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)證的我國完全自主的碳收支綜合評(píng)估系統(tǒng)，扭轉(zhuǎn)了我們對全球及中國碳收支評(píng)估依賴國外反演系統(tǒng)的局面，增強(qiáng)了我國在碳收支評(píng)估和氣候談判中的話語權(quán)。

用自己的模型說清“碳收支”

“全球碳循環(huán)有兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題：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(以下簡稱青藏所)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”，旨在對二氧化碳、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。其成果是聯(lián)合國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(不健康)”生態(tài)系統(tǒng)碳源匯的監(jiān)測。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，美國模型估算碳匯量結(jié)果比英國模型估算結(jié)果減少了50%左右，誤差非常大。”樸世龍說，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(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，而且希望通過更高精度觀測數(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。”樸世龍說。

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。

“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，與美國國家海洋和大氣管理局觀測的大氣二氧化碳增長率相比，其反演結(jié)果和觀測之間的均方根誤差最小。

與國際其他反演系統(tǒng)相比，“貢嘎”系統(tǒng)有三大優(yōu)勢和特點(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、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，“貢嘎”系統(tǒng)成為首輪入選的4個(gè)先進(jìn)國際系統(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)觀測站點(diǎn)的思路，為建立溫室氣體綜合觀測平臺(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，“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-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)開展全國自然碳匯綜合評(píng)估，深度參與國際合作、全球碳收支評(píng)估，增強(qiáng)中國系統(tǒng)與中國數(shù)據(jù)的國際影響力。

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)。