蔡兆男,成里京,李婷婷,郑循华,王林,韩圣慧,王凯,屈侠,江飞,张永雨,朱建华,龙上敏,孙扬,贾炳浩,袁文平,张天一,张晴,谢瑾博,朱家文,刘志强,吴琳,杨东旭,魏科,吴林,张稳,刘毅,曹军骥.碳中和目标下的若干地球系统科学和技术问题分析[J].中国科学院院刊,2021,36(5):602-613.
碳中和目标下的若干地球系统科学和技术问题分析
Key Scientific and Technical Issues in Earth System Science Towards Achieving Carbon Neutrality in China
碳中和目标下的若干地球系统科学和技术问题分析
Key Scientific and Technical Issues in Earth System Science Towards Achieving Carbon Neutrality in China
作者
蔡兆男1*
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
CAI Zhaonan1*
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
成里京1,2*
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
CHENG Lijing1,2*
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
李婷婷1,2,3
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049;南方海洋科学与工程广东省实验室 珠海 519080
LI Tingting1,2,3
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory, Zhuhai 519080, China
郑循华1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
ZHENG Xunhua1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
王林1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
WANG Lin1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
韩圣慧1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
HAN Shenghui1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
王凯1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
WANG Kai1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
屈侠1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
QU Xia1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
江飞4
南京大学 国际地球系统科学研究所 南京 210023
JIANG Fei4
International Institute for Earth System Science, Nanjing University, Nanjing 210023, China
张永雨5
中国科学院青岛生物能源与过程研究所 青岛 266101
ZHANG Yongyu5
Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266101, China
朱建华6
中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 北京 100091
ZHU Jianhua6
Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
龙上敏7
河海大学 海洋学院 南京 210024
LONG Shangmin7
College of Oceanography, Hohai University, Nanjing 210024, China
孙扬1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
SUN Yang1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
贾炳浩1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
JIA Binghao1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
袁文平8
中山大学 大气科学学院 广州 510275
YUAN Wenping8
School of Atmospheric Sciences, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China
张天一1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
ZHANG Tianyi1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
张晴1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
ZHANG Qing1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
谢瑾博1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
XIE Jinbo1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
朱家文1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
ZHU Jiawen1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
刘志强1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
LIU Zhiqiang1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
吴琳1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
WU Lin1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
杨东旭1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
YANG Dongxu1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
魏科1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
WEI Ke1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
吴林1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
WU Lin1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
张稳1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
ZHANG Wen1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
刘毅1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
LIU Yi1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
曹军骥1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
CAO Junji1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
CAI Zhaonan1*
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
成里京1,2*
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
CHENG Lijing1,2*
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
李婷婷1,2,3
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049;南方海洋科学与工程广东省实验室 珠海 519080
LI Tingting1,2,3
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory, Zhuhai 519080, China
郑循华1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
ZHENG Xunhua1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
王林1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
WANG Lin1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
韩圣慧1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
HAN Shenghui1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
王凯1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
WANG Kai1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
屈侠1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
QU Xia1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
江飞4
南京大学 国际地球系统科学研究所 南京 210023
JIANG Fei4
International Institute for Earth System Science, Nanjing University, Nanjing 210023, China
张永雨5
中国科学院青岛生物能源与过程研究所 青岛 266101
ZHANG Yongyu5
Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266101, China
朱建华6
中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 北京 100091
ZHU Jianhua6
Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
龙上敏7
河海大学 海洋学院 南京 210024
LONG Shangmin7
College of Oceanography, Hohai University, Nanjing 210024, China
孙扬1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
SUN Yang1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
贾炳浩1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
JIA Binghao1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
袁文平8
中山大学 大气科学学院 广州 510275
YUAN Wenping8
School of Atmospheric Sciences, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China
张天一1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
ZHANG Tianyi1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
张晴1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
ZHANG Qing1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
谢瑾博1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
XIE Jinbo1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
朱家文1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
ZHU Jiawen1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
刘志强1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
LIU Zhiqiang1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
吴琳1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
WU Lin1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
杨东旭1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
YANG Dongxu1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
魏科1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
WEI Ke1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
吴林1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
WU Lin1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
张稳1
中国科学院大气物理研究所 北京 100029
ZHANG Wen1
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
刘毅1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
LIU Yi1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
曹军骥1,2
中国科学院大气物理研究所 北京 100029;中国科学院大学 地球与行星科学学院 北京 100049
CAO Junji1,2
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
中文关键词
碳中和;碳源;碳汇;温室气体;气候变化;地球系统模式;气候监测
英文关键词
carbon neutrality;carbon source;carbon sink;greenhouse gas;climate change;earth system model;climate monitoring
中文摘要
碳中和作为21世纪最大规模的有序人类活动，亟待科学应对。文章从地球系统科学角度，讨论了支撑“碳达峰、碳中和”目标的大气、陆地和海洋相关的地球系统科学中的若干科学和技术问题及现存的知识不足。从地球系统模式、气候监测指标、温室气体监测技术、碳源/汇核算方法体系等方面，阐述了支撑碳中和的关键技术手段及现存的问题。基于目前存在的挑战和不足，建议深入理解气候系统多圈层相互作用过程和机制，完善地球系统理论与模式，从多圈层角度加强“碳达峰、碳中和”目标和气候变化理论基础；自主构建气候变化监测指标系统，研发温室气体监测与核查手段和平台，为碳中和目标提供先进的技术手段支撑。
英文摘要
The carbon neutrality strategy will be the largest orderly human activity in this century, which requires strong scientific supports. This study introduces some key scientific questions and remaining knowledge gaps in earth system science (i.e. atmosphere, land, ocean science), and also discusses some key techniques and the associated challenges, including Earth System Model, climate metrics, greenhouse gasses monitoring techniques, carbon inventories from regional to global scales. On this basis, this study recommends to construct climate monitoring system and platform in China, better describe and understand the earth system coupling processes and mechanisms. To consolidate the techniques for carbon neutrality, this study also suggests to build carbon monitoring and inventory assessment platform and to improve the Earth System Model.
