自主“貢嘎”系統(tǒng)將發(fā)出中國“碳聲音”

11月23日，第二次青藏科考隊(duì)“氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)”科考分隊(duì)發(fā)布成果。科考團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了完全自主的“貢嘎”（GONGGA）大氣碳反演系統(tǒng)（以下簡稱“貢嘎”系統(tǒng)），是全球碳計(jì)劃2022年全球碳收支報(bào)告首輪脫穎而出的大氣反演系統(tǒng)之一。

這一成果標(biāo)志著，我國科學(xué)家在全球碳收支評估中的角色正由數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)者向大氣反演領(lǐng)域引領(lǐng)者轉(zhuǎn)變，并將服務(wù)于我國及其他國家應(yīng)對氣候變化和實(shí)現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略舉措。

專家表示，“貢嘎”系統(tǒng)作為首個獲得‘全球碳計(jì)劃’認(rèn)證的我國完全自主的碳收支綜合評估系統(tǒng)，扭轉(zhuǎn)了我們對于全球及中國碳收支的評估依賴國外反演系統(tǒng)的局面，極大增強(qiáng)了我國在碳收支評估和氣候談判中的話語權(quán)。

用自己的模型說清自己的“碳收支”

“全球碳循環(huán)有兩個關(guān)鍵科學(xué)問題：一個是碳匯分布在哪里？另一個是碳匯到底如何發(fā)生的？”中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院青藏高原研究所研究員樸世龍指出，準(zhǔn)確回答這兩大問題，有助于理解全球碳循環(huán)過程和機(jī)制，更有助于制定碳補(bǔ)償和減緩政策。

基于這一背景，2001年，國際地圈—生物圈計(jì)劃、國際全球環(huán)境變化人文因素計(jì)劃和世界氣候研究計(jì)劃聯(lián)合發(fā)起了“全球碳計(jì)劃”，該計(jì)劃旨在對二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的全球收支進(jìn)行評估，以期共同解決溫室氣體濃度上升的問題。

自2007年起，“全球碳計(jì)劃”開始發(fā)布全球碳收支年度報(bào)告，將國際上各研究團(tuán)隊(duì)提交的反演結(jié)果與全球40多個基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測的大氣二氧化碳年增長率進(jìn)行對比，并用基于洲際飛機(jī)的高空獨(dú)立觀測加以驗(yàn)證，達(dá)到精度要求后方可入選全球碳收支年度報(bào)告。其成果是IPCC第五、第六次評估報(bào)告以及國際氣候變化政策制定的科學(xué)基礎(chǔ)。

樸世龍介紹，傳統(tǒng)全球陸地碳匯估算方法以野外調(diào)查為主，探測量少，難以捕捉到碳匯年際連續(xù)變化，更重要的是，缺乏“unhealthy”生態(tài)系統(tǒng)碳源匯的監(jiān)測。上世紀(jì)90年代中期，科學(xué)家們研發(fā)了更為先進(jìn)的方法“大氣碳反演系統(tǒng)”。

“貢嘎”系統(tǒng)研發(fā)骨干、中科院青藏高原研究所研究員田向軍介紹，大氣碳反演系統(tǒng)是基于大氣傳輸模式模擬、大氣二氧化碳濃度觀測以及二氧化碳排放清單估算自然碳匯的重要手段，能夠?qū)崟r估算全球和區(qū)域尺度陸地與海洋碳通量大小、評估全球碳收支。

“我們早期利用國外的模型估算我國生態(tài)系統(tǒng)碳匯量，幾年前，用美國模型的估算結(jié)果比用英國模型的估算結(jié)果碳匯量減少了50%左右，誤差非常大?！睒闶例堈f，我國科學(xué)家過去在全球碳計(jì)劃中扮演的角色主要是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)者，尚未擁有自主研發(fā)的碳收支評估模式，因而限制了在全球碳收支報(bào)告以及氣候政策制定中的話語權(quán)。

在第二次青藏高原科學(xué)研究考察的支持下，樸世龍帶領(lǐng)的“氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)”科考分隊(duì)開始研發(fā)自主大氣碳反演系統(tǒng)，期望用我們自己的數(shù)據(jù)、方法和模型，說清楚我們自己的碳收支。

“我們不僅要做全球尺度二氧化碳源匯評估，更希望利用更高精度的觀測數(shù)據(jù)了解青藏高原碳源匯，為我國碳中和目標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)，提高國際影響力?！睒闶例堈f。

自主系統(tǒng)“?！痹谀膬?/p>

“取名為‘貢嘎’，就是為了與青藏高原科考更為貼切。”田向軍說。

“貢嘎”系統(tǒng)在“天河”超級計(jì)算機(jī)上部署運(yùn)行并得出數(shù)據(jù)，經(jīng)“全球碳計(jì)劃”獨(dú)立評估驗(yàn)證，與美國國家海洋和大氣管理局觀測的大氣二氧化碳增長率相比，“貢嘎”的反演結(jié)果和觀測之間的均方根誤差最小。

