地球系统模式和社会经济模型的双向耦合

　　目前利用地球系统模式进行相关减排政策的研究依赖于其他社会经济模型计算的碳排放，这样碳排放情景的开发和气候变化的模拟与预估是分开进行的，中间忽略了气候变化对经济影响的反馈过程，因而利用该方法也无法估算究竟气候变化对经济影响的反馈过程对气候变化政策的效果会造成多大的影响。而通过将综合评估模式中的社会经济模块和地球系统模式进行双向耦合，形成更为综合的人-地系统模式，则可以弥补上述不足。国际上代表性的研究如Conllins et al 通过建立灵活的区域-格点-区域的外部耦合模块，将全球变化评估模式（GCAM）和全球土地利用模式（GLM）与CESM 进行双向耦合，发展了iESM；而Navarro等根据人口与碳排放的关系，建立了基于格点（1°×1°）的人口动力模型（POPEM），并且将其加入与美国国家大气研究中心（NCAR）的地球系统模式CESM，建立了POPESM。实验室团队则主要通过将基于全球尺度的气候变化经济模型DICE 中经济模块计算的碳排放进行时空插值，使得其符合地球系统模式中碳排放的输入规则，然后通过DICE 中的气候变化损失函数（全球平均气温与全球GDP 的关系）将地球系统模式BNU-ESM 和DICE 的经济模块链接在一起，成功构建了人-地系统模式BNU-HESM1.0。

　　利用BNU-HESM1.0 可以在同一框架下进行气候变化政策、碳排放情景开发和未来气候变化预估。但是与其他综合评估模式中的损失函数类似，目前BNU-HESM1.0 中的气候变化影响模块是基于全球平均气温与全球GDP 的关系建立的，无法反映区域气候变化对区域经济的影响。而将其应用于研究不同国家NDCs 减排效果的研究中，则需要我们将全球尺度的经济模块和气候变化影响模块改善为基于国家或区域的经济模块和气候变化影响模块，构建基于国家或区域的人-地系统模式。综上所述，通过在地球系统模式中加入基于国家或区域的社会经济模块和气候变化影响模块，可以在保持地球系统模式对气候系统各个圈层变化的模拟和预估能力的基础上，建立以国家或区域为单位的社会经济发展与气候变化的动态耦合关系。其经济模块可以模拟各个国家的气候变化政策，地球系统模式则可以计算相应气候变化政策对气候系统各个圈层的影响。

　　此外，在数值模拟实验方案中，通过将气候变化影响模块设置为在线（打开）或者离线（关闭）情景，可以定量评估气候变化对经济影响的反馈过程对气候变化政策效果的影响。这一方面可以从国家或区域社会经济和自然系统相互作用的过程定量评估气候变化政策的减排效果，弥补以往只通过社会经济模型或地球系统模式进行研究的不足；另一方面可以了解以国家或区域为单位的气候变化对经济的动态影响机制，弥补以往单纯应用损失函数评估气候变化对经济影响的不足。这可以为我国进一步制定减缓和适应气候变化政策与措施提供一定的科技支撑。具体的技术路线图1.1。