中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 針對(duì)氣候變化的影響和應(yīng)對(duì)、極端天氣氣候事件及其災(zāi)害影響，如何準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)極端氣候事件和災(zāi)害，實(shí)時(shí)監(jiān)控和評(píng)估災(zāi)情發(fā)展，為應(yīng)對(duì)氣候變化和災(zāi)害防控提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)和科學(xué)支持，成為亟待回答的重大科學(xué)問(wèn)題和決策命題。為應(yīng)對(duì)氣候變化及其影響，聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）中設(shè)立第?13?項(xiàng)——“氣候行動(dòng)：采取緊急行動(dòng)應(yīng)對(duì)氣候變化及其影響”（SDG 13），主要任務(wù)是減緩氣候變化對(duì)人類的影響，提高應(yīng)對(duì)氣候變化的能力。SDG 13?目前主要涉及?5?個(gè)具體目標(biāo)、8?個(gè)指標(biāo)（表?1）。其中，有?2?個(gè)屬于Tier Ⅰ?級(jí)，即“有方法有數(shù)據(jù)”；6?個(gè)屬于?Tier Ⅱ級(jí)，即“有方法無(wú)數(shù)據(jù)”。依據(jù)地球大數(shù)據(jù)特色，本文聚焦地球大數(shù)據(jù)支撐?SDG 13?的?2?個(gè)具體目標(biāo)?SDG 13.1?和?SDG 13.2。SDG 13.1?實(shí)施的基礎(chǔ)是《2015—2030?年仙臺(tái)減少災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)框架》，其主要監(jiān)管機(jī)構(gòu)聯(lián)合國(guó)防災(zāi)減災(zāi)署在?2019?年發(fā)布的報(bào)告中指出，氣候變化已是人類災(zāi)害損失的主要驅(qū)動(dòng)因素。SDG 13.2?實(shí)施的基礎(chǔ)是《巴黎協(xié)定》，該協(xié)議希望通過(guò)減少溫室氣體排放而減緩氣溫上升幅度。2020?年?9?月?22?日，國(guó)家主席習(xí)近平在第?75?屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上鄭重宣布：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于?2030?年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取?2060?年前實(shí)現(xiàn)碳中和。”努力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略，是中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)?SDG 13?最重要的舉措。

地球大數(shù)據(jù)具有高度協(xié)同性和集成性，有利于減小研究結(jié)果的不確定性，同時(shí)也能滿足氣候變化和相關(guān)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)提出的迫切需求。研發(fā)具有空間信息的指標(biāo)數(shù)據(jù)，將成為下一步推進(jìn)?SDGs?實(shí)現(xiàn)的重要突破點(diǎn)。現(xiàn)有指標(biāo)評(píng)估數(shù)據(jù)，往往都是統(tǒng)計(jì)數(shù)字，缺少詳細(xì)的時(shí)空分析和數(shù)據(jù)支撐，以及對(duì)應(yīng)對(duì)氣候變化更多的指導(dǎo)和方案。SDG 13.1?和?SDG 13.2?涉及的監(jiān)測(cè)評(píng)估方法和數(shù)據(jù)狀態(tài)均屬于?Tier Ⅱ，即“有方法無(wú)數(shù)據(jù)”。SDG 13.1?和?SDG 13.2?沒(méi)有充分考慮到對(duì)地觀測(cè)方法監(jiān)測(cè)實(shí)施進(jìn)展，急需對(duì)其內(nèi)涵進(jìn)行擴(kuò)充；而拓展氣候相關(guān)災(zāi)害、氣候變化影響的空間分布信息，才能制定更明確的擴(kuò)充內(nèi)涵的措施。

氣候變化是人類需要長(zhǎng)期面對(duì)的共同問(wèn)題。中國(guó)及世界其他地方已經(jīng)或即將受到氣候變化的哪些影響，如何在氣候變化背景下降低災(zāi)害損失、減少影響并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，都是學(xué)術(shù)界和決策者關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。本文重點(diǎn)圍繞?SDG 13.1?和?SDG 13.2，通過(guò)地球大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為促進(jìn)?SDGs?實(shí)現(xiàn)作出以下?3?方面貢獻(xiàn)：氣候變化參數(shù)的方法模型、空間信息明確的數(shù)據(jù)產(chǎn)品、氣候變化應(yīng)對(duì)決策支持。

