全球气候的变化是微小的，是漫长地球演化过程中众多气候波动的一小段。未来随着人类排放温室气体逐渐增加，预估地球气候未来变化趋势仍存在着诸多不确定，古气候研究是我们理解未来气候变化的重要基础之一，也是有限的器测气候数据之外，检验气候模型预测结果的唯一途径。古气候学的未来是将地质证据与气候模型研究相结合，以便更准确地评估和预测人类活动对气候变化的影响。

致谢：感谢新生代室郝青振研究员、吴海斌研究员对本文的修改和建议。

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雨带的移动规律：1、季节性变化2、季节性变化3、空间性变化。4、时间性变化。

一、雨带的季节性移动规律及其影响因素

1、雨带的季节性移动规律是指，随着季节的变化，雨带在地球上的位置和强度也会发生变化。一般来说，夏季时雨带会向北移动，冬季时则向南移动。

2、此外，雨带的强度也会受到气候变化的影响，如厄尔尼诺现象和拉尼娜现象等。另外，雨带的移动规律还受到地形、洋流等多种因素的影响，如地形可以引起雨带的局部变化，洋流可以影响雨带的温度和湿度等。

3、因此，了解雨带的季节性移动规律及其影响因素，对于预测天气和制定应对措施具有重要意义。

二、雨带与气候变化的关系及预测模型

1、雨带与气候变化之间存在密切的关系。气候变化可以影响雨带的分布和强度，而雨带的变化也会对气候产生影响。例如，全球变暖导致极地冰川融化，进而导致海平面上升，这可能会改变雨带的分布和强度。

2、此外，大气环流的变化也会对雨带产生影响。为了预测雨带的变化，科学家们建立了一系列气候预测模型，这些模型可以通过分析气候变化因素和大气环流的变化来预测雨带的分布和强度。

3、通过这些预测模型，我们可以更好地了解和预测气候变化对雨带的影响，从而更好地应对气候变化带来的影响。

雨带对农业的影响及应对措施

一、雨带对农业的影响：

1、雨带过早或过晚进入某地，都会对该地的农业产生不利影响。