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)宣布，他們成功研發(fā)了完全自主的“貢嘎”(GONGGA)大氣碳反演系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“貢嘎”系統(tǒng))。這是“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)。
這一成果標(biāo)志著我國(guó)科學(xué)家在全球碳收支評(píng)估中的角色，由數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)者向大氣反演領(lǐng)域引領(lǐng)者轉(zhuǎn)變。
專家表示，“貢嘎”系統(tǒng)作為首個(gè)獲得“全球碳計(jì)劃”認(rèn)證的我國(guó)完全自主的碳收支綜合評(píng)估系統(tǒng)，扭轉(zhuǎn)了我們對(duì)全球及中國(guó)碳收支評(píng)估依賴國(guó)外反演系統(tǒng)的局面，增強(qiáng)了我國(guó)在碳收支評(píng)估和氣候談判中的話語(yǔ)權(quán)。
用自己的模型說(shuō)清“碳收支”
“全球碳循環(huán)有兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：一是碳匯分布在哪兒，二是碳匯如何發(fā)生。”中科院院士、中科院青藏高原研究所(以下簡(jiǎn)稱青藏所)研究員樸世龍指出，準(zhǔn)確回答這兩大問(wèn)題，有助于理解全球碳循環(huán)過(guò)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(guó)際地圈-生物圈計(jì)劃、國(guó)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”，旨在對(duì)二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的全球收支進(jìn)行評(píng)估，以期解決溫室氣體濃度上升的問(wèn)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。項(xiàng)目組將國(guó)際上各研究團(tuán)隊(duì)提交的反演結(jié)果與全球40多個(gè)基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測(cè)的大氣二氧化碳年增長(zhǎng)率進(jìn)行對(duì)比，并用基于洲際飛機(jī)的高空獨(dú)立觀測(cè)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。其成果是聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)第五次、第六次評(píng)估報(bào)告以及國(guó)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(cè)量少，難以捕捉到碳匯年際連續(xù)變化，更重要的是，缺乏“unhealthy(不健康)”生態(tài)系統(tǒng)碳源匯的監(jiān)測(cè)。20世紀(jì)90年代中期，科學(xué)家研發(fā)了更為先進(jìn)的“大氣碳反演系統(tǒng)”。
“貢嘎”系統(tǒng)研發(fā)骨干、青藏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(cè)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(shí)估算全球和區(qū)域尺度陸地與海洋碳通量大小、評(píng)估全球碳收支。
“我們?cè)缙诶脟?guó)外的模型估算我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)碳匯量。幾年前，美國(guó)模型估算碳匯量結(jié)果比英國(guó)模型估算結(jié)果減少了50%左右，誤差非常大。”樸世龍說(shuō)，我國(guó)科學(xué)家過(guò)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(píng)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(yǔ)權(quán)。
在第二次青藏科考的支持下，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(shuō)清楚我們自己的碳收支。
“我們不僅要做全球尺度的二氧化碳源匯評(píng)估，而且希望通過(guò)更高精度觀測(cè)數(shù)據(jù)了解青藏高原碳源匯，為我國(guó)碳中和目標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)，提高國(guó)際影響力。”樸世龍說(shuō)。
自主系統(tǒng)“牛”在哪兒
“取名為‘貢嘎’，就是為了與青藏高原科考更為貼近。”田向軍說(shuō)。
“貢嘎”系統(tǒng)在“天河”超級(jí)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(píng)估驗(yàn)證，與美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局觀測(cè)的大氣二氧化碳增長(zhǎng)率相比，其反演結(jié)果和觀測(cè)之間的均方根誤差最小。
與國(guó)際其他反演系統(tǒng)相比，“貢嘎”系統(tǒng)有三大優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。
田向軍表示，首先，“貢嘎”系統(tǒng)所采用的NLS-4DVar是本年度全球碳收支評(píng)估所有大氣碳反演系統(tǒng)中唯一兼具集合與四維變分方法優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)。其次，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。再次，系統(tǒng)可靈活轉(zhuǎn)化為國(guó)產(chǎn)碳衛(wèi)星驗(yàn)證平臺(tái)，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(dòng)。
“貢嘎”系統(tǒng)得到了國(guó)際科學(xué)界的充分認(rèn)可。11月11日，“全球碳計(jì)劃”發(fā)布了《全球碳收支2022》報(bào)告，中國(guó)、法國(guó)、荷蘭、日本等國(guó)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，“貢嘎”系統(tǒng)成為首輪入選的4個(gè)先進(jìn)國(guó)際系統(tǒng)之一。
“全球碳計(jì)劃”執(zhí)行主席Josep Canadell指出，“貢嘎”系統(tǒng)為本年度碳收支計(jì)算作出了重要貢獻(xiàn)。
此外，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(cè)站點(diǎn)的思路，為建立溫室氣體綜合觀測(cè)平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)青藏高原碳收支準(zhǔn)確評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。
未來(lái)，“貢嘎”系統(tǒng)將發(fā)揮重要作用。田向軍介紹，團(tuán)隊(duì)將在第二次青藏科考的支持下，基于“貢嘎”系統(tǒng)兼容性設(shè)計(jì)，構(gòu)建全球-全國(guó)-高原“貢嘎”多要素(二氧化碳和甲烷)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(píng)估，同時(shí)利用區(qū)域“貢嘎”系統(tǒng)開展全國(guó)自然碳匯綜合評(píng)估，深度參與國(guó)際合作、全球碳收支評(píng)估，增強(qiáng)中國(guó)系統(tǒng)與中國(guó)數(shù)據(jù)的國(guó)際影響力。
2023年，“貢嘎”系統(tǒng)將第一次在全球碳收支盤點(diǎn)中發(fā)出“中國(guó)聲音”，為我國(guó)進(jìn)行“碳中和”核算和國(guó)際氣候履約談判提供有力的科學(xué)工具與數(shù)據(jù)。