落實(shí)?SDG 13?的現(xiàn)狀與進(jìn)展

SDG 13.1?現(xiàn)狀與進(jìn)展

2019?年全球二氧化碳排放達(dá)到?36.7 Gt，比?1990?年高出?62%；2016—2020?年的全球平均氣溫比工業(yè)化前期高出?1.1℃ 。溫室氣體排放不斷增加和累積，導(dǎo)致全球溫度升高、降水分布不均衡加劇，從而造成高溫?zé)崂恕⒏珊怠⒑闈场⑸只馂?zāi)、沙塵暴等一系列自然災(zāi)害的發(fā)生頻次增多和極端性增強(qiáng)。

氣候變化導(dǎo)致的極端天氣、人類活動(dòng)導(dǎo)致的環(huán)境破壞將是未來(lái)?10?年全球面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)。2000—2019?年，全球共記錄了極端天氣造成的?7?348?次大型災(zāi)害事件，導(dǎo)致?123?萬(wàn)人喪生，影響?42?億人次，對(duì)全球造成?2.97?萬(wàn)億美元經(jīng)濟(jì)損失。

但是，現(xiàn)有的相關(guān)災(zāi)害指標(biāo)研究中，往往都是統(tǒng)計(jì)數(shù)字，關(guān)于災(zāi)害種類、影響范圍和頻次、受災(zāi)人口分布等情況，都缺少空間數(shù)據(jù)支撐和多層次分析，因而也就難以對(duì)減災(zāi)形成更多的指導(dǎo)和預(yù)警。

SDG 13.2?狀態(tài)與進(jìn)展

減緩全球平均氣溫升高幅度，對(duì)于人類健康、糧食安全、陸地和海洋生態(tài)環(huán)境具有重要意義；而減少溫室氣體的排放，是實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》控制升溫目標(biāo)的關(guān)鍵。目前來(lái)看，人類距離《巴黎協(xié)定》溫室氣體排放要求還有很大差距。2020?年暴發(fā)的新冠肺炎疫情全球大流行，曾短暫降低了溫室氣體排放量，但繼續(xù)升高的長(zhǎng)期趨勢(shì)并沒(méi)有變化。

中國(guó)從?2005?年左右開(kāi)始，已經(jīng)成為全球最大的溫室氣體排放國(guó)。中國(guó)的碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略，將使?21?世紀(jì)末全球平均氣溫相較于中國(guó)不采取行動(dòng)降低?0.2℃—0.3℃。這增加了實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的可能性?，展現(xiàn)了中國(guó)負(fù)責(zé)任大國(guó)的形象。

要實(shí)現(xiàn)碳中和，在減少碳排放的同時(shí)，還要增加自然生態(tài)碳匯的能力。對(duì)人為排放的溫室氣體，海洋、陸地尤其是森林都具有較強(qiáng)的碳匯能力。有研究顯示，2010—2016?年，中國(guó)自然碳匯的比例大約是45% 。

碳中和已成為當(dāng)前氣候行動(dòng)最緊迫的任務(wù)，但是目前?SDG 13?的指標(biāo)設(shè)置較為粗略，僅僅包含了溫室氣體排放量，對(duì)于碳中和如何實(shí)施、進(jìn)展如何等，則缺乏足夠的指導(dǎo)。

