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张人禾（中国科学院院士、复旦大学研究生院院长、复旦大学大气科学研究院院长、大气与海洋科学系主任）

60s要点速读：

1、未来气温会怎么变呢？在高排放情景下，到本世纪末可以升高到8度左右；而在低排放情境下，升温也比较低。如果人类活动引起的温室气体排放控制得很好，温度到2040年左右达到峰值以后就会下降，但如果我们不加控制的话，未来的气温还将再继续升高，温室气体排放越多，增温幅度越大。

2、实现碳中和目标的一个关键是能源转型，即实现使用清洁能源为主。清洁能源是什么呢？目前最主要的一个是风能，另一个是太阳能。现在要利用清洁能源，建立太阳能和风电场、电力调度控制、以及电网平衡，成本估算，都需要建立精细化大气数值模式，开展太阳辐射和风场的预报。

3、大气与陆地和海洋之间的碳循环及其介面之间的物质和能量交换过程，以及地球自然系统和人类社会经济系统之间的相互作用研究，是大气科学与其他学科之间的深度交叉研究，是深入认识地球系统科学的关键所在，也是涉及碳中和领域最前沿的科学挑战。

正文：

本次向大家报告的题目是《大气科学在实现碳中和目标中的作用》，报告内容要讲到以下内容：大气科学中与碳中和有关的一些科学问题、大气科学与碳中和涉及到的能源转型、大气科学与实现碳中和的影响评估等。

01、碳中和问题的起因与定义

首先介绍一下引言，主要涉及碳中和的起因与定义。碳中和问题的起因是人类活动向大气中排放温室气体，引起大气中温室气体的增加，导致全球气候变暖，这些温室气体包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等，但最主要的温室气体是二氧化碳。全球年平均气温自1850-1900年的工业化时期以来不断增高，可以看到目前为止大约升高了1度。不同来源的资料都证实了全球温度在增高，在高纬度地区增暖的幅度更大，陆地的增暖幅度要高于海洋。

未来气温会怎么变化呢？用从1986年—2005年的平均气温来预估未来的气温变化，如果在人类二氧化碳高排放的情况下，到21世纪末，气温将升高8摄氏度左右；而如果人类活动引起的温室气体排放得到有效的控制，那么气温在2040年左右达到峰值后将逐渐下降。也就是说，未来如果我们对排放温室气体不加限制的话，全球气温将继续不断增高。

在2021年世界经济论坛的全球风险报告中，位列第一的风险就是气候行动失败。气候危机是21世纪人类社会最大的威胁。而且，这种威胁几乎关联到所有的其他危机。联合国秘书长古特雷斯曾在2020年末举办的世界气候峰会上呼吁全球进入“气候紧急状态”。

所谓碳中和，即大气中碳的收支要相抵，也就是说排入大气的碳和自然系统能够吸收的碳达到平衡，大气中的二氧化碳不再增加。那么，人类活动产生的碳源有哪些呢？一是能源生产中化石燃料的燃烧，二是人类破坏自然环境如砍伐树木等造成的碳排放。这些排放出来的碳会储存在自然环境里，其中大气储存了46%，陆地储存了31%，海洋储存了23%。碳中和涉及大气中碳的收支问题，因此是典型的大气科学问题。

刚才我们说到人类活动排出来的碳，最终会储存到大气、陆地和海洋三个系统之中，但碳在每个系统中的含量不是固定不变的。我们刚才虽然给出了碳在每一个系统中的份额，但这种份额是平均量，在每一部分中的比例会发生变化。大气、陆地、海洋之间存在碳的相互交换过程，大气里的碳可以到海洋、陆地中去，海洋、陆地里的碳也可以进入大气中，海洋和陆地二者的碳也能够相互交换。在科学上将大气与海洋和陆地之间碳的相互交换过程称作碳循环。

