本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
我的大部分日常工作涉及使用計算機模型模擬藥物和蛋白質等分子的行為。這個領域與其說是科學，不如說更像是一門藝術，部分原因是正在建模的系統過於複雜且難以理解，無法屈服於精確的解決方案。成功通常取決於在類似系統上工作所獲得的經驗和直覺。這並不意味著沒有正確的預測，但這確實意味著驚喜比我們想象的更常見，並且許多現象不可能在非常精確的精度範圍內建模。模型的失敗有時可以追溯到簡單地無法模擬系統基本組成部分的行為。在某些情況下，這個組成部分僅僅是包圍蛋白質的水；水仍然是一種像其他物質一樣神秘的物質。在其他情況下，它可能是系統的熵。問題在於，即使我們知道這些因素是導致我們模型侷限性的原因，也難以計算這些因素。
一份關於氣候變化模型未能預測美國西南部主要乾旱時間的近期報告讓我想起了我自身領域中的一些問題。不幸的是，實際論文尚未發表，因此我們將不得不等待詳細資訊，但《自然》雜誌的新聞報道對此進行了很好的總結。
紐約州帕利塞德斯市哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的斯隆·科茨和他的同事測試了一個最先進的氣候模型是否可以模擬已知在過去一千年西南地區發生的乾旱。該模型納入了影響溫度和降雨的現實數字，例如大氣二氧化碳水平、太陽輻射變化和火山爆發產生的火山灰。它還納入了厄爾尼諾/南方濤動（ENSO）的變化。
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結果令人困惑。儘管模擬產生了一些持續數十年之久的顯著乾旱，但這些乾旱與已知的特大幹旱的發生時間不符。事實上，當模型被輸入影響降雨的變數的真實值時，乾旱發生的吻合程度與模型執行控制模擬（其中值被不現實地保持恆定）時沒有什麼不同。“該模型似乎遺漏了一些驅動大型乾旱的動態，”研究參與者，拉蒙特-多爾蒂的歷史氣候模式研究員傑森·斯默登說。
他說，該團隊測試的其他氣候模型也好不到哪裡去。特別是，這些模型未能重現中世紀暖期（公元900年至1200年之間，全球氣溫與今天差不多高）期間西南部發生的一系列持續數十年的乾旱。
該團隊繼續為模型的失敗提供了幾種可能的解釋，最有可能與它們無法解釋ENSO迴圈中的細節有關。研究人員還指出，這些模型可能沒有捕捉到生物圈的一些重要特徵。
除了未能重現厄爾尼諾現象和拉尼娜現象外，現有模型也沒有完全捕捉到其他影響降雨的因素，例如雲和植被。但斯默登補充說，抑制降雨和有利於長期乾旱的大氣和海洋動力可能本質上是隨機的，因此幾乎無法預測。
事實上，自20世紀50年代氣候計算機模型誕生以來，這個問題一直困擾著它們。早期的通用環流模型（GCM）包括大氣運動和風速、溫度和壓力等因素。隨著時間的推移，這些大氣環流模型變得非常複雜，考慮了輻射傳輸和各種氣體的opacity。這些模型的優點和缺點在很大程度上延續到了現代氣候建模中。
總的來說，這些模型非常擅長模擬大氣運動，但在解釋生物圈中的複雜過程方面仍然不足，包括土壤、森林、河流、山脈以及居住在這些環境中的各種植物和動物的行為。大氣模擬準確和生物圈模擬遜色之間的這種差異可能是造成氣候建模中許多缺陷的原因。正如研究人員所說，這些模型仍然不擅長捕捉雲的精細細節及其對水的影響。令我震驚的是，分子模型和氣候模型都在建模最簡單和最普遍的物質——水方面掙扎。難怪它們很難預測乾旱和降水。最後，當關鍵因素保持不變和允許變化時，結果沒有差異，這指向了一組獨立且可能未知的因素正在影響模型結果。
儘管如此，正如文章所說，關於全球降水的主要預測似乎更清晰，並且基於全球範圍內的廣泛實地研究；氣候變化不僅僅是計算機建模。然而，問題在於預測當地的降水模式，不幸的是，正是這些型別的預測推動了地方和州級別的公共政策。當然，這種建模資料最重要的結果是它提供了關於氣候變化模型的優勢和侷限性的知識。而知識總是非常有用的。