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作者:韩扬眉 刘晓倩 来源:中国科学报 发布时间:2022/11/24 10:43:32
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自主“贡嘎”系统将发出中国“碳声音”
——中国“贡嘎”自主大气碳反演系统首进“全球碳计划”四大先进系统行列

 

 

11月23日,第二次青藏科考队“气候变化与生态系统碳循环”科考分队发布成果。科考团队成功研发了完全自主的“贡嘎”(GONGGA)大气碳反演系统(以下简称“贡嘎”系统),是全球碳计划2022年全球碳收支报告首轮脱颖而出的大气反演系统之一。

这一成果标志着,我国科学家在全球碳收支评估中的角色正由数据贡献者向大气反演领域引领者转变,并将服务于我国及其他国家应对气候变化和实现碳中和的战略举措。

专家表示,“贡嘎”系统作为首个获得‘全球碳计划’认证的我国完全自主的碳收支综合评估系统,扭转了我们对于全球及中国碳收支的评估依赖国外反演系统的局面,极大增强了我国在碳收支评估和气候谈判中的话语权。

用自己的模型说清自己的“碳收支”

“全球碳循环有两个关键科学问题:一个是碳汇分布在哪里?另一个是碳汇到底如何发生的?”中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所研究员朴世龙指出,准确回答这两大问题,有助于理解全球碳循环过程和机制,更有助于制定碳补偿和减缓政策。

基于这一背景,2001年,国际地圈—生物圈计划、国际全球环境变化人文因素计划和世界气候研究计划联合发起了“全球碳计划”,该计划旨在对二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的全球收支进行评估,以期共同解决温室气体浓度上升的问题。

自2007年起,“全球碳计划”开始发布全球碳收支年度报告,将国际上各研究团队提交的反演结果与全球40多个基准站点观测的大气二氧化碳年增长率进行对比,并用基于洲际飞机的高空独立观测加以验证,达到精度要求后方可入选全球碳收支年度报告。其成果是IPCC第五、第六次评估报告以及国际气候变化政策制定的科学基础。

朴世龙介绍,传统全球陆地碳汇估算方法以野外调查为主,探测量少,难以捕捉到碳汇年际连续变化,更重要的是,缺乏“unhealthy”生态系统碳源汇的监测。上世纪90年代中期,科学家们研发了更为先进的方法“大气碳反演系统”。

“贡嘎”系统研发骨干、中科院青藏高原研究所研究员田向军介绍,大气碳反演系统是基于大气传输模式模拟、大气二氧化碳浓度观测以及二氧化碳排放清单估算自然碳汇的重要手段,能够实时估算全球和区域尺度陆地与海洋碳通量大小、评估全球碳收支。

“我们早期利用国外的模型估算我国生态系统碳汇量,几年前,用美国模型的估算结果比用英国模型的估算结果碳汇量减少了50%左右,误差非常大。”朴世龙说,我国科学家过去在全球碳计划中扮演的角色主要是基础数据的贡献者,尚未拥有自主研发的碳收支评估模式,因而限制了在全球碳收支报告以及气候政策制定中的话语权。

在第二次青藏高原科学研究考察的支持下,朴世龙带领的“气候变化与生态系统碳循环”科考分队开始研发自主大气碳反演系统,期望用我们自己的数据、方法和模型,说清楚我们自己的碳收支。

“我们不仅要做全球尺度二氧化碳源汇评估,更希望利用更高精度的观测数据了解青藏高原碳源汇,为我国碳中和目标提供科学依据,提高国际影响力。”朴世龙说。

自主系统“牛”在哪儿

“取名为‘贡嘎’,就是为了与青藏高原科考更为贴切。”田向军说。

“贡嘎”系统在“天河”超级计算机上部署运行并得出数据,经“全球碳计划”独立评估验证,与美国国家海洋和大气管理局观测的大气二氧化碳增长率相比,“贡嘎”的反演结果和观测之间的均方根误差最小。

与国际其它反演系统相比,“贡嘎”系统有着三大优势和特点。

田向军表示,“贡嘎”系统所采用的NLS-4DVar是本年度全球碳收支评估所有大气碳反演系统中唯一使用兼具集合与四维变分方法优势的系统;系统设计了独创性双通道优化框架,实现二氧化碳通量与浓度误差的有效分离、联合同化,确保系统的反演精度;系统可灵活转化为国产碳卫星验证平台,贯通碳卫星设计、发射与应用的全流程技术链条,可实现碳卫星载荷指标与“贡嘎”系统反演精度的有效联动。

“贡嘎”系统得到了国际科学界的充分认可。今年11月11日,“全球碳计划”发布了《全球碳收支2022》,中国、法国、荷兰、日本等国的大气碳反演系统贡献了陆地和海洋碳汇的全球分布数据。

其中,第二次青藏科考“气候变化与生态系统碳循环”科考分队成功研发的具有完全自主的“贡嘎”大气碳反演系统,成为首轮入选的4个先进国际系统之一。

全球碳计划执行主席Josep Canadell教授指出,“在现代人类时代,温室气体从未像今天这样驱动地球变化,经济变革也正在促成我们所见过的规模最大、速度最快的全球能源转型。全球碳计划利用数百万的碳观测、能源数据,以及全球陆地、海洋和大气模型来完成碳收支计算,第二次青藏科考队研发的“贡嘎”模型对本年度碳收支计算做出了重要贡献”。

2023年将发出“中国声音”

未来,“贡嘎”系统将发挥着重要作用。

田向军介绍,团队将在继续第二次青藏高原综合科学考察的支持下基于“贡嘎”兼容性系统设计、构建全球—全国—高原“贡嘎”多要素(二氧化碳和CH4)反演体系,包括构建区域“贡嘎”系统、聚焦青藏高原碳汇评估,扩展至全国、利用区域“贡嘎”系统开展全国自然碳汇综合评估,同时深度参与国际合作、参与全球碳收支评估,增强中国系统与中国数据的国际影响力。

而在即将到来的2023年,“贡嘎”系统将第一次在全球碳收支的盘点中发出“中国声音”,为我国进行“碳中和”核算和国际气候履约谈判提供有力的科学工具与数据。

会议同期举办了第二次青藏科考第八场跨学科学术交流“气候变化与碳循环”主题交流活动,科考队报告了“巅峰使命”珠峰科考最新研究成果。

中国气象科学研究院研究员翟盘茂团队结合青藏高原冰芯代用资料和气象仪器最新观测记录的分析,发现青藏高原20世纪以来的快速升温在过去2000年历史上是前所未有的,揭示了在人类活动相关的全球温室气体排放的驱动下,青藏高原开始单调快速升温以及升温速率接近翻倍的时间分异点分别出现在20世纪初期和20世纪70年代中期。

中科院大气物理研究所研究员周天军团队研究指出,青藏高原主体的暖湿化特征在未来10年内将持续,长期变化受温室气体排放情景决定,极高排放情景(SSP5-8.5)下的增幅是极低排放情景(SSP1-1.9)的近3倍。

中科院青藏高原研究所副研究员汪宜龙报告了巅峰使命珠峰科考的大气温室气体浓度观测结果。他介绍,研究发现春季珠峰地区二氧化碳浓度高于美国夏威夷背景站点,是由中高纬度与热带地区的植被生长季时间差异所致;在特定气象条件下,珠峰地区高浓度的温室气体可能来自南亚的外部输入。

科考队还利用“贡嘎”系统,提出了优化、经济布设观测站点的思路,为建立温室气体综合观测平台以实现青藏高原碳收支准确评估提供科学依据。

朴世龙院士介绍“贡嘎”系统背景(中科院青藏所供图)

 
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