主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？23 气候模型 -- 橡树村
- 复 我指的是你的怀疑
家园 复杂的系统参数调整起来很难么？一个优化程序就搞定了 无疑气候模型是很复杂的，这就是我怀疑之所在，系统的参数非常多，这样是很容易通过调整参数来得到任何想要的模拟结果的。气候模型中涉及到的种种物理机制，很多都是耦合在一起的，因此设计单独的实验标定参数几乎不可能，这也是为什么图中给出了那么多的模型计算结果，这明显是在合理区间内变换参数得到的，那么另外的问题就是如何对结果平均化的问题。
让我非常“疑惑”的是在这么多不确定因素的情况下，为什么这个平均化的结果竟然会与实测数据如此接近？不“调整”是不可能的。
OK,即便因为气候模型太复杂，没有别的更好办法，那么你在下结论的时候就不应该说对这个模型的定量化预测结果很有把握。
这样空对空谈论无意，等我有时间仔细看过IPCC报告关于气候模型的细节再讨论。
家园 IPCC报告里没有太多气候模型的技术细节 IPCC WG1报告第八章Climate Models and Their Evaluation里既没有公式也没有代码，当然看还是可以看一下
如果想详细地了解某个模式
可以直接去其官方网站看文档下代码
不过如果WG1报告正文都看着费力的话，还是不要细究了
气候模式也是从简单到复杂几十年一步步走过来的
现在模式里可调的参数是有很多，但这绝不是“一个优化程序就搞定了”的问题，如果你不知道所做调整的物理意义的话，是没什么可能得到好的结果的。
多个模式输出结果平均后表现好很正常啊
其实这也算ensemble forecasting的一种(基于Monte Carlo method)
家园 对于学科来说，几十年的历史，那叫“新领域” 力学几百年了，我现在做力学模型，比气候模型“简单”多了（参数少多了），都没有搞气候的对预测结果那么有“信心”。
现在模式里可调的参数是有很多，但这绝不是“一个优化程序就搞定了”的问题，如果你不知道所做调整的物理意义的话，是没什么可能得到好的结果的。我这里说的“优化程序”并不是说模型参数应该要使用“优化程序”,恰恰相反,我是不主张单纯使用优化程序标定参数的.
我也不是说气候模型中所有参数都是使用优化程序,我说的是调整模型中部分参数通过使用“优化程序”是可能的.这个不管参数有没有物理意义都是可能的.原因在于不同参数的耦合效应使得很难（甚至不可能)设计试验对单一参数进行标定.那么,很多人对于耦合参数的同时标定就使用了"优化算法".我觉得气候模型中的很多参数很可能就是这么标定出来的.因为我在报告中,见到大量的篇幅探讨物理机制,可是没有见到说明这些物理机制需要的参数具体是如何标定的,特别是在气候模型中,参数普遍具有耦合性.这是我一直对气候模型预测精度产生怀疑的原因.
你说的Monte Carlo method,这个提醒了我,或许我思考中太局限于 deterministic algorithm了.
家园 ft~网络问题，发重了 删除
家园 "物理机制需要的参数"是... 请问你说的"物理机制需要的参数"是否指WG1技术摘要中有提及的"气候模式中各种物理过程"？
有个专有名词:物理过程参数化(parameterization)
对于在网格点上没有办法显式计算的次网格过程，有专门的parameterization程序包，可能是又一套动力过程，也可能就是简单的物理平衡关系计算
在模式长时间的数值积分过程中，每隔一段时间，就把当前某些变量值传递给参数化的程序，计算，传回结果，更新变量值，再进入下次循环
不知以上是否对你的胃口？
天气/气候的动力学数值模式是计算机出现后才发展的
计算机才几十年啊...
家园 你说得我都理解，我说得是如何标定参数（系数） parameter identifaction (or calibration).
