Harrison Kageyama 2021 Modeling and Paleoclimatology.pdf
本文档主要讨论了气候建模和古气候学，强调了开发古气候模型的重要性，并解释了为什么我们需要使用模型来模拟过去的气候。
**为什么要开发古气候模型？**
* **评估未来气候预测模型：** 古气候模型通过再现过去的气候变化，来评估和验证用于预测未来气候的模型。
* **理解气候系统：** 模型可以帮助我们更好地理解当前和过去气候的特征，并确定关键的气候过程和驱动因素。
* **检验古气候数据：**古气候模型可以用来验证基于观测的古气候重建结果，并识别可能存在的偏差或不确定性。
**基本建模概念：**
* **模型定义：** 模型是对科学思想的表示，用于解释一系列现象。气候模型是物理模型，包含一系列数学方程，用于追踪系统在边界条件下的演变。
* **模型复杂度：** 模型的复杂度（自由度 N）需要在深入理解系统功能和良好地代表复杂系统之间取得平衡。
* **预报变量和诊断变量：** 预报变量是模型中具有演化方程的变量，而诊断变量是从预报变量推导出的物理量。
* **模型参数、边界条件和强迫：** 模型参数是预先确定的值，边界条件是参数的空间化，强迫是随时间变化的参数。
* **敏感性实验：** 通过改变某些参数值来探索模型结果的变化。
* **动态系统：** 气候是一个耗散系统，会逐渐遗忘其初始状态。气候模拟关注渐近行为，即模型在遗忘初始条件后的行为。
**气候模型框架：**
* **选择气候系统组成部分：** 选择相关的子系统来定义模型变量，并将其他因素作为边界条件或强迫固定。
* **耦合多个组成部分：** 根据科学问题和计算能力，确定显式表示哪些系统，并将其他系统作为边界条件。描述了同步耦合和异步耦合。
* **古气候数据比较：** 确定实验设计，使模型结果与古气候记录的比较更容易。
**不同类型的气候模型：**
* **大气环流模型（AGCM）：** 基于描述大气行为的基本方程，例如能量守恒、质量守恒、动量守恒和完美气体定律。强调了参数化的概念。
* **地球系统中间复杂度模型（EMIC）：**简化了大气过程的表示，以便研究长期气候变化。
* **概念模型：** 强调关键过程的极简模型，通常用于说明气候系统的某些方面，如Budyko/Sellers模型和Stommel模型。
**案例分析：末次盛冰期气候模拟**
* 讨论了影响LGM气候的关键因素：冰盖范围和高度、海洋表面条件、大气二氧化碳浓度
* 描述了使用“因子分离”方法量化每个因素对LGM气候的影响
**总结和展望**
* 强调了气候模型的层次结构的重要性，以及每种模型类型的优势。
* 讨论了在气候模型中包含更多组件（例如冰盖）的趋势。
* 强调了进一步发展和应用古气候模型来评估各种气候条件下模型的潜力。
总而言之，这份文档提供了一个关于气候建模和古气候学的综合概述，强调了古气候模型在理解气候系统、评估未来气候预测和检验古气候重建中的重要作用。
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