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2021年5月18日，世界气候研究计划（WCRP）发布题为《联合区域气候降尺度试验的未来科学挑战》（The Future Scientific Challenges for CORDEX）的白皮书，针对“联合区域气候降尺度试验”（COordinated Regional Downscaling Experiment, CORDEX）计划的5个关键方向，总结了各方向面临的挑战和问题，并提出了相关建议。

1 更高分辨率和更小区域

挑战：①在比当前CORDEX区域更小的区域上（如4 km或更高分辨率）进行模拟存在一定压力，这种模拟称为“对流可解析区域模拟”（convection permitting resolution domains）。需要更好的分辨率来提高对局地尺度信号（例如城市、内陆水域和小岛屿）的理解，为决策提供更优的气候数据；②局地的变化信号是由大尺度变化、全球排放浓度变化以及土地利用/土地覆盖变化（LULCC）等因素驱动的。了解局地和区域正在发生的变化、原因及其不确定性也充满挑战。随着CORDEX向更高分辨率发展，开发更复杂的城市方案有助于改进模式及其在城市层面提供有用信息的能力；③CORDEX面临的一个关键挑战是协调模拟。因此，多维方法将包括一系列理想模拟试验的设计，包括大气环流模式（GCMs）、高分辨率模式比较计划大气环流模式（HighResMIP GCMs）、典型浓度路径（RCPs）、共享经济路径（SSPs）、区域气候模式（RCMs）、经验-统计降尺度（ESD）方法等。

问题：①如何设定一种通用配置，以确保模式集合模拟是对流可解析区域模拟；②对于只有少数几个对流可解析区域模拟，如何保证模拟的可靠性？③常见的科学挑战是什么？

建议：①CORDEX将为对流可解析区域提出一种通用配置，将采用RCM集合模拟方法来解决CORDEX面临的科学挑战。CORDEX通用的25 km分辨率模拟将是进一步降尺度的基础。CORDEX还将提出一种可伸缩的嵌套方法；②对区域的选择将以客观标准为指导，包括：是否有高分辨率观测数据；在CORDEX科学挑战的背景下，是否具有科学意义；该区域的一系列模拟能否解决CORDEX的科学挑战，包括不确定性问题；常见的CORDEX对流可解析区域能否解决GCM和高分辨率RCM模拟中出现的问题；该区域是否与其他WCRP计划相关，如全球能量和水循环试验（GEWEX）；区域/局地气候是否受气候相关威胁的影响；③格式协调是一个关键问题，将采用包括有关GCM敏感性、SSPs、RCPs和其他区域驱动因素的多维方法。

2 日益增加的复杂性

挑战：①随着区域气候模式向地球系统模式（ESM）发展，两者将双向耦合过程集成在一起，包括动态植被（碳循环）、海洋（海冰）、复杂降水过程、气溶胶、湖泊、冰川等。这导致计算时间增加，并且必须在分辨率和区域大小之间做出妥协。②新出现的一些情景框架，包括SSP-RCP组合，应该在新的CORDEX模拟中加以实施。③区域地球系统模式（RESMs）还需要解决的一个问题是区域气候适应战略的反馈，如LULCC、生物能源碳捕集与封存（BECCS）等减缓技术、城市增长以及对区域和偏远地区气候的影响。

问题：①能否为区域地球系统模式找到一个折衷的解决方案，使其仍然可以在标准CORDEX区域上进行耦合模拟；②针对区域地球系统模式的子区域，基于更高的分辨率，基于更高的分辨率，研究区域内更受关注的过程；③在包括温室气体浓度变化和LULCC在内的未来情景下，如何调整区域气候变化信号。

建议：启动一个关于区域地球系统模式的模式比较计划CORDEX-MIP，探索区域响应，包括区域协调机制的各种耦合组件。这些模拟可在50 km或25 km分辨率的CORDEX通用区域上进行，并可以对业务CORDEX数据集做出贡献。

3 不断提高的空间分辨率

挑战：GCMs在HighResMIP使用的分辨率为25~50 km，达到RCM的尺度。这一分辨率可能成为耦合模式比较计划第七阶段（CMIP7）的标准。部分测试以1 km分辨率在全球模式上运行几个月时间。

问题：①预计GCMs在未来5~10年将采用什么分辨率；②RCMs的目标是什么；③如何促进模拟团队之间的互动、学习和合作。

建议：①当不再需要使用对流参数化时，模式的分辨率会发生变化，这意味着目标分辨率不超过4 km。需要考虑支撑其他参数化（例如边界层、辐射、微物理）的假设在这种分辨率下是否仍然有效；需要做哪些开发工作来提高在该分辨率下的模式性能；对流要在多大尺度上才能完全解析；未来是否还需要100 m分辨率的边界层参数化；模式行为是否发生了根本性变化；②总体上看，RCMs将在对流可解析尺度上主导全球多个区域的模拟，而GCMs将提高分辨率并仍可作为对流可解析RCMs的模式驱动。

4 百亿亿次计算

挑战：①新一代高性能计算机正在采用图形处理器（GPU）、专用处理器等。总趋势是增加处理器或处理单元的数量，而不是增加单个处理单元的计算能力。模式代码需要适应这种新的计算体系结构，并进行新的评估；②机器学习策略也被用于降尺度和参数化，应考虑各种新兴技术和策略，使RCMs适应这些前沿工具。

问题：①RCMs是否为新一代高性能计算机做好了准备；②如何调整模式；③如何以灵活、通用、独立于硬件的方式进行调整；④机器学习如何进行RCMs的参数化。

建议：CODEX应促进将模式向新一代高性能计算技术转型的信息交流。

5 数据和基础设施

挑战：随着新的模拟和更高的分辨率，预计数据的存储容量将迅速增加，维护数据集的需求将成为一项具有挑战性的工作。因此，迫切需要外部资金来支持储存能力的维持和提高。需要确保地球系统网格联盟（ESGF）的模拟得以发布，从而极大地方便最终用户的科学分析和利用。

问题：①是否仍然需要ESGF存放标准的CORDEX预测数据；②CORDEX旗舰试验研究（FPSs）的数据将如何存储及如何访问；③当数据不断扩展时，需要哪些新工具来分析数据。

建议：①CORDEX应简化数据访问和促进数据分析工具；为了提高模拟社区的效率，这些工具应该能够开放获取，其开发、使用和改进过程能够得到共享。②需要建立综合的集合模拟，扩大多维矩阵（考虑多个RCMs、GCMs、SSPs和RCPs），以便于为决策者和最终用户提供有用的信息。