資金方面的挑戰和複雜性使得永凍土過程被排除在為全球氣候目標提供資訊的模型之外。伍德威爾氣候研究中心（Woodwell Climate Research Center）和一個國際模型專家團隊今天（1月18日）發表在《自然-氣候變遷》（Nature Climate Change）雜誌上的一篇新評論指出，科學資助的方式阻礙了地球系統模型的發展，並可能會使重要的氣候預測偏差。

永凍土排放與建模挑戰

永久凍土是北方的冰凍地面，其碳含量是大氣的兩倍，由於人類活動造成的氣候變暖，永久凍土正在融化，永久凍土的排放是未來氣候預測中最大的不確定性之一。但是，在預測未來碳排放的主要模型中，卻沒有對永久凍土動態的準確表述。

在上一份政府間氣候變遷專門委員會（IPCC）報告中使用的11 個地球系統模型（ESM）中，只有兩個完全包含了永久凍土碳循環，而那些包含了永久凍土碳循環的模型目前使用的是過於簡化的近似值，無法捕捉到永凍土碳隨著氣候變暖釋放到大氣中的完全動態方式。研究人員在野外觀察到的過程，例如永久凍土突然融化會形成池塘和湖泊並改變地表水文的方式，與這些近似值背道而馳，但對永久凍土碳及其對全球氣候的潛在影響具有重大意義。

在RCP 4.5 情境下，北半球目前的永久凍土範圍（淺藍色）和2070 年的永久凍土範圍預測圖（深藍色）。資料來源：Greg Fiske / 伍德威爾氣候研究中心

精確氣候建模的必要性

“永凍土中的碳會發生什麼變化是未來氣候最大的未知數之一，”報告的主要作者、伍德威爾氣候研究中心的高級研究科學家克里斯蒂娜-舍德爾（Christina Schaedel）說。”地球系統模型對於預測這些碳將在何處、如何以及何時釋放至關重要，但建模團隊目前還不具備準確描述永久凍土層所需的資源。如果我們想要更準確地預測氣候，這種情況就必須改變。”

地球系統模型是由超級電腦驅動的程序，可以預測未來的碳排放和氣候動態，但只能預測其所代表的過程。隨著科學家對構成地球系統的複雜物理和生物地球化學相互作用有了更多的了解，地球系統模型也變得越來越複雜，包含了越來越多的過程。在實踐中，這意味著要花費數年時間進行高技術含量的程式碼開發、觀測資料整合以及模型參數化和測試。

但是，大多數科學研究經費都是以三年為一個資助週期，圍繞著解決新科學問題的計畫來運作。作者說，這個相對較短的周期太短，不足以培訓模型開發人員，也不足以在團隊交接之前完成關鍵而複雜的模型開發步驟。

國家大氣研究中心社區陸地系統模型聯合負責人戴維-勞倫斯（David Lawrence）說：”隨著這些建模系統變得越來越複雜，研究生或博士後很難，而且越來越難快速’上手’ ，以真正理解模型開發需求的全部範圍，並在典型的三年提案時間表內完成開發專案。”

“不幸的是，這使得許多項目未能完成。”該報告的共同作者勞倫斯說，雖然與他一起工作的合作建模團隊在描述複雜的凍土過程方面取得了進展，但有限的資金意味著”將改進內容納入CTSM 核心程式庫的速度相對較慢”。

呼籲增加資金與合作

作者寫道：”需要為每個ESM 提供數百萬美元的巨額資金，以提供模型開發所需的必要基礎設施和支援。他們認為，這種有針對性的資助以及高技能的軟體開發人員和程式設計師，有助於加快正在進行的模型改進工作。

Schaedel說：「近年來，北極研究變得非常合作和複雜–科學家不再只是在一個地方研究一種植物。雖然對長期數據和複雜模型開發的需求越來越明顯，但資金供應卻沒有跟上。我們希望看到資助機會與我們面臨的氣候挑戰相匹配。”

伍德威爾氣候研究中心副科學家、”永久凍土路徑”計畫聯合負責人布倫丹-羅傑斯（Brendan Rogers）說：”在過去的15 年裡，我們對永久凍土如何融化和排放碳的理解有了大幅提高。資助地球系統模型來表現永久凍土融化將確保這些成果在模型中得以實現，並確保關鍵的氣候目標和碳預算建立在我們所擁有的最佳科學基礎之上。”

編譯來源：ScitechDaily