繪一幅虛擬地圖 打開人類活動與氣候變化的對話框

　　熱，熱，熱……今年這個夏天，即使西瓜冰棍空調(diào)電扇齊上陣，似乎也無法緩解炙人的熱浪，甚至有人驚呼：地球到了2000年以來最熱的時候了！

　　這的確不是聳人聽聞。《自然》和《自然—地球科學(xué)》剛剛發(fā)表的兩篇論文，考察了公元元年至今（過去2000年）的氣溫趨勢，發(fā)現(xiàn)接近20世紀末的全球氣溫變化速度和區(qū)域范圍遠超過去2000年其他時期的氣候波動。

　　專家稱，這種極端氣溫與氣候變化有關(guān)，人們應(yīng)想方設(shè)法減少溫室氣體排放，否則，極端高溫天氣可能會越來越多。

　　那么，人類的哪些活動對氣候變化影響更大一些？氣候變化又會怎樣影響人類經(jīng)濟和社會發(fā)展？由香港中文大學(xué)深圳研究院、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、南京師范大學(xué)和中國科學(xué)院大氣物理研究所共同承擔(dān)的國家重大科學(xué)研究計劃“人類活動與全球變化相互影響的模擬與評估”項目，自2015年啟動以來，針對全球變化研究中難以準確模擬人類活動的國際性難題，在構(gòu)建集成人類活動影響的地球系統(tǒng)模式，模擬及評估人類活動與全球變化的相互影響中取得階段性重要研究成果。

　　 用“一把尺子”度量地球圈

　　早在數(shù)年前，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會就發(fā)布報告稱：人類活動尤其溫室氣體排放“極有可能”是自20世紀中葉開始觀察到的全球變暖現(xiàn)象的主因，這一可能性在95%以上。

　　既然人類活動對氣候變化的影響已經(jīng)成為一種共識，為何對它的科學(xué)研究卻沒有停止？我們究竟需要弄清楚什么？

　　“現(xiàn)有的地球系統(tǒng)模式難以刻畫全球變化與人類活動的復(fù)雜關(guān)系，比如多數(shù)研究把人類活動簡單地歸為溫室氣體排放、土地利用變化、人為氣溶膠等，并且是單向影響，即人類活動對氣候變化的影響，反之則是成果寥寥。”香港中文大學(xué)太空與地球信息科學(xué)研究所所長林琿教授告訴科技日報記者，現(xiàn)有的研究中氣候變化與人類活動的反饋作用通常被忽視，將導(dǎo)致對未來氣候變化預(yù)估的不精確性，難以準確了解植被、生態(tài)等要素變化，對政策建議質(zhì)量產(chǎn)生影響等一系列弊端。

　　而在評估和模擬這種相互影響中，又牽出一個全新的科學(xué)問題——“一致性評價”，即如何把大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石圈以及生物圈不同的數(shù)值，放在一個系統(tǒng)里進行模擬和預(yù)測。

　　“比如說，人類活動相對來講尺度比較小，而地球物理學(xué)研究大氣、海洋、陸地往往是以經(jīng)緯網(wǎng)格為單位，所以需要一種新的模式，我們叫做降維，將地球物理學(xué)家的大尺度數(shù)值縮小到地理學(xué)家所描述的一個城市或者一個區(qū)域的范圍，這樣就可以讓不同研究的結(jié)果實現(xiàn)互通，進而評估全球變化。”林琿說道。

　　因此，課題組研究了全球變化下人類社會活動及其環(huán)境響應(yīng)模型，在提高現(xiàn)有氣候系統(tǒng)模式水平分辨率基礎(chǔ)上，耦合人類活動模型，形成考慮人類活動影響的地球系統(tǒng)模式。

　　“為了讓人類活動模型和地球系統(tǒng)模式雙向合作好，我們將經(jīng)緯度從2.8度降到了現(xiàn)在的1度，1度相當(dāng)于100公里，在200hPa緯向風(fēng)模擬、風(fēng)應(yīng)力模擬、海平面氣壓模擬等方面都獲得了更高的精度。”林琿介紹說。

　　為中國氣候變化提供決策參考

　　2017年6月，美國總統(tǒng)特朗普宣布退出巴黎氣候協(xié)定，引起全球一片嘩然。

　　巴黎氣候協(xié)定是全球195個國家共同達成的一項協(xié)定，其宗旨是逐步減少導(dǎo)致氣候變化的排放，從而防止全球氣溫大幅上升。

　　分析人士認為，美國此舉將令發(fā)展中國家不愿采取進一步的措施來限制排放，從而可能妨礙整體減排行動，到最后的結(jié)果則是氣溫上升到危險的水平。

　　“全球氣候變化不僅僅是科學(xué)家的事情，已經(jīng)形成的共識認為，它不再是單一的科學(xué)性問題，而會涉及到一系列經(jīng)濟和政策問題。”林琿表示，為了應(yīng)對氣候變化的威脅，一方面要采取國際協(xié)議和必要政策，限制溫室氣體排放；另一方面，需要一個大型的綜合性政策模型能夠?qū)崟r模擬反饋氣候政策實施后整個能源系統(tǒng)以及土地利用/土地覆蓋的變化情況。

