什么是气候模型，我们为什么要使用它们？
在过去的年里，地球的气候发生了很大的变化，尤其是最近。一些变化，如冰川的融化，是肉眼可见的。其他的，比如下雨频率的变化，并不容易看到。幸运的是，我们不仅依靠眼睛来记录变化。科学家们已经在全球范围内安装了仪器，可以不断测量温度，雨水，风和阳光的变化。我们甚至在卫星上在太空中安装了仪器，不仅记录了天气，还记录了海洋，冰盖和陆地的气候相关属性，所有这些都显示了地球的气候状况。
为了更好地了解观测到的气候变化背后的原因，科学家们需要做实验。假设一位气候科学家很好奇，如果太平洋的海盐量突然像现在这样翻了一番，会发生什么。如果科学家通过将数吨海盐释放到海洋中来测试这一点，后果可能是灾难性的。相反，科学家们在计算机上创建了地球的数字副本。这个副本由计算机大气层，计算机海洋和计算机陆地组成，几乎就像一个视频游戏[1]。这个计算机副本的地球称为气候模型
气候模型是建立在计算机上的模型世界。一些气候模型比其他模型更复杂。.在气候模型中，进行实验是安全的。如果科学家愿意，他们可以在海洋中添加一堆海盐或去除所有的云层。科学家使用气候模型进行现实和不切实际的实验，以加深他们对地球气候的理解。在信任气候模型之前，科学家们希望检查模型是否正常工作，因此他们模拟最近的过去并将模型结果与实际观测进行比较。这样的实验被称为历史模拟。这可以通过在年开始气候模型并每年添加污染（包括温室气体和大气中的小颗粒）来完成，从而在今天停止实验。添加污染意味着代表人类活动，因为工业革命
这一时期始于年，当时制造过程开始向地球大气中释放温室气体和小颗粒。，始于年。使用这个历史模型，我们可以将计算机版地球上的气候变化与真实地球上的气候变化进行比较，这是由我们在地球和太空中的仪器测量的。如果这些变化是相似的，我们知道我们的气候模型正在正常工作，并且我们已经创建了一个很好的地球气候模型。有许多气候模型，因为有多种方法可以描述地球上的复杂过程。当我们查看历史模拟的结果时，我们通常会对许多模型的结果进行平均，并将数据作为一个模型呈现。例如，图1中的红线基于48个气候模型！图1显示了从工业革命到年气候模型的温度变化数据，以及仪器测量的实际温度变化。来自这些模型的数据与实际数据紧密匹配，并说明了称为全球变暖
过去年中，由于温室气体排放量增加，测量的温度升高。.红线非常接近黑线，因此我们可以看到模型在表示地球温度的演变方面做得很好。我们还可以看到，温度随着时间的推移而增加，首先是缓慢的，然后是更快的。这就是所谓的全球变暖。图1-年至年48个气候模型（红色）和观测（黑色）平均全球温度的历史发展。
浅红色阴影显示了气候模型的不确定性，换句话说：模型的变化程度，因为它们的所有48个模型都没有显示完全相同的温度变化。
准确的气候模型不仅可以用于估计未来，还可以用于指导未来的人类行动。我们未来的气候取决于我们未来的行动，科学家使用气候模型来帮助我们防止危险的气候变化发生。
我们如何用气候模型来估计未来？气候变化主要是由于增加排放
在这种情况下，某种东西被释放到大气中。之温室气体温室气体（GHGs）是使空气变暖，导致全球变暖的气体。最著名的是二氧化碳。，特别是二氧化碳（CO2）。气候模型是评估未来气候变化的好工具，因为我们可以用它来试验未来可能发生的不同程度的污染。我们不可能确切地知道人类未来会排放多少污染，但我们可以创造关于未来可能是什么样子的不同故事。我们称这些故事为场景一个关于未来是什么样子的潜在故事。我们的未来有很多情况，这取决于我们排放的污染程度。.一种情况可能是，整个世界都在合作，大力减少我们排放的温室气体量，甚至可能从空气中捕获二氧化碳。这种情况非常有希望，我们可以称之为最佳情况，或者像许多科学家所说的那样，低排放情况。最糟糕的情况是，人类未来将继续向大气中排放越来越多的二氧化碳，就像我们从年到今天所做的那样。使用气候模型的实验是通过改变未来每年计算机大气中的污染量来进行的，要么降低污染水平以检查最佳情况，要么增加污染水平以检查最坏情况。气候建模与历史模拟
