中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 針對氣候變化的影響和應(yīng)對、極端天氣氣候事件及其災(zāi)害影響，如何準(zhǔn)確監(jiān)測極端氣候事件和災(zāi)害，實時監(jiān)控和評估災(zāi)情發(fā)展，為應(yīng)對氣候變化和災(zāi)害防控提供強有力的數(shù)據(jù)和科學(xué)支持，成為亟待回答的重大科學(xué)問題和決策命題。為應(yīng)對氣候變化及其影響，聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）中設(shè)立第?13?項——“氣候行動：采取緊急行動應(yīng)對氣候變化及其影響”（SDG 13），主要任務(wù)是減緩氣候變化對人類的影響，提高應(yīng)對氣候變化的能力。SDG 13?目前主要涉及?5?個具體目標(biāo)、8?個指標(biāo)（表?1）。其中，有?2?個屬于Tier Ⅰ?級，即“有方法有數(shù)據(jù)”；6?個屬于?Tier Ⅱ級，即“有方法無數(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?個具體目標(biāo)?SDG 13.1?和?SDG 13.2。SDG 13.1?實施的基礎(chǔ)是《2015—2030?年仙臺減少災(zāi)害風(fēng)險框架》，其主要監(jiān)管機構(gòu)聯(lián)合國防災(zāi)減災(zāi)署在?2019?年發(fā)布的報告中指出，氣候變化已是人類災(zāi)害損失的主要驅(qū)動因素。SDG 13.2?實施的基礎(chǔ)是《巴黎協(xié)定》，該協(xié)議希望通過減少溫室氣體排放而減緩氣溫上升幅度。2020?年?9?月?22?日，國家主席習(xí)近平在第?75?屆聯(lián)合國大會一般性辯論上鄭重宣布：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于?2030?年前達到峰值，努力爭取?2060?年前實現(xiàn)碳中和。”努力實現(xiàn)碳達峰、碳中和戰(zhàn)略，是中國應(yīng)對氣候變化、實現(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，同時也能滿足氣候變化和相關(guān)災(zāi)害風(fēng)險研究對科學(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?SDGs?實現(xiàn)的重要突破點。現(xiàn)有指標(biāo)評估數(shù)據(jù)，往往都是統(tǒng)計數(shù)字，缺少詳細(xì)的時空分析和數(shù)據(jù)支撐，以及對應(yīng)對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)測評估方法和數(shù)據(jù)狀態(tài)均屬于?Tier Ⅱ，即“有方法無數(shù)據(jù)”。SDG 13.1?和?SDG 13.2?沒有充分考慮到對地觀測方法監(jiān)測實施進展，急需對其內(nèi)涵進行擴充；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充內(nèi)涵的措施。

氣候變化是人類需要長期面對的共同問題。中國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)注的焦點問題。本文重點圍繞?SDG 13.1?和?SDG 13.2，通過地球大數(shù)據(jù)平臺，為促進?SDGs?實現(xiàn)作出以下?3?方面貢獻：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)對決策支持。

落實?SDG 13?的現(xiàn)狀與進展

SDG 13.1?現(xiàn)狀與進展

2019?年全球二氧化碳排放達到?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。

氣候變化導(dǎo)致的極端天氣、人類活動導(dǎo)致的環(huán)境破壞將是未來?10?年全球面臨的主要風(fēng)險。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?萬人喪生，影響?42?億人次，對全球造成?2.97?萬億美元經(jīng)濟損失。

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，因而也就難以對減災(zāi)形成更多的指導(dǎo)和預(yù)警。

SDG 13.2?狀態(tài)與進展

減緩全球平均氣溫升高幅度，對于人類健康、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，是實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》控制升溫目標(biāo)的關(guān)鍵。目前來看，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)升高的長期趨勢并沒有變化。

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

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

碳中和已成為當(dāng)前氣候行動最緊迫的任務(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，對于碳中和如何實施、進展如何等，則缺乏足夠的指導(dǎo)。

