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研究

人地耦合系统：

气候变化及碳中和下水资源-能源-粮食系统脆弱性及适应性

简介：在前期工作系统评估国际贸易引起的水资源再分配效应及人群异质性的基础上，进一步识别关键贡献贸易流，厘清脆弱性群体水资源稀缺性、平等性及公平性变化背后的驱动因素，可以为制定靶向减缓策略提供科学依据。北京大学覃栎研究员课题组基于前期搭建的水资源风险再分配机制及公平性效应综合评估模型，耦合国际农业贸易反事实框架与驱动机制分析框架，系统揭示了非洲及亚洲脆弱性国家在国际农业贸易背景下，导致水资源稀缺性、平等性及公平性变化的社会经济、水资源禀赋、农业生产水平、粮食需求等关键驱动因素，为针对脆弱群体制定靶向水资源管理与干预政策提供了重要参考。

简介：气候变化、特别是极端天气气候事件对全球能源安全构成的新挑战日益凸显。气候变化导致多种复合事件的频率和强度增加，探究中国复合低风-低光极端事件（LSLW）动态演变特征对于理解未来电力系统面临的气候风险和促进低碳能源转型至关重要。本研究通过对CMIP6多模式集合数据进行诊断分析，识别中国LSLW极端事件时空分布特征及关键热点地区，评估中国LSLW极端事件对资源潜力的影响，诊断气候变化背景下的中国LSLW极端事件的变化及其背后的物理机制，探究缓解中国LSLW极端事件的措施。研究结果可为未来中国风光可再生能源规划提供科学数据支撑，从而更好地促进中国碳中和目标。

简介：研究搭建了混合建模框架，结合动态地球系统模型和机器学习来研究在生物物理反馈效应下未来供暖和制冷能源需求的变化。揭示了城市气候与供暖和制冷能耗之间未来的双向生物物理反馈效应的重要性。强调了城市能源和气候动态建模对适应未来气候的能源需求及碳中和目标的关键必要性。

简介：我国2060年前实现碳中和目标需要深刻的能源结构转型，尤其是大幅增加风光等可再生能源在我国一次能源结构中的比重。由于大气污染物和温室气体的同根同源性，风光资源对化石能源的替代在减缓碳排放的同时，还能显著的改善空气质量及其健康影响；与此同时，污染物减排所带来的气溶胶气象反馈作用的削弱可进一步增加地表太阳辐射并形成更好的空气污染扩散条件，提升我国东部地区风光的资源潜力及其稳定性（可再生能源-空气污染-气象反馈机制）。值得强调的是，风光资源潜力和稳定性的提升，可进一步推进可再生能源的利用，为我国的能源结构转型形成正反馈（人类社会-气候系统反馈放大机制）。准确解析我国碳中和目标实现下的双重反馈机制，并深化其空气质量-人体健康-清洁能源的交互机制和综合协同效益的认知，对我国科学规划碳达峰碳中和路径具有重要的实际意义。

简介：国际农业贸易在平衡全球粮食供需的同时，其隐含的虚拟水转移也重塑了全球水资源使用分布格局，从而在不同收入人群间产生非对称的差异化影响。系统厘清国际贸易引起的水资源再分配效应在不同收入群体间以及同一收入群体内部的异质性，对保障低收入人群等脆弱性群体的公平性并实现所有人的可持续发展至关重要。北京大学覃栎研究员课题组及其合作团队基于全球作物需水模型、实物流贸易模型及人群公平性评估模型搭建了水资源风险再分配机制及其公平性效应的综合评估模型，为农业贸易及水资源安全决策中纳入用水公平性目标提供科学依据。

简介：气候变化和水资源短缺是当前全球面临的两大重要挑战。火电行业作为全球最大的二氧化碳人为排放源，一方面是导致气候变化的重要原因（人类活动影响自然环境）；另一方面，气候变化下水文循环的改变（如水资源稀缺、水温升高）又会严重制约火力发电，威胁能源安全（自然环境反馈人类社会）。能源行业冷却技术的转型（如采用干式冷却技术）可缓解火电行业面临的水资源压力，但同时存在热交换效率低、风机耗能高等缺点，且其发电效率和碳排放将进一步随着气候变化非线性增长。与此同时，非常规水资源利用及二氧化碳捕集技术则可能有效缓解诸如干式冷却技术带来的碳-水权衡效应。因此，在人地耦合视角下，综合冷却技术转型、非常规水源利用、以及碳封存等技术，识别电力部门的碳-水双向耦合机制，是气候变化及水资源短缺双重挑战下电力部门面临的重要科学瓶颈及现实问题之一。

