图表出现在第45页2007年综合报告政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)的一份报告，列出了到本世纪末全球气温和海平面的预测。这两个数字预计都将上升，对于那些在过去10年左右的时间里对新闻头条有丝毫关注的人来说，这并不令人意外。然而，在这两种情况下，预测跨越了广泛的可能性。例如，气温可能会上升1.8摄氏度到6.4摄氏度(3.2华氏度到11.5华氏度)，而海平面可能会上升7英寸或23英寸——或两者之间的任何地方。
这一切听起来模糊得可怕，而且所有这些都是基于计算机模型的事实可能并不能让公众完全放心。对很多人来说，“模型”只是“不是真实世界”的另一种说法。公平地说，各种可能性在一定程度上反映了人类行为的不确定性:下图根据人类在未来一个世纪可能排放的二氧化碳和其他温室气体列出了不同的可能情况。世界各国是采取严格的排放控制，还是决定完全忽视气候问题，将对可能发生的变暖程度产生巨大影响。
但是，即使你排除了政治和经济的变幻莫测，并假设未来的排放量完全已知，气候模型的预测仍然涵盖了一系列温度、海平面和其他气候变化的表现。虽然只有一种气候，但模拟它的方法不止一种。IPCC的数据来源于包括国家大气研究中心(NCAR)、地球物理流体动力学实验室(GFDL)、英国气象局等机构制作的近24个独立模型的平均数据。所有这些模型都有共同的特点，但它们的构造方式不同——所有这些模型都完全排除了一些潜在的重要气候过程。所以问题依然存在:我们能在多大程度上相信气候模型能告诉我们关于未来的信息?
GFDL的建模师基思•迪克森说，答案是，这完全取决于你提出的问题。“如果你想知道‘气候变化是不是我应该关注的问题?’”他说，“然后你就会得到一些非常可靠的结果。气候正在变暖，我们可以解释原因。展望21世纪，所有关于人类活动的合理预测都表明，气候不仅会继续变暖，而且很有可能会加速变暖。这些都是全球范围内的问题，而且非常可靠。”
问题是，气候变暖会导致加速或减缓气候变暖的变化。
他们坚实的原因是,对出现的第一个原油版本早在1960年代,模型为核心的一系列方程描述气流,辐射和能量平衡Sunwarms地球和地球发送一些温暖回太空。“从字面上讲，这可以归结为数学，”彼得·格勒克勒(Peter Gleckler)说气候模式诊断和相互比较程序在利弗莫尔国家实验室，基本方程是相同的，从一个模型到另一个。“全球气候模型，”他说，呼应了迪克森，“是为了处理大气的大规模流动而设计的，而且它们在这方面做得很好。”
问题是，气候变暖导致了各种各样的变化——北极的冰量、陆地上的植被种类、洋流、永久冻土和云层覆盖等等——反过来，这些变化要么会导致更大的变暖，要么会使气候变冷。为了准确地模拟气候，你必须考虑到所有这些因素。不幸的是，领导NCAR更新其气候模型的James Hurrell说，你不能这样做。他说:“有时候，你没有把流程包括进去，仅仅是因为你对它们不够了解。”“有时是因为它们甚至还没有被发现。”
迪克森说，前者的一个很好的例子是全球碳循环 - 海洋，大气和生物圈之间的复杂交换。由于大气二氧化碳正在推动气候变化，这显然很重要，但直到大约15年前，它被纳入模型中的速度太差。“现在，”迪克森说，“我们在包括它 - 我们正在模拟生活，而不仅仅是物理学。”代表海洋动力学和海冰的方程也被添加到气候模型中，因为科学家们更好地理解了这些关键的过程。
其他重要现象，如云的变化，仍然过于复杂，无法精确建模。“我们不能模拟单个积云，”迪克森说，因为它们比组成气候模型的200公里网格要小得多。同样的情况也适用于气溶胶——包括自然灰尘和人造烟尘在内的微小颗粒——它们漂浮在大气中，可以使地球变冷或变暖，这取决于它们的大小和组成。
一位专家说，这并不是一门根据定义什么都知道的科学。
但是没有一种正确的方式来模拟这些小规模现象。“我们没有观察结果，没有理论，”Gleckler说。他们在这一点上最好的是模拟网格盒中所有云或气溶胶的净效果，该过程称为“参数化”。不同的型号中心以不同的方式对此进行了解，这是不确定的，导致不同的结果。“根据定义，这不是一切所知的科学，”Gleckler说。“世界各地的群体正在追求自己的研究途径来发展改进的模型。”如果过去是任何指南，建模者将能够逐一放弃参数化，用真实物理过程的数学表示替换它们。
有时，建模者不太了解一个足以包括它的过程，即使他们知道它可能是重要的。一个例子是一个在2007个IPCC图表上出现的警告。预计海平面上升的范围，警告说，明确排除“冰流量的未来快速动态变化”。换句话说，如果格陵兰和南极洲的陆地冰开始朝海的速度比过去更快地移动 - 冰川癖者所知道的东西是可能的，但尚未记录 - 这些估计是不正确的。并熟悉，卫星现在已经探测到这种运动．“NCAR的上一代模型，”Hurrell说，“根本没有冰原动力学。我们去年夏天刚刚发布的模型可以，但表现方式相对粗糙。一两年后，我们将进行更复杂的更新。”
然而，只有当模型最终能够合理地表现真实世界时，复杂性才算数。等到2100年再找出答案并不是特别有用，所以建模者做了次优选择:他们进行“预测”，即与预测相反。“我们从19世纪中期开始设计模型，”Dixon说，“让它们贯穿到现在。”如果一个模型能够很好地再现真实世界气候记录的总体特征，那就是一个好迹象。