地球大數(shù)據(jù)平臺(tái)方法

地球大數(shù)據(jù)綜合集成基于衛(wèi)星遙感的對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、地面站點(diǎn)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)等，可以有效地監(jiān)測(cè)大區(qū)域范圍內(nèi)極端氣候和災(zāi)害；特別是使災(zāi)害災(zāi)情監(jiān)測(cè)更及時(shí)、準(zhǔn)確，包括臺(tái)風(fēng)、洪澇、干旱、地震等重大災(zāi)害的發(fā)生情況；針對(duì)“一帶一路”沿線災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，建立極端氣候與災(zāi)害數(shù)據(jù)集成分析平臺(tái)，將對(duì)多年災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展和風(fēng)險(xiǎn)決策提供支持。而“星—機(jī)—地”一體化的監(jiān)測(cè)將對(duì)不同時(shí)空尺度的極端氣候和災(zāi)害事件進(jìn)行連續(xù)、動(dòng)態(tài)、大范圍、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。應(yīng)用于助力?SDG 13?實(shí)現(xiàn)的地球大數(shù)據(jù)如表?2?所示。

使用的數(shù)據(jù)集成在地球大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，通過(guò)開(kāi)展云計(jì)算、人工智能等分析方法，進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)及指標(biāo)計(jì)算。每一個(gè)全球性產(chǎn)品都會(huì)用到上萬(wàn)景或幾十萬(wàn)景遙感數(shù)據(jù)，再加上基礎(chǔ)站點(diǎn)數(shù)據(jù)等，對(duì)運(yùn)算要求較高。由于使用云計(jì)算平臺(tái)和智能化處理算法，計(jì)算和處理效率大幅提高。

圍繞氣候相關(guān)災(zāi)害、氣候變化應(yīng)對(duì)兩個(gè)具體目標(biāo)，聚焦“一帶一路”沿線和全球兩個(gè)空間尺度，下文以?2010—2020?年與高溫?zé)崂恕⒘植莼馂?zāi)、溫室氣體、碳匯變化相關(guān)的?4?個(gè)案例為例（圖?1），介紹地球大數(shù)據(jù)在促進(jìn)?SDG 13?實(shí)現(xiàn)中的應(yīng)用成果。

應(yīng)用案例

“一帶一路”沿線地區(qū)高溫?zé)崂?/span>

全球溫室氣體濃度和平均氣溫的升高導(dǎo)致極端溫度事件發(fā)生頻率明顯增加，高溫?zé)崂藢⑶忠u更多的“一帶一路”沿線國(guó)家和地區(qū)。準(zhǔn)確的空間探測(cè)和氣候規(guī)律分析，將會(huì)為“一帶一路”沿線國(guó)家和地區(qū)提供及時(shí)的預(yù)警或?yàn)?zāi)害減緩等應(yīng)急支持。使用?Aqua/Terra?衛(wèi)星、美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）衛(wèi)星逐日地溫?cái)?shù)據(jù)，以及?11?萬(wàn)個(gè)氣溫觀測(cè)站數(shù)據(jù)，結(jié)合相對(duì)閾值法可進(jìn)行熱浪事件判定。

“一帶一路”沿線陸地區(qū)域多年高溫?zé)崂朔治霰砻鳎邷赜绊懙闹攸c(diǎn)區(qū)域通常分布在亞歐大陸的中南部，以及非洲和大洋洲大部分區(qū)域（圖?2）。2010—2020?年熱浪持續(xù)時(shí)間在歐洲中北部、亞洲北部和大洋洲中南部區(qū)域存在明顯增加。這些地區(qū)也是近年來(lái)熱浪耦合災(zāi)害影響的重點(diǎn)區(qū)域，主要體現(xiàn)在近極圈區(qū)異常升溫和澳大利亞多年熱浪導(dǎo)致的干旱與火災(zāi)頻發(fā)。近?10?年極端高溫的影響強(qiáng)度也在顯著升高，如：亞洲和歐洲北部極端溫度上升了約?2℃—5℃；澳大利亞部分區(qū)域的極端溫度升高超過(guò)?10℃?以上。

全球林草火災(zāi)

