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地球系统模型不足以应对未来气候变化的挑战
科学家发现，缺乏对融化冻土的适当描绘，导致地球系统模型在未来气候预测上存在巨大的不确定性。
据Woodwell气候研究中心及一支国际模型专家团队在《自然·气候变化》杂志上发布的一篇新评论指出，科学研究的资助方式削弱了地球系统模型，可能会扭曲重要的气候预测。
由于人为引起的气候变暖导致气候愈来愈热，北方含有大约两倍于大气的碳元素的冻土开始融化。这些从融化冻土中释放出来的排放物是未来气候预测中最大的不确定性之一。然而，预计未来碳排放量的主要模型中并未精确描绘冻土动态。
在最近的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(ESMs)中，只有两个包括冻土碳循环，而且这些模型目前采用过于简化的近似方法，并没有捕捉到随着气候变暖，冻土碳如何被释放到大气中的全动态方式。研究人员在实地观察到的一些过程，例如急速冻土融化如何造成池塘与湖泊，改变地表水文的方式，这些运动都与这些近似相悖，但对于冻土碳及其对全球气候的潜在影响都有大的意义。
“冻土中碳会发生什么，是对未来气候最大的未知因素之一。” Woodwell气候研究中心的高级研究科学家兼报告的首席作者Christina Schaedel表示，“地球系统模型对预测碳何时何地如何释放至关重要，但当前模型团队没有足够的资源准确描绘冻土。我们希望建立更准确的气候预测，这需要改变。”
地球系统模型是能预测未来碳排放和气候动态的超级计算机驱动的程序，只能预测它们所代表的过程。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的了解越来越深入，ESMs变得越来越复杂，包含越来越多的过程。实际上，这意味着多年的技术代码开发，整合观察数据，以及参数化和测试模型。
然而，大多数科学研究的资金都在三年资助周期内操作，并围绕解决新科学问题的项目结构。作者们表示，相对短的这个周期，并不足以训练模型系统的开发人员，或在团队换人之前完成关键和复杂的模型开发步骤。
David Lawrence是美国大气研究中心社区地球系统模型的联合负责人，他表示，“随着这些建模系统变得越来越复杂，研究生或博士后尽快了解模型开发需求的完整范围，并在一般的三年提案时间内完成开发项目变得困难，甚至更难了。遗憾的是，这导致许多项目未能完成。”
作为报告的合作者之一的Lawrence表示，虽然他合作的模型团队在描绘冻土复杂过程方面取得了进展，但有限的资金意味着“改进被纳入核心CTSM代码库的速度相对较慢。”
作者们写道，“需要大量的资金，大约每个ESM需要几百万美元，以提供模型开发所需的必要基础设施和支持。”他们认为，为提速正在进行的模型改进，需要有针对性的资金和高技能的软件开发者和程序员。
“近年来，北极研究变得非常合作和复杂——科学家们并不再仅仅研究一个地点的一种植物，” Schaedel说。“而且，虽然对长期数据和复杂模型开发的需求变得越来越明显，但是资金的可获得性并没有跟上。我们希望看到的是资金机会与我们面临的气候挑战相匹配。”
“过去15年里，我们对冻土如何融化和排放碳的理解有了大幅度的提高。” Woodwell气候研究中心的副科学家，Permafrost Pathways项目的共同领导Brendan Rogers表示，“资助地球系统模型来代表冻土融化将确保这些成果在模型中得到体现，而且确保关键的气候目标和碳预算都基于我们拥有的最好的科学。”