與國際其它反演系統(tǒng)相比，“貢嘎”系統(tǒng)有著三大優(yōu)勢和特點(diǎn)。

田向軍表示，“貢嘎”系統(tǒng)所采用的NLS-4DVar是本年度全球碳收支評估所有大氣碳反演系統(tǒng)中唯一使用兼具集合與四維變分方法優(yōu)勢的系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)了獨(dú)創(chuàng)性雙通道優(yōu)化框架，實(shí)現(xiàn)二氧化碳通量與濃度誤差的有效分離、聯(lián)合同化，確保系統(tǒng)的反演精度；系統(tǒng)可靈活轉(zhuǎn)化為國產(chǎn)碳衛(wèi)星驗(yàn)證平臺，貫通碳衛(wèi)星設(shè)計(jì)、發(fā)射與應(yīng)用的全流程技術(shù)鏈條，可實(shí)現(xiàn)碳衛(wèi)星載荷指標(biāo)與“貢嘎”系統(tǒng)反演精度的有效聯(lián)動。

“貢嘎”系統(tǒng)得到了國際科學(xué)界的充分認(rèn)可。今年11月11日，“全球碳計(jì)劃”發(fā)布了《全球碳收支2022》，中國、法國、荷蘭、日本等國的大氣碳反演系統(tǒng)貢獻(xiàn)了陸地和海洋碳匯的全球分布數(shù)據(jù)。

其中，第二次青藏科考“氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)”科考分隊(duì)成功研發(fā)的具有完全自主的“貢嘎”大氣碳反演系統(tǒng)，成為首輪入選的4個先進(jìn)國際系統(tǒng)之一。

全球碳計(jì)劃執(zhí)行主席Josep Canadell教授指出，“在現(xiàn)代人類時代，溫室氣體從未像今天這樣驅(qū)動地球變化，經(jīng)濟(jì)變革也正在促成我們所見過的規(guī)模最大、速度最快的全球能源轉(zhuǎn)型。全球碳計(jì)劃利用數(shù)百萬的碳觀測、能源數(shù)據(jù)，以及全球陸地、海洋和大氣模型來完成碳收支計(jì)算，第二次青藏科考隊(duì)研發(fā)的“貢嘎”模型對本年度碳收支計(jì)算做出了重要貢獻(xiàn)”。

2023年將發(fā)出“中國聲音”

未來，“貢嘎”系統(tǒng)將發(fā)揮著重要作用。

田向軍介紹，團(tuán)隊(duì)將在繼續(xù)第二次青藏高原綜合科學(xué)考察的支持下基于“貢嘎”兼容性系統(tǒng)設(shè)計(jì)、構(gòu)建全球—全國—高原“貢嘎”多要素(二氧化碳和CH4)反演體系，包括構(gòu)建區(qū)域“貢嘎”系統(tǒng)、聚焦青藏高原碳匯評估，擴(kuò)展至全國、利用區(qū)域“貢嘎”系統(tǒng)開展全國自然碳匯綜合評估，同時深度參與國際合作、參與全球碳收支評估，增強(qiáng)中國系統(tǒng)與中國數(shù)據(jù)的國際影響力。

而在即將到來的2023年，“貢嘎”系統(tǒng)將第一次在全球碳收支的盤點(diǎn)中發(fā)出“中國聲音”，為我國進(jìn)行“碳中和”核算和國際氣候履約談判提供有力的科學(xué)工具與數(shù)據(jù)。

會議同期舉辦了第二次青藏科考第八場跨學(xué)科學(xué)術(shù)交流“氣候變化與碳循環(huán)”主題交流活動，科考隊(duì)報(bào)告了“巔峰使命”珠峰科考最新研究成果。

中國氣象科學(xué)研究院研究員翟盤茂團(tuán)隊(duì)結(jié)合青藏高原冰芯代用資料和氣象儀器最新觀測記錄的分析，發(fā)現(xiàn)青藏高原20世紀(jì)以來的快速升溫在過去2000年歷史上是前所未有的，揭示了在人類活動相關(guān)的全球溫室氣體排放的驅(qū)動下，青藏高原開始單調(diào)快速升溫以及升溫速率接近翻倍的時間分異點(diǎn)分別出現(xiàn)在20世紀(jì)初期和20世紀(jì)70年代中期。

中科院大氣物理研究所研究員周天軍團(tuán)隊(duì)研究指出，青藏高原主體的暖濕化特征在未來10年內(nèi)將持續(xù)，長期變化受溫室氣體排放情景決定，極高排放情景（SSP5-8.5）下的增幅是極低排放情景（SSP1-1.9）的近3倍。

中科院青藏高原研究所副研究員汪宜龍報(bào)告了巔峰使命珠峰科考的大氣溫室氣體濃度觀測結(jié)果。他介紹，研究發(fā)現(xiàn)春季珠峰地區(qū)二氧化碳濃度高于美國夏威夷背景站點(diǎn)，是由中高緯度與熱帶地區(qū)的植被生長季時間差異所致；在特定氣象條件下，珠峰地區(qū)高濃度的溫室氣體可能來自南亞的外部輸入。

科考隊(duì)還利用“貢嘎”系統(tǒng)，提出了優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)布設(shè)觀測站點(diǎn)的思路，為建立溫室氣體綜合觀測平臺以實(shí)現(xiàn)青藏高原碳收支準(zhǔn)確評估提供科學(xué)依據(jù)。（來源：中國科學(xué)報(bào)）

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。