全球气候系统

　　第一章 全球气候系统的构成
§1.1 系统
在确定的位置上占有一定的空间大小，其中有物质的组成和属性，称为“系统”。一个质点可以构成一个系统。两个质点可以构成一个相互有直接联系或影响的系统，如地一月系统。三个质点构成的系统，其相互作用则可能是非线性的复杂系统。
太阳系是由太阳、九大行星、若干小行星等组成的。太阳系中各成员的运动是满足确定的天体力学规则的。依照这样的规则，天文学家可以计算并预报出何时出现日食、月食等天文现象。为了研究问题的方便，这些行星通常作为质点来处理。冥王星是太阳系中最远的行星，那里，甚至更远些可以看做太阳系的边界。太阳系相对银河系的位置说明，太阳系是受到银河系和银河系中其他星体外强迫影响的。
上述这些例子说明，系统是一个物质的集合体。集合体内有不同的，甚至复杂的组成。集合体与外界的分隔面形成了这个系统的边界。系统内部的质点运动是无序的，还是有序的；是有规律的，还是不可预测的；运动和变化的原因是什么，构成了人们要研究的问题。系统的定位，除了确认系统所在的空间位置外，还要确认系统的“内部”组成和系统的“边界”，以便与系统的“外界”分开。

　　“全球气候系统”是经典气候学在近三十多年发展的产物。这个科学分支已经成为当前相关专业大学生及研究生必修的内容。气候变化不仅是一个科研的热门课题，也经常出现在国际交流、合作和协议中，成为真正的世界关注的焦点。因此，无论从对气候系统的观测、监测，还是诊断、预测或模拟研究，均使人有日新月异的感觉。在这种形势下，讲述这一类问题的教材每5～10年更新一次，应该是意料之中的事。IPCc科学报告每4～5年出版一期新的版本，正是这种科学发展的反映。所以，我很高兴看到这本书的出版，并且也乐意见到其他作者的编著。这样就会推动我们在这个领域的教学与科研工作。
在此想利用这个机会谈一点自己在这方面的感想。我们可以简单地回顾一下，从20世纪70年代末召开第一次世界气候大会，建立1PCC到现在，全球气候系统研究所取得的重要成果。首先，就是建立了全球气候观测系统。这不仅包括了几乎从大气顶部到大气底层覆盖全球的大气，而且扩展到深海、两极冰盖及全球植被。尽管个别成员的观测分辨率及精度尚有待进一步提高，但是应该说这个观测系统已经初具规模，并积累了10、20乃至30年的观测资料。因此，现代对全球气候系统的认识已经与30年前不可同日而语。其次，为了气候观测与气候模拟研究，已经建立了数以十计的大气环流模式、海一气耦合模式及气候系统模式。利用各种耦合模式所作的月一季尺度短期气候预测已经成为日常业务。ENS0预测时效已接近1年。同时对过去百年、千年进行了各种各样的积分，研究过去气候变化的形成。对冰期一间冰期旋回中末次冰期冰盛期（LGM，21 kaBP）及全新世几个关键时刻（9 kaBP及6 kaBP）的模拟也有了新的结果。这些工作不仅能使我们认识各种类型气候变化的形成原因及机制，也为预测及预估未来气候变化打下了基础。再次，古气候研究有了突飞猛进。各种代用资料如冰芯、石笋、海洋及湖泊沉积乃至树木年轮、珊瑚等提供了从几十万年到年代际、年际不同时间尺度气候变化的信息。30年前几乎不可想象今天能有这样丰富的古气候资料。这对研究气候变化的形成及预估未来气候变化有重要意义。