研究发现地球系统模型在永冻土排放问题上存在盲点

资金方面的挑战和复杂性使得永冻土过程被排除在为全球气候目标提供信息的模型之外。伍德威尔气候研究中心（Woodwell Climate Research Center）和一个国际模型专家团队今天（1月18日）发表在《自然-气候变化》（Nature Climate Change）杂志上的一篇新评论指出，科学资助的方式阻碍了地球系统模型的发展，并可能会使重要的气候预测出现偏差。

永冻土排放与建模挑战

永久冻土是北方的冰冻地面，其碳含量是大气的两倍，由于人类活动造成的气候变暖，永久冻土正在融化，永久冻土的排放是未来气候预测中最大的不确定性之一。但是，在预测未来碳排放的主要模型中，却没有对永久冻土动态的准确表述。

在上一份政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告中使用的 11 个地球系统模型（ESM）中，只有两个完全包含了永久冻土碳循环，而那些包含了永久冻土碳循环的模型目前使用的是过于简化的近似值，无法捕捉到永久冻土碳随着气候变暖释放到大气中的完全动态方式。研究人员在野外观察到的过程，例如永久冻土突然融化会形成池塘和湖泊并改变地表水文的方式，与这些近似值背道而驰，但对永久冻土碳及其对全球气候的潜在影响具有重大意义。

在 RCP 4.5 情景下，北半球目前的永久冻土范围（浅蓝色）和 2070 年的永久冻土范围预测图（深蓝色）。资料来源：Greg Fiske / 伍德威尔气候研究中心

精确气候建模的必要性

"永冻土中的碳会发生什么变化是未来气候最大的未知数之一，"报告的主要作者、伍德威尔气候研究中心的高级研究科学家克里斯蒂娜-舍德尔（Christina Schaedel）说。"地球系统模型对于预测这些碳将在何处、如何以及何时释放至关重要，但建模团队目前还不具备准确描述永久冻土层所需的资源。如果我们想要更准确地预测气候，这种情况就必须改变。"

地球系统模型是由超级计算机驱动的程序，可以预测未来的碳排放和气候动态，但只能预测其所代表的过程。随着科学家们对构成地球系统的复杂物理和生物地球化学相互作用有了更多的了解，地球系统模型也变得越来越复杂，包含了越来越多的过程。在实践中，这意味着要花费数年时间进行高技术含量的代码开发、观测数据整合以及模型参数化和测试。

但是，大多数科研经费都是以三年为一个资助周期，围绕着解决新科学问题的项目来运作。作者说，这个相对较短的周期太短，不足以培训模型开发人员，也不足以在团队交接之前完成关键而复杂的模型开发步骤。

国家大气研究中心社区陆地系统模型联合负责人戴维-劳伦斯（David Lawrence）说："随着这些建模系统变得越来越复杂，研究生或博士后很难，而且越来越难快速'上手'，以真正理解模型开发需求的全部范围，并在典型的三年提案时间表内完成开发项目。"

"不幸的是，这使得许多项目未能完成。"该报告的共同作者劳伦斯说，虽然与他一起工作的合作建模团队在描述复杂的冻土过程方面取得了进展，但有限的资金意味着"将改进内容纳入 CTSM 核心代码库的速度相对较慢"。

呼吁增加资金与合作

作者写道："需要为每个 ESM 提供数百万美元的巨额资金，以提供模型开发所需的必要基础设施和支持。他们认为，这种有针对性的资助以及高技能的软件开发人员和程序员，有助于加快正在进行的模型改进工作。

Schaedel说："近年来，北极研究变得非常合作和复杂--科学家们不再只是在一个地方研究一种植物。虽然对长期数据和复杂模型开发的需求越来越明显，但资金供应却没有跟上。我们希望看到资助机会与我们面临的气候挑战相匹配。"

伍德威尔气候研究中心副科学家、"永久冻土路径"项目联合负责人布伦丹-罗杰斯（Brendan Rogers）说："在过去的 15 年里，我们对永久冻土如何融化和排放碳的理解有了大幅提高。资助地球系统模型来表现永久冻土融化将确保这些成果在模型中得以实现，并确保关键的气候目标和碳预算建立在我们所拥有的最佳科学基础之上。"

编译来源：ScitechDaily