气候科学家告诉我们，气温会升高。降雨的量和地点可能会发生变化。海平面上升可能会加速。海洋会变得更加酸性和缺氧。预计洪水、干旱、风暴和其他极端天气事件的频率或强度会发生变化。
但他们是如何知道这些的呢？
对气候科学家来说，数值模型是他们的工具。但对普通人来说，甚至对其他领域的科学家来说，气候模型可能看起来很神秘。 “数值”到底是什么意思？气候模型除了考虑大气之外，还会考虑其他因素吗？科学家如何知道一个模型是否可靠？
气候建模领域的两位专家，美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research）的Andrew Gettelman和密歇根大学（University of Michigan）的Richard Rood，将免费为您解答这些问题以及更多。在一本新推出的开放获取的书中，《气候模型揭秘》（Demystifying Climate Models），他们阐述了基本原理。在这282页的书里，科学家们解释了气候科学的基础知识，这些科学如何转化为气候模型，以及这些模型能告诉我们什么（以及不能告诉我们什么）——整个过程没有任何一个公式。
AtmosNews 采访了 Gettelman，了解了这本书的更多信息，任何人都可以 在此下载。
写这本书的动机是什么？
市面上并没有其他书能像这样阐述模型的哲学和结构。市面上有一些教科书，但里面充斥着大量的物理和化学知识：动量方程、湍流通量的信息——如果你想自己构建模型，这些信息很有用。
然后也有面向普通读者的关于气候变化的书籍，它们在气候建模方面可能只用一个段落。中间的空白太多了。
这本书为入门级研究生、或者其他领域对使用模型输出感兴趣的人，或者只是好奇气候如何运作以及我们如何模拟它的人，提供了一个入门介绍。
您经常听到关于气候模型的最普遍的误解有哪些？
一种是人们说气候模型是基于不确定科学的。但事实并非如此。如果我们不知道科学，我的手机就无法工作。收音机也无法工作。GPS也无法工作。
这是因为使地球变暖的能量，它从太阳辐射出来，被地球表面吸收和重新发射——也被大气中的温室气体吸收和重新发射——属于构成无线电波的同一辐射光谱。如果我们不了解电磁波，我们就无法创造出我们今天依赖的技术。这同样适用于支撑气候模型其他方面的科学。
但我们并不是什么都了解，对吗？
我们已经了解了基本的物理学数百年。其中最后一块，即二氧化碳会使大气变暖的发现，是在19世纪末、20世纪初完成的。其他一切——运动定律、热力学定律——都在17世纪到19世纪之间被研究出来了。
我们建模系统中的不确定性确实仍然存在。本书的很大一部分内容在于科学家如何理解这种不确定性，并将其视为工作的一部分。如果你知道自己不知道什么以及为什么，你就可以利用这一点更好地理解整个气候系统。
我们能完全消除不确定性吗？
不能完全消除。在我们的书中，我们将不确定性分为三类：模型不确定性（模型在反映地球真实运作方式方面有多好？）、初始条件不确定性（我们对当前地球系统的了解有多好？）、以及情景不确定性（未来的排放会是什么样子？）
为了更好地理解，可以想象一个可以模拟制作披萨的电脑模型，这或许会有帮助。这个模型不是试图弄清楚50或100年后地球的气候会是什么样子，而是预测披萨烤好后会是什么样子。
你想知道的第一件事是模型在多大程度上反映了披萨制作的现实。例如，模型是否考虑了制作披萨所需的所有食材，以及它们将如何演变？奶酪会融化，面团会发酵，意大利辣香肠会收缩。模型能多好地近似每个过程？这就是模型不确定性。
你想要知道的第二件事是，你是否可以将披萨的“初始条件”输入模型。一些初始条件——例如披萨上有多少片意大利辣香肠以及它们的位置——很容易观察到，但另一些则不然。
例如，揉制披萨面团会产生小的气穴，但你不知道它们的确切位置。当面团被加热时，空气会膨胀，在饼皮上形成大的气泡。如果你不能告诉模型气穴在哪里，它就无法准确预测披萨烘烤时饼皮气泡的形成位置。
气候模型也是如此。地球的某些部分，如深海和极地地区，不容易被详细观测，因此科学家需要估计那里的情况，这会导致模型结果出现第二种类型的不确定性。
最后，披萨烘烤模型还必须处理“情景不确定性”，因为它不知道烘烤披萨的人会将它放在烤箱里多久，或者在什么温度下。如果不了解这个人将做出的选择，模型就无法确定面团是会变得柔软、酥脆还是烤焦。
对于气候模型来说，在像一个世纪这样长的时间尺度上，我们发现情景不确定性实际上是主导性的。换句话说，我们不知道未来几年和几十年里，世界各地的人类将排放多少二氧化碳，而事实证明，这才是最重要的。
您经常听到的还有其他误解吗？
人们总是说：“如果我们连下周的天气都预测不了，怎么知道50年后的气候会是什么样？”
总的来说，我们无法完美地预测天气，因为我们并不完全了解所有当前的条件。例如，我们没有天气模型的每个网格点，或者海洋大部分地区的观测数据。
但气候并不关心50年或100年后的某个特定日期的具体天气。气候是天气的统计分布，而不是这个分布上的一个特定点。气候预测关注的是这个分布的统计数据，而这由长期的能量和质量守恒定律决定，这一点我们是了解的。
在撰写本书的过程中，您在气候建模方面学到了什么吗？
我的背景是大气。我几乎是一气呵成地写完了关于大气的部分。但我必须学习模型的其他方面，海洋和陆地，它们的运作方式截然不同。大气只有一个边界，一个底部边界。我们只需要担心它如何与山脉和其他地表起伏相互作用。
但海洋有三个硬边界：底部和两侧，就像一个巨大的粗糙浴缸。它在顶部还有一个与大气的边界。这些边界极大地改变了海洋的运动方式。而陆地则完全不同，因为它根本不移动。写这本书确实让我对地球系统其他部分的一些细微之处以及我的同事们如何模拟它们有了新的认识。
写这本书的过程中，您觉得最有趣的部分是什么？
我认为是迫使自己用易于各种人理解的比喻来思考。我可以花很多普通人日常不用的词语来描述一个模型，比如“通量”。想出既能准确描述模型和科学，又能被所有人理解的词语，这对我来说是一个有趣的挑战。
AtmosNews 报道了 美国国家大气研究中心 的工作。
