地理资源所碳追踪同化系统研发及应用获进展----澳门赌场

　　陆地生态系统碳源/汇强度的空间格局、动态变化及其环境控制因子是预测未来气候变化、管理自然资源、优化生态系统服务功能以及控制温室效应增强的基础，是目前全球变化生态学研究最为重要的前沿领域之一，但不同区域及全球陆地生态系统的时空异质性以及研究方法和数据的局限性，使得目前对陆地生态系碳源/汇强度的估算还存在很大的不确定性，且一直是困扰全球碳循环及全球变化研究的瓶颈问题。

　　美国国家海洋与大气局（NOAA）研发的以北美为重点嵌套区的全球碳追踪同化系统(CarbonTraker-NA)，以其在跨尺度、多源观测数据融合、模型同化等方面的优势，自2007年诞生之日起，就受到广泛的关注。澳门赌场地理科学与资源研究所陈报章研究员自2009年6月回国起，即开始着手组建团队、研发中国碳同化追踪器 (CarbonTraker-China)。在研发过程中，得到了美国国家海洋与大气局Peter Tans院士所领导的团队和荷兰瓦特林根大学Wouter Peters教授所领导的团队的大力支持与精诚合作，并得到中-荷合作项目（NWO VIDI Grant (864.08.012) and the Chinese-Dutch collaboration by the China Exchange Program project(12CDP006)的支持，历时近5年的努力，澳门赌场碳追踪同化系统——中国碳追踪器 (CarbonTraker-China, CAS)终于诞生了。这个系统的命名和成果发布，得到了NOAA和欧洲的官方认可。

　　澳门赌场碳追踪同化系统是继NOAA的CarbonTracker和欧洲CarbonTracker-Europe之后的全球第三个完整的全球尺度嵌套式碳同化系统。该系统以双向嵌套同化技术为核心，以陆地生态系统模型模拟结果为先验通量，依据海洋碳源/汇、人为排放以及生物质燃烧等CO₂排放数据以及全球网格化气象数据为初始化数据，驱动大气传输模型TM5，利用基于算子分裂算法和Parent-Children网格间信息的双向传输技术的双向嵌套式大气传输模式，模拟出全球6×4度、中国1×1 度 CO₂浓度的时空分布图；在此基础上，结合地基CO₂浓度观测数据，采用集合卡尔曼平滑（Ensemble Kalman Smooth）方法对大气CO₂浓度和通量进行数据同化，计算出陆地表层CO₂源/汇时空动态分布。该系统的主要优势在于：在对全球碳源汇进行统一估测的基础上，研究者根据需要可设置不同的重点研究区，可减少设置侧边界条件所带来的不确定性。

　　澳门赌场碳追踪同化系统与北美和欧洲碳同化系统的主要区别表现在：（1）根据中国地理和空间生态系统特征，调整、优化模型算法，强化中国区陆地碳汇的模拟；（2）收集和整理中国区的排放源数据、中国及周边地区的CO₂观测数据，提高中国陆地碳/汇模拟精度。对中国和亚洲的估算结果，明显优于其他两个系统。

　　该团队把澳门赌场碳追踪同化系统应用到中国过去10年和亚洲过去5年陆地生态系统碳通量空间格局及动态变化的研究中，相关成果分别发表在美国地球物理学会主办的期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres 和欧洲地球物理学会主办的期刊Atmospheric Chemistry and Physics上。

　　该研究在澳门赌场战略性先导科技专项（XDA05040403）、科技部“863”重点项目（2013AA12200）和“973”项目（2010CB950704)的共同资助下完成。

　　相关研究论文：

　　（1）Zhang, H. F., B. Z. Chen*, I. T. van der Laan-Luijkx, J. Chen, G. Xu, J. W. Yan, L. X. Zhou, Y. Fukuyama, P. P. Tans, and W. Peters (2014), Net terrestrial CO2 exchange over China during 2001–2010 estimated with an ensemble data assimilation system for atmospheric CO2, J. Geophys. Res. Atmos., 119, 3500–3515, doi:10.1002/2013JD021297.

　　（2）Zhang, H. F., B. Z. Chen*， I. T. van der Laan-Luijkx, T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, Y. Fukuyama, C. Labuschagne, R. Langenfelds, M. van der Schoot, G. Xu, J. W. Yan, L. X. Zhou, P. P. Tans, and W. Peters (2014), Estimating Asian terrestrial carbon fluxes from CONTRAIL aircraft and surface CO2 observations for the period 2006 to 2010. Atmospheric Chemistry and Physics, DOI 10.5194/acp-14-5807-2014,14, 5807-5824.

图1 三个碳同化追踪系统嵌套区比较

　　图2 三个碳同化追踪系统对中国区域的模拟结果和不确定性比较（北美和欧洲碳同化系统模严重低估中国区陆地碳汇量，澳门赌场碳同化系统降低中国陆地碳源/汇估计的不确定性。）