准确的国家尺度碳收支估算，能够为巴黎协定温控目标的达成提供重要的数据支撑。“自上而下”的大气碳监测反演方法，作为一种客观的方法，对清单核算方法能起到重要的验证作用并相互校核，该方法已被联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）推荐为国家碳收支估算的重要方法。
传统的地面观测站点空间分布很稀疏，同化反演结果有很大不确定性，而卫星观测能弥补这一缺陷。美国宇航局（NASA）牵头组织的碳同化比较计划（OCO-2 v10 Model Intercomparison Project (OCO2MIP) ），汇集了全球领先的十多个碳同化系统，中科院大气所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）碳循环与气候变化团队开发的碳同化系统（COLA）（Liu et al., 2022）是国内唯一参与该计划的碳同化系统。该计划用预留的观测数据，对参加的同化系统进行了详细的评估，COLA在评估中表现优秀。
OCO2MIP的目标在于增进对碳循环过程的理解、准确估算全球陆地/海洋碳收支、改进卫星反演算法，是全球最领先和全面的比较计划之一。近几年，中国和很多国家提出了碳中和的目标，其中，准确的碳收支估算至关重要。LASG碳循环团队参与的这一项工作，支撑了全球碳盘点，近期发表在Earth System Science Data (ESSD) & Discussions (Byrne et al, 2022)，OCO2MIP为IPCC提供近了近实时的国家尺度碳收支估算 (https://ceos.org/gst/carbon-dioxide.html ；图1，2)，这一工作代表了自上而下碳反演达到了一个新的里程碑。
图 1：格点（a,b）和国家尺度（c,d）净碳收支及其不确定性。（Byrne et al, 2022）
图 2：碳收支数据官网。(https://ceos.org/gst/carbon-dioxide.html)
COLA作为国内唯一参与的碳同化系统，得到了国际同行的广泛认可。“我们在OCO2MIP会议上展示我们的同化系统时，国际同行们很惊讶我们的系统表现能这么好。COLA系统所使用的方法是集合卡尔曼滤波（EnKF）方法，是碳源汇反演的一个重要突破，实现了计算效率高和准确性好，初步估算计算效率比传统四维变分方法（4D-VAR）高一个量级，能估算格点、日尺度的碳通量，同化结果得到多种观测资料的广泛的验证。四维变分在国际上曾被普遍认为是更好的方法， 而在OCO2MIP的验证过程中，MIP负责人发现高效的COLA和昂贵的4D-VAR表现在同一水平上”，系统主要开发人，LASG博士生刘志强介绍说。
参考文献：
Liu, Z., Zeng, N., Liu, Y., Kalnay, E., Asrar, G., Wu, B., Cai, Q., Liu, D., and Han, P.: Improving the joint estimation of CO2 and surface carbon fluxes using a constrained ensemble Kalman filter in COLA (v1.0), Geosci. Model Dev., 15, 5511–5528, https://doi.org/10.5194/gmd-15-5511-2022, 2022.
Byrne, B., Baker, D. F., Basu, S., Bertolacci, M., Bowman, K. W., Carroll, D., Chatterjee, A., Chevallier, F., Ciais, P., Cressie, N., Crisp, D., Crowell, S., Deng, F., Deng, Z., Deutscher, N. M., Dubey, M., Feng, S., García, O., Griffith, D. W. T., Herkommer, B., Hu, L., Jacobson, A. R., Janardanan, R., Jeong, S., Johnson, M. S., Jones, D. B. A., Kivi, R., Liu, J., Liu, Z., Maksyutov, S., Miller, J. B., Miller, S. M., Morino, I., Notholt, J., Oda, T., O’Dell, C. W., Oh, Y.-S., Ohyama, H., Patra, P. K., Peiro, H., Petri, C., Philip, S., Pollard, D. F., Poulter, B., Remaud, M., Schuh, A., Sha, M. K., Shiomi, K., Strong, K., Sweeney, C., Té, Y., Tian, H., Velazco, V. A., Vrekoussis, M., Warneke, T., Worden, J. R., Wunch, D., Yao, Y., Yun, J., Zammit-Mangion, A., and Zeng, N.: National CO2 budgets (2015–2020) inferred from atmospheric CO2 observations in support of the Global Stocktake, Earth Syst. Sci. Data Discuss. [preprint], https://doi.org/10.5194/essd-2022-213, in review, 2022.
