目前，世界上主要依靠地球系统模式对“厄尔尼诺”和“拉尼娜”进行预报。然而，地球系统模式的功能却绝不仅仅局限于此，全球气候预测、气候模拟与评估、重大天气气候灾害预测、未来气候变化的预估等都离不开这一重要工具。4月26日—27日，南京信息工程大学召开地球系统模式2014年学术研讨会，并发布了该校自主开发的地球系统模式1.0版。这是首个由国内高校牵头独立自主研发的新一代地球系统模式。
平日里我们熟知的天气预报主要是针对3-7天的天气状况，而未来一个月、一年，甚至十年、上百年的气温、降水等将呈现怎样的走势，将出现哪些气象灾害，则属于气候预测的范畴。由于大气与海洋、陆面、海冰、生态等多个圈层间持续不断的能量与物质交换，使得气候预测需要考虑的因素非常复杂。特别是随着人类活动越来越频繁，人类活动与气候变化的交互作用也日益加深，使气候预测成为全球气象学家共同面对的难题。可以这么说，对地球上各种物理、化学、生物过程考虑得越周全，气候和全球变化的预测才能越准确，这也是为何称之为“地球系统”模式的原因。
据了解，气候预报模式的前身是数值天气预报，最早在上世纪二十年代被提出，起初只是一些模型，由科学家组织人用手工计算的方式进行模拟与预测。直到上世纪五十年代计算机技术发展后，真正的数值天气预报才得到了快速发展。上世纪七十年代，开始建立耦合的大气海洋气候模式，即地球系统模式的前身。目前美国、欧盟、日本等主要发达国家都有各自较为先进的地球系统模式，在IPCC(政府间气候变化专门委员会)评估中排名前列。我国气象部门也将模式的发展作为当前的重大核心业务之一。开发高水平的地球系统模式，一是可以提前为防灾减灾做好准备，二是为我国应对气候变化提供决策依据，三是为我国参与国际气候谈判提供科学支撑。
南信大从2012年起，由国际著名气象学家、该校大气科学学院海外院长王斌教授领衔，组织了40余人的团队，着手发展一个全新的地球系统模式。该校校长助理、大气科学院院长闵锦忠教授认为，一方面，中国目前还没有在世界上叫得响的地球系统模式，亟待弥补这一短板，满足国家的重大需求，与我国的大国地位相称；另一方面，南信大作为国内大气科学专业最齐全、研究人员最多、学科综合排名第一的学校，有责任也有条件主动承担这一重任。
地球系统模式的开发是一项庞大的系统工程，每前进一步都绝非易事。王斌教授介绍，南信大地球系统模式是基于当前世界上最先进的大气模式、海洋模式、陆面模式、海冰模式等进行耦合的，使该模式的开发从一开就站在“巨人的肩膀”上。
所谓耦合，是指两个或两个以上的物理系统(如大气、海洋、陆面、海冰)或运动形式间通过各种相互作用而彼此影响或联合。例如做天气预报使用的大气模式本身是可以单独运行的，但此时并未考虑大气层与海洋、陆地及陆上的高原、山地、平原、森林、草原、城市等不同下垫面之间水气和热量的实际交换过程，而是假设交换是平均的、固定的。耦合的过程就是要打破这种假设，使交换根据实际情况一分一秒地累积。
由于下垫面的性质和形状对大气的热量、水份、干洁度和运动状况有明显的影响，在气候的形成过程中有着重要的作用，因此，耦合需要考虑的因素非常多，不同模式间的耦合又会出现不同的问题，其庞杂程度超出想象。闵锦忠教授打了一个生动的比方，“就好比一个人头痛，但这只是个表象，病根可能不在头，必须将所有相关的环节都检查过了，才能找到真正的问题所在。”模式的开发过程中，团队成员们就在不停地测试、调整、修正，循着“病症”找“病因”，而后“开方抓药”。目前，最核心的四大分量模式：大气模式、海洋模式、陆面模式、海冰模式已经初步耦合成功，能够顺利运转，进行积分。
王斌教授说，模式现已完成500年的控制试验，将其模拟性能与现有的耦合模式进行对比。考虑到大气化学成分和各种生物对气候的响应及反馈，未来还要耦合化学模式和生态模式，并且每年发布一次升级版本。最终使南信大地球系统模式能够模拟和预测高影响性灾害天气事件，模拟气候变化、进行季节内-年际气候预测，模拟历史气候变化以及进行未来气候变化的预估，同时达到全球20-30km的较高分辨率，力争在IPCC第六次评估中取得较好评价。
值得一提的是，南信大地球系统模式的开发机制及其团队构建也类似于一种“耦合”。南信大不仅与美国、欧盟的诸多高校和科研机构开展了密切合作，还在夏威夷大学专门成立了“中美大气海洋研究中心”(China-USA Atmosphere-Ocean Research Center,简称AORC)，利用国外的科研资源、科研环境以及更为灵活的评价机制为模式开发营造良好的氛围。项目领衔科学家王斌教授被认为是世界上公认的权威季风研究专家之一，曾获得夏威夷大学董事会卓越科研勋章。在他的带领下，团队成员在夏威夷大学和南信大协同工作，共同基于南信大的高性能大型计算机开发和测试模式。为了模式的研发，近两年，南信大还在原有人才队伍的基础上，专门从海内外引进了近10名相关学科人才，并已派出4人赴国外学习。闵锦忠告诉记者，模式的开发过程也是一个培养人才的过程，团队最终将达到50-100人左右的规模，并将输出一大批优秀的模式开发、气候预测、气候评估等相关专业的人才。
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