應(yīng)對氣候變化，數(shù)字地球大顯身手。

地球的數(shù)字模型將幫助科學(xué)家更好地預(yù)測氣候變化。（圖片來源：歐洲航天局）

地球的數(shù)字模型可以幫助科學(xué)家模擬地球未來，找到應(yīng)對氣候變化引發(fā)的各種問題的措施。

數(shù)字孿生地球，這個先進(jìn)的模型由歐洲航天局及其合作伙伴基于地球觀測衛(wèi)星和地面?zhèn)鞲衅鱾魉偷臄?shù)據(jù)和圖像研發(fā)而得。這一項目正在研發(fā)以裝配上上先進(jìn)的人工算法和強(qiáng)大的超級計算機(jī)來保證模型的可靠性。

在蘇格蘭格拉斯哥舉辦的為期兩周的第26屆聯(lián)合國氣候變化大會上，歐洲航天局及其合作伙伴總結(jié)了他們?nèi)〉玫耐怀龀删汀?/p>

歐洲航天局在2020年啟動了數(shù)字孿生地球項目并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(xiàn)他們的進(jìn)展。

這一精妙的地球模型旨在模擬不同自然進(jìn)程和人類活動造成的影響并預(yù)測未來進(jìn)化的景象。例如，科學(xué)家模擬在一定區(qū)域內(nèi)用可再生能源發(fā)電廠取代化石燃料如何改變了溫室氣體的含量，這種轉(zhuǎn)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局部模型，是著眼于地球子系統(tǒng)不同區(qū)域的小型數(shù)字模型。

例如，一個由蘇格蘭愛丁堡大學(xué)的科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊設(shè)計的南極洲數(shù)字模型。

科學(xué)家聲明南極洲擁有地球上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(shù)字孿生模型將有助于研究者更好掌握冰川的狀況，研究冰川的解凍進(jìn)程。

“將衛(wèi)星觀測、數(shù)值仿真和人工智能有效結(jié)合，我們構(gòu)建了南極冰川系統(tǒng)的孿生模型，其中包括它的水文地理學(xué)、周邊海洋環(huán)境、大氣層和生物圈?！?愛丁堡大學(xué)的冰凍層專家，諾埃爾·古爾默朗在歐洲航天局的一份聲明中說，“我們借助南極冰凍層的孿生模型追蹤冰川融水的去向并且探索不同水文地理情境下邊緣陸架冰的融解情況”。

其他局部模型著眼于北意大利波爾河流域的水文情況，還有非洲的干旱氣候。

海洋孿生模型由法國國家海洋科學(xué)研究所構(gòu)建，致力于研究大氣層變化與海洋行為的關(guān)聯(lián)。科學(xué)家們將運(yùn)用這個模型研究所謂的“北極放大效應(yīng)”，這一鮮為人知的現(xiàn)象是指北極地區(qū)的變暖速度是世界其他地區(qū)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(xué)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(tài)系統(tǒng)的變化和各種決策帶來的模型后果。

舉例而言，數(shù)字孿生食物系統(tǒng)不僅模擬了農(nóng)業(yè)活動對自然系統(tǒng)的干預(yù)而且模擬了氣候變化對糧食生產(chǎn)的影響。

森林?jǐn)?shù)字孿生模型旨在構(gòu)建最精細(xì)和實(shí)際的全球森林覆蓋模型，研究包括吸收溫室氣體在內(nèi)的森林在地球生命中發(fā)揮的各種功能。

相關(guān)知識

溫室效應(yīng)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(yīng)。由于溫室效應(yīng)，行星表面溫度會比沒有大氣層時的溫度要高[1][2]。以往認(rèn)為其機(jī)制類似溫室使其中氣溫上升的機(jī)制，故名為“溫室效應(yīng)”。不少研究指出，人為因素使地球上的溫室效應(yīng)異常加劇，而造成全球暖化的效應(yīng)。

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(qiáng)，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(fā)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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