電腦裡的地球？數字地球模型，探索氣候變化

應對氣候變化，數字地球大顯身手。

地球的數字模型將幫助科學家更好地預測氣候變化。（圖片來源：歐洲航天局）

地球的數字模型可以幫助科學家模擬地球未來，找到應對氣候變化引發的各種問題的措施。

數字孿生地球，這個先進的模型由歐洲航天局及其合作伙伴基於地球觀測衛星和地面感測器傳送的資料和影象研發而得。這一專案正在研發以裝配上上先進的人工演算法和強大的超級計算機來保證模型的可靠性。

在蘇格蘭格拉斯哥舉辦的為期兩週的第26屆聯合國氣候變化大會上，歐洲航天局及其合作伙伴總結了他們取得的突出成就。

歐洲航天局在2020年啟動了數字孿生地球專案並邀請歐洲的研究者和科技公司在10月11日到10月15日的Phiweek會議上呈現他們的進展。

這一精妙的地球模型旨在模擬不同自然程序和人類活動造成的影響並預測未來進化的景象。例如，科學家模擬在一定區域內用可再生能源發電廠取代化石燃料如何改變了溫室氣體的含量，這種轉變又如何影響了海平面上升的速率。

在PhiWeek的研討會上，歐洲航天局的合作伙伴介紹了幾種區域性模型，是著眼於地球子系統不同區域的小型數字模型。

例如，一個由蘇格蘭愛丁堡大學的科學家帶領團隊設計的南極洲數字模型。

科學家宣告南極洲擁有地球上60%的淡水資源，如果所有的冰川融化，全球海平面將上漲有190英尺（約合58米）之多。數字孿生模型將有助於研究者更好掌握冰川的狀況，研究冰川的解凍程序。

“將衛星觀測、數值模擬和人工智慧有效結合，我們構建了南極冰川系統的孿生模型，其中包括它的水文地理學、周邊海洋環境、大氣層和生物圈。” 愛丁堡大學的冰凍層專家，諾埃爾·古爾默朗在歐洲航天局的一份宣告中說，“我們藉助南極冰凍層的孿生模型追蹤冰川融水的去向並且探索不同水文地理情境下邊緣陸架冰的融解情況”。

其他區域性模型著眼於北義大利波爾河流域的水文情況，還有非洲的乾旱氣候。

海洋孿生模型由法國國家海洋科學研究所構建，致力於研究大氣層變化與海洋行為的關聯。科學家們將運用這個模型研究所謂的“北極放大效應”，這一鮮為人知的現象是指北極地區的變暖速度是世界其他地區的兩倍。

即使使用者沒有完備的地球觀測和氣候模擬的科學知識，這些模型也是簡單適用的。研究人員稱，政策制定者利用這些模型可以形象地看到生態系統的變化和各種決策帶來的模型後果。

舉例而言，數字孿生食物系統不僅模擬了農業活動對自然系統的干預而且模擬了氣候變化對糧食生產的影響。

森林數字孿生模型旨在構建最精細和實際的全球森林覆蓋模型，研究包括吸收溫室氣體在內的森林在地球生命中發揮的各種功能。

相關知識

溫室效應是指行星的大氣層因為吸收輻射能量，使得行星表面升溫的效應。由於溫室效應，行星表面溫度會比沒有大氣層時的溫度要高［1］［2］。以往認為其機制類似溫室使其中氣溫上升的機制，故名為“溫室效應”。不少研究指出，人為因素使地球上的溫室效應異常加劇，而造成全球暖化的效應。

太陽輻射主要是因為短波輻射，然而地面輻射和大氣輻射則是長波輻射。大氣對長波輻射的吸收力較強，對短波輻射的吸收力較弱。白天時，太陽光照射到地球上，部分能量被大氣吸收，部分被反射回宇宙，大約47%的能量被地球表面吸收。晚上地球表面以紅外線的方式向宇宙散發白天吸收的熱量，其中也有部分被大氣吸收。

BY： Tereza Pultarova

FY： gxmm

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