CO2浓度与地表温度的关系一直是气候变化应对领域的重要议题。2020年是人类史上最热的一年，这主要源于不断上升的CO2浓度。以往研究发现，全球非均匀动态分布CO2浓度与地表温度的关系与大气Rossby波有关。然而，它们的动态模式仍然是一个具有挑战性的问题，特别是对受人类活动影响很大的北半球来说。中国作为碳排放强国，厘清中国CO2浓度对全球地表温度，为中国政府应对气候变化提供决策支持。

2021年3月，由北京师范大学系统科学学院韩战钢教授和樊京芳教授参与指导的一篇探究非均匀动态分布CO2浓度和地表温度关系的文章（标题为“Climate network approach reveals the modes of CO2concentration to surface air temperature”）发表在非线性领域知名期刊《Chaos》，定量厘定了全球CO2浓度和地表温度的耦合参数。

该论文作者们提出一种双层气候网络方法来揭示全球CO2浓度对地表温度的影响模式。通过去除Rossby波的作用，建立CO2浓度和地表温度双层复杂网络模型，作者们发现，CO2对地表温度的影响主要集中在北半球的东亚、西亚、北非、美国东海岸和西欧，以及南半球的南美洲南部和澳大利亚东部和南部海域，这些区域人类活动频繁、CO2浓度水平较高（图1所示）。基于加权度指标，确定了碳排放大国（前15国）CO2浓度上升和地表温升的耦合参数。参数值顺序与碳排放顺序一致，表明碳排放大国对全球变暖负有主要责任（图2所示）。此外，作者们发现中纬度地区升温和CO2浓度的上升有关，主要是受到大气环流，如北大西洋风暴路径、热带气旋和亚热带西风急流等影响（图3所示）。

图1.网络加权度分布图

(a)和(b)为正负向加权出度(CO2浓度传出)，(c)和(d)正负向地表温度加权入度(传入到地表温度).

图2.全球前15碳排放国家CO2浓度对地表温度影响参数图

图3.从CO2浓度传到地表温度的传输连接图

注：红色实线表示正向连接，黑色实线表示负向连接

本文提出的多层网络方法揭示中国和全球主要国家CO2浓度变化与地表温度之间的关系。本论文研究结果有助于明确中国和全球主要碳排放国家CO2浓度对地表温度的贡献，对制定碳减策略和减缓气候变化有着重要意义，对实现我国“碳达锋”和“碳中和”目标也有重要的研究意义。

该项工作由我院的韩战钢教授和樊京芳教授作为通讯作者，中国环境科学研究院营娜博士为第一作者，我院陈清华教授、北京师范大学地理科学学部叶谦教授等参与共同完成。该研究小组多年来一直从事复杂系统及相关课题的研究，特别是近年来专注于复杂网络与气候变化交叉研究。

该研究得到了国家重点研发计划：碳排放和碱碳社会经济代价研究（2016YFA0602503）的资助。

文章链接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0040360