专栏52模拟气候gcm和中尺度模式raybet雷竞技最新
在未来的几十年里，地球的气候会发生怎样的变化呢raybet雷竞技最新温室气体增加？由于知道这个问题的答案的重要性，很多努力都在理解和预测气候变化。raybet雷竞技最新世界上最强大的计算机(被称为超级计算机)被用来计算给定温室气体上升对全球气候的影响，使用的是一个“模型”:计算机内的一个简化世界，包括海洋、大陆、山脉和大气。raybet雷竞技最新
这些模型也被用于研究植被如何创造自己的气候，以及如果植被覆盖改变，全球气候将会发生什么。raybet雷竞技最新除了预测未来，模型还可以用来回顾过去，了解过去的气候是如何运作的，包括，例如，过去植被变化对气候的反馈影响。raybet雷竞技最新
为了获得更广阔的全球视野，气候科学家试图用一般环流模型(GCM)来模拟raybet雷竞技最新整个地球的环流系统。对整个全球气候系统进行建模当然不是一件容易的事，而且要raybet雷竞技最新花很长时间才能或多或少地正确。基本上，计算机中的世界被划分为覆盖其表面的网格，每个网格单元被标记为“海洋”或“陆地”。如果是陆地，则该表面网格单元被分配一个高度，以及一些与植被覆盖有关的属性，如反照率和粗糙度。在每个方格的上方，大气被表示为一堆立方体。每个立方体都有自己的组成和气体密度，它与旁边、上面和下面的立方体交换能量，或者(如果它在大气的底部)与下面的表面交换能量。空气也从侧面交换，向上和向下从每个网格单元，模拟风和也对流过程．在最新的模型中，海洋也被分成一堆一堆的立方体，很像大气，只是这些立方体在表面之下，填充它们的液体不是空气而是水。热量和水动在这些海洋盒子之间，模拟表面流加上下沉或上升流水。风洋流相互推动，在地球表面无休止地翻腾。
值得注意的是，这些大气环流模式能够模拟的气候系统细节如此之多。raybet雷竞技最新
当建立一个GCM运行与当今大气成分，主要风带而且海洋表层流都可以很精确地模拟出来。气团形成并在地表移动，相互碰撞形成锋面。平均温度和降雨量的模式与我们在当今世界观察到的非常相似，它们经历了正确的变化季节性周期．此外，年复一年，全球气候也会经历内部产生的气候波动，模拟真实地球上的气候波动。raybet雷竞技最新
当气候建模raybet雷竞技最新者对他们的模型适用于当前世界感到满意时，他们就可以开始调整模型的某些方面，看看这些方面将如何改变气候。例如，他们可以增加更多的温室气体，并观察热平衡、降雨和循环系统的变化。他们还可以改变植被覆盖，看看气候如何对反照率、粗糙度和évapotranspiration的变化做出反应。raybet雷竞技最新一些更大规模的植被气候反馈研究使用这种方法来得出关于气候变化的结论raybet雷竞技最新植被的重要性制造气候的盖子。raybet雷竞技最新
raybet雷竞技最新在过去的几十年里，气候模拟已经取得了长足的进步，因为计算机在单位时间内能够处理的数据量已经大大增加。但是，模型总是有改进的空间。模拟气候的一个主要问题仍然是模型的粗糙——不可能包括景观中的每一个小raybet雷竞技最新凹凸或山谷，但如此之少小气候差异可能会累积成显著的大范围效应。许多过程，例如雷云的形成，发生在比单个网格单元更小的尺度上，因此必须假设它们发生，而不是直接模拟。减小模型中网格单元的大小可以提高其精度，但这样做会极大地放大计算任务。建模者必须在运行模型所花费的时间和它所能产生的精度之间取得平衡。随着计算能力的提高，模型中的网格单元的大小从20世纪80年代的5 x 5°减小到最新模型中的0.5 x 0.5°。在撰写本文时，位于日本的世界上最强大的计算机系统是专门为运行最复杂的气候模型而建造的。raybet雷竞技最新
在不遇到巨大计算问题的情况下，获得更精细精度的一种方法是专注于模拟一个领域对细节感兴趣，并以较低的分辨率离开它之外的世界。为此，气候建模者使用一种特殊的附加模raybet雷竞技最新型，该模型在区域尺度上工作，称为中尺度模型。一个中尺度模型在许多方面都像一个GCM，除了它的网格方块和盒子更小，覆盖的区域更有限，这种模型模拟的区域最多只有几百或一千公里宽。一个中尺度模型部分地利用照射到它身上的阳光创造了它自己的气候，但它插入了一个更广泛raybet雷竞技最新的GCM，该GCM在边缘提供热量和水蒸气，当风从该区域吹出去时，这些也从边缘带走。中尺度模式是探索植被详细变化将如何影响区域气候的理想模式。raybet雷竞技最新本书中提到的许多植被气候反馈研究都是用中尺度模raybet雷竞技最新式与更广泛的gcm耦合进行的。
5.4人类对气候的影响?raybet雷竞技最新美国大平原上的草原
世界上可能有一些地方，人类改变植被覆盖的“气候工程”已经发生了，尽管是无意的。raybet雷竞技最新在19世纪，美国中部的草原以历史上任何其他地区都无法比拟的速度和规模发生了变化。数以百万计的移民涌入西部，在广袤的草原土壤上耕种小麦和玉米，绵延数百英里。
