Ta極可能就是地球系統數值預報
本期嘉賓 | 中國科學院院士 周秀驥
問：未來幾十年地球的大氣圈、水圈、冰凍圈、岩石圈、生物圈等圈層將發生什麼變化？
問：全球升溫超過1.5℃甚至2℃後我們將面臨怎樣的天氣和氣候狀況？
問：氣候臨界點究竟在哪裡？
如果有一個“水晶球”可以幫助人類預知這些問題的答案，那麼它極可能就是地球系統數值預報。
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給地球“把脈”
地球系統數值預報是研究全球變化成因和機理、預估未來演變趨勢的重要工具，是耦合大氣、海洋、海冰和陸表等地球系統分量、定量研究它們之間繁複非線性相互作用的一種大型綜合系統。科學家藉此可以計算出地球各大圈層的運動變化規律，對地球的過去進行反演，對現在進行觀察，對未來進行預測。
9月30日，中國氣象局地球系統數值預報中心成立
可以說，地球系統數值預報的水平已經成為衡量一個國家綜合科技實力的重要標誌之一，也是全球變化研究最為核心的內容之一。透過地球系統數值預報，我們可以預估未來幾十年甚至上百年的氣候變化狀況，瞭解導致氣候和環境變化的因素，以及這些變化的嚴重程度，從而提升應對能力。尤其是在極端天氣氣候事件不斷加劇的情況下，地球系統方法顯得更為重要。
“隨著現代社會程序不斷推進，各種人類活動對地球環境的影響日益顯著，對這些影響進行綜合性科學評估，並以此為據制定人類社會可持續發展規劃，是地球系統數值預報研究的重要課題。”周秀驥說。
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為展現“大國擔當”提供科學支撐
作為應對氣候變化國際行動的一部分，我國提出的碳達峰、碳中和目標，是一個既雄心勃勃又極其艱難的目標，機遇與挑戰並存。一方面，它體現了我國主動承擔應對氣候變化國際責任的擔當；另一方面，碳中和政策的實施作為歷史上規模空前的有序適應氣候變化的行動，將對我國經濟社會發展產生深遠影響。
地球系統數值預報將服務於應對氣候變化、生態文明建設、“雙碳”願景目標、防災減災等國家重大需求，為中國深度參與全球氣候治理、貢獻中國智慧、推動可持續發展提供重要的科技支撐。
今年8月釋出的IPCC第六次評估報告第一工作組報告《氣候變化2021：自然科學基礎》指出，在未來幾十年裡，所有地區的氣候變化都將加劇，極端高溫和降水事件將越來越頻發。報告指出，除非立即、迅速和大規模地減少溫室氣體排放，否則將升溫限制在接近1.5℃甚至是2℃範圍內將是無法實現的。
值得一提的是，這份報告很多預估資料的背後都有地球系統數值預報的支撐。
地球系統數值預報能夠更全面地考慮地球系統的各種過程，特別是全球生態和生物地球化學過程及其與氣候系統之間的相互作用，並在此基礎上建立起“生態-氣溫-二氧化碳濃度-碳排放量”的清晰關係，對溫室氣體核算、未來升溫預估提供有力支撐，助力碳達峰、碳中和目標的實現。
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吸收新技術成果是關鍵
當前，全球氣象事業已經到了一個全新的轉折點，氣象業務將轉向在無縫隙的地球系統框架下推進天氣、氣候、水和環境業務。利用地球系統數值預報對氣候變化及其影響進行預測，已成為未來模式的發展趨勢。科學家對地球系統數值預報寄予厚望，希望其在預測長時間尺度上的地球氣候和環境變化中發揮關鍵作用。
世界氣象組織 （WMO） 提出的2030年目標是，要針對天氣、氣候、水和環境提供更為準確的觀測、預測資訊，強調從分鐘到年代際，從局地到全球，從天氣、水、氣候到環境及其影響的全覆蓋、無縫隙全球資料處理和預報。這實際上對未來地球系統數值預報模式的效能提出了很高的要求。
未來地球系統模式將越來越複雜，模式解析度越來越精細，同一模式考慮多個尺度的過程，對模擬個體、局地、區域和全球等不同尺度的相互作用的能力將得到不斷提升。如何總結中國在地球系統數值預報模式研發領域的經驗，客觀評估當前面臨的機遇和挑戰，並以此為基礎，瞄準國際前沿，在國家層面合理佈局、統籌協調，爭取在未來國際競爭中使中國的模式研發和模擬綜合水平居國際前沿，這是當前迫切需要思考並解決的問題。
周秀驥認為，21世紀是量子資訊和人工智慧等技術快速發展的新時代，充分吸收應用這些新技術發展成果，將是建立新一代地球系統數值預報業務系統的關鍵。
地球系統數值預報模式的研發需要加深對地球系統的基本物理、化學和生態系統過程的認識，重點關注人類活動與自然系統的相互作用；需要跨越不同學科的協作和結合，包括氣象學、氣候學、水文學、環境和社會學、經濟學等，只有匯聚各領域的研究成果，才能更好地將科學研究、服務和政策決策聯絡起來；需要加強頂層設計，做好高水平跨學科人才的團隊建設，強化國內外數值預報合作，充分有效地吸收與數值預報有關的各類創新成果，開展地球系統數值預報科學技術協同攻關，不斷提升預測環境變化和重大災害的能力。
