本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
我的大部分日常工作涉及使用计算机模型模拟药物和蛋白质等分子的行为。这个领域与其说是科学，不如说更像是一门艺术，部分原因是正在建模的系统过于复杂且难以理解，无法屈服于精确的解决方案。成功通常取决于在类似系统上工作所获得的经验和直觉。这并不意味着没有正确的预测，但这确实意味着惊喜比我们想象的更常见，并且许多现象不可能在非常精确的精度范围内建模。模型的失败有时可以追溯到简单地无法模拟系统基本组成部分的行为。在某些情况下，这个组成部分仅仅是包围蛋白质的水；水仍然是一种像其他物质一样神秘的物质。在其他情况下，它可能是系统的熵。问题在于，即使我们知道这些因素是导致我们模型局限性的原因，也难以计算这些因素。
一份关于气候变化模型未能预测美国西南部主要干旱时间的近期报告让我想起了我自身领域中的一些问题。不幸的是，实际论文尚未发表，因此我们将不得不等待详细信息，但《自然》杂志的新闻报道对此进行了很好的总结。
纽约州帕利塞德斯市哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的斯隆·科茨和他的同事测试了一个最先进的气候模型是否可以模拟已知在过去一千年西南地区发生的干旱。该模型纳入了影响温度和降雨的现实数字，例如大气二氧化碳水平、太阳辐射变化和火山爆发产生的火山灰。它还纳入了厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）的变化。
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结果令人困惑。尽管模拟产生了一些持续数十年之久的显著干旱，但这些干旱与已知的特大干旱的发生时间不符。事实上，当模型被输入影响降雨的变量的真实值时，干旱发生的吻合程度与模型运行控制模拟（其中值被不现实地保持恒定）时没有什么不同。“该模型似乎遗漏了一些驱动大型干旱的动态，”研究参与者，拉蒙特-多尔蒂的历史气候模式研究员杰森·斯默登说。
他说，该团队测试的其他气候模型也好不到哪里去。特别是，这些模型未能重现中世纪暖期（公元900年至1200年之间，全球气温与今天差不多高）期间西南部发生的一系列持续数十年的干旱。
该团队继续为模型的失败提供了几种可能的解释，最有可能与它们无法解释ENSO循环中的细节有关。研究人员还指出，这些模型可能没有捕捉到生物圈的一些重要特征。
除了未能重现厄尔尼诺现象和拉尼娜现象外，现有模型也没有完全捕捉到其他影响降雨的因素，例如云和植被。但斯默登补充说，抑制降雨和有利于长期干旱的大气和海洋动力可能本质上是随机的，因此几乎无法预测。
事实上，自20世纪50年代气候计算机模型诞生以来，这个问题一直困扰着它们。早期的通用环流模型（GCM）包括大气运动和风速、温度和压力等因素。随着时间的推移，这些大气环流模型变得非常复杂，考虑了辐射传输和各种气体的opacity。这些模型的优点和缺点在很大程度上延续到了现代气候建模中。
总的来说，这些模型非常擅长模拟大气运动，但在解释生物圈中的复杂过程方面仍然不足，包括土壤、森林、河流、山脉以及居住在这些环境中的各种植物和动物的行为。大气模拟准确和生物圈模拟逊色之间的这种差异可能是造成气候建模中许多缺陷的原因。正如研究人员所说，这些模型仍然不擅长捕捉云的精细细节及其对水的影响。令我震惊的是，分子模型和气候模型都在建模最简单和最普遍的物质——水方面挣扎。难怪它们很难预测干旱和降水。最后，当关键因素保持不变和允许变化时，结果没有差异，这指向了一组独立且可能未知的因素正在影响模型结果。
尽管如此，正如文章所说，关于全球降水的主要预测似乎更清晰，并且基于全球范围内的广泛实地研究；气候变化不仅仅是计算机建模。然而，问题在于预测当地的降水模式，不幸的是，正是这些类型的预测推动了地方和州级别的公共政策。当然，这种建模数据最重要的结果是它提供了关于气候变化模型的优势和局限性的知识。而知识总是非常有用的。