　　每個國家的經(jīng)濟發(fā)展模式和土地利用情況各不相同，因此模型輸出的結(jié)果不一。為此，課題組在全球變化評估模型（GCAM）基礎(chǔ)上，構(gòu)建了GCAM-China模型，并結(jié)合中國實際高耗能產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源消費結(jié)構(gòu)，細分中國區(qū)域工業(yè)部門，把中國工業(yè)劃分為水泥、鋼鐵、化工、有色金屬、造紙、設(shè)備制造和其他工業(yè)7大類。并對每個部門的燃料類型和能源利用技術(shù)進行重新構(gòu)建，利用中國基年土地數(shù)據(jù)進行實時更新和校準。

　　“有人說，中國的城市化是21世紀最重要的標志，全世界超過60%的鋼鐵水泥鋪在中國大地上，這產(chǎn)生了大量的能耗，如果能夠?qū)�這樣的事件進行描述計算，將更適合中國國情。”林琿說道。

　　通過模擬2100年不同溫升目標下，全球輻射強迫、溫室氣體濃度、溫升、碳稅、減排成本、能源消費和土地利用轉(zhuǎn)換等的發(fā)展路徑，科研人員發(fā)現(xiàn)，通過實現(xiàn)將全球溫升控制在1.5攝氏度以內(nèi)，減排成本將大幅度增加，是控制在2攝氏度溫升目標的2倍以上。中國近零排放要從2070年前后提前到2050年前后，能源系統(tǒng)需要發(fā)生根本性的低碳轉(zhuǎn)型。

　　未來的地圖是“活”的

　　過去，手持一本地圖冊走遍全國完全沒問題。現(xiàn)如今，每個人的智能手機中都安裝了百度、高德或谷歌地圖軟件，打開軟件不光能看到地圖，還能搜索到與工作、生活相關(guān)的方方面面信息。

　　從二維到了三維、全景地圖、增強現(xiàn)實地圖……未來的地圖將會是什么模樣？“過去的地圖，我們是從上面獲取單向信息，地圖不能反饋信息給我們，建議的結(jié)果也不夠智能。”因此林琿得出結(jié)論：未來的地圖一定是走向智能化的。

　　在香港中文大學(xué)校園里，一位同學(xué)佩戴好傳感裝置，走在校園中，點開學(xué)校網(wǎng)站上的虛擬體驗系統(tǒng)，就能在屏幕上看到自己身后拖著一個長長的紫色條帶，那是他在行走過程中周圍空氣污染數(shù)值的變化。這就是虛擬地理環(huán)境在現(xiàn)實生活中的一次“小試牛刀”。

　　虛擬地理環(huán)境作為新一代地理學(xué)語言，自1998年在一次學(xué)術(shù)會議上被非正式提出，發(fā)展至今已經(jīng)歷整整20年。虛擬地理環(huán)境基于真實的地理環(huán)境和以地理數(shù)據(jù)庫為核心的虛擬環(huán)境，能夠幫助我們增強對真實世界的感知、理解與研究，從而幫助推動真實世界的改造與發(fā)展。

　　“人類活動與全球變化相互影響的模擬與評估”項目其中一大課題就是構(gòu)建并實現(xiàn)虛擬地理環(huán)境，不同于目前的紙質(zhì)地圖，項目團隊要實現(xiàn)的“地圖”是存在于三維空間中的“活”地圖，很多人都能參與到這張地圖的規(guī)劃中來。“足不出戶，在全世界各地就能參與到這個共享開放的地圖中來。大家根據(jù)自己的需求，調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，系統(tǒng)就能夠自動模擬出環(huán)境變化。”在林琿看來，這個虛擬地理環(huán)境系統(tǒng)能夠讓大家以最直觀的形式加深對現(xiàn)實世界的理解，也能讓不同行業(yè)的人相互理解，“甚至做水文研究的也能夠理解做大氣研究的。”

　　目前，該系統(tǒng)已在分析與評估不同溫升政策對我國糧食產(chǎn)量變化的影響、青藏高原三江源生態(tài)狀況變化評估與分析中發(fā)揮重大作用。