三、气候模式

　　气候模式不要求考虑微观的气候变化，也不要求深刻揭示小气候与地方气候特征的基本机理。气候规模的一般分类见表5-13。

　　气候模式只对大气候的平均状况或趋势状况作出解析。因此它可以被考虑成为这样的概念：即它是在大尺度气候范畴内，对其结构与变化所实施的物理数学表征方式。其中主要涉及到大气，当然也必须考虑到大气—海洋—冰盖等各个子系统的偶合，以及与此有关的各个方面。比如大面积的陆地冰盖，在地球进化的历史中，曾经对地理环境的气候变化，起过相当大的作用。但时至今日，尚无一个模式能够最广泛地反映地表特性、生物因素以及其他有关要素互相作用的机制。这当然可以归结到所研究对象的复杂性，但同时也说明了人们的认识深度尚停留在一个有待提高的阶段。气候模式的动力学基础，可以归纳到制约该系统的动量、能量、质量的基本方程中去。而这些基本方程又同一些相应物理参数的基本信息，以及表达该系统特性和边界条件所必需的规定一道，共同阐明气候模式的结构与功能。对于大气要素而言，这些关系写在表达水平动量守恒、热量守恒、质量守恒的一组方程式内：

　　以上方程集合中，a假定为理想球体的地球半径：φ为地理纬度；λ为

　　处规定，因变量水平风速VH的向东分量为u，向北分量为v，垂直通量为w。并且有w=dP/dt，P为大气压；Cp为空气的定压比热；C为水汽凝结量；E为水分蒸发量；T为温度；Φ为等压面的地理位势；q为大气比湿；

　　=RT一道（R为气体常数），全部的方程集合共同组成了一个封闭的动力学系统，其中变量u、v、w、T、q、α，以及摩擦力Fλ和Fφ，非绝热加热Q、净蒸发E和净凝结C，再加上必要的应特别说明的边界条件，还有地球物理常数，地球—太阳体系的几何结构，大气的组成，相对于海洋来说的大陆分布与地表高程等，均是气候模式所应当涉及的，也是气候模式建立或解算所必须给予的。以上的方程集合，叙述了速度（u，v）、温度（T）、湿度（q）随时间的局部变化，这是水平与垂直流动的结果。而这些流又不可避免地伴随着在球面上运动时所遇到的地转偏向力、压力、局部摩擦力、加热特性、湿度的源/汇效应等大尺度场的表现。

　　以上方程集合中的最后一个（5.29），被用来确定垂直运动。所有这些方程，都附带有进一步的假设，成为现在已普遍应用的数值天气预报方法。同样，在陆地表面上的土壤内所含有的水分，或者在陆地表面雪盖的厚度，有时也可以被处理成为“因变量”，通过相应的方程集合，求出局部地区的净积累，并且作为降水、蒸发、表面径流和消融等的函数。

　　应用大气的统计动力学模式（SDM），可以通过简单的能量平衡方程，模拟地理地带平均温度的分布状况。此种模拟结果与实际观测数值的比较已经由盖特斯（Gates）所作出，并表现于图5-13中。

　　同时，他还模拟出了全球的反射率，其结果如表5-14。
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