海洋和气候模拟的新机会

在他们的模型模拟中,气候研究人员总是必须做出让步。即使拥有全球最大的计算机,它们也只能在有限的程度上再现真实世界。根据应用,必须简化空间分辨率,但也要简化模型所代表的物理过程。尽管通常仍可以以较高的空间分辨率进行数月至数年的模型实验,但数百年至数千年的积分只能在较粗的分辨率下进行。过去,模型是为特定目的而开发的。现在,GEOMAR亥姆霍兹基尔海洋研究中心提出了一种灵活的模型套件,称为FOCI(灵活的海洋和气候基础设施)。

“在FOCI中,我们结合了GEOMAR在海洋和气候建模方面数十年的专业知识。新系统可以研究新问题,例如平流层臭氧洞对南大洋环流的影响或墨西哥湾流对大气的影响流程”,GEOMAR海洋气象研究小组的Katja Matthes教授解释说。

GEOMAR海洋动力学研究部门负责人Arne Biastoch教授指出:“有了新系统,我们就可以在不同的时间范围内研究许多不同的研究问题。”海洋学家继续说道:“我们最初使用FOCI系统执行了一组标准化的基本测试。”“我们必须找出模型系统是否能够再现观测到的气候和当前的海洋环流。只有当我们确信该系统能够在有限的误差带内成功地模拟当前条件时,它才能用于调查未知现象或以预测未来的气候状况。”结果已经发表在国际期刊《地球科学模型开发》上,非常有前途。Biastoch教授说:“特别是,我们以非常高的分辨率在区域模式下操作海洋模型的专门知识大大改善了结果,并减少了常见的模型误差,例如墨西哥湾流系统中海面温度的偏差。”FOCI还可以实现以前在海洋中高达一公里的空间分辨率下无法实现的配置。

迄今为止进行的基本实验包括在1500年的时间里使用工业化前的温室气体进行控制,以及涵盖1850年至今的数个实验,这些实验数据可用于验证。Katja Matthes说:“目前的结果令人鼓舞。”该系统将得到进一步完善,并将用于解决自然气候波动以及人为气候变化等各种问题。“从我们的角度来看,FOCI是GEOMAR模拟海洋中的小规模过程,平流层与对流层之间的相互作用以及海洋中的生物地球化学过程的理想系统。它还使我们能够开展复杂的项目,例如大量的模型仿真几十年来,计算时间相当合理。” Matthes教授总结道。

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