12 月 10 日 - 11 日，由
浙江省委人才辦、紹興市委市政府、《麻省理工科技評論》主辦的全球青年科技領袖峰會暨《麻省理工科技評論》中國 “35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人” 頒獎典禮在紹興上虞舉行?！?5 歲以下科技創(chuàng)新 35 人” 2020 年中國榜單正式發(fā)布。
會上，清華大學地球系統(tǒng)科學系副教授劉竹分享了關于全球
碳排放實時監(jiān)測技術的主題演講。
圖 | 清華大學地球系統(tǒng)科學系副教授劉竹
氣候變化對于人類的挑戰(zhàn)，就好像地球生病。在過去百萬年間，大氣中二氧化碳的濃度和氣溫有著非常明顯的關系?，F在大氣中的二氧化碳濃度已經達到 410PPM，地球正處于發(fā)燒的狀態(tài)，病因源于大氣二氧化碳濃度非常高，應對氣候變化需要人類社會在數十年內停止向大氣中排放二氧化碳。
劉竹所做的工作就是分析二氧化碳排放，從而使得碳
減排可以 “有的放矢”，這是一個非常交叉的方向，既涉及自然系統(tǒng)，又與人類社會活動息息相關，而且需要調查、測量、模擬、統(tǒng)計等多個方面研究手段的綜合。
例如，劉竹的一項正在申請中的研究，通過探測火星大氣中的碳信號來驗證火星上是否有生命存在，這是目前可驗證火星上有生命存在的關鍵手段之一。
此外，他提到，中國作為世界上最大的碳排放國和應對氣候變化的主要力量，在 2020 年公開發(fā)布了在 2060 年實現實現
碳中和的雄偉目標。碳中和目標的實現，除了要削減能源消費和工業(yè)生產過程的二氧化碳排放，還需要發(fā)展 “負排放” 技術，將大氣中現有的二氧化碳吸收回去。
劉竹與研究團隊發(fā)現，一些我們日常生活中的常見材料具有發(fā)展 “負排放” 技術的潛力，其中一直被人忽視的一種材料就是
水泥。水泥由于風化作用可緩慢吸收空氣中的二氧化碳，這個過程非常漫長。
考慮到水泥的回收利用，可以形成二氧化碳吸收作用，若能合理利用上述作用，通過建筑物回收利用，就可創(chuàng)造出二氧化碳的吸收能力。據劉竹及團隊的研究，1930 - 2013 年間，全球水泥材料碳吸收量達 165 億噸二氧化碳，這表明在全球尺度上， 水泥材料在其生命周期的風化過程中具有顯著的碳吸收作用。
這一研究預示著人類碳匯（即人類通過工業(yè)手段吸收二氧化碳）的革命性技術成為可能，該研究被《麻省理工科技評論》評為 2019 年十大突破性技術，并促成加州理工學院于 2020 年 9 月份獲得 7.5 億美元的探索人類碳匯潛力研究資助金。
隨著 2020 年新冠疫情的爆發(fā)，人類的活動強度顯著下降，衛(wèi)星影像和地面觀測都顯示了局部地區(qū)空氣污染物的下降，空氣質量在變好，那么新冠疫情對全球的二氧化碳排放有什么影響呢？遺憾的是，當前的研究方法尚不足以分析新冠影響下的二氧化碳的時空動態(tài)變化，因為目前的二氧化碳排放的分析手段和數據都是以年為單位，且具有至少一年以上的時間滯后性。
“我們的研究總是在分析一兩年甚至數年以前的情況，這就好像一個人開車的時候并沒有看著前方而是看著后面，而現在的危險需要我們對當前發(fā)生的事情及時作出反應。” 劉竹表示。
每天在變化的新冠疫情，給劉竹的研究也帶來了新契機，比如捕捉類似新冠疫情事件造成的碳排放變化，需要把研究的時間分辨率提高。為此，劉竹團隊將人類活動產生二氧化碳排放的過程分解為能源生產、工業(yè)生產、
交通運輸、居民消費等過程。
而大數據技術的發(fā)展和數據采集的多樣化，也給他的研究帶來很大幫助，以前很多很難獲得的數據，在衛(wèi)星觀測、GPS 定位數據、環(huán)境監(jiān)測數據等的發(fā)展下也被逐漸完善。
圖 | 動態(tài)變化
在這些新興數據手段的支持下，劉竹團隊與國內外合作者通過對全球 31 個國家的
電力生產情況、416 個主要城市的交通擁堵指數、航班飛行數據、62 個國家的工業(yè)生產、206 個國家人口加權的全球地表溫度等近實時數據的分析，構建了一套全球實時碳排放監(jiān)測體系，該體系實現了全球尺度上以天為分辨率的近實時監(jiān)測，并且能使減排
政策調整的響應時間大大縮短。
劉竹研究發(fā)現，新冠疫情造成了 2020 年上半年全球二氧化碳排放量減少了 8.8%，這是歷史上人類二氧化碳排放的最大減排量，其短期下降幅度超過第二次世界大戰(zhàn)及 2008 年金融危機時期，據悉該研究已于 2020 年 9 月發(fā)表于《自然通訊》雜志。
目前，劉竹帶領的清華大學團隊正在完善這一技術體系，并且在項目網站（http://carbonmonitor.org）上實時更新全球碳排放數據，這一數據庫正在被廣泛采用，例如，全球碳計劃已將該數據庫用作估計 2020 年碳排放變化的基礎數據庫。
圖 | 近實時碳排放數據庫 Carbon Monitor
未來，全球碳排放實時監(jiān)測技術也將有更廣泛的應用，例如和衛(wèi)星觀測手段相結合實現更高時空分辨率的碳排放實時監(jiān)測，以及作為一種關鍵性指標來表征人類活動的變化等等。
