科學家們發明了不同的軟體來模擬一顆星球上的氣候變化。最先進的一種，被稱為「地球系統模式」（earth system model, ESM），是專門用來模擬地球氣候的程式。
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為了盡可能真實地模擬地球環境，地球系統模式除了大氣、海洋、陸地、冰雪以外，還把部分的人類活動也考量在內，盡可能還原會影響地球上氣候的各種因素。由於會影響氣候的因素實在太多，而且現象太過複雜，在模擬的時候一定會經過簡化，否則永遠都計算不完。但如果太過簡化，也可能不夠真實。如何在「效率」下追求「逼真」，就是研究團隊努力的方向。
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就好像炸雞有許多不同的品牌、配方不一樣，不同的國家、地區、團隊也會打造屬於自己的模擬程式。最著名的就是美國國家大氣研究中心(National Center for Atmospheric Research) 發表的「通用地球系統模式」（community earth system model, CESM）。
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<h2>TaiESM：臺灣出生的「虛擬地球」</h2>
臺灣在近幾年，才終於有了自己的地球系統模式「TaiESM」。「在科技部還有中研院的支持之下，臺灣第一次有能力在電腦裡面模擬整個地球氣候！」中央研究院環境變遷研究中心特聘研究員，同時也是計畫的主要推動者許晃雄教授表示「臺灣有了自己的工具，就可以做很多自己的研究。」
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研究團隊引進了美國的通用地球系統模式（CESM）1.2.2版本，並加以改良為TaiESM。用組裝電腦來比喻的話，就像是買了一臺美國製作的電腦以後，再更新、汰換掉裡面的一些零件。這種方法更有效率，更能快速投入實際的研究當中。「當然要站在巨人的肩膀上！從零發展起大概要半世紀呀！」許晃雄老師笑著表示：「我們去盤點國內有哪些科研的技術，來讓我們改善CESM的缺點。」
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與原型CESM相比，TaiESM主要升級的地方在於「對流與雲」、「雲與氣膠」、「地形與輻射」、「海氣交互作用」等幾個部分。有興趣的讀者，可以從科技部自然科學簡訊《臺灣氣候模擬系統—探索氣候的前世今生與來世》中找到更為詳盡的解說。這裡只以「地形與輻射」為例子，地面會吸收太陽所給的輻射，同時也會把吸收到的熱再度輻射出來。一座山面向太陽，和背向太陽兩側的輻射狀況肯定不一樣，若是一座山谷，這個輻射甚至還會互相反射，這在舊的版本中並沒有考慮進去。中研院李威良副研究員的研究，則幫助TaiESM得以就這一點加以改良。
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<h2>重現地球氣侯，證明模擬可信度</h2>
由於模擬並不是完美的，都會存在不確定性，因此光看一種模擬系統的結果在科學上並不適切。當今天有夠多的模擬程式，科學家們就能從這些結果當中看出一些端倪。「每個國家做出來的地球系統模式都有自己的味道，都沒有完美的。」許晃雄教授表示：「不過每個模式做出來，（地球）都一定會暖化。」
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為了促進氣候模擬相關的科學研究，世界氣象組織轄下的耦合模式比對計畫（coupled model intercomparison project, CMIP）在1995年開始運作。這個國際平臺會統整並開放全球氣候模擬與推估資料給各國研究團隊使用。另外還制定出通用的資料框架，就好像讓不同模擬系統的資料之間有了一致的語言，更容易互相交流。
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在計畫第六階段（CMIP6）的比較當中，團隊們必須將1850年至2014年間的氣候資料放進各自開發的地球系統模式當中，與現實氣候相較，就知道誰的模式更能真實模擬地球。那我們的TaiESM表現如何呢？整體說來，TaiESM在各項分數當中都在前段班，而有些項目甚至接近利用多模型集合（multi-model ensemble, MME）下找出的最佳化結果！
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<h2>未來落點分析，提供政策方向</h2>
地球系統模式不光是重現過去的氣候活動而已，更重要的是協助人類決策、提供人類未來的「落點分析」。畢竟碳排放不是說淨零就淨零，這也關係到經濟、社會等各方面的活動。根據落點分析結果，人類才能在減少碳排與經濟活動之間做出好的平衡。許晃雄教授解釋：「我們怎麼知道排碳排多少，氣溫會上升幾度？這個就是用這種地球系統模式去計算出來的。」
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聯合國政府間氣候變遷專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）在2021年公布的氣候變遷第六次評估第一工作小組的報告（IPCC AR6  WGI）中，就提到了我們的TaiESM。這套臺灣開發的地球系統模式，正式地在全球氣候變遷研究中，提供來自於臺灣的觀點。
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<h2>精準分析，系統再升級</h2>
未來，TaiESM將持續升級。目前計畫將原先100公里大小的格點，切為25公里大小，就好像把影片的畫質提升了16倍（接近從240p變為1080p）！在原先100公里的格點下，臺灣看上去只有不到10個格子，就像是打了超級模糊的馬賽克一樣；在提升畫質以後，就能更準確的模擬地貌，讓畫質能模擬更多種、更細微的天氣狀況。舉例來說，在原先的畫質下，連颱風都幾乎無法呈現，但升級後的系統就有機會把颱風也考量進來。
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TaiESM讓臺灣成為全世界少數有能力在電腦中模擬地球氣候的國家，讓我們有能力在臺灣做出屬於自己的氣候變遷研究。在升級各種模組以後，會繼續參加下一次的耦合模式比對計畫（CMIP7），在為數不多的地球系統模式之中，表達來自臺灣的視角，替全人類未來做出貢獻。
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（客座總編輯｜中研院環境變遷研究中心特聘研究員 許晃雄教授；研究顧問團隊｜國家災害防救科技中心 陳永明組長、國立臺灣大學國家發展研究所 周桂田教授、國泰金控 程淑芬投資長、行政院能源及減碳辦公室 林子倫教授；責任編輯｜梁孟娟、趙守予）

地球系統模式示意圖。要打造虛擬地球，模擬地球氣候，需要考量各式各樣地球上的活動，是相當複雜的模擬系統。圖片來源：U.S. Department of Energy

氣候變遷第六次評估第一工作小組的報告（IPCC AR6  WGI）中，使用了TaiESM。圖片來源：IPCC, 2021: Annex II