全球变暖与气候模型：探索极端天气和海洋温度的影响

"2019年的中国研究生数学建模竞赛E题关注的是全球变暖这一全球性议题。题目探讨了地气系统、海洋表面温度（SST）、太平洋年代际震荡（IP(PDO）以及全球变暖停滞状态（Hiatus）等概念。全球变暖主要由温室效应引起，特别是二氧化碳排放增加导致的。尽管气温上升率在21世纪初呈现停滞，但这并不意味着全球变暖趋势的结束。气候和天气的区别被强调，气候是长期稳定的状态，而天气则是短期的动态变化。海洋表面温度变化对气候有显著影响，包括年代际太平洋震荡、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和拉尼娜事件。比赛目标是构建简化气候模型和极端天气模型，以便非专业人士理解气候变化并探索其影响因素。" 在深入讨论全球变暖时，我们必须理解地气系统的基本概念。这是一个将地球表面与大气层视为一个相互作用的整体的理论框架。在这个系统中，能量的平衡至关重要，因为任何能量的增减都会影响全球气候。当温室气体（如二氧化碳）增加时，它们捕获更多的地面辐射，导致地气系统内部能量积累，进而引发全球变暖。 海洋表面温度（SST）是气候研究的关键指标，因为海洋作为地球上最大的热储存库，其温度变化直接影响大气温度和全球能量平衡。太平洋年代际震荡（IP(PDO）是一种自然发生的海洋温度模式，它在数十年的时间尺度上影响全球气候，比如通过调节降雨模式和风向。 全球变暖停滞状态（Hiatus）是指尽管温室气体浓度持续升高，但全球平均气温的上升速率在一段时间内明显放缓。这可能是由于海洋吸收了大量热量，或者自然气候变化的周期性波动，而非证明全球变暖的趋势已经停止。 天气与气候之间的差异在于时间尺度和覆盖范围。天气是短期的、局部的现象，如暴风雨或炎热的一天，而气候则是长时间尺度上的大气状态，例如季节性的温度变化。因此，全球变暖是基于长时间序列数据分析的全球性现象，而不是单个极端天气事件所能全面反映的。 厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和拉尼娜现象是海洋和大气相互作用的实例，对全球气候有显著影响。ENSO事件通常与热带太平洋海温升高（厄尔尼诺）和降低（拉尼娜）相关，导致全球不同地区的降水和温度模式发生变化。 此次数学建模竞赛的任务是创建易于理解的气候模型，以帮助公众和非专业人员理解全球气候变化的复杂性，并通过模型解释极端天气事件，揭示影响气候变化的关键因素。这有助于提高公众对气候变化的认识，并推动制定应对策略。