第一个气候模型已经50年 并且几乎完美的预测了全球变暖

第一个气候模型已经50年 并且几乎完美的预测了全球变暖

撰稿人Ethan Siegel,

Mar 15, 2017 @ 10:00

从一声爆炸开始

    宇宙就在那里，等待着你去发现它

    由福布斯撰稿人表达的意见都是他们自己的。

    从一声爆炸开始致力于探索我们知道的关于宇宙的我们怎么知道它的故事，重点放在物理学、天文学和宇宙告诉我们关于它自己的科学故事。由博士科学家撰写并由天体物理学家爱善·西格尔编辑创建的，我们的目标是来分享科学发现的喜悦、惊奇和敬畏。

    作者是福布斯的撰稿人。表达的意见是那些作家的。

本世纪初从空间看到的一个复合的NASA卫星图像的地球。NASA / Blue Marble Project

   地球的气候建模是在那里最艰巨、复杂的任务之一。如果只是我们更像月亮一样的话，事情会是容易的。月亮没有大气层，没有海洋，没有冰盖，没有季节，没有复杂的动植物来挡住简单的辐射物理学。难怪来模型它是如此具有挑战性的！事实上，如果你谷歌"气候模型错误"，前十个结果的八个展示失败的。但标题永远不会像去到科学源本身一样可靠的，在这种情况下这个最终的来源是从未有过的第一个精确的气候模型︰由真锅淑郎（Syukuro Manabe）和理查德韦瑟尔拉尔德（Richard T. Wetherald）提出的。在他们的开创性的1967年论文50年后，这门科学能被强劲的评估，并且他们几乎让一切完全的正确的。

按照尺寸和反照率/反射率来衡量的地球和月亮。注意月亮出现的多暗淡的，因为它比地球更好吸收光。NASA / Apollo 17

    如果地球上没有大气层，计算气候会很容易的。太阳发出辐射，地球吸收一些入射辐射和反射余下的，然后地球重新辐射掉那个能量。基于反照率（即，反射率）、 对太阳表面的角度、一天的长度/持续时间和它怎样重新辐射那个能量的效率温度会是更容易计算的。如果我们完全的剥掉这个大气层，我们的星球的典型温度将是255开尔文 (-18°C/0°F)，这是最肯定的比我们观察的更冷的。事实上，它约是比我们看到的更冷33°C(59°F)，而我们需要来说明那个差异的是一个精确的气候模型。

2010年5月从国际空间站看见的日落中的地球的大气层。NASA / ISS

    到目前为止第一个贡献到这个差异的因素呢？大气层。这个在我们的大气层中气体的"毯子般"的效果首先是由约瑟夫 · 傅立叶（Joseph Fourier）近两个世纪前发现了的并由斯万特阿伦尼乌斯（Svante Arrhenius）在1896年详细的搞清了的。每种存在的气体在光谱的红外部分有一些量的吸收效果，这是在地球重新辐射出它的能量的地方的部分。氮和氧都是可怕的吸收者，但好的包括水蒸气、甲烷、氧化亚氮、臭氧和二氧化碳。当我们从我们星球的大气层添加（或拿走）更多的这些气体时，就像增厚（或变薄）地球披的这个毯子一样。这个也由阿伦尼乌斯在 100 多年前搞清了。

各种大气中的气体的红外和可见光光吸收窗口。J.N. Howard (1959); R.M. Goody and G.D. Robinson (1951)

    但一个真正的气候模型是更复杂的，因为有比只是大气层在起作用更多的。海洋依靠条件确保水蒸气量的变化（云层重大的影响温度的），并且如果你摆弄一个大气层的组分------例如像二氧化碳-----它影响其它组分的浓度。科学家指这个一般的过程为反馈，它是气候建模的最大的不确定因素之一。

