译者前言

气候模式，简言之就是封装了大量物理定律的计算机程序，是对地球系统中物理、化学和生态过程的数学表达。气候模式是迄今为止人类发展的最为复杂的计算机模拟工具之一，是理解、预测气候及其变化的基础，是支撑气候变化相关决策的重要工具。过去几十年来，气候模拟取得了巨大的成就，已经能够提供有效的气候预测和预估信息。但是，随着气候变化及其影响的加剧，减缓和适应气候变化的信息需求日益增加，世界各国的民众和决策者，对提供更为准确的全球和区域气候预测信息提出了更高的要求。为了能够从全球到区域空间尺度、从季节到未来百年时间尺度，全面提升美国的气候模拟和预测预估能力，按照美国国家海洋大气管理局（NOAA）、国家航空航天管理局（NASA）、能源部（DOE）、国家科学基金会（NSF）和国家情报部门的联合部署，美国国家研究理事会（NRC）组织编制了《推动气候模拟的国家战略》（以下称作《推动气候模拟的美国国家战略》），它是指导美国气候模拟事业未来10-20年发展的战略框架，其目标是保证在未来二十年，美国的气候模拟事业能够快速发展，既适应国家需求，又确保国际竞争力。

《推动气候模拟的美国国家战略》报告出台的背景，是总结以往美国国家级气候战略报告实施的教训，以务实的态度，超越具体的模拟工作、超越各种模式类型、超越关注不同时空尺度的各个模拟研究群体、超越模式研发人员和模式产品用户，促进分散的美国气候模式事业走向联合和统一，这是适应未来二十年气候模拟领域美国国家需求和国际竞争所应采取的举措。在组织翻译这份战略报告的一年多时间里，仔细体会美国气候模式的发展历程和国家级的战略统筹，我深感中美两国在气候模式研发历程上的相似性，这更增强了这份美国国家战略报告对于我国的参考和借鉴价值。国家级的战略统筹与协调，需建立在充足的人力和物力基础之上。以气候模拟领域国际竞争的一个主要舞台—“世界气候研究计划”（WCRP）组织的“耦合模式比较计划”（CMIP）及其气候模拟数据被“政府间气候变化专门委员会”（IPCC）科学评估报告的引用为例，从1997年的CMIP1、2001年的CMIP2、到2007年的CMIP3，来自我国的模式只有中国科学院大气物理研究所的模式；在CMIP计划启动之前，1992年发布的IPCC第一次科学评估报告及其补充报告，全世界只有11个模式参加，中国科学院大气物理研究所的模式不仅是国内唯一的模式、也是唯一来自发展中国家的模式。在这个阶段，我国的气候模拟事业尚处于从无到有的创业阶段，研究队伍薄弱、经费投入有限，气候模拟研究属于典型的“小众群体”的前沿研究行为，国家统筹与协调的必要性都不大。近年来，随着我国综合国力的增强、国家研发经费投入增多，气候模式研发队伍不断壮大，到了2013年的CMIP5，已经有5个来自我国的气候模式参与，我国的气候模拟研究步入蓬勃发展的壮大时期；而目前在研中的我国气候系统模式或者地球系统模式更有十个之多。在此背景下，国家级统筹与协调的必要性和紧迫性就日益凸显。

统筹协调是一个国际性难题。《推动气候模拟的美国国家战略》报告指出，在美国，即使在普遍呼吁加强统筹协调、促进国家目标实现这一积极氛围之下，任何涉及研究机构优化的举措都会造成“明显紧张气氛”，原因在于“涉及从事气候模拟研究的各种机构及其管理部门的利益”。笔者作为从事气候模拟研究的青年学者，鲜有参与高级别战略研讨的机会和阅历，故没资格在这方面费笔墨，这里想着重谈一下这次的访德经历。

当我在旅馆打开电脑，开始起草这份《译者前言》的时候，时间是德国汉堡时间2014年10月1日晚上10点。借赴德参加WCRP “耦合模拟工作组”（WGCM）第18届年会的机会，我顺访了位于汉堡的德国马普学会旗下著名的马普气象研究所（MPI-M），这是一家享有国际盛誉的、从事大气、海洋、陆面及其耦合过程模拟研究的机构。今天下午在MPI-M，我做完题为“East Asian Summer Monsoon in a Warming World: Forcingfrom GHG, Aerosol and Natural Variability”的学术演讲之后，如约先后拜会了MPI-M的两位所长Bjorn Stevens和Jochem Marotzke博士（MPI-M实行三位所长并行的管理体制）。Bjorn Stevens博士是WGCM委员、CMIP6计划（2015-2020年）的组织者，他是位性格开朗的典型的美国人，在一小时的时间里，他以连珠炮似的语言，热情奔放地向我推销他所倡导的气候模式研发过程的两个核心环节：一是历史传承与坚持不懈，这从他主导设计的CMIP6核心试验DECK（CMIP Diagnosis,Evaluation, and Characterization of Klima）中可以看到，未来15年从CMIP6到CMIP8，DECK的四组核心科学试验，将贯穿于世界上所有模式研发机构的所有新旧模式版本，目的是采用统一的指标、有效追踪模式发展进程中的成与败、得与失；涉及到模式研发的组织，他强调要坚持长期努力，不能奢求短时间内的回报，要有在努力多年、大量投入后得不到回报、甚至模式性能出现倒退的心理准备；二是气候观测与模式物理过程改进的结合，在这方面，Bjorn重点介绍了他主持的一项德国联邦教育和研究部（BMBF）项目“推动气候预测的高分辨率云和降水过程”（High Definition Clouds and Precipitation foradvancing Climate Prediction），其目标是通过协同观测，解决100m分辨率的超高分辨率气候模式中的云和降水物理过程的处理方案。在这个领域，我国当前存在研究空白。