森林和草原火災(zāi)是一種常見(jiàn)的災(zāi)害形式，火災(zāi)的發(fā)生與氣溫、降水、可燃物等因素直接相關(guān)。火燒跡地能夠反映火災(zāi)的空間分布特征。利用?80?多萬(wàn)景遙感數(shù)據(jù)和人工智能方法，研發(fā)?2015?年和?2019?年全球?30 m?分辨率火燒跡地產(chǎn)品（圖?3）。2015?年和?2019?年全球火燒跡地總面積分別為?3.6745×10⁶ km²?和?3.6566×10⁶ km²，總面積基本穩(wěn)定。非洲火燒跡地面積最大，2015?年和?2019?年面積分別為?2.7012×10⁶ km²?和2.7407×10⁶ km²。

2015—2019?年澳大利亞火燒跡地的空間分布格局發(fā)生了顯著變化。2019?年澳大利亞?wèn)|部沿海和東南沿海的火燒跡地明顯增多，這些地區(qū)是澳大利亞主要的森林分布區(qū)及城市和人口分布區(qū)，在歷史上并非火災(zāi)多發(fā)區(qū)。全球變暖背景下，強(qiáng)正位相印度洋偶極子（pIOD）事件更加多發(fā)，而?2019?年秋季的強(qiáng)?pIOD?事件導(dǎo)致了澳大利亞?wèn)|部的高溫?zé)崂撕透珊怠夂蜃兓鸬臉O端高溫和干旱是導(dǎo)致?2019?年該地區(qū)罕見(jiàn)森林火災(zāi)的重要原因。

全球溫室氣體排放

減少溫室氣體排放量是減緩氣候變化，控制全球升溫幅度，實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的關(guān)鍵。二氧化碳是大氣中占比最高的溫室氣體。我們使用美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）軌道碳觀測(cè)衛(wèi)星（OCO-2）數(shù)據(jù)及?3?萬(wàn)多景的歐洲航天局（ESA）“哨兵?5?號(hào)”衛(wèi)星大氣多光譜數(shù)據(jù)，獲取了全球二氧化碳和二氧化氮濃度。作為化石能源燃燒的伴生氣體，二氧化氮生存期更短，數(shù)據(jù)分辨率更高（0.01°），其濃度與各地碳排放量具有極高的相關(guān)性。衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的溫室氣體濃度同時(shí)受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度、季節(jié)性氣溫變化、化石能源使用比例等因素共同影響，隨時(shí)間產(chǎn)生波動(dòng)。

根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)（圖?4），全球二氧化碳濃度在2015—2018?年仍然在增加；我國(guó)二氧化碳濃度具有明顯的時(shí)空差異性，東南部地區(qū)濃度較高，西部地區(qū)濃度較低。二氧化氮數(shù)據(jù)分析顯示，受新冠肺炎疫情影響，我國(guó)二氧化氮在?2020?年?3?月達(dá)到近年來(lái)排放的低谷；受到經(jīng)濟(jì)恢復(fù)和強(qiáng)寒潮導(dǎo)致供暖需求增加的共同影響，2020?年?12?月濃度重新回到峰值，超過(guò)了?2019?年同期水平。

全球陸地生態(tài)碳匯變化評(píng)估

基于北方生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力模擬（BEPS）模型，利用逐日最高氣溫、最低氣溫、平均相對(duì)濕度、日降水量、日總輻射、葉面積指數(shù)、二氧化碳變化與氮沉降變化數(shù)據(jù)，采用隨機(jī)森林算法，計(jì)算土地覆蓋變化、氣候變化、二氧化碳變化與氮沉降變化對(duì)全球總碳匯變化的貢獻(xiàn)。

分析?2001—2019?年中分辨率成像光譜儀（MODIS）的植被凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）年際變化發(fā)現(xiàn)，總體而言，全球尺度碳匯?2001—2019?年呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。從?2001?年的?1.57 Pg，增加到?2019?年的?2.84 Pg，年際線性增加幅度是?0.08 Pg；尤其是，中國(guó)的南部及中部區(qū)域、俄羅斯的西北部及東北部、印度、中非、北美北部、南美西部等區(qū)域；而降低比較明顯的區(qū)域有澳大利亞的中西部區(qū)域、中亞、非洲南部、美國(guó)與巴西的東部區(qū)域等。中國(guó)區(qū)域碳匯增加顯著，從?2001?年的?63.95 Tg，增加到?2019?年的?223.81 Tg，年際線性增加幅度是?8.72 Tg。

