自主研發(fā)中國首個獲全球碳計劃認證的大氣碳反演系統(tǒng)“貢嘎模型”
2001年，國際地圈-生物圈計劃、國際全球環(huán)境變化人文因素計劃和世界氣候研究計劃聯(lián)合發(fā)起了全球碳計劃（Global Carbon Project，GCP），專門致力于全球碳循環(huán)研究。過去10多年來，全球碳計劃每年公布主要溫室氣體的全球收支報告，其成果是IPCC第五、第六次評估報告以及國際氣候變化政策制定的科學(xué)基礎(chǔ)。但由于尚未擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的碳收支評估模型，過去我國科學(xué)家在全球碳計劃中扮演的角色主要是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的貢獻者，因而限制了在全球碳收支報告以及氣候政策制定中的話語權(quán)。
第二次青藏科考任務(wù)二團隊自主研發(fā)了大氣碳反演系統(tǒng)“貢嘎模型”，據(jù)GCP獨立驗證評估，與美國國家海洋和大氣管理局觀測的大氣CO2增長率相比，“貢嘎模型”的反演結(jié)果和實測數(shù)據(jù)之間的均方根誤差最小。這一成果標志著我國科學(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)對氣候變化和實現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略舉措。
“貢嘎模型”所采用的NLS-4DVar是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)計了獨創(chuàng)性雙通道優(yōu)化框架，實現(xiàn)CO2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)亦可靈活轉(zhuǎn)化為國產(chǎn)碳衛(wèi)星驗證平臺，貫通碳衛(wèi)星設(shè)計、發(fā)射與應(yīng)用的全流程技術(shù)鏈條，可實現(xiàn)碳衛(wèi)星載荷指標與“貢嘎模型”反演精度的有效聯(lián)動。憑借這些優(yōu)勢，“貢嘎模型”成為首個獲得全球碳計劃認證的中國自主大氣反演系統(tǒng)，為國際碳收支評估提供了中國系統(tǒng)與中國數(shù)據(jù)。
圖1 獨有雙通優(yōu)化有效區(qū)分CO2通量與濃度誤差
“貢嘎模型”的研發(fā)也逐步推動我國在氣候變化與碳循環(huán)領(lǐng)域的國際合作談判中的引領(lǐng)作用。全球碳計劃執(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算，第二次青藏科考隊研發(fā)的“貢嘎模型”對本年度碳收支計算做出了重要貢獻”。
圖2 利用“貢嘎模型”計算的中國生態(tài)系統(tǒng)碳匯情況