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面向全球温升目标的温室气体减排优化控制与气候超调分析

人—地耦合；巴黎协定；温室气体减排；优化控制；气候超调

主题3 技术、台站、交叉 > 专题3.12 环境保护与气候变化应对的策略与调控

       从系统学出发，综合考虑人类活动、大气、生态等多圈层耦合关系，依据历史观测资料和CMIP6情景模式数据进行参数优化估计，建立了一个表征气候环境与社会生态主要因素间耦合关系的人—地耦合动力学系统模型，主要包括温室气体、大气温度、人口数量、森林生态系统覆盖和空气质量指标，分析了系统的有界性和稳定性。针对温升控制目标，构建了温室气体的减排控制模型，采用启发式优化算法设计减排控制律，结果表明，该减排控制律可实现《巴黎协定》的温升控制目标，但存在超过目标的暂态过程，即“气候超调（Climate overshoot）”，此时即对应温室气体含量先增再降。气候超调将造成严重且不可逆的气候风险，依据所构建的控制模型，从控制理论分析气候系统超调的成因和影响机制，发现气候系统的减排控制延迟、碳汇阻尼对超调过程起关键调控作用。模拟结果表明，温室气体减排如延迟5、10和15年执行，将导致超调峰值分别再增加2.99%、5.91%和11.55%；而增加碳汇阻尼作用的5倍、10倍和15倍，将分别减少3.45%、7.66%和11.88%的气候系统超调峰值。此外，提出状态反馈加比例误差控制结合的温室气体减排控制律，可有效抑制气候系统超调峰值，但同时对应更严苛的温室气体减排政策。