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地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報可以預(yù)估未來氣候變化狀況，了解導(dǎo)致氣候和環(huán)境變化的因素，服務(wù)于應(yīng)對氣候變化、生態(tài)文明建設(shè)、“雙碳”愿景目標等國家重大需求。地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報的水平已經(jīng)成為衡量一個國家綜合科技實力的重要標志之一，也是全球變化研究最為核心的內(nèi)容之一。充分吸收應(yīng)用人工智能等新技術(shù)發(fā)展成果，將是建立新一代地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵。未來幾十年地球的大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈、生物圈等圈層將發(fā)生什么變化？全球升溫超過1.5℃甚至2℃后我們將面臨怎樣的天氣和氣候狀況？氣候臨界點究竟在哪里？如果有一個“水晶球”可以幫助人類預(yù)知這些問題的答案，那么它極可能就是地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報。

一、給地球“把脈”

地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報是研究全球變化成因和機理、預(yù)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(tǒng)分量、定量研究它們之間繁復(fù)非線性相互作用的一種大型綜合系統(tǒng)?？茖W家借此可以計算出地球各大圈層的運動變化規(guī)律，對地球的過去進行反演，對現(xiàn)在進行觀察，對未來進行預(yù)測?？梢哉f，地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報的水平已經(jīng)成為衡量一個國家綜合科技實力的重要標志之一，也是全球變化研究最為核心的內(nèi)容之一。通過地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報，我們可以預(yù)估未來幾十年甚至上百年的氣候變化狀況，了解導(dǎo)致氣候和環(huán)境變化的因素，以及這些變化的嚴重程度，從而提升應(yīng)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(tǒng)方法顯得更為重要?！半S著現(xiàn)代社會進程不斷推進，各種人類活動對地球環(huán)境的影響日益顯著，對這些影響進行綜合性科學評估，并以此為據(jù)制定人類社會可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃，是地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報研究的重要課題。”周秀驥說。

二、為展現(xiàn)“大國擔當”提供科學支撐

作為應(yīng)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(zhàn)并存。一方面，它體現(xiàn)了我國主動承擔應(yīng)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(guī)模空前的有序適應(yīng)氣候變化的行動，將對我國經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報將服務(wù)于應(yīng)對氣候變化、生態(tài)文明建設(shè)、“雙碳”愿景目標、防災(zāi)減災(zāi)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(xù)發(fā)展提供重要的科技支撐。今年8月的IPCC第六次評估報告第一工作組報告《氣候變化1：自然科學基礎(chǔ)》指出，在未來幾十年里，所有地區(qū)的氣候變化都將加劇，極端高溫和降水事件將越來越頻發(fā)。報告指出，除非立即、迅速和大規(guī)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℃范圍內(nèi)將是無法實現(xiàn)的。值得一提的是，這份報告很多預(yù)估數(shù)據(jù)的背后都有地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報的支撐。地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報能夠更全面地考慮地球系統(tǒng)的各種過程，特別是全球生態(tài)和生物地球化學過程及其與氣候系統(tǒng)之間的相互作用，并在此基礎(chǔ)上建立起“生態(tài)-氣溫-二氧化碳濃度-碳排放量”的清晰關(guān)系，對溫室氣體核算、未來升溫預(yù)估提供有力支撐，助力碳達峰、碳中和目標的實現(xiàn)。

三、吸收新技術(shù)成果是關(guān)鍵

當前，全球氣象事業(yè)已經(jīng)到了一個全新的轉(zhuǎn)折點，氣象業(yè)務(wù)將轉(zhuǎn)向在無縫隙的地球系統(tǒng)框架下推進天氣、氣候、水和環(huán)境業(yè)務(wù)。利用地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報對氣候變化及其影響進行預(yù)測，已成為未來模式的發(fā)展趨勢?？茖W家對地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報寄予厚望，希望其在預(yù)測長時間尺度上的地球氣候和環(huán)境變化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。世界氣象組織（WMO）提出的0年目標是，要針對天氣、氣候、水和環(huán)境提供更為準確的觀測、預(yù)測信息，強調(diào)從分鐘到年代際，從局地到全球，從天氣、水、氣候到環(huán)境及其影響的全覆蓋、無縫隙全球數(shù)據(jù)處理和預(yù)報。這實際上對未來地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報模式的性能提出了很高的要求。未來地球系統(tǒng)模式將越來越復(fù)雜，模式分辨率越來越精細，同一模式考慮多個尺度的過程，對模擬個體、局地、區(qū)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(jié)中國在地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報模式研發(fā)領(lǐng)域的經(jīng)驗，客觀評估當前面臨的機遇和挑戰(zhàn)，并以此為基礎(chǔ)，瞄準國際前沿，在國家層面合理布局、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，爭取在未來國際競爭中使中國的模式研發(fā)和模擬綜合水平居國際前沿，這是當前迫切需要思考并解決的問題。周秀驥認為，21世紀是量子信息和人工智能等技術(shù)快速發(fā)展的新時代，充分吸收應(yīng)用這些新技術(shù)發(fā)展成果，將是建立新一代地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵。地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報模式的研發(fā)需要加深對地球系統(tǒng)的基本物理、化學和生態(tài)系統(tǒng)過程的認識，重點關(guān)注人類活動與自然系統(tǒng)的相互作用；需要跨越不同學科的協(xié)作和結(jié)合，包括氣象學、氣候?qū)W、水文學、環(huán)境和社會學、經(jīng)濟學等，只有匯聚各領(lǐng)域的研究成果，才能更好地將科學研究、服務(wù)和政策決策聯(lián)系起來；需要加強頂層設(shè)計，做好高水平跨學科人才的團隊建設(shè)，強化國內(nèi)外數(shù)值預(yù)報合作，充分有效地吸收與數(shù)值預(yù)報有關(guān)的各類創(chuàng)新成果，開展地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報科學技術(shù)協(xié)同攻關(guān)，不斷提升預(yù)測環(huán)境變化和重大災(zāi)害的能力。

作者:吳鵬 單位:中國氣象報