模型不尝试的是符合我们经历过的短期气候变化的时间。模型可能会产生像20世纪30年代一样的灰尘，但在20世纪50年代可能发生的模型中。它应该在太平洋地区产生ElNiño和LaNiña电流的UPS和下降，而是在右频率和强度上，但不一定在真实太平洋地区发生的同时。模型应该在整体变暖趋势中显示放缓和加速度，自然波动的结果，在真正的气候中发生的速度。但是，他们不一定表明我们在过去十年中观察到的全球变暖的具体平整 - 一个暂时放缓，宣布了宣布气候变化结束的怀疑论者。
同样重要的是要认识到气候代表了模型师所说的边界条件。撒哈拉沙漠的暴风雪超出了我们目前的气候范围，明年格陵兰岛的棕榈树也不属于这个范围。但在这些范围内，年复一年，十年又十年，事情可能会发生很大的变化。建模者的目标是制造一种虚拟气候，在统计意义上与真实气候相似，比如El Niños出现的频率与现实中差不多，或者每100年左右出现一次的百年一遇的风暴。
许多关于如何适应气候变化的决定不能等到有更好的气候模型之后再做。
这是天气预报和气候预报之间的一个本质区别。两者都使用计算机模型，在某些情况下，甚至是非常相同的模型。但是天气预报从观测到的此刻的大气和海洋状态开始，然后向前投射。对于我们的日常生活来说，知道九月有这个平均高点或那个平均低点是没有用的;我们想知道明天、后天和下周的实际温度是多少。由于大气是混乱的，任何对今天情况的不完全了解(这是不可能的，因为观测总是不完美的)将使预测在大约两周后失效。
由于气候预测不是几天或几周的，而是几十年的，建模者甚至没有尝试做出具体的预测。相反，他们寻找的是平均值的变化——边界条件的变化。他们想知道2050年9月是否会比2010年9月普遍变暖，或者极端天气事件——干旱、暴雨、洪水——是否会变得更频繁或更少。事实上，这就是气候的定义:一个特定地方的平均条件。
“因为模型是由不同的科学家使用不同的编码组合在一起的，每个模型都有其优缺点，”Dixon说。“有时候，一个(建模)小组最终得到过多或过少的海冰，但在El Niño和美国大陆的降水方面做得很好，例如，”而另一个小组则钉住了冰，但随着海平面上升而下降。然而，当您将多个模型平均起来时，误差往往会抵消。
然而，即使模型能够很好地再现过去，也不能保证它们在预测未来时同样可靠。这在一定程度上是因为一些气候变化是非线性的，也就是说，一个小小的推动可以产生一个意想不到的大结果。再一次，冰原是一个很好的例子:如果你只看融化，很容易计算出温度每上升一度会有多少额外的水进入海洋。但是，由于融水可以渗透下去润滑冰川的底部，由于温暖的海洋可以把冰川的末端从海底提起，并消除一个天然刹车，冰本身最终可能会被倾倒到海里，不融化。因此，一个相对较小的温度上升可能导致海平面意外地大幅上升。这种特殊的非线性已经被怀疑过了，虽然还没有被完全理解，但是气候系统中可能潜伏着其他因素。
Beyond that, says Dixon, if three-fourths of the models project that the Sahel (the area just south of the Sahara) will get wetter, for example, and a fourth says it will dry out, “there’s a tendency to go with the majority. But we can’t rule out without a whole lot of investigation whether the minority is doing something right. Maybe they have a better representation of rainfall patterns.” Even so, he says, if you have the vast majority coming up with similar results, and you go back to the underlying theory, and it makes physical sense, that tends to give you more confidence they’re right. The best confidence-builder of all, of course, is when a trend projected by models shows up in observations — warmer springs and earlier snowmelt in the Western U.S., for example, which not only makes physical sense in a warming world, but这显然正在发生．
模型也在不断改进。气候科学家已经在使用修正版本，试图预测未来几年厄尔尼诺现象和La Niñas的实际发生时间。他们刚刚开始与未来10年、20年甚至30年的周期作斗争，所谓的10年时间跨度是指边界条件的变化和边界内的自然变化都会对气候产生影响。Hurrell说:“我们在El Niños上掌握了一定的技能，而在15-20年前，我们还没有这么熟练。这就是我们现在对未来十年的预测。它将显著改善。”
在评估气候模型的二十年后，Gleckler不想淡化留在现有模型中的缺点。“但是我们有更好的观察，即最近，”他说，“更多人开始专注于这些事情，更好的资金。我认为我们有更好的前景来实现现在的实际进步。“