全球气候变化是当前人类可持续发展面临的严峻挑战。碳数据是应对气候变化研究和制定相关政策的基础，也是碳中和进程中可视化的重要工具和评判国家碳达峰水平的重要依据，因此受到国际社会的广泛关注。除了关注碳排放量大小，更需要了解碳排放来源、碳排放变化以及未来发展趋势。碳排放地图可以提供碳排放关键地理位置信息，是应对气候变化研究中的核心数据。
然而，当前的碳排放地图由于受到技术上的限制，仅能空间展示逐年历史排放数据，难以反映碳排放的时空动态演化。全球碳减排与碳中和目标依赖于及时、准确、可靠的碳排放动态监测及政策评估，因此迫切需要建立一种新的碳排放时空定量表征范式。
在此背景下，清华大学地学系刘竹副教授研究组领衔国内外多家研究机构，提出一种基于近实时碳排放量化方法和参数模型的碳排放空间表征模式。研究成果以“近实时全球网格化逐日碳排放”（Near-real-time global gridded daily CO2 emissions）为题，在Cell Press 合作期刊The Innovation上在线发表。目前，该数据集已被国际气象组织（World Meteorological Organization, WMO）的“2021年科学联合报告（United in Science 2021）”，全球碳计划（Global Carbon Project, GCP）的“2021年全球碳收支年度报告（Global Carbon Budget 2021）”，联合国环境署（United Nations Environment Programme, UNEP）的“2021年排放差距报告（Emissions Gap Report 2021）”等广泛采用。近实时全球碳地图将支撑国家和地区开展针对性的碳排放评估，有助于各类气候政策措施及时调整，从而赋能碳中和目标的科学精确实现。
这项研究首次构建了全球近实时逐日碳排放地图GRACED。通过建立以天为尺度的近实时碳排放核算理论和方法模型，结合自动化处理和同化多维度数据源以及多种观测手段数据，搭建了实现网格级碳排放近实时快速计算的模型框架，进一步提高了全球碳排放数据时空分辨率，将全球碳排放的时空动态研究从“过去时”推进到“现在时”。
GRACED记录了自2019年1月1日以来的全球碳排放的天变化，是目前唯一具有天尺度分辨率的分部门近实时全球碳排放地图。数据集覆盖了全球90%以上的二氧化碳排放量，包括全球7个主要二氧化碳排放部门：电力、工业、居民消费、地面交通、国内航空、国际航空、国际航运。
GRACED反映出人类活动变化导致的碳排放的时空动态变化特征，包括气候、季节、节假日甚至是新冠疫情对碳排放的实时动态变化（图1，颜色越红表示碳排放越高，颜色越蓝表示碳排放越低）。
图1 全球及其重点排放区域2019年1月至2021年6月的碳排放实时动态变化（A.东亚地区，B.美国主体，C.欧洲，D.南亚）
GRACED覆盖了全球重点城市在内的关键排放区域，并量化表征分部门排放的时空动态特征。GRACED显示，2020年中国的北京、上海、武汉城市的碳排放量在1月末首先受疫情冲击，出现明显下降，但在疫情得到控制后趋于平稳。洛杉矶、巴黎、约翰内斯堡受疫情冲击相对较晚，在4、5月份排放才显著下降（图2）。
图2 城市尺度的分部门日排放波动情况（以2020年全年为例）
GRACED可精准捕捉城市等精细空间尺度下，碳排放受疫情、节假日等影响的分部门动态变化。以北京为例，GRACED捕捉到北京市的地面交通在2020年1月底，因受疫情影响，碳排放下降显著；6月底，因北京新发地疫情的爆发碳排放也有所下降；10月初，因十一假期北京市市民外出旅游，市内交通碳排放量出现明显下降（图3）。
图3 2020年北京市地面交通部门日排放波动情况示意图
清华大学地学系博士生窦新宇为论文第一作者，地学系刘竹副教授为论文通讯作者。合作者包括地学系张强教授团队、彭怡然副教授团队等。研究得到了国家自然科学基金（No.41921005和No.71874097）、北京市自然科学基金（No.JQ19032）以及求是科技基金会的支持。
全文链接：
https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00107-7
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供稿：窦新宇
编辑：王佳音
审核：黄小猛