DOI10.16418/j.issn.1000-3045.20210402002
作者简介
蔡兆男 中国科学院大气物理研究所副研究员。中国科学院青年创新促进会会员。主要从事大气温室气体和污染气体的卫星遥感、地基遥感、温室气体探空观测、碳源/汇反演研究。发表学术论文30余篇,其中第一或通讯作者10余篇。主持和参与多项国家自然科学基金青年项目、面上项目和重点研发计划项目,以及中国科学院战略性先导科技专项等。
E-mail:caizhaonan@mail.iap.ac.cn
CAI Zhaonan Ph.D.,Associate Professor of Institutes of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences (CAS),member of Youth Innovation Promotion Association of CAS.His research focuses on satellite&ground-based remote sensing of atmospheric trace gases,balloon-sounding of greenhouse gases,and flux inversion.He has published over 30 papers,among them,he first authored or correspondingly authored 10 of them.In recent years,he has mainly undertaken projects of the CAS,China Association for Science and Technology,and National Natural Science Foundation of China.
E-mail:caizhaonan@mail.iap.ac.cn
成里京 中国科学院大气物理研究所副研究员。中国科学院青年创新促进会会员。主要从事海洋和气候变化监测、全球能量和水循环等方向的研究。发表学术论文56篇,包括在Science、Science Advances、Nature Climate Change、Journal of Climate等期刊发表第一或通讯作者34篇,SCI他引1 000余次。主持国家国家自然科学基金青年项目和面上项目,作为课题负责人参加国家重点研发计划等。2017-2019年担任政府间气候变化专门委员会(IPCC)海洋与冰冻圈特别报告主要作者,2019年至今担任世界气象组织气候变率及可预测性计划全球综合观测委员会委员。2020年获世界气候研究计划(WCRP)与全球气候观测系统(GCOS)联合颁发的"国际数据奖"。
E-mail:chenglij@mail.iap.ac.cn
CHENG Lijing Ph.D,Associate Professor in Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences (CAS),member of Youth Innovation Promotion Association of CAS.His research focuses on ocean and climate monitoring,global energy and water cycle.He has published 56 papers (34 of them are first or corresponding authors in Science,Science Advances,Nature Climate Change,Journal of Climate,and other journals) with a total citation of >1000 by SCI-indexed papers.His research was funded by National Natural Science Foundation of China (NSFC),Key Research and Development Program of China,etc.He has been selected as a Lead Author for IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate within 2017-2019.He is a member of CLIVAR (Climate Variability and Predictability Program),Global Synthesis and Observations Panel from 2019 to present.He was awarded to "International Data Prize" by WCRP/GCOS in 2020.
E-mail:chenglij@mail.iap.ac.cn
E-mail:caizhaonan@mail.iap.ac.cn
CAI Zhaonan Ph.D.,Associate Professor of Institutes of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences (CAS),member of Youth Innovation Promotion Association of CAS.His research focuses on satellite&ground-based remote sensing of atmospheric trace gases,balloon-sounding of greenhouse gases,and flux inversion.He has published over 30 papers,among them,he first authored or correspondingly authored 10 of them.In recent years,he has mainly undertaken projects of the CAS,China Association for Science and Technology,and National Natural Science Foundation of China.
E-mail:caizhaonan@mail.iap.ac.cn
成里京 中国科学院大气物理研究所副研究员。中国科学院青年创新促进会会员。主要从事海洋和气候变化监测、全球能量和水循环等方向的研究。发表学术论文56篇,包括在Science、Science Advances、Nature Climate Change、Journal of Climate等期刊发表第一或通讯作者34篇,SCI他引1 000余次。主持国家国家自然科学基金青年项目和面上项目,作为课题负责人参加国家重点研发计划等。2017-2019年担任政府间气候变化专门委员会(IPCC)海洋与冰冻圈特别报告主要作者,2019年至今担任世界气象组织气候变率及可预测性计划全球综合观测委员会委员。2020年获世界气候研究计划(WCRP)与全球气候观测系统(GCOS)联合颁发的"国际数据奖"。
E-mail:chenglij@mail.iap.ac.cn
CHENG Lijing Ph.D,Associate Professor in Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences (CAS),member of Youth Innovation Promotion Association of CAS.His research focuses on ocean and climate monitoring,global energy and water cycle.He has published 56 papers (34 of them are first or corresponding authors in Science,Science Advances,Nature Climate Change,Journal of Climate,and other journals) with a total citation of >1000 by SCI-indexed papers.His research was funded by National Natural Science Foundation of China (NSFC),Key Research and Development Program of China,etc.He has been selected as a Lead Author for IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate within 2017-2019.He is a member of CLIVAR (Climate Variability and Predictability Program),Global Synthesis and Observations Panel from 2019 to present.He was awarded to "International Data Prize" by WCRP/GCOS in 2020.
E-mail:chenglij@mail.iap.ac.cn
