第一工作组科学基础

D.2 耦合系统

　　如D.1节所指出的，气候系统各不同的组成部分（大气，海洋，冰雪圈，陆面）内部间存在着许多的反馈。但是，许多重要的过程和反馈的发生是通过气候系统各组成部分间耦合来实现的。它们的表征程度对预测大尺度响应是非常重要的。

自然变率模态

　　现在越来越认识到，自然环流型，如ENSO和NAO，在全球气候及其年际和更长时间尺度变率中起着至关重要的作用。最强的年际尺度气候的自然波动，是ENSO现象（见框4）。它是一个固有的大气-海洋耦合模态，其活动中心位于赤道太平洋，但对世界范围内的局地气候都有重要的影响。全球气候模式现在只能表现出代表ENSO的热带太平洋的变率，这主要是通过增加赤道地区径向分辨率实现的。类似于ENSO期间发生的海表温度和大气环流型，同样发生在年代际或更长时间尺度上。

　　北大西洋涛动（NAO）是北半球冬季大气环流变率的主导型，现在已不断地得到真实模拟。NAO与北极涛动（AO）紧密相连，它有一个另外的环北极的分量。有很强的证据表明，NAO主要是由于对流层-平流层系统的大气内部过程引起的。大西洋海表温度（SST）的波动与NAO的强度相联系，在NAO和大西洋间一个中等强度的双向相互作用，会导致年代际变率，其出现对气候变化预测十分重要。

　　气候变化可以表现为围绕平均值的变动，同时也可以表现为其对特定气候状态的倾向，如已证明的，观测到的最近30年NAO指数向正值发展的趋势，以及1976年以来热带太平洋的气候“位移”。耦合模式可以模拟观测到的自然气候变率特征，如NAO和ENSO，这表明模式中已包括许多相关的过程，但还需要更多的努力，来准确描述这些自然状态。更进一步，由于ENSO和NAO是区域气候变化的决定性因子，并且可能引起突发和超出直观想象的变化，因此在严格取决于局地变化的气候变化的这些方面存在着增加的不确定性。

温盐环流 (THC)

　　温盐环流（THC）在大西洋中纬度热量输送中起着主要的作用。由温度和盐度效应引起的密度差异引起的THC是海洋中全球尺度的循环。在大西洋表层温暖海水向北流动，在北大西洋下层冷咸海水回流，这一过程中热量得到传输。大西洋THC的重新组织可以由表面浮力的扰动触发，影响表面浮力的有降水、蒸发、大陆径流、海冰形成、热量交换、导致区域和全球气候变化的过程等。考虑到THC的引入，大气和海洋的相互作用看起来也对年代际和更长时间尺度有重要影响。大尺度大气强迫的相互影响，包含有在低纬的加热和蒸发，在高纬的降温和降水增加，组成了现代大西洋THC潜在不稳定的基础。ENSO通过改变热带大西洋的淡水平衡，也可能会影响THC，从而提供了一个低纬和高纬间的耦合。表征通过海底山脊和狭窄海峡的小尺度洋流的不确定性，限制了模式对THC显著变化的模拟。北太平洋较少的盐分，使得太平洋中不能发生深的THC。

非线性事件和快速气候变化

　　气候系统中快速和不可逆变化的可能性是存在的，但其有关机制有很大程度的不确定性，同样在这种转换的可能性或时间尺度方面也有很大的不确定性。气候过程包括许多复杂的过程和反馈，它们以复杂的非线性方式进行相互作用。如果系统被充分扰动的话，这种相互作用可以引起气候系统超过临界状态。从极地冰芯获取的证据表明，大气状态可以在几年内变化，大尺度半球的变化可以有几十年那么快。例如，大西洋THC的快速转向崩溃的临界的可能性，已被一系列模式所证实。现在还不清楚这种临界值是什么，以及人类活动引导超越它可能性有多大（见章节F.6）。大气环流可以被描述为不同的倾向性类型；例如，从ENSO和NAO/AO引起，以及它们位相的变化会发生得很快。基本的理论和模式说明气候变化可以首先被描述为这些形态出现频率的变化。植被的变化，或者通过直接的人为森林砍伐或者通过全球变暖，可以发生得很快，可能会导致进一步的气候变化。大约5,500年前撒哈拉的快速出现，可能代表了这种陆地覆盖的非线性变化的一个例子。

D.3 区域化技术

　　在SAR中，区域气候信息仅给予了有限程度的强调。在SAR以来，加强区域细节的技术也得到了显著提高，并得到了更广泛的应用。它们被划分为三类：高和可调节分辨率的AOGCM；区域（或嵌套有限区域）气候模式（RCM）；以及经验/统计和统计/动力方法。这些技术表现出了不同的长处和短处，它们在大陆尺度的应用强烈取决于特定应用的需求。

　　总体来说，粗分辨率的AOGCM可以较好地模拟大气平均环流特征。在区域尺度，他们依地区不同，模式不同而表现出区域平均偏差变化很大；在次大陆级的地区，平均的季节温度误差典型值为±4ºC，降水的偏差为-40到+80%间。这表明了与SAR评估的AOGCM相比，有了重要的改进。

　　自SAR以来高/可变分辨率大气环流模式（AGCM）通常表明，模式中的动力和大尺度流随分辨率的增加而改进。尽管只有很少的工作，但在某些个例中，结果表明与粗的全球模式相比，其系统误差会变坏。

　　自SAR以来，高分辨率RCM明显成熟很多。与AGCM相比，区域模式不断地改善所模拟气候的空间细节。由观测到的边界条件驱动的RCM所模拟的区域平均温度误差一般低于2ºC（区域尺度从10⁵到10⁶km²），降水误差一般低于50%。区域化工作表明，在细尺度上，与大的区域平均结果相比，变化可能在幅度或符号上都会有很大的不同。模式结果之间还有相对较大的差别，尽管形成这些差别的原因还不清楚。