主要驅(qū)動(dòng)因素對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯貢獻(xiàn)如圖?5?所示：土地覆蓋變化對(duì)碳匯影響主要在歐洲與北美的中高緯度區(qū)域、中國(guó)的中部及南部區(qū)域；氣候變化對(duì)碳匯起主要作用區(qū)域在中亞、澳大利亞、非洲南部、美國(guó)的中西部；二氧化碳變化和氮沉降變化主要作用集中在中高緯度區(qū)域。從全球來(lái)說(shuō)，土地覆蓋變化對(duì)?2001—2019?年陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯變化的重要性達(dá)?43%，氣候變化對(duì)碳匯變化的重要性約?33%，二氧化碳變化與氮沉降變化對(duì)碳匯變化的重要性約?24%。

總結(jié)與展望

本文闡述了?SDG 13?當(dāng)前實(shí)施的進(jìn)展和對(duì)數(shù)據(jù)的需求，通過(guò)?4?個(gè)案例闡述了地球大數(shù)據(jù)對(duì)氣候行動(dòng)的貢獻(xiàn)。重點(diǎn)圍繞?SDG 13.1，展現(xiàn)了高溫?zé)崂恕⒘植莼馂?zāi)的時(shí)空分布，以及部分地區(qū)林草火災(zāi)的增加與高溫干旱的密切關(guān)系。圍繞?SDG 13.2，分析了全球溫室氣體的變化趨勢(shì)及碳匯變化的驅(qū)動(dòng)因素，發(fā)現(xiàn)全球二氧化碳濃度依然在升高；中國(guó)二氧化碳濃度增加有放緩趨勢(shì)，但?2020?年波動(dòng)較大；氣候變化和土地利用變化對(duì)全球的碳匯具有重要影響。只有清楚了氣候變化引起災(zāi)害的強(qiáng)度、頻率、空間分布，才能夠更好地積極應(yīng)對(duì)這些災(zāi)害，減少損失；只有清楚碳的來(lái)源、去向和變化趨勢(shì)，才能為碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略提供更好的支撐，防止人類面臨氣候變化失控的風(fēng)險(xiǎn)。

地球大數(shù)據(jù)方法為?SDG 13?提供了一系列刻畫(huà)全球氣候變化影響和應(yīng)對(duì)的多時(shí)相空間數(shù)據(jù)集，包括“一帶一路”沿線高溫?zé)崂恕⑷蛄植莼馂?zāi)、全球大氣二氧化碳濃度、生態(tài)系統(tǒng)全球碳匯變化?4?套多時(shí)相數(shù)據(jù)集。另外，中國(guó)科學(xué)院地球大數(shù)據(jù)平臺(tái)已集成了全球和區(qū)域洪澇、干旱、冰川變化、海洋熱量等多套氣候變化相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)集，將為加深氣候變化影響和應(yīng)對(duì)的科學(xué)認(rèn)知、全人類共同應(yīng)對(duì)氣候變化帶來(lái)的挑戰(zhàn)和增強(qiáng)韌性，提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

無(wú)論是面對(duì)氣候變化帶來(lái)的影響，還是為了應(yīng)對(duì)氣候變化做出的行動(dòng)，都在逐漸改變?nèi)祟惖纳罘绞剑⒖赡軒?lái)一場(chǎng)科技革命。氣候變化影響的方面多、范圍廣、時(shí)間長(zhǎng)，需要地球大數(shù)據(jù)發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，回溯過(guò)去的蹤跡，監(jiān)測(cè)當(dāng)前的狀態(tài)，并為人類可持續(xù)發(fā)展道路指明未來(lái)的方向。（作者：黃磊、胡永紅、彭代亮， 可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國(guó)際研究中心、中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院；   賈根鎖、中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；房世波，中國(guó)氣象科學(xué)研究院；上官冬輝，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院；張兆明，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）。

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