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超级电脑模拟气候模型,科学家预期北极融冰将导致加州干旱

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非常时期 发表于 2018-2-13 12:45 | 显示全部楼层 |阅读模式

超级电脑模拟气候模型,科学家预期北极融冰将导致加州干旱





  2018-02-13 08:53PC

  【Technews科技新报】大气科学家 Ivana Cvijanovic 使用电脑模拟气候模式,发现北极海冰几乎消失,离美国西海岸数千英里远的地方形成巨大的高压系统,高压脊封锁前往加州的大型风暴,阻碍降雨。Cvijanovic 的模型显示,随着北极的夏季海冰在未来几十年中消失,预期加州中部平原的农民、内华达山脉滑雪场和全国人口最多的城市可能会大缺水。

  麻省理工科技评论 (MIT Technology Review) 报导,气候模型通常被认为是“地球复杂系统的不可靠近似值”,但随着运算能力以及其他技术上的进步,电脑气候模拟也越来越强大。电脑模型可以预测全球暖化以何种方式正在改变地球样貌,以及未来的发展可能性,同时帮助科学家们解开造成极端天气事件的复杂机制。

  Cvijanovic 曾试图研究融冰与多年来降水变化之间的关联,但是,电脑模拟标准气候模式一直有瓶颈,直到核武器研究运算方式加入,才突破过去的限制。

  气候模型是透过软件模拟,估计地球对各种影响,如二氧化碳排放量大幅增加的反应,科学家使用电脑运算了解各种反应如何随着时空的波动而变化,以立体网格方框呈现海洋、表面和大气层状况。过去几十年里,模型的分辨率进步很多,模型中包含气溶胶、海冰、植被和其他相互关联的因素,每个立体方框所代表的面积从 500 平方公里减少到不到 25 平方公里。

  然而,对于所有这些巨大进步,模型预测和现实之间仍有很大的差距。美国能源部所属劳伦斯利佛摩国家实验室科学家 Donald Lucas 曾经是实验室的气候研究员和核武器建模师,先前曾经参与一项提高气候模拟结果可信度的 3 年计划。

  自 1992 年以来,美国还没有对核武器进行过爆炸试验,因此必须依靠检查和建模来评估老龄化储备的可靠性。劳伦斯利佛摩国家实验室的科学家们长期以来一直使用实验室的超级电脑,模拟钚等材料的退化,并协助开发运算准确性的新方法。

  科学家重复多次模拟程序,稍微调整某些变量以产生一系列可能性。研究人员可以计算某些结果的统计可能性,建立概率的分布。Lucas 决定将相同的方法应用于气候模型,编写程序来调整公共气候模型源代码中的几十个参数。

  Lucas 团队利用半数劳伦斯利佛摩实验室的超级电脑近 3 年时间,在各种气候情景下进行 10 万年的模拟。但 2012 年夏天, Lucas 发现这些结果都没有预测到当年发生的北极海冰大幅消融现象,于是决定针对海冰进行另一个模拟实验,请教专家了解影响海冰的变数,并改变参数,之后研究团队就得到更贴近现实的气候模型。

  科学家发现 3 个变数占所有变化的 95%,其中两个指海冰上的积雪颗粒大小,影响被反射回去的阳光,最后一个被称为雪的导热系数,基本上定义热量可以在冰中移动的速度。这个实验也为 Cvijanovic 创造一个非常好的工具,来探索她一直在思考的问题,即为什么北半球的古时期迅速变暖,似乎与热带地区降水量急剧下降一致。

  Cvijanovic 针对 Lucas 发现的 3 个变数跑了几十次模型,有时需要整整一星期才能做一个分析,所以这个过程需要几个月的时间。

  她发现由于将热量反射回太空的冰块太小,使得该地区稳步升温,少量额外的热量到达热带地区,但足以引发风和降水的变化,从而改变对流和环流模式。反过来,这又会在大气中产生大量的高低压地区,形成一个在北太平洋降落的气压脊,引导北部的风暴远离加州,向阿拉斯加和加拿大前进。

  这是一个困难的实验,取决于多年的气候模拟科技和技术的同步进步。其他科学家认为还需要更多的工作来检验研究结果,并确定其他过程如何放大或减小融化北极海冰的影响,但这项模拟首次提供冰川消融和未来干旱之间的理论关系。此研究已刊登在自然通讯期刊 (Nature Communications)。

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