專家顧問：清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系副教授 劉竹 博士 竇新宇

工業(yè)革命以來，人類活動排放大量二氧化碳，超出森林、海洋等傳統(tǒng)碳匯的吸收限度，導(dǎo)致氣候變化日益加劇。為應(yīng)對氣候變化，世界各國積極制定碳排放控制目標(biāo)及減排預(yù)案，并陸續(xù)設(shè)定碳中和時間表。

作為碳中和進程可視化的重要工具和評判國家碳達峰水平的重要依據(jù)，碳數(shù)據(jù)已成為應(yīng)對氣候變化與制定相關(guān)政策的基礎(chǔ)。

近日，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系副教授劉竹及其研究團隊構(gòu)建了以天為單位的全球首個近實時天尺度碳排放地圖GRACED，將碳排放時空動態(tài)研究從“過去時”發(fā)展到“現(xiàn)在時”，為碳中和目標(biāo)科學(xué)精準(zhǔn)實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支撐。

碳數(shù)據(jù)獲關(guān)注

近實時天尺度碳排放地圖發(fā)布

劉竹認為，除了關(guān)注碳排放的量，還需要知道碳排放從哪里來，以及碳排放的變化和未來趨勢?？茖W(xué)、可靠、可追溯的高分辨率碳排放地圖能夠提供碳排放關(guān)鍵地理位置信息，是應(yīng)對氣候變化研究的核心數(shù)據(jù)之一。

以往的碳排放地圖受技術(shù)限制，僅能將以年為單位的歷史排放數(shù)據(jù)進行空間展示，難以反映碳排放時空動態(tài)演變。而全球碳減排與碳中和目標(biāo)依賴于及時、準(zhǔn)確、可靠的碳排放動態(tài)監(jiān)測及政策評估，迫切需要建立新的碳排放時空定量方法。

實現(xiàn)近實時高分辨率的碳排放時空量化，需要實現(xiàn)碳排放源的精細量化及碳排放變化過程動態(tài)捕捉。近年來，衛(wèi)星遙感、傳感器等技術(shù)帶來的多源、多維度數(shù)據(jù)，以及云計算平臺等提供的海量數(shù)據(jù)處理能力，為實現(xiàn)這一目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

在此背景下，劉竹研究團隊領(lǐng)銜國內(nèi)外研究機構(gòu)，提出基于近實時碳排放量化方法和參數(shù)模型的碳排放空間量化模式——全球首個近實時天尺度碳排放地圖GRACED，可實現(xiàn)碳排放地圖近實時更新，成功將全球碳排放時空動態(tài)研究從“過去時”推進到“現(xiàn)在時”。

研究涉及多個領(lǐng)域

打破數(shù)據(jù)和技術(shù)壁壘

涵蓋超過70%的全球電力和工業(yè)排放、85%的地面運輸排放以及近100%的住宅和航空業(yè)燃料排放的高分辨率活動數(shù)據(jù)，覆蓋全球90%以上的二氧化碳排放量，包括電力、工業(yè)、居民消費、地面交通、國內(nèi)航空、國際航空、國際海運等全球7個主要二氧化碳排放部門……記錄自2019年1月1日以來全球碳排放天變化的GRACED，是一份具有天尺度分辨率的分部門、近實時全球碳排放地圖。

據(jù)團隊成員竇新宇介紹，對于GRACED的研究，打破了原有數(shù)據(jù)和技術(shù)壁壘。研究通過將碳排放定量評估中的活動因子進行參數(shù)化處理和分解，運用地面觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，反演碳排放參數(shù)數(shù)據(jù)的時空變化，構(gòu)建基于算法的天尺度全球近實時碳排放核算理論和方法模型。

GRACED更為先進之處在于，可以精準(zhǔn)反映周末及工作日、全球重點城市的關(guān)鍵排放區(qū)域碳排放實時動態(tài)變化以及新冠肺炎疫情對碳排放的實時動態(tài)影響。

數(shù)據(jù)顯示，全球絕大多數(shù)區(qū)域周末碳排放量低于工作日，發(fā)達地區(qū)的工作日和周末之間排放差異比欠發(fā)達地區(qū)更為明顯。2020年，北京、上海、武漢等城市碳排放量在1月末受到疫情沖擊，出現(xiàn)明顯下降，但在疫情得到控制后趨于平穩(wěn)。洛杉磯、巴黎、約翰內(nèi)斯堡等城市在當(dāng)年4月、5月出現(xiàn)排放顯著下降的情況。

國際認可度高

研究成果應(yīng)用前景廣闊

相較于以年為單位呈現(xiàn)的碳排放地圖，GRACED可展示排放源的種類、來源和時空分布特征，能夠反映人類活動變化導(dǎo)致的碳排放時空動態(tài)變化特征，包括氣候、季節(jié)對碳排放的實時動態(tài)變化等。

基于此，決策者和研究人員可根據(jù)區(qū)域資源配置與行業(yè)發(fā)展，因地制宜對碳排放源進行全過程追蹤和量化，為區(qū)域環(huán)境治理協(xié)同機制分析與政策建議提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

目前，GRACED已被國際社會廣泛應(yīng)用，其中，世界氣象組織的《2021年聯(lián)合科學(xué)報告》、全球碳計劃的《2021年全球碳預(yù)算報告》和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的《2021年排放差距報告》等均采用了GRACED的相關(guān)數(shù)據(jù)。

劉竹表示，GRACED可支撐多個國家和地區(qū)開展針對性的碳排放評估，利于及時調(diào)整各類氣候政策措施，從而賦能碳中和目標(biāo)科學(xué)精準(zhǔn)實現(xiàn)。

據(jù)悉，該項研究得到國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金以及求是科技基金會的支持。

（責(zé)任編輯：張林）