繪一幅虛擬地圖 打開人類活動與氣候變化的對話框

熱，熱，熱……今年這個夏天，即使西瓜冰棍空調電扇齊上陣，似乎也無法緩解炙人的熱浪，甚至有人驚呼：地球到了2000年以來最熱的時候了！

這的確不是聳人聽聞。《自然》和《自然—地球科學》剛剛發表的兩篇論文，考察了公元元年至今（過去2000年）的氣温趨勢，發現接近20世紀末的全球氣温變化速度和區域範圍遠超過去2000年其他時期的氣候波動。

專家稱，這種極端氣温與氣候變化有關，人們應想方設法減少温室氣體排放，否則，極端高温天氣可能會越來越多。

那麼，人類的哪些活動對氣候變化影響更大一些？氣候變化又會怎樣影響人類經濟和社會發展？由香港中文大學深圳研究院、中國科學院地理科學與資源研究所、南京師範大學和中國科學院大氣物理研究所共同承擔的國家重大科學研究計劃“人類活動與全球變化相互影響的模擬與評估”項目，自2015年啓動以來，針對全球變化研究中難以準確模擬人類活動的國際性難題，在構建集成人類活動影響的地球系統模式，模擬及評估人類活動與全球變化的相互影響中取得階段性重要研究成果。

用“一把尺子”度量地球圈

早在數年前，聯合國政府間氣候變化專門委員會就發佈報告稱：人類活動尤其温室氣體排放“極有可能”是自20世紀中葉開始觀察到的全球變暖現象的主因，這一可能性在95%以上。

既然人類活動對氣候變化的影響已經成為一種共識，為何對它的科學研究卻沒有停止？我們究竟需要弄清楚什麼？

“現有的地球系統模式難以刻畫全球變化與人類活動的複雜關係，比如多數研究把人類活動簡單地歸為温室氣體排放、土地利用變化、人為氣溶膠等，並且是單向影響，即人類活動對氣候變化的影響，反之則是成果寥寥。”香港中文大學太空與地球信息科學研究所所長林琿教授告訴科技日報記者，現有的研究中氣候變化與人類活動的反饋作用通常被忽視，將導致對未來氣候變化預估的不精確性，難以準確瞭解植被、生態等要素變化，對政策建議質量產生影響等一系列弊端。

而在評估和模擬這種相互影響中，又牽出一個全新的科學問題——“一致性評價”，即如何把大氣圈、水圈、冰雪圈、岩石圈以及生物圈不同的數值，放在一個系統裏進行模擬和預測。

“比如説，人類活動相對來講尺度比較小，而地球物理學研究大氣、海洋、陸地往往是以經緯網格為單位，所以需要一種新的模式，我們叫做降維，將地球物理學家的大尺度數值縮小到地理學家所描述的一個城市或者一個區域的範圍，這樣就可以讓不同研究的結果實現互通，進而評估全球變化。”林琿説道。

因此，課題組研究了全球變化下人類社會活動及其環境響應模型，在提高現有氣候系統模式水平分辨率基礎上，耦合人類活動模型，形成考慮人類活動影響的地球系統模式。

“為了讓人類活動模型和地球系統模式雙向合作好，我們將經緯度從2.8度降到了現在的1度，1度相當於100公里，在200hPa緯向風模擬、風應力模擬、海平面氣壓模擬等方面都獲得了更高的精度。”林琿介紹説。

為中國氣候變化提供決策參考

2017年6月，美國總統特朗普宣佈退出巴黎氣候協定，引起全球一片譁然。

巴黎氣候協定是全球195個國家共同達成的一項協定，其宗旨是逐步減少導致氣候變化的排放，從而防止全球氣温大幅上升。

分析人士認為，美國此舉將令發展中國家不願採取進一步的措施來限制排放，從而可能妨礙整體減排行動，到最後的結果則是氣温上升到危險的水平。

“全球氣候變化不僅僅是科學家的事情，已經形成的共識認為，它不再是單一的科學性問題，而會涉及到一系列經濟和政策問題。”林琿表示，為了應對氣候變化的威脅，一方面要採取國際協議和必要政策，限制温室氣體排放；另一方面，需要一個大型的綜合性政策模型能夠即時模擬反饋氣候政策實施後整個能源系統以及土地利用/土地覆蓋的變化情況。

每個國家的經濟發展模式和土地利用情況各不相同，因此模型輸出的結果不一。為此，課題組在全球變化評估模型（GCAM）基礎上，構建了GCAM-China模型，並結合中國實際高耗能產業結構和能源消費結構，細分中國區域工業部門，把中國工業劃分為水泥、鋼鐵、化工、有色金屬、造紙、設備製造和其他工業7大類。並對每個部門的燃料類型和能源利用技術進行重新構建，利用中國基年土地數據進行即時更新和校準。

“有人説，中國的城市化是21世紀最重要的標誌，全世界超過60%的鋼鐵水泥鋪在中國大地上，這產生了大量的能耗，如果能夠對這樣的事件進行描述計算，將更適合中國國情。”林琿説道。

通過模擬2100年不同温升目標下，全球輻射強迫、温室氣體濃度、温升、碳税、減排成本、能源消費和土地利用轉換等的發展路徑，科研人員發現，通過實現將全球温升控制在1.5攝氏度以內，減排成本將大幅度增加，是控制在2攝氏度温升目標的2倍以上。中國近零排放要從2070年前後提前到2050年前後，能源系統需要發生根本性的低碳轉型。

未來的地圖是“活”的

過去，手持一本地圖冊走遍全國完全沒問題。現如今，每個人的智能手機中都安裝了百度、高德或谷歌地圖軟件，打開軟件不光能看到地圖，還能搜索到與工作、生活相關的方方面面信息。

從二維到了三維、全景地圖、增強現實地圖……未來的地圖將會是什麼模樣？“過去的地圖，我們是從上面獲取單向信息，地圖不能反饋信息給我們，建議的結果也不夠智能。”因此林琿得出結論：未來的地圖一定是走向智能化的。

在香港中文大學校園裏，一位同學佩戴好傳感裝置，走在校園中，點開學校網站上的虛擬體驗系統，就能在屏幕上看到自己身後拖着一個長長的紫色條帶，那是他在行走過程中周圍空氣污染數值的變化。這就是虛擬地理環境在現實生活中的一次“小試牛刀”。

虛擬地理環境作為新一代地理學語言，自1998年在一次學術會議上被非正式提出，發展至今已經歷整整20年。虛擬地理環境基於真實的地理環境和以地理數據庫為核心的虛擬環境，能夠幫助我們增強對真實世界的感知、理解與研究，從而幫助推動真實世界的改造與發展。

“人類活動與全球變化相互影響的模擬與評估”項目其中一大課題就是構建並實現虛擬地理環境，不同於目前的紙質地圖，項目團隊要實現的“地圖”是存在於三維空間中的“活”地圖，很多人都能參與到這張地圖的規劃中來。“足不出户，在全世界各地就能參與到這個共享開放的地圖中來。大家根據自己的需求，調節系統參數，系統就能夠自動模擬出環境變化。”在林琿看來，這個虛擬地理環境系統能夠讓大家以最直觀的形式加深對現實世界的理解，也能讓不同行業的人相互理解，“甚至做水文研究的也能夠理解做大氣研究的。”

目前，該系統已在分析與評估不同温升政策對我國糧食產量變化的影響、青藏高原三江源生態狀況變化評估與分析中發揮重大作用。