02、实现碳中和将带来哪些影响？

实现碳中和目标的一个关键是能源转型，即实现使用清洁能源为主。清洁能源是什么呢？目前最主要的一个是风能，另一个是太阳能。太阳能就是利用太阳光，把光能转化成电能，实际上太阳辐射受大气中的云和气溶胶等影响。风能的产生更是决定于大气的状态，包括大气低层的风速，还有风向等。因此现在要利用清洁能源，建立太阳能和风电场、电力调度控制、以及电网平衡，成本估算，都需要建立精细化大气数值模式，开展太阳辐射和风场的预报。

我们知道气候变暖是由于人类活动向大气中排放二氧化碳以及其他的温室气体导致的。气候变暖不仅是大气温度的变化，刚才我们看到海洋也在变暖，还有极端降水和极端气温都在增加、北极海冰范围和全球冰川减少、海平面上升等。实际上人类活动引起的气候变暖会对自然环境产生一系列的冲击。现在要实现所谓的碳中和，减少温室气体排放，我想首先应对其可能的后果有一个清醒的认识。考虑实现碳中和的过程会造成什么样的自然环境变化，这对于经济社会等一切人类社会的发展都是至关重要的。

现在的研究大量集中在气候变暖对公众健康的影响上，我们可以看到气候变化导致的极端天气、海平面上升、生态系统的变化，可以导致一系列的跟健康有关的环境问题，包括高温、恶劣天气、空气污染、过敏反应等等，这些环境变化会影响人体健康。最近几年，全球疾病负担也是不断在增加的。因此我们还需要知道碳中和的实现过程所导致的气候变化对公众健康到底有什么影响，会带来什么风险。

现在我们如果控制碳排放直到实现碳中和，由此导致的气候变化到底对经济会产生什么样的影响？经济的发展与天气气候有密切联系。德国经济议题观察家弗里德黑姆·施瓦茨（Friedhelm Schwarz）撰写的《气候经济学》，他指出天气在全世界4/5的经济活动中扮演着决定性的角色。

另外，涉及到能源安全、与大气科学有关的是极端天气气候事件，极端天气气候事件对能源的生产和供应会产生重大影响。

2022年夏季大家深有体会的就是中国东南部极端高温事件对电力供应的影响，在全球其他地方，包括在北极也可以看到有创记录的极端高温事件；2008年1月，我国南方遭遇冰冻雨雪灾害天气，整个电力设施几乎都被毁坏；还有就是2021年2月在美国东部百年一遇的极冷天气，使得美国东部一些地区的电力系统、整个能源系统全部崩溃。目前来看，近几十年来极端天气气候事件增多增强，因此我们需要加强极端天气气候事件的成因、影响以及预报的研究，这也是保证能源安全的一项重要基础性工作。

03、通过加强研究推动碳中和目标更好的实现

首先，大气与陆地和海洋之间的碳循环及其介面之间的物质和能量交换过程，以及地球自然系统和人类社会经济系统之间的相互作用研究，是大气科学与其他学科之间的深度交叉研究，是深入认识地球系统科学的关键所在，也是涉及碳中和领域最前沿的科学挑战。

第二点是，建立自然和社会经济耦合模型，不仅是科学制定和评估碳中和实现路径的重要工具，也是人类社会实现可持续发展的基础数字设施。现在强调数字地球建设，上海也在建设数字化城市，自然和社会经济耦合模型将建立经济社会发展模型，将自然和社会经济系统数字化，这将会成为数字地球的重要组成部分。

第三点是，认识碳中和过程中的气候变化及其影响，这是实现碳中和目标的一项基础性工作。各个国家都在减排和进行能源替代，因此我们尤其要知道这一过程对气候变化有什么影响，对经济社会发展和公众健康有什么潜在风险，这也是实现碳中和目标的一项基础性工作。

（整理自张人禾于2023年1月8日在“瞰见未来—2023复旦大学管理学院新年论坛”上的发言，未经本人审定。）

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