1．1 气候系统模式及其研究发展
气候和环境变化是气候系统五大圈层（气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈）相互作用及其外强迫的结果，要正确认识气候系统的变化规律和预测其未来的演变。必须建立能正确反映各圈层之间相互作用和反馈的理论和方法。气候系统模式是基于地球系统中的动力、物理、化学和生物过程建立起来的数学方程组（包括动力学方程组和参数化方案）来确定其各个部分（大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈）的性状，由此构成地球系统的数学物理模型，然后用数值的方法进行求解．并在大型计算机上付诸实现的一种气候预测手段。气候系统模式就是理解气候变化规律和预测未来气候变化的最重要的、甚至是不可替代的研究工具。
气候模式的先进性或可信度体现在三个方面：①构建气候模式的基础是一套描述地球系统特征的物理或定律和数学方程组，它们在物理学、数学或计算数学领域中是完全被证明和认可的；②气候模式具有模拟或复制现代气候的能力；③气候模式能够重现或复制过去气候（古气候）和气候变化的特征。因此，气候模式的发展受到高度的重视，它对未来的气候条件能够提供有物理依据，比较可信的客观、定量的预测结果，尤其是对大尺度气候异常和变化的预测可信度较高。
1．1．1 国际气候模式的发展气候模式的发展图谱见图1-1，国际上最早的气候模式（仅为大气模式）发展于20世纪70年代中期，至80年代中期实现了陆-气、海-气模式耦合。20世纪90年代末，气候模式已发展的相对完善，海-陆-气耦合模式中已包含了硫化物循环。这时还研制了非硫化物循环模式和动态植被模式，陆地和海洋碳循环模式已融合成完整的碳循环模式。经过几十年的努力，如今的气候模式已完全包括了碳循环和硫化物与非硫化物气溶胶作用。
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