在過去的幾十年裡，氣候模型背後的基礎科學得到了極大的改進，部分原因是稱為耦合模式比對專案(Coupled Model Intercomparison Project)的協同研究工作。透過這項工作，科學家們提高了氣候模型的準確性及其對地球物理過程的表示。
然而，研究人員表示，另一種用於預測氣候影響的模型仍然存在很大的不確定性。這些模型被稱為影響模型，它將顯示大氣和海洋系統變化的氣候模型輸出轉化為對農業、洪水、乾旱甚至人類健康等事物的影響。
這些結果對於規劃者和政策制定者來說非常有用，但影響模型仍處於早期階段，預測結果有些不可靠。
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這是德國波茨坦氣候影響研究所的科學家致力於改進它們的主要原因。這項工作被稱為跨部門影響模型比對專案 (Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project)，或 ISI-MIP，於 2012 年初啟動。
本週早些時候，來自 12 個國家/地區的 30 多個參與 ISI-MIP 專案的研究團隊在《美國國家科學院院刊》的特刊上發表了他們的首批研究結果。
波茨坦研究所的氣候影響研究員、該專案協調員卡佳·弗裡勒 (Katja Frieler) 說，影響模型是“氣候模型之後的第二步，對於氣候變化對人類的意義來說，這是至關重要的一步”。
雖然許多模型執行的結果存在相當大的不確定性，但這項首次嘗試是與早期氣候模型經歷的過程相似的比較、迭代過程的一部分。弗裡勒說，最終，這項工作將使影響模型更加穩健。
她說：“即使模型之間存在差異，分析它們來自哪裡以及我們的不確定性實際存在於哪裡也非常有幫助。”
該專案的論文也已提交給政府間氣候變化專門委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change) 的第二工作組，該工作組將能夠在評估氣候變化的影響時使用他們的研究結果。
植物能適應頻繁的乾旱嗎？
例如，該專案的一項研究探討了氣候變化對水文乾旱的影響，水文乾旱是一種與徑流減少相關的乾旱，導致河流、含水層、水庫和流域其他部分缺水。
在英國沃林福德的生態與水文中心水文學家克里斯泰爾·普魯多姆（Christel Prudhomme）的領導下，研究人員得出結論，在他們研究中使用的七個全球影響模型中，除一個以外的所有模型都顯示，到本世紀末，乾旱的全球範圍和頻率都將增加。
國家海洋和大氣管理局地球系統研究實驗室的氣象學家馬丁·霍林（Martin Hoerling）說，儘管這項研究使用了不同的乾旱指標（早期工作側重於土壤溼度），但這一發現與現有的關於氣候變化和乾旱的研究結果在性質上沒有不同。
但普魯多姆研究中一個不一致的結果引發了人們的疑問：一個變暖的星球可能會如何與生物圈相互作用，從而可能改變未來的乾旱預測。
該研究中使用的一個影響模型考慮了植物如何適應二氧化碳的增加，該模型並未顯示乾旱的顯著增加。該模型名為 JULES 模型，它假設植物在富含二氧化碳的大氣中會“呼吸”得更少，因此在此過程中不會損失那麼多水分。
普魯多姆說：“如果植物沒有使土壤變得那麼幹燥，那麼就會有更多的水可用於徑流。”
普魯多姆認為，JULES 模型的結果應促使研究人員重新審視他們早期關於氣候變化下水文乾旱的結論。
她說：“存在很多不確定性，因為從降雨到河流流量的轉變很複雜。” “所有這些模型都試圖以略有不同的方式解決這種複雜性。”
她補充說，“現在是時候認真研究水文模型，瞭解它們的缺陷，瞭解我們還不能很好地捕捉到的過程……我們需要更好地瞭解為什麼會這樣。”
霍林同意，他說，“這些人已經展示了我們需要解決的另一層複雜性”，即植物如何對溫室氣體增加做出反應，以及這如何影響土壤溼度和徑流。
但他還強調，儘管 JULES 模型表明全球生態系統可以減輕氣候變化對地表徑流和水文的影響，但所有跡象仍然表明，到本世紀末，乾旱將加劇。
他說：“我不願從中得出這樣的結論，即這些作者提出了一個新的警告訊號，也許乾旱不會增加。” “整體證據表明，乾旱的發生率將會增加。”
深入瞭解洪水的複雜性
另一篇論文首次使用來自各種水文模型的氣候模型和河流流量模擬來解決全球洪水風險的變化。儘管科學家預計洪水的影響會隨著氣候變化而增加，但該研究領域發表的論文很少。
這篇論文的主要作者、英國氣象局的科學家魯特格·丹克斯 (Rutger Dankers) 說，基於被稱為 RCP 8.5 的最壞情況變暖情景，結果表明，在所研究的一半河流區域中，30 年一遇的洪水到本世紀末將會更加頻繁。
在洪水風險降低的地區，丹克斯認為這可能是由於與氣候變化相關的降雪減少所致。
然而，洪水研究中使用的影響模型也存在一些分歧，這是不確定性的來源，他指出。例如，一些模型可能會預測某個地區的洪水增加，而其他模型則預測洪水減少。
有關不確定性的資訊可以反饋給影響建模者，他們可以使用這些資訊來改進模型並瞭解為什麼會出現相互矛盾的結果。
丹克斯問道：“其背後的原因是什麼，我們不確定的過程是什麼？”
特刊中發表的其他影響模型研究結果著眼於對水資源可用性、農業和健康的影響 (氣候電訊，12 月 17 日)。
一項研究量化了因氣候變化導致的水資源短缺量，以及因簡單的人口增長導致的水資源短缺量 (氣候電訊，12 月 18 日)。
該研究還確定了亞馬遜、地中海和東非的氣候變化影響熱點，在這些地區，乾旱和農業等不同壓力會相互作用。
波茨坦研究所的弗裡勒說，她的團隊計劃繼續改進影響建模研究。它還將其模型執行的結果公開提供給任何想使用它們的研究人員。
她說，目標是像耦合模式比對專案對氣候模型所做的那樣，對影響模型也這樣做：將科學重點集中在需要改進的特定領域，並最終得到一組穩健、可靠的模型。
她說：“我們認為，為影響建立類似的東西會很棒，就像氣候模型一樣。”
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