隨著全球變暖，區域氣候信號逐漸顯現。盡管氣候科學的“標準方法”成功預測了部分現象（如陸地升溫快于海洋、北極放大效應等），但越來越多的觀測信號與模型預測不符，尤其是在區域尺度上。與此同時，計算方法的革新正在挑戰傳統范式。本文探討了氣候科學當前面臨的“危機”，分析了標準方法的物理基礎、積累的異?，F象及其政策意義，并提出了未來研究的路徑。
1 氣候科學的“標準方法”及其成功
20世紀中葉，基于物理定律的氣候模型首次成功預測了CO?濃度倍增導致的全球變暖趨勢，包括垂直溫度結構、平流層冷卻、北極放大效應等。這些預測的核心是“標準方法”——通過分離大尺度與小尺度過程，應用熱力學和力學定律（如輻射對流平衡、角動量守恒）構建氣候模型。這一方法的成功為2021年諾貝爾物理學獎的部分成果奠定了基礎。
標準方法通過逐步增加物理復雜性（圖2），實現了“復雜中的簡潔性”（Held, 2014），其預測的穩健性源于對物理過程的清晰追溯。例如：
全球平均：輻射對流平衡（RCE）解釋了CO?增加導致的表面增溫和平流層冷卻。
經向平均：角動量守恒解釋了哈德萊環流和風暴路徑的極移。
經向偏差：局地加熱和地形扭矩解釋了靜止渦旋（如歐洲冬季溫和現象）和沃克環流。
2 危機的信號：觀測與預測的背離 本+文+內/容/來/自:中-國-碳-排-放（交—易^網-tan pai fang . com
隨著觀測記錄的延長，區域氣候信號的異常逐漸顯現（圖3），可分為三類：
預期信號但幅度不符：
北極放大效應強于預期（Rantanen et al., 2022）。
上層對流層增暖弱于預期（Po-Chedley et al., 2022）。
與預期相反的信號：
熱帶西太平洋增暖快于東太平洋（Wills et al., 2022）。
沃克環流增強（Chung et al., 2019）。
陸地干旱區比濕下降（Simpson et al., 2023）。
無理論預期的信號：
雷暴直線風速增強（Prein, 2023）。
南極海冰驟減（Purich & Doddridge, 2023）。
這些異?？赡茉从跇藴史椒ǖ膬蓚€核心問題：
尺度分離假設（LSD）：忽略小尺度過程（如深對流）對大尺度環流的反饋。
分量耦合缺失：大氣-海洋-陸地相互作用的簡化導致熱帶和南大洋偏差。
3 新范式的挑戰與機遇 內/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網-tan p a i fang . com
計算方法的革新
超大規模集合：量化初始條件和參數化不確定性，但缺乏機制解釋（Maher et al., 2019）。
公里尺度模型：顯式解析對流和海洋渦旋，緩解海溫模式偏差（Yeager et al., 2023）。
機器學習：從數據中挖掘新規律，但可解釋性受限（Watt-Meyer et al., 2023）。
理論框架的重構
填補分量耦合的空白：發展中尺度耦合理論（如ENSO振蕩機制）。
多尺度漸進分析：量化小尺度通量（如水汽輻合）對大尺度的影響（Klein, 2010）。
4 未來路徑：危機與否，科學如何前進？
以異常為指引：通過觀測檢驗LSD假設，如熱帶對流與環流的耦合（Bony et al., 2020）。
發展可檢驗假說：例如南極融水對南大洋冷卻的貢獻（Roach et al., 2023）。
重建層次模型：平衡簡單與復雜，避免“唯復雜性”預測（如臨界點理論的不穩健性）。
5 政策啟示 本*文`內/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網-tan pai fang . c o m
危機不否定減排的緊迫性——全球變暖的物理基礎依然堅實。但區域預測的不確定性要求決策者：
區分“不確定性”與“無知”，采用適應性管理（Marchau et al., 2019）。
關注小尺度過程的突現風險（如極端天氣）。
6 結語
氣候科學正經歷庫恩（Kuhn, 1962）所述的“危機”階段：異常積累催生范式變革。無論是通過改進標準方法，還是轉向數據驅動的新范式，這一過程將深化我們對氣候系統的理解。對學者而言，此刻正是重新審視基礎假設、擁抱多學科交叉的契機。
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