增加的温室气体的排放，特别是 CO2能对地球的气候仅在几百年有巨大的影响。我们今天正在见证那个发生。 U.S. National Park Service

    真锅和韦瑟尔拉尔德的工作是模型不只是这个反馈而且模型贡献到地球的温度的不同组分之间的内相互关系。随着大气含量变化，因此绝对的和相对的湿度一样变化的，这影响云盖、水汽含量和大气的循环/对流的。他们发现了的是如果你开始有一个稳定的初始状态------大约先于工业革命几千年地球经历的-----你能摆弄一个组分（如 CO2) 并模型其它一切怎样演变的。

近几十万年大气中CO2 的浓度。NASA / NOAA

    他们论文的标题有一个给定相对湿度分布的大气层的热平衡(full download for free here)描述着他们的大进步︰ 他们能够来量化各种贡献到大气层因素之间的内相互关系，包括温/湿度的变化和那个怎样影响地球的平衡温度的。他们主要的结果，来自1967年吗？

    据我们估计，在大气层中的 CO2 含量增加一倍具有升高大气层（其相对湿度被固定）的温度大约2°C的效果。

    从工业革命前直到今天我们已经看到匹配那个极端的好的。我们还没有倍增CO2的，但我们将它提高了约50%。回到在19世纪80年代第一次准确的全球温度测量的温度，已经上升了近1°C（但不是相当的）。

来自美国国家航空航天局的1880年到2016 年2月每月的全球表面温度 （陆地和海洋），表示从1951年-1980年平均的偏离。红线显示平均 12个月运行。Stephan Okhuijsen, datagraver.com, from Wunderground

    在2015年，所有这个协调的作者、第一作者和关于这个最后的政府间关于气候变化小组(Ipcc)报告的审查编辑被要求来提名他们的所有时间最有影响力的气候改变的论文。由真锅和 韦瑟尔拉尔德在1967年的论文接受了8个提名，其他的论文没有收到超过三个的。围绕气候敏感性的不确定性仍然与今天格斗的，当然，但这些五十年前被布局和量化，并且分析在今天仍然有效的和有价值的。它考虑到云、气溶胶、平流层冷却、水蒸汽反馈和大气的排放。

大气层、云、湿度、土地过程和海洋间的相互作用所有都管制着地球的平衡温度的演变。NASA / Smithsonian Air & Space Museum

    根据真锅他自己------在年龄 85岁依然活跃的-----大规模过程像大气环流的模拟在今天本质上是与20世纪60 年代相同的。更小规模的现象，如湿气的对流、云的过程和陆面过程比当时要简单得多，并已经在精度和准确度上有所改善，尽管不确定性仍然存在的（尤其是在云）。他注解到，有一些模型是无效的方面的，但不是为人们所认为的︰

    这个模型在预测气候变化一直非常有效的，但在预测它对生态系统和人类社会的影响一直不是有效的。两者之间的区别没有被清楚的陈述。为此，应作出重大努力来监测全球不仅气候变化而且通过卫星遥感以及原位观测监测对生态系统的影响。

    根据真锅呢？第一个我们要向前看的不确定性是冰页建模。

格陵兰岛的象脚冰川只是一个巨大的威胁在未来几百年完全融化的冰页的一个小部分。Kashif Pathan / flickr

    随着全球持续变暖，冰页------尤其是在格陵兰岛的------将继续融化。但这个融化率、融化的后果和各种进程将有的影响不仅是不确定的，它们是前所未有的。如果整个格陵兰岛冰盖融化，海平面将上升大约8米（26 英尺），淹没世界各地大量的沿海和低洼地区，包括佛罗里达州的大多数。融化、滑动、渗流和跑开是所有不确定性的来源，这是一个必须来理解什么正在发生的建模和监测的组合。

    现在我们已经知道半个世纪即将来的事，我们在它到来的绝壁上。从来没有一个来听这个科学的更重要的时间。

天体物理学家和作者爱善·西格尔是从一声爆炸开始！的创始人和主要作家，查阅他的第一本书，超越银河，并寻找他的第二本，迁徙术（Treknology）今年 10 月！

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/03/15/the-first-climate-model-turns-50-and-predicted-global-warming-almost-perfectly/#7df2a0556614