框3：气候模式：是如何建立的？又该如何应用？
综合气候模式是建立在用数学方程表示的物理定律基础之上，它的求解是采用全球三维格点来得到的。对于气候模拟来说，气候系统的主要组成都应在子模式（大气，海洋，陆地地表，冰雪圈，以及生物圈）中有所表达，其中包括它们本身之间以及相互之间的过程。本报告中的大多数结果都来自模式结果，这包括这些所有组成的一些内容。包含大气和海洋耦合过程的全球气候模式也称之为大气-海洋环流模式（AOGCM）。例如，在大气模式中，有描述大尺度动量、热量以及湿度传输的方程。类似的方程在海洋模式中也存在。目前典型的大气模式分辨率是大约水平250公里和垂直1公里（边界层以上）；典型的海洋模式分辨率是大约水平125-250公里和垂直200-400公里。模式中方程的积分步长是半个小时。许多物理过程，例如与云和海洋对流相关的过程，其空间尺度远小于模式格点，故不能用模式模拟进行显示求解。它们的平均影响通过考虑与大尺度变量的物理相关而近似地被考虑。这种技术就叫做参数化。
 框3，图1: 过去25年气候模式的发展变化，其中显示了不同变量的独立发展，以及耦合到复杂气候模式的过程。 |
为了对未来气候变化进行定量预测，人们必须用气候模式对控制未来气候变化的所有重要过程进行模拟。随着计算机能力的日益强大，气候模式在过去的几十年里业已发展起来。这期间，气候系统各组成部分的模式，包括大气，陆地，海洋，海冰，均独立发展完成，并逐渐实现耦合。不同组成间的耦合困难重重。最近，硫循环组成部分被耦合进气候模式，它们被用来考虑硫的排放以及气溶胶粒子的氧化形成。目前在少数几个模式中考虑了陆地碳循环和海洋碳循环，而大气化学组成部份则均在气候模式本身之外运行。当然，最终目的是尽可能考虑所有的地球气候系统组成部份及其相互作用，在对未来气候变化的预测中不断考虑到各个组成部份的反馈影响。下图显示出气候模式过去，现在和未来的可能演化。
有些模式通过“通量调整”来处理误差或近地通量不平衡，这些都是为了使得模拟与观测结果更接近而根据经验在大气和海洋界面上在一定时间内进行的系统校正。人们设计了一个技术，以去除一些模式误差对结果的大部分影响。经常采用的方法如下：首先，用模式进行一次“控制”气候模拟，然后用模式进行气候变化试验模拟，例如增加模式大气中二氧化碳的浓度。最后，两者的差被用来估计由于扰动带来的气候变化。这种误差技术过滤掉了模式中大多数人为调整影响，以及前后没模拟过程中的系统误差。然而，不同模式结果的比较使得某些误差特征对结果输出的影响仍十分显著。
地球气候系统的许多方面是无秩序的，例如它的演化对初始状况小的扰动非常敏感。这种敏感性限制了为时两周的中期天气预报的可预报性。然而，由于气候系统更缓慢变化组成部分对大气的系统影响，气候仍然有其可预报性。不管怎样，为了能够在目前的初始条件和模式不确定性的情况下作出可靠的预报，人们需要用不同的全球模式，在不同的初始扰动情况下进行多次重复运算。这些集合是对气候状况进行概率预报的基础。
综合大气-海洋环流模式非常复杂，需要大量的运行计算资源。为了探讨温室气体排放的不同情景，以及更全面地估计模式参数化假定或近似的影响，简单模式也得到广泛应用。这些简单模式包括分辨率的降低，动力和物理过程的简化。简单的，较复杂的，综合的模式一起构成的“气候模式系列”，它们对于探讨模式参数化的选择，评估气候变化的重要结论起着唇齿相依的作用。