地球大數(shù)據(jù)平臺方法

地球大數(shù)據(jù)綜合集成基于衛(wèi)星遙感的對地觀測數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、地面站點數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)等，可以有效地監(jiān)測大區(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)測更及時、準(zhǔn)確，包括臺風(fēng)、洪澇、干旱、地震等重大災(zāi)害的發(fā)生情況；針對“一帶一路”沿線災(zāi)害風(fēng)險挑戰(zhàn)，建立極端氣候與災(zāi)害數(shù)據(jù)集成分析平臺，將對多年災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展和風(fēng)險決策提供支持。而“星—機—地”一體化的監(jiān)測將對不同時空尺度的極端氣候和災(zāi)害事件進行連續(xù)、動態(tài)、大范圍、實時監(jiān)測。應(yīng)用于助力?SDG 13?實現(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，通過開展云計算、人工智能等分析方法，進行產(chǎn)品的生產(chǎn)及指標(biāo)計算。每一個全球性產(chǎn)品都會用到上萬景或幾十萬景遙感數(shù)據(jù)，再加上基礎(chǔ)站點數(shù)據(jù)等，對運算要求較高。由于使用云計算平臺和智能化處理算法，計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)對兩個具體目標(biāo)，聚焦“一帶一路”沿線和全球兩個空間尺度，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?個案例為例（圖?1），介紹地球大數(shù)據(jù)在促進?SDG 13?實現(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”沿線國家和地區(qū)。準(zhǔn)確的空間探測和氣候規(guī)律分析，將會為“一帶一路”沿線國家和地區(qū)提供及時的預(yù)警或災(zāi)害減緩等應(yīng)急支持。使用?Aqua/Terra?衛(wèi)星、美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）衛(wèi)星逐日地溫數(shù)據(jù)，以及?11?萬個氣溫觀測站數(shù)據(jù)，結(jié)合相對閾值法可進行熱浪事件判定。

“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)也是近年來熱浪耦合災(zāi)害影響的重點區(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?10℃?以上。

全球林草火災(zāi)

森林和草原火災(zāi)是一種常見的災(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?年澳大利亞東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，強正位相印度洋偶極子（pIOD）事件更加多發(fā)，而?2019?年秋季的強?pIOD?事件導(dǎo)致了澳大利亞東部的高溫?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。我們使用美國國家航空航天局（NASA）軌道碳觀測衛(wèi)星（OCO-2）數(shù)據(jù)及?3?萬多景的歐洲航天局（ESA）“哨兵?5?號”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)測的溫室氣體濃度同時受到經(jīng)濟發(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，隨時間產(chǎn)生波動。

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；我國二氧化碳濃度具有明顯的時空差異性，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，我國二氧化氮在?2020?年?3?月達到近年來排放的低谷；受到經(jīng)濟恢復(fù)和強寒潮導(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，超過了?2019?年同期水平。

全球陸地生態(tài)碳匯變化評估

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)，采用隨機森林算法，計算土地覆蓋變化、氣候變化、二氧化碳變化與氮沉降變化對全球總碳匯變化的貢獻。

分析?2001—2019?年中分辨率成像光譜儀（MODIS）的植被凈初級生產(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。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、美國與巴西的東部區(qū)域等。中國區(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)動因素對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯貢獻如圖?5?所示：土地覆蓋變化對碳匯影響主要在歐洲與北美的中高緯度區(qū)域、中國的中部及南部區(qū)域；氣候變化對碳匯起主要作用區(qū)域在中亞、澳大利亞、非洲南部、美國的中西部；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。從全球來說，土地覆蓋變化對?2001—2019?年陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯變化的重要性達?43%，氣候變化對碳匯變化的重要性約?33%，二氧化碳變化與氮沉降變化對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)前實施的進展和對數(shù)據(jù)的需求，通過?4?個案例闡述了地球大數(shù)據(jù)對氣候行動的貢獻。重點圍繞?SDG 13.1，展現(xiàn)了高溫?zé)崂恕⒘植莼馂?zāi)的時空分布，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及碳匯變化的驅(qū)動因素，發(fā)現(xiàn)全球二氧化碳濃度依然在升高；中國二氧化碳濃度增加有放緩趨勢，但?2020?年波動較大；氣候變化和土地利用變化對全球的碳匯具有重要影響。只有清楚了氣候變化引起災(zāi)害的強度、頻率、空間分布，才能夠更好地積極應(yīng)對這些災(zāi)害，減少損失；只有清楚碳的來源、去向和變化趨勢，才能為碳達峰、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。

地球大數(shù)據(jù)方法為?SDG 13?提供了一系列刻畫全球氣候變化影響和應(yīng)對的多時相空間數(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?套多時相數(shù)據(jù)集。另外，中國科學(xué)院地球大數(shù)據(jù)平臺已集成了全球和區(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)對的科學(xué)認(rèn)知、全人類共同應(yīng)對氣候變化帶來的挑戰(zhàn)和增強韌性，提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

無論是面對氣候變化帶來的影響，還是為了應(yīng)對氣候變化做出的行動，都在逐漸改變?nèi)祟惖纳罘绞剑⒖赡軒硪粓隹萍几锩夂蜃兓绊懙姆矫娑唷⒎秶鷱V、時間長，需要地球大數(shù)據(jù)發(fā)揮自身優(yōu)勢，回溯過去的蹤跡，監(jiān)測當(dāng)前的狀態(tài)，并為人類可持續(xù)發(fā)展道路指明未來的方向。（作者：黃磊、胡永紅、彭代亮， 可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國際研究中心、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院；   賈根鎖、中國科學(xué)院大氣物理研究所；房世波，中國氣象科學(xué)研究院；上官冬輝，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院；張兆明，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院。《中國科學(xué)院院刊》供稿）。

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