MPI-M的另一位所长Jochem Marotzke博士是WCRP联合科学委员会（JSC）委员、IPCC WG1 AR5《模式评估》一章的主要作者召集人。他是一位典型的德国人，说起话来语速很慢、慢条斯理、字斟句酌。先是从书柜拿出刚出版的厚厚一本IPCC AR5报告，翻到《模式评估》一章，对照其中的表格，仔细询问我来自中国的几个模式的技术细节；期间还不无赞赏地告诉我，这一章中有哪几幅图来自李红梅博士的手笔（她是我以前联合培养的博士，目前在MPI-M从事博士后研究，作为Jochem的助手，高质量地完成了该章所用的海量模式数据的处理及其图形制作）。在讨论了我学术演讲中所涉及到的MPI-M模式的性能之后，他主动和我谈起了气候模式研发中的国家层组织协调问题。他告诉我，德国是一个小国，主要的气候模式研发机构是MPI-M，此外还有两家规模较小、自己不独立研发模式但采用MPI-M的大气模式和其他海洋模式构建耦合系统、用于相关科学问题研究的单位；为避免资源的浪费，德国政府规定CMIP和IPCC只能由MPI-M模式参加。他说，美国是一个大国，目前参与CMIP国际计划的主要是NOAA和国家大气研究中心NCAR-DOE的两个模式，NASA的模式部分参与了但是研发投入不大、NOAA环境预报中心NCEP的模式只做短期气候业务、而不参与CMIP和IPCC。中国作为一个大国，经济实力允许现在同时研发多个模式，从培养队伍的角度看这也是好事，他也很高兴看到中国在研中的10个气候系统模式中有三个是用MPI-M研发的大气环流模式ECHAM作为大气分量，尽管版本有些陈旧。不过从长远地看，中国的气候模拟界更应注意体现模式特色、着力解决国际前沿科学问题和国家需求问题。

最后，我要感谢完成本书翻译的团队。本书由多位专家翻译、校对，他们都是来自中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室的从事气候模式研发和模拟研究的青年学者，感谢他们在繁忙的科研工作之余，付出劳动和时间来翻译这一战略报告。各章翻译和校对的责任专家是：《总结》部分，周天军；第一章《引言》，吴波；第二章《来自以前的气候模拟报告的教训》，周天军；第三章《发展气候模式的战略：模式层级、分辨率和复杂性》，周天军；第四章《科学前沿》，邹立维；第五章《综合气候观测系统和地球系统分析》，满文敏；第六章《描述、量化、传达不确定性》，邹立维；第七章《气候模式发展的人力资源》，吴波；第八章《美国气候模拟界和其他国际国内工作的关系》，张丽霞；第九章《业务气候模拟和数据分发战略》，张丽霞；第十章《计算平台—挑战和机遇》，郭准；第十一章《天气和气候模拟间的协作》，邹立维；第十二章《与用户和教育界的联系》，满文敏；第十三章《优化美国研究机构设置的策略》，吴波；第十四章《推动气候模拟的国家战略》，周天军；附录A-C，郭准。几位在读的博士研究生孙咏、宋丰飞、陈晓龙等协助翻译了本书的前言和致谢部分。邹立维博士对全书译文进行了统一校对、负责联系本书出版的各个环节、以及最终排版的检查校对；在此期间，他曾因健康原因而住院手术，但仍带病坚持高质量地完成了各项工作。在此，我对他的敬业和奉献精神要表示特别的感谢！

中国工程院丁一汇院士曾任政府间气候变化专门委员会（IPCC）第三次评估报告第一工作组共同主席。中国科学院秦大河院士连续两届担任IPCC第四和第五次评估报告的第一工作组共同主席。他们一直关注中国的气候模式在IPCC科学评估报告中的国际话语权，也一直鼓励我们青年学者要有国际视野，在做好本职研究工作的同时，要从战略高度上关注本领域的国际动态。两位三届IPCC第一工作组共同主席为本书作序，既彰显他们对气候模拟国家战略研究的高度重视，也是对承担本书翻译工作的青年学者所付出努力的肯定和鞭策，在此对秦大河院士和丁一汇院士表示深深的感谢！美国西北太平洋国家实验室（PNNL）大气科学和全球变化部副主任钱云博士、资深科学家RubyLeung博士帮助我们联系美国科学院出版社的AnnG. Merchant博士获得了本书中文版的版权授权；气象出版社的王萃萃女士为编辑此书做了极为细致的工作，在此一并表示诚挚的谢意。

本书的出版得到了以下项目的资助：国家杰出青年科学基金（项目编号：41125017）、国家公益性行业科研专项（海洋）项目（项目编号：201105019-3）、优秀国家重点实验室研究专项基金（项目编号：41023002）。

周天军

2014年10月1日夜于德国汉堡