一个气候模型实验，始于年，结束于今天，其中包括污染排放。将历史模拟与观测进行比较。前面提到的是，历史模拟始于年，结束于现在，而对未来的建模始于现在，并可能在2年结束。由于我们未来没有任何来自仪器的真实世界测量，这意味着当我们展望未来时，我们无法将我们的模型地球与真实地球进行比较，这就是为什么只有一种情况是不够的。我们需要一些气候模型，以便我们能够了解最佳情况，最坏情况以及介于两者之间的情景。有了这些信息，我们可以做出最能塑造未来的选择。气候模型告诉我们关于未来的什么？我们的地球计算机模型告诉我们，我们的星球将在未来几十年内继续变暖。然而，地球的热度将直接取决于我们所有人的生活方式，我们吃什么食物，以及我们将继续污染我们的星球。
我们所有的模型都告诉我们的一件事是，我们需要快速减少污染（图2）。如果世界各国今天都开始减少二氧化碳排放，到本世纪末，地球只会变暖1.8°C。在这种乐观的情况下，我们将阻止海平面上升得太快，这样我们的沿海城市就不会被洪水淹没。温度不会太热而无法种植我们的食物，我们也会限制极端天气事件，如热浪和干旱。然而，只有当人类将排放量降低到非常低的水平，理想情况下为零时，这种乐观的最佳情况才能实现。
图2-地球未来将经历的全球变暖量（高达2年）取决于人类温室气体排放量。
1.5°C的变暖是年巴黎政治家商定的"安全"变暖量。"低"是指温室气体的低排放，我们最终会变暖1.8°C。在另一端，我们发现"极端"，它指的是我们排放极端数量的温室气体，世界将在2年变暖4.4°C。
如果我们在停止之前继续污染几十年，地球肯定会发高烧。在我们未来的这些中高排放故事中，模型地球将升温2.7°C或3.6°C。就像人体内发烧一样，温度仅仅升高几度就会使地球挣扎。山区和北极的冰川将完全融化。许多植物，树木，动物和人类也很难适应这个更热的世界。我们当然应该尽量避免这样一个关于我们未来的故事。
在最坏的情况下，我们不会简单地继续以今天的速度污染我们的星球，而是我们甚至会增加我们的排放量。在這種極端的情況下，地球會發展出大規模的燒燒並變得非常熱。我们的模型地球将升温4.4°C，这将对人类和动物造成灾难性的后果。
好消息是，一些国家已经开始减少排放，所以我们可能不会遵循这种极端情况。坏消息是，我们的模型和观察告诉我们，低排放的故事，最好的情况也变得越来越不可能。我们目前最好的估计是，我们将在2年走向大约3°C[2]的变暖。地球升温3°C将高于世界各地政治家一致同意的1.5°C变暖的安全阈值。但是，我们的模型也告诉我们，我们仍然有可能保持在1.5°C以下的变暖！
结论气候模型可用于在现实生活中不可能实现的实验。这些模型可以用来估计未来和过去，但我们未来的故事取决于人类将排放多少污染。研究人员为未来的排放创造了几种情景。气候模型显示，到2年，全球变暖可能从1.8°C增加到4.4°C。目前，气候科学家估计，我们最终将全球变暖约3°C[2]，这样的世界将与今天的世界截然不同。重要的是要记住，这种估计的变暖不一定会发生。还有时间做出改变，以限制气候变化，即使是1.8°C的低排放情景。如果我们共同努力，大力和迅速地减少温室气体排放，我们就能保持地球的健康和宜居性。