氣候模擬/數值計算方法

氣候模式的分類

這裏介紹兩種氣候模式的分類。

McGuffie and Handerson-Sellers (2005) 將氣候模式按四個維度進行分類。四個維度是：A 地表過程；B 輻射過程；C 動力過程和模式解像度；D 生物化學過程。氣候模式因對這四個維度的覆蓋程度和表達水平不同，從簡單到複雜可分類如下：

• 能量平衡模式（A） EBM
• 1D 輻射對流模式（B） RCM
• 2D 統計動力模式（ABC） SDM
• 中等複雜度地球系統模式（ABCD） EMIC
• 耦合氣候系統模式（ABC） CSM
• 高解像度地球系統模式（ABCD） ESM

Claussen (2002) 將氣候模式按三個維度進行分類。三個維度是：A 解像度表達的精細程度；B 物理過程的完整程度；C 可積分性。氣候模式因在這三個維度上的差異可大體分為三類：

• 概念模式（或簡化模式）：A和B都很差，通常只關注某一種或幾種重要的物理過程，如EBM就是一個很好的例子。但C非常出色，因而常用語古氣候模擬，動輒就能模擬成千上萬年，為了解氣候的長期演變特徵提供了可能。
• 中等複雜度地球系統模式（EMICs）：ABC三方面都很平衡，是研究歷史氣候和古氣候的利器。通常大氣都是簡化的EBM或SDM，海洋是EBM或原始方程，其它模塊儘可能使用較簡單的參數化。IPCC-AR4曾給出過一個EMICs的列表，匯總了8個EMICs的主要參數，參見 https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/ch8s8-8-3.html
• 完整的耦合氣候模式：A和B最好，但C最差。這是狹義概念、一般意義上人們常說的氣候模式。大氣和海洋通常都是原始方程模式，海冰和陸面過程有可能有不同程度的簡化。不含化學過程的常稱為CSM（Climate System Model），含化學和其它更多Biogeochemistry過程的稱為ESM（Earth System Model）。