优秀成果展示——人-地系统动力学模型（HESM)的构建与应用
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发布时间：2025/2/25 0:00:00
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| 成果评价编号： |
中气科成评[2024]012 |
| 评价结果： |
优秀 |
| 成果名称： |
人-地系统动力学模型（HESM)的构建与应用 |
| 完成单位： |
北京师范大学、中山大学、北京市气象探测中心、中国气象科学研究院、北京大学、国家气候中心 |
| 成果形式： |
基础研究类-其他 |
| 研究领域： |
基础研究 |
| 评价年份： |
2024 |
| 完成人： |
丑洁明、董文杰、杨世莉、韦志刚、郭彦、延晓冬、赵卫星、魏婷、袁文平、徐源、封国林 |
| 成果简介： |
“人-地系统动力学模型的构建和应用”是国家急需的创新项目，经十余年持续攻关，研究揭示了气候变化与经济社会活动相互影响的机理和路径，突破了社会经济模型与地球系统模式耦合模拟中时间尺度和空间尺度不匹配的障碍，在国内首创了两类模型双向耦合的技术和方法，率先构建了人-地系统耦合模式系统HESM，实现了同一框架下两者间的关键变量传递和反馈过程，有效解决了两类模型独立发展所导致的耦合难题，实现了气候变化-碳循环-人类社会经济活动的双向耦合模拟。这为人类活动与地球系统相互作用过程的研究提供了一种创新性的方法，它不仅拓展了地球系统模式的发展方向，而且对气候变化影响评估和可持续发展政策的制定具有支撑意义。
“人-地系统动力学模型的构建和应用”项目成果，研究揭示了气候变化与经济社会活动相互影响的机理和路径，构建了人类-地球系统耦合模式系统, 并实现了气候变化-碳循环-人类社会经济活动的双向耦合模拟。这为人类活动与地球系统相互作用过程的研究提供了一种创新性的方法，它不仅拓展了地球系统模式的发展方向，而且有力地支撑了气候变化影响评估和可持续发展政策的制定。
（1）在国内首创了社会经济模型与地球系统模式双向耦合的技术和方法。率先构建了人类-地球系统耦合模式系统HESM1.0，把世界著名的气候经济学模型DICE和RICE与北师大地球系统模式耦合起来，实现了同一框架下两者间的关键变量传递和反馈过程，有效解决了两类模型独立发展所导致的无法在线交互和融合的问题，实现了气候变化-碳循环-人类社会经济活动的双向耦合模拟。以此为基础实现了对不同国家集团气候变化历史责任归因的合理模拟，得到了国际学术界的高度认可。
（2）突破了人类-地球系统双向耦合模型模拟中存在的时间尺度和空间尺度不匹配的障碍，找到了实现人类系统活动的基本组织单元-行政区划与地球系统动力系统的基本模拟单元-格点之间的双向变换的一个保总量守恒方法，设计出了不同时间步长的社会经济模型与地球系统模式的异步双向耦合方法，实现了人类社会经济模型为地球系统模式提供二氧化碳变量输入，地球系统模式为人类社会经济模式提供气候变化输入的不间断耦合模拟，为现实地模拟人类-地球系统动态提供了数值试验工具。
（3）基于HESM模型，实现了对不同环境（如温室气体排减排、气溶胶减排）政策下，气候变化后果的综合评估，为综合评估人类活动的气候后果提供了新的研究范式，已经推广到土地利用、生态保护、粮食安全、极端气候事件影响、“一带一路”及国际冲突影响等研究中。
（1）在项目研发中实现的对不同国家集团气候变化历史责任归因的合理模拟，支撑了我国的国际气候谈判。
（2）人-系统动力学耦合模式的关键技术，已经应用到中国气象局地球数值预报中心的气候模式系统。
（3）基于HESM模型开展的气候变化影响评估，形成了综合评估人类活动气候后果的新范式，已经推广到土地利用、防灾减灾、生态保护、粮食安全、极端气候事件影响、“一带一路”及国际冲突影响等研究中，取得了显著成果，发表论文数十篇。
（4）参与研究并在中国气象局国家气候中心的“中国月-季节江水预测的新理论和新方法研究”中得到运用，该项成果获得2017年教育部科技进步二等奖。
（5）构建了相关的气候-经济模型（C-D-C模型）、气候变化影响量模型（YICC），并在科研中得到广泛认可和运用，取得专利1项，软著6项。
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