简介：气候变化正在改变融雪的时间和规模，这可能直接或间接地通过全球贸易影响依赖融雪的农业和生计。在这里，我们整合了分年度的灌溉和融雪动态以及国际贸易模型，以评估气候变化下融雪依赖性和风险的全球再分配。我们估计，用于灌溉的融雪量有16%是用于全球贸易的农产品，其中70%以上是来自五个国家。在全球范围内，我们观察到一个巨大的融雪依赖性和风险扩散，在西欧有风险的产品的进口尤为明显。在德国和英国，地表水灌溉的农业供应中暴露于融雪风险的部分，在2℃升温的情况下，可能从可忽略不计分别增加到16%和10%。我们的结果揭示了农业供应的贸易风险，突出了那些即使国内生产不受融雪影响，其消费也可能易受变化的地区和作物。

简介：灌溉用水占据全球用水的85%。大部分灌溉用水都由地表水供应，且地表径流的季节性分布对融雪的变化非常敏感。气候变化可能会改变地表水的供应，进而威胁灌溉作物的生产。许多研究已经评估了气候变化带来的年降水量和干旱情况变化对农业的影响，但较少关注地表径流变化对农业的潜在风险。以往大多数研究都强调雪对水资源供应的重要性，一些研究使用基于过程的水文模型来更直接地估计了融雪对区域总径流的贡献。然而，迄今还没有全球研究有效分析次年度积雪和径流动态，因此无法刻画灌溉农业因融雪而面临的风险。在这里，我们分析了灌溉农业对融雪径流的全球依赖性，并分析了气候变化对流域和农作物的风险。

简介：淡水是全球食物和能源生产的基础，随着用水需求增加和极端天气事件加剧，水资源压力成为重要的研究主题。先前研究采用总用水量与水资源可用量的比值评估水资源压力，然而不同区域用水方式灵活性和用水强度具有明显差异，用水灵活性反映减少用水量的不同成本。目前水压力评估研究中很少考虑适应和减缓水资源压力的地理和技术优先性。文章基于水资源短缺、用水灵活性和供水变异性（SFV）构建了一个新的水资源压力评价方法，分析了1980-2016年农业、能源和家庭部门的全球用水总量变化。

简介：气候变化和水资源短缺是当前全球面临的两大重要挑战。火电行业作为全球最大的二氧化碳人为排放源，一方面是导致气候变化的重要原因（人类活动影响自然环境）；另一方面，气候变化下水文循环的改变（如水资源稀缺、水温升高）又会严重制约火力发电，威胁能源安全（自然环境反馈人类社会）。能源行业冷却技术的转型（如采用干式冷却技术）可缓解火电行业面临的水资源压力，但同时存在热交换效率低、风机耗能高等缺点，且其发电效率和碳排放将进一步随着气候变化非线性增长。与此同时，非常规水资源利用及二氧化碳捕集技术则可能有效缓解诸如干式冷却技术带来的碳-水权衡效应。因此，在人地耦合视角下，综合冷却技术转型、非常规水源利用、以及碳封存等技术，识别电力部门的碳-水双向耦合机制，是气候变化及水资源短缺双重挑战下电力部门面临的重要科学瓶颈及现实问题之一。

简介：大多数化石能源生产和燃烧过程都会排放空气污染物和温室气体(GHGs)，并消耗大量淡水。由于燃料类型、燃烧条件、冷却技术和当地环境压力等方面的不同，能源的选择和终端消费可能导致其产生的空气质量、碳和水的影响的重大变化。探究能源来源的选择和终端消费而导致的各种环境影响的相互关系，对于实现空气质量、碳和水的协同效益，同时避免意外的副作用至关重要。文章考察了中国的天然气行业，并系统地分析了天然气来源选择(天然气的生产方式)和终端部署策略(天然气替代煤炭的地区和行业的天然气消耗差异)对空气质量-碳-水的影响之间的协同效益和取舍关系。

简介：在空气污染和气候变化的双重压力下，天然气作为最为清洁的化石能源，在我国被视为重要的过渡能源。随着“煤改气”政策的推广，国内天然气供不应求，近年来进口依存度迅速攀升至40%以上。然而，我国天然气储存设施发展相对滞后，储气率仅为5%左右，远低于全球平均水平。随着近年来的去全球化趋势和不确定性日趋增强的国际形势，我国政府多次表达对高油气对外依存度的重视。为应对天然气进口中断，一方面可通过不断增加国内产量（如非常规天然气），以削弱对化石能源的高对外依存度；一方面可通过提高终端能源效率或使用替代燃料等措施降低对天然气的需求。

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