2014年05月20日10:59
氣候變化的預測，利用了最新的氣候科學和計算機技術。因要將地球表面和大氣層劃分成網格狀小塊來預測，所以計算量極其龐大。
本世紀末，全球平均氣溫最高將上升4.8℃，海平面將最高上升82cm。2013年到2014年，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布評估報告，有關氣候變化的未來預測結果接二連三地公布出來。
很多人或許都會有這樣的疑問：“這些數值是由誰、怎樣算出來的？”IPCC公開的這些數值是全球科學家採用名為“氣候模擬”的技術計算出來的。稱得上氣候變暖預測主角的這項技術是什麼樣子的呢？
將地球劃分成網格狀
氣候模擬技術使用能以計算機再現氣候的“氣候模型”。 以計算機程序的形式輸入了地球數據和物理定律。
地球數據包括地球的大小、旋轉、重力、來自太陽的能量、陸地和海洋的分布、陸地植物分布等構成地球的基本要素，均使用了最新的觀測數據。
物理定律則是決定氣候變化規律的要素。氣候模擬技術使用通常的物理方程式，如風或海水的流動使用“牛頓運動方程式”，空氣及氣體的密度變化使用“氣體狀態方程式”等。氣候變暖預測就是用計算機對這些方程式求解。
但地球上各處的氣候並不相同，因海洋及陸地、熱帶及寒帶等細微變化的相互影響是時刻在變化的。因此，在用計算機運算時，要把陸面和大氣劃分成網格狀，分別對每個網格作計算。要對每個網格分配數據，求解方程式，推導出網格內的變化。
然后再將網格內發生的變化傳遞給相鄰的網格，在相鄰的網格內根據這些變化進行計算。以10分鐘為單位連續計算到100年以后，得出的結果就是100年以后的預測值。
要以高精度再現氣候變化，必須盡量細化網格的尺寸（分辨率）。比如，同一網格內的部分氣流上升，同時又有部分氣流下降時，這些變化會相互抵消而導致計算結果“沒有變化”。這樣就很難提高精度。
盡管如此，雖因氣候模型不同而異，但計算時使用的變量仍會多達200∼300個。簡單來考慮，如果將網格的邊長細化為原來的三分之一，那麼網格數量就會增至9倍，計算量也會增加到10倍以上。因此，氣候變化模擬往往使用能進行大規模高速運算處理的超級計算機。
完善天氣預報技術
日本氣象廳氣象研究所從1970年代就開始開發和使用氣候模型了。氣候研究部第四研究室室長行本誠史表示，“預測氣候變化時使用的基本技術幾乎與天氣預報相同。”
天氣預報主要使用模擬大氣變化的“大氣模型”。將當日觀測的氣溫及氣壓等數據放入氣候模型，以10分鐘為單位連續計算氣候的變化，一直計算到一天以后，得到的結果就是第二天的天氣預報。
而進行氣候變化預測時，需要使用復雜的模型，除了大氣之外，還要加上海洋、陸地及冰川等。除了大氣模型之外，氣象研究所還開發出了再現海洋變化的“海洋模型”、再現大氣中塵土和微粒子運動的“氣溶膠模型”，以及將臭氧層濃度對地球帶來的影響考慮在內的“臭氧模型”等。在最新的第五次評估報告中，氣象研究所使用將這些模型融為一體的“地球系統模型”預測了氣候變化。
運行地球系統模型的超級計算機是日立制作所制造的“SR16000”。該計算機可在1秒鐘內進行72.2萬億次數值運算。與2007年公開第四次評估報告時相比，性能提高到了20倍以上，網格分辨率也提高到了120km（邊長）。包括海外在內，大多數氣候模型的分辨率都隻有200∼300km左右。
性能為個人電腦的1萬倍
日本還開發出了一種專門用來預測地球環境變化的氣候模型，並已投入使用。那就是由東京大學氣候系統中心、國立環境研究所、日本海洋研究開發機構共同開發的“MIROC”。
MIROC在NEC生產的稱為“地球模擬器”的超級計算機上運行。該計算機的開發費用約為500億日元，2002年3月開始投入使用，在之后的兩年半內一直保持性能世界第一，是能夠代表日本技術水平的超級計算機。
目前使用的超級計算機是2009年問世的第二代機型，計算性能提高到了原來的3.2倍。可在1秒鐘內進行131萬億次計算。這是普通個人電腦的1萬多倍。網格分辨率為50km，達到了全球最高水平。
第五次評估報告列出了很多有關海洋的新知識。比如，“到達地球的太陽能會被海水吸收90％以上，即使在超過3000m的海洋深處，水溫也會上升。”
這是2000年開始實施的國際海洋觀測項目“Argo計劃”的成果之一。該項目在全球海洋中布放了很多觀測浮標，用來測量海水的溫度及CO2濃度。地球模擬器使用Argo計劃收集的100多萬個觀測數據，推導出了相關影響及未來預測結果。
依靠經驗法則的部分需改進
第五次評估報告還列出了另外一項成果，即“因人類活動而排放到大氣中的CO2總量約為5000億噸，其中陸地和海洋分別吸收了約30％”。獲得這項成果得益於能夠用氣候模型再現已將海洋及陸地吸收和釋放CO2的過程考慮在內的“碳循環”過程。
碳循環過程往往通過基於觀測數據的經驗法則來表現，因此無法嚴密地再現地球環境。實際上，碳循環的量和速度因生物而異，每個地區也存在差別。用氣候模型再現這些差異，是提高氣候變化預測准確性所面臨的課題。
地球模擬器將於2014年度更新為第三代，性能提高10倍。海洋研究開發機構地球系統整合模擬研究部高級研究員河宮未知生表示，“如果性能提高，就能進行精密的模擬，這樣便可實現准確性更高的預測。”（作者：半澤 智，日經技術在線！供稿）