这会影响气候吗?raybet雷竞技最新关于它的争论可以追溯到很久以前，那时候土地还在开垦。在平原气候raybet雷竞技最新在美国，比平均年份干燥可能会对农作物造成灾难性的影响，因此人们对确保降雨尽可能可靠和充足非常感兴趣。19世纪80年代。年轻的内布拉斯加州的教授Samuel Aughey认为，耕作草原的土壤有助于更好地保持水分，因为在植被的覆盖下，破碎的水会渗入而不是直接流入河流。这些储存在易碎土壤中的水分会蒸发，以雨水的形式再次落到地面，而不是流入河流和海洋。这一观点被平原农民的格言概括为:“雨跟着犁走/*尽管这一观点引起了广泛关注，但现在人们认为耕作实际上对降雨没有这么大的影响。”
当时还有人建议，确保稳定降雨的最好办法是种更多的树。19世纪60年代，一位名叫约瑟夫·威尔逊的美国政府官员指出，由于森林砍伐似乎减少了世界其他地区的降雨量(第六章)，在大平原上植树肯定会增加那里的降雨量。他主张在大平原上覆盖三分之一的树木，以确保充足的雨水供应。国会对他的论点印象深刻，通过了一项法案，向种植一定比例树木的农民提供免费土地。然而，农民并没有受到这些激励措施的激励，很少有人种植树木，该法案最终被废除。
最近，在现代气候知识和计算机的帮助下，科学家们已经能够对将草原转变为农田的影响进行更深入的研究。伊士曼及其同事的一些模拟研究表明，用农作物取代中原草原导致下午达到的最高温度增加了1到6摄氏度，这取决于一年中的地点和时间。模型中的变暖在生长季节增强，在作物收获时减弱。导致这种变暖的最重要因素是，单位面积的作物叶片比草原少。树叶越少，水分的蒸腾作用就越少，潜热中吸收的能量就越少;因此，农作物上方的空气会变暖。
甚至在移民们开垦大部分土地种植作物之前，他们就已经影响了大平原raybet雷竞技最新的气候。直到19世纪中期，平原上还生活着庞大的野牛群，数量达到数千万。人类定居早期对这些动物的大规模屠杀将大大减少草原牧草的放牧。随着更多的叶子面积积累未被吃掉，就会有更多水的蒸发从树叶上。raybet雷竞技最新气候模型表明，由于冰川吸收了额外的潜热，这可能使夏季气温降低0.4-0.8蒸发水．随后是主要阶段，农民犁地和种植作物，这将使叶面积减少到低于放牧草原的水平，并导致如上所述的温度升高。
在现代的大平原，特别是西部边缘地区，农民用地下蓄水层的水灌溉作物。这些额外的是什么
柯林斯堡
图5.5。科罗拉多州东北部温暖一天的温度图。灌溉地区如郊区和农业用地温度要比非灌溉区低。1986年8月1日至8月15日13时的地表温度。从38到28的等高线。后:保安族。
田地里的水对气候有什么影响?raybet雷竞技最新模拟研究表明，灌溉作物(与非灌溉作物或草原相比)吸收的热量蒸发会使空气冷却，并产生一种“海风”，吹向附近更热的非灌溉地区。对科罗拉多州东北部灌溉区和非灌溉区进行比较的测量结果表明，正如模型所预测的那样，由于潜热吸收的改变，有灌溉区的温度要低几度风的模式云量(图5.5)。在过去45年里，随着该地区灌溉面积的扩大，气候也出现了降温趋势，这是可以预料的。raybet雷竞技最新这些模型还预测，由于额外的水分蒸发，以及灌溉地和非灌溉地之间的温度差异导致的空气流动，灌溉地区的降雨量会增加。来自德克萨斯州北部的观察表明，大量灌溉的地区比其他类似的没有太多灌溉的地区有更多的降雨。
在世界的另一边，另一个世界的一部分干旱地区可能受到土地利用变化导致的气候反馈的影响。raybet雷竞技最新在以色列南部，在过去的50年里，农业的集约化(包括增加灌溉)，减少放牧和植树导致了低反照率更多évapotranspiration来自植物。自20世纪60年代初以来，秋季降雨量急剧增加，根据地点的不同，增加幅度高达200-300%。这似乎是合理的climatc变化是这一地区土地利用逐步变化的结果。这些陆地上方的大气上升运动增加，似乎吸进了地中海的潮湿空气，这就产生了大量的降雨。
埃及的西奈沙漠白天的温度比邻近的以色列Ncgcv沙漠要低，下午早些时候要低3.5-5摄氏度。使西奈半岛更凉爽的关键因素似乎是它缺乏植被，这是由于更多的山羊和绵羊放牧和砍伐柴火．由于更多的高反照率土壤暴露在外，西奈半岛反射了更多的阳光，从而无法加热那么多。但是，这难道不与我在本章开头所说的相矛盾吗——深色植被地区往往更凉爽，因为它们蒸发更多的水分?事实上，这是一个例外，证明了一个规律:没有蒸发，深色植被地区总是更热。西奈和内盖夫的情况非常干燥，一年中的大部分时间土壤水分都没有蒸发。因此，西奈半岛的深色植被覆盖(尽管相当稀疏)只是吸收太阳光线，而不会将热量吸收到蒸腾作用中。
在美国西南部和墨西哥的索诺兰沙漠(Sonoran Desert)等稍微湿润但仍然干旱的地区，增加一些植被会让气温降低而不是升高。在白天，被严重放牧的墨西哥边境一侧比被轻度放牧的美国一侧要热几度。这是因为在这种情况下，土壤中有足够的水分，可以让美国一侧的额外叶子通过蒸腾更多的水来达到冷却的效果，这超过了由深色植被表面引起的变暖。
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