我没有看到具体他们对特定“物理动力过程”的数学模型中所涉及的参数（系数）的标定方案。
我相信搞气候学的也不是白给的，但同时我仍然非常怀疑他们的模型精度到底有多大。
道理很简单，我们拿地质学来类比，（1）地质学比气候学起步要早，（2）参与的人数更多，（3）本身不比气候学更复杂。可是地质学中，别说定量精确预测地震，即便是对于岩石的力学性能，也没有哪个模型敢说可以很精确的定量预测任何岩石的行为。
对于一个多参数非线性系统，你把所有的局部物理规律都掌握了（建立确定的方程），你仍然有可能对系统行为的预测有很大的误差。非常有可能的是，由于条件限定，可获得的“互为独立”的实验不够，数学上你可以简单想象成“未知参数多于方程数”，方程组解不唯一。于是你无法准确标定出所有方程涉及到的参数系数，需要借用某些统计手段，或者优化手段增加“限定”(constrain)。一旦借用统计手段,你最多能可以比较有信心地宣布现有模型预测到2100年全球温度升高两度的几率是多少，但你不能说，平均以后全球温度升高两度，这是误导，没有人知道你是怎么平均的，也没人知道平均的物理意义在哪里。
当然这是我个人看法，受专业所限，掌握的信息不够，因为我这里所说得只是我对现有气候模型，即对其结果的解释产生的疑问，而不是我的结论。
家园 哦，还真不懂"标定参数" 再随便写两句睡觉去了
模式中的方程组是闭合的
当然为了使方程组闭合，有许多简化手段
简化的物理基础来自观测实验
大气也好海洋也好总是流体
观测虽然不容易但也比搞地质什么的方便多了
至于IPCC报告
对多模式未来预测结果是给了最佳估值和可能性区间的啊
具体怎么统计的，我没去看细节
不清楚你对"精确"的期望有多高
指望像搞天文预报日月食那样是不可能的...
家园 预测的结果是这样的 
外链图片需谨慎，可能会被源头改基本上给出的是一个最佳值和一个置信区间。
某个模型在不同假定条件下给出的不同温升的相对概率：
外链图片需谨慎，可能会被源头改我感觉进行误导的是对IPCC的解读和报道。IPCC本身的工作，整体看措辞还是比较谨慎的。不过另一方面，过于严谨的使用科学语言的报道普通人的确看不懂，如何平衡也是个麻烦。
家园 仔细看一下第二张图，有个有意思的事情 你会发现，2090-2099的概率曲线比2020-2029的明显的平坦很多，跨度大，峰值分散，这就合理了。A2图有一条线（应该是某一模型）甚至跨了1-7度，而且非常平坦，这基本上意味着得不出什么结论了。
我感觉进行误导的是对IPCC的解读和报道。我想应该是的。
家园 这一部分我没去看具体文献 说实话，模型我自己不做，基本不懂，看了文献也没用。所以只能是IPCC报告里面有什么就写什么。究竟参数是怎么调整的，我没概念，需要去翻文献了，看看河里面相关专业人士能不能提供解释。IPCC报告中提到了一个原则，就是不能用自己来验证自己。就是确定参数的时候所使用的气候现象，不能用于检验这个模型的可靠程度。具体如何实现的，就不知道了。另外不同的模型有不同的调整参数的方法，使用不同的体系，不过最终得到的结果还是有相似性的。后面讲到具体气候现象的归因的时候会多介绍几个模拟结果。
提到的复杂性与可靠程度的问题，是在局域化的地方。模型所研究的格子越来越小，从十个纬度经度五个纬度经度发展到两个纬度经度等等，所讲的复杂性指的是这个变化，并不是模型本身结构的复杂程度。当然这样的复杂性同样会带来无法拟和的问题，但是的确随着分辨率的提高，模拟结果改进还是不小的。
另外一个复杂性是所包含的气候状态越来越多。一些原来没有考虑到的影响气候的因素逐渐被纳入，模型本身就会越来越复杂。这方面的复杂性的增加，应该对可靠程度有贡献，不过的确也会增加系统的不确定性。
1960年代以后的模拟结果也并不都是好的，下面是下一节会用到的一个图，是模拟的各个大陆的气温变化。可以看到1960年代以后也有模拟得并不令人满意的地方。
另外很有趣这些模型的综合结果与实际测量非常接近，但是如果观察单个的模型，差异还是不小的。这种使用多个模型的结果进行平均的方法，我还不清楚可靠性如何。这种做法IPCC报告中很多见。
外链图片需谨慎，可能会被源头改家园 sometime too good to be true 提到的复杂性与可靠程度的问题，是在局域化的地方。模型所研究的格子越来越小，从十个纬度经度五个纬度经度发展到两个纬度经度等等，所讲的复杂性指的是这个变化，并不是模型本身结构的复杂程度。当然这样的复杂性同样会带来无法拟和的问题，但是的确随着分辨率的提高，模拟结果改进还是不小的。你说的这个不是物理模型的“复杂度”，而是计算模型的广义几何域网格密度，这个基本是与计算算法收敛性有关，一般来说，随着网格密度增加，通过同样的物理模型给出的计算结果会趋于同一值，这个值就可以作为这个物理模型给出的数值解。
人们先建立物理模型（各种方程），然后将物理模型（特别是几何域）离散化，发展出相应的计算模型，通过计算可以得到相应物理模型的数值解。基本上物理模型决定了预测的结果，数值算法保证人们能得到“收敛的”数值解。
家园 不一定能抢到的村长沙发 非认证会员，回复需要确认。要抢不着，村长能不能给个马扎坐坐。
忘了说，谢村长的宝。