气候模式的模拟功效是很有价值的,它依照普遍遵守的原理和比较精确的方法,从简化枝节和抽象本质的思路入手,常常可以取得相当可靠的结果,上面的图、表已是例证。如果再考察一下对于年平均海面温度的模拟时,就会对此产生更为深刻的印象。
在气候模式中,太阳辐射能起着决定性的作用。能量的平衡、能量的流动、能量的交换等,都是需要充分了解的。为此,我们特将太阳辐射能的平衡状况,归纳在表5-15中。
在理论地理学中,我们很有必要了解全球气候状况“数值过程—响应系统”的概念及其潜在的应用。但目前还很少看到有关这类研究的发展或创新。一般而论,在理论地理学中的气候学模型,还缺乏物理气候学的基础与动力气候学的专门训练,尤其在大
尺度的过程—响应模型方面,更是如此。
本节的目的在于引进一类数值方法,由此出发而有效地模拟全球气候系统的动态过程。这必然涉及到能量转换(即太阳辐射能在地理环境中的分布、平衡、转换等一系列问题)及大气环流问题。从模型的基本性质出发,要求所用的统计参数应尽可能地少,
而且对它们的处理应尽量地简单,这样的气候模型才有可能被广泛地接受,以便有效地模拟全球范围内温度分布与大气环流的格局。
现在阐释一个一维的全球能量平衡模型。作为该模型的基本变量,应该知道年平均表面温度随地理纬度的变化。这种模型十分类似于赛勒斯(Sellers)于1969年所建造的那种模型,因此仍坚持在对水平运动的描述上,采用由行星边界层演绎出风场的变化。所使用的输入变量和输出变量,列于下边:
模型输入变量 模型输出变量
太阳温度 海面温度
太阳半径 地表温度
平均太阳常数 太阳辐射
地球轨道半径 地面辐射
地轴倾斜 净余辐射
轨道偏心率 潜热转换
转动角速度 显热转换
夏至 总热量转换
近日点日期 经向风
有效发射率 纬向风
地面高度 湍流扩散
海洋覆盖面积 饱和水汽压
反射率 比湿
上述变量可在天文的、大气的和下垫面因素的扰动下,对全球气候变化的有关理论,实施模拟和实验。
我们所介绍的这个模型,属于解释性的模型。它基本上是以地—气系统能量平衡方程作为出发点的,并以地球上每10个纬度值为一个“带”模拟所研究的结果,其基本方程为:
式中:Rs为辐射平衡;Lc为水汽的净热通量;C为净显热通量和由大气循环而致的潜在能;F为由洋流而致的净显热通量;P为平流越过纬向环圈的能量总和(lc C F);A0为一个带的面积(包括10个纬度值);l0和l1分别为这个带北部边界和南部边界之长度。
在如上所述的模型中,需要知道△T的数值,它表示连续的带之间的温度差(T0-T1)。上式提供出一个简单的计算程序,并且可由能量的输入、输出和地—气系统中的能量转换给予表达。
每一个带的辐射平衡项为: