一、海洋碳綜合研究
（IOC-R）簡介
為響應聯合國海洋科學促進可持續發展的十年（2021-2030）實施計劃，更有效地為海洋科學做出貢獻，聯合國教科文組織的政府間海洋學委員會（IOC-UNESCO）于2018年成立海洋碳綜合研究（IOC-R）工作組，通過綜合研究和觀測目標來解決海洋碳研究中的關鍵問題。
作為海洋科學十年（2021-2030）實施計劃的一部分，IOC-UNESCO《海洋碳綜合研究：海洋碳研究概述及未來十年海洋碳研究和觀測展望》報告于2021年4月正式發布。報告介紹了當前對海洋在碳循環中所起作用的認識情況，并指出未來發展方向，為決策者提供未來10年減緩和適應氣候變化政策制定所需的知識。
該研究主要由2019年10月28日至30日在法國巴黎IOC-UNESCO總部舉行的首屆海洋碳綜合研究專家研討會上提出的四個關鍵問題構成：（1）海洋對人為CO
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的吸收是否會繼續作為主要的非生物過程；（2）生物學在海洋碳循環中起到了什么作用？其作用如何變化；（3）陸地－海洋－冰塊之間的碳交換如何進行？這種交換如何隨時間變化；（4）人類如何改變海
洋碳循環以及由此產生的互饋機理，包括如何從大氣中去除CO2。
二、IOC-R海洋碳
綜合研究的關鍵問題
（一）海洋對人為二氧化碳的吸收是否會繼續作為主要非生物過程
海洋是否會繼續作為排放到大氣中的（由人類活動產生的）碳匯這一問題，對于氣候科學和氣候政策都至關重要。只要大氣中的CO2水平上升，非生物吸收的部分就會繼續下去，但隨著排放減緩，大氣中的CO2增長速度放緩，海洋的吸收也會相應減緩。
確定海洋碳匯的變化程度，闡明引起這些變化的機制和區域，對于預測未來的海洋碳匯至關重要。為了獲得對海洋碳匯、碳－碳和碳－氣候反饋的更可靠的預測，需要在地球系統模型（ESM）中改進對這些過程的表述。
（二）生物學在海洋碳循環中的作用及變化過程
在快速變化的海洋環境中，生物泵的巨大變化可能會對海洋碳循環和海洋生態系統產生巨大影響。由于各種物理過程和海洋生態系統存在頻繁的相互作用，各種微生物地球化學過程在不
UNESCO《海洋碳綜合研究》
對中國碳達峰碳中和的啟示
The enlightenments of UNESCO's Integrated Ocean Carbon Rearch for carbon peaking and carbon neutrality in China?■文 / 李宣瑾1 麗娜·托庫2 張曉嵐2 門寶輝2
同時空尺度存在交互影響，特別是碳、氮、硫循環的耦合過程深刻地影響海洋碳匯。因此單純研究碳循環來闡述海洋儲碳機制已遠不能達到目的，需要加強生物地球化學和生態學研究之間的聯系，并且將不確定性因素的觀測與變化機理的建模等研究工作緊密結合。
（三）陸－海－冰連續體之間的碳交換
全面整合陸地－海洋的連續體并將其納入ESM 對于理解全球碳循環至關重要。這將需要在理論研究和數據覆蓋方面取得突破性進展。
濕地生態系統、海冰、河口羽流、海洋邊緣等與陸架之間的循環相互作用十分復雜，存在很多未知因
素的影響且有待進一步研究。鑒于陸地－海洋連續體的巨大變化，這種匯的演變在很大程度上充滿未知，因此需改進對不同海洋邊緣系統的分類，從而提高對控制這些不同系統中碳循環的關鍵過程的理解。
（四）人類如何改變海洋碳循環以及由此產生的互饋機理
人類活動產生的碳的吸收和自然變化引起的海洋碳循環變化正在改變海洋生物和生態系統功能。從歷史上看，人類壓力因素的影響評估并不是海洋碳研究的一部分，但為了對海洋碳循環有一個更全面的認識，需要進行多學科的研究和觀測，來了解海洋環境的過去和現狀，形成衡量變化的基準。并且通過結合經濟和社會科學共同探索出新的研究方法，進一步了解海洋中發生的化學變化及其對系統中生物成分的影響，以及它們對整個海洋生態系統的重要性和它們在經濟、社會影響層面所能提供的服務。三、解決海洋碳綜合研究的方案
（一）加強對觀測網絡持續的財政支撐
政策制定者需要從海洋的持續觀測中獲取信息來進行復雜的決策，然而目前在許多地區對海洋必要的連續觀測太稀缺或不精確。觀測網絡在量化和理解海洋碳循環方面有著巨大價值。因此為了評估人類活動的影響，以及減少溫室氣體排放措施對海洋的影響，需要全球范圍內對觀測網絡提供財政支持，并進行持續的投資。此外，參與組織和實體（包括私營部門的組織和實體）需要以合作方式對觀測網
絡進行長達幾十年的協調、編碼和運營。
（二）加強并協調現有的碳觀測與綜合項目組合
目前使用兩種不同的原位方法來量化表層海洋碳吸收和內部海洋運輸和儲存。對于海洋表面而言，一般采用研究船、自主水面車等設備對海面二氧化碳進行測量，再對數據進行整合、篩選、匯編。對于海洋內部觀測而言，通常是對整個水體中的離散水樣進行分析，其中最重要的是對人類活動產生的碳的量化，對測量的準確度要求極高，目前只有GO-SHIP巡航能為全球人類活動產生的碳場的觀測提供關鍵的測量數據。因此通過利用現有的分析、觀測技術，結合GO-SHIP巡航測量、生物地球化學（BGC）Argo剖面浮標技術等新興技術，將大大提升海洋碳觀測的精度與可靠性，有助于人類加深對海洋碳綜合的認識。
（三）海洋碳研究的區域性優先事項
人類活動造成的碳排放正在使海洋的物理和生物地球化學性質發生變化，這些變化的程度和影響在世界海洋和沿海地區的分布并不均勻，
因此需要在區
域范圍內解決。
海洋碳研究的區域性優先事項具體包括：考慮東部邊界上升流系統（EBUS）、西部邊界海流系統、受大江大河影響的地區和極地地區等區域特征的地理獨特性；同時需要解決多種壓力因素（如變暖、酸化和脫氧）對海洋生態系統的影響以及對依賴這些生態系統的人類社區的影響。
（四）新的過程研究和實驗
過程研究和重點實驗操作提供了開發模型所需的機理解釋和參數，它們可以提供校準遙感和自主平臺所需的高質量觀測，以及評估所得算法的性能。對碳循環的理解存在許多尚待解決的問題，例如在很大程度上被忽視的大氣和海洋之間的有機化合物的交換，從區域上看，這可能是海洋碳交換總量中的一個重要部分。充分利用這些新的過程研究和實驗，將有助于認識和理解海洋碳循環的復雜過程，特別是在控制有機碳向無機碳轉化的生物學和過程的關系上。
（五）自主觀測和分析技術的革新
自主觀測和分析研究的進展將在很大程度上影響海洋碳綜合研究計劃的實施。借助遙感、自主平臺和車輛以及人工智能等技術手段為推進海洋碳循環運作和擾動的研究工作提供了可能。
滑翔機和自主地面飛行器等的應用為快速改進化學和生物傳感器提供了良好的平臺，有助于獲得更全面的觀測數據。但想要實現觀測數據的網絡化、獲得更加廣泛全面的數據來科學指導管理和保護工作，依舊需要進一步的開發和投資。
（六）模型與觀測相結合
碳循環和其他關鍵的生物地球化學過程已被完全納入海洋環流模型和ESM。在全球和年代際尺度上，這些物理－生物地球化學耦合模型可用于估計大氣－海洋二氧化碳通量和海洋吸收人類活動產生的碳
的長期趨勢。不同模型之間的差異很大，尤其是在區域和年際尺度上。由于對海洋物理過程的模擬不一致，以及全球和區域范圍內的生物地球化學參數設置不充分，這種模式差異仍然很大。改進這些模型的預測和預報能力，將有助于減輕全球和區域內的氣候和海洋生態系統風險，從而制定有效的碳政策。
（七）考慮解決方案：緩解手段
從廣義上講，有兩種重疊的海洋減排方法：直接干預或海洋地球工程，以及基于生態系統的方法。將涉及碳封存的方法稱為海洋二氧化碳去除（CDR）技術（屬于海洋地球工程類別）。IOC-R研究指出，需要對CDR技術進一步調查的問題主要包括CDR技術的有效性（擬議的CDR方法是否能有效地在大范圍內儲存碳）、
副作用（是否會對海洋生態系統產生
有害影響）以及效果監測（是否有觀測計劃來監測功效和影響）。
此外，通過土地－海洋綜合管理等方式來加強沿海水域的碳封存是緩解氣候變化的一個關鍵方法。而通過改進管理方法來扭轉鹽沼和紅樹林等高產岸邊生態系統的衰退，是加強封存的另一種手段。
三、啟示與建議
（一）借鑒IOC－R關鍵研究問題和解決方案，探索推進中國對海洋碳觀測、分析和預測等綜合領域的研究和要素整合
一是統籌研究陸－海－冰連續體之間的碳交換。二是通過多學科結合，將人類活動影響納入海洋碳研究中，加強海洋碳庫及其在應對氣候變化和其他人類壓力的預期變化等方面的深入研究。三是加強對20-21世紀海洋碳吸收量變化的物理、化學和生物過程的分析和研究。四是充分考慮影響生物碳循環和海洋健康的多種因素，加強生物地球化學和生態學研究之間的聯系，提升對海洋生物循環和海洋碳循環變化的預測能力。五是整合現有海洋觀測、模型、分析等技術和資源，提升海洋碳觀測和分析的精度與可靠性。并通過改進綜合產品、建模和模型數據融合等活動，打造全面可靠的海洋碳和生物地球化學預測系統。六是開展區域性海洋碳研究，增進對減排工作有效性、海洋－大氣CO2交換趨勢的控制以及與陸地生態系統相互作用的理解。
（二）探索實施陸海統籌負排放生態工程，促進沿海富營養化問題治理和沿海水域碳封存的協同增效陸源營養鹽大量輸入近海，不僅導致近海環境富營養化、引發赤潮等生態災害，而且使得海水中有機碳難以保存。減少陸地輸入的營養物可以加強沿海水域的碳封存，同時也可以解決沿海富營養化的問題。可探索以大江大河為主線，通過陸海統籌科學施肥、減少向近海的營養輸入，可緩解富營養化、增加碳匯總量，給陸海統籌生態增匯工程提供低成本高效益的路徑。
（三）系統解析海洋微生物所驅動的碳循環過程，探索構建海洋碳匯核查技術體系
微生物作為海洋生態環境調控和元素循環的關鍵樞紐，其驅動的碳匯鏈條和海洋生態系統功能及產出密切相關。可探索發揮海洋微生物研究的優勢，系統地進行海洋碳匯核查技術體系研發。通過鏈接無機與有機碳庫以及生命與理化過程，解析碳匯構成，溯源碳匯成因，查明主要碳匯的生物族譜，并按照碳匯效益分級建檔，在此基礎上探索構建系統的海洋碳匯核查理論、監測指標和評估方法。
（四）推動海水養殖區綜合負排放工程實施，促進海洋負排放與生態系統可持續發展
在科學評估、統籌海水養殖容量及其對海洋碳匯貢獻的基礎上，探索研發兼顧環境與經濟的優化養殖增匯模式，打造可持續發展的健康養殖模式和海洋負排放綜合工程樣板。
一方面，系統研究綜合海水養殖區固碳儲碳過程與機理；另一方面，探索實施海水養殖負排放等工程，
基于環境承載力進行貝、藻、底棲生物等不投餌生物標準化混養，形成多層次立體化生態養殖格局，實施清潔能源驅動的人工上升流生態增匯工程。
（五）探索構建海洋碳交易體系和量化生態補償機制工作，為實施陸海協同的碳管理模式提供技術支撐
一方面，依據中國特色海洋碳匯資源，探索建立符合國情和國際國內交易規則的海洋碳匯交易體系。開展基于海洋碳貨幣的碳中和核算機制與方法學研究，建立海洋碳指紋、碳足跡、碳標識相應的方法與技術、計量步驟與操作規范、評價標準；另一方面，探索制定基于碳匯的量化生態補償機制，建立代表性河流水系由沿海地區對西部地區的生態補償體系，為實施陸海協同的碳管理模式提供技術支撐。
（六）積極參與并推動海洋碳國際合作，助力聯合國可持續發展目標實現
充分利用和發揮現有對外合作交流平臺的橋梁紐帶作用，積極開展應對氣候變化和綠色低碳發展領域對話交流與務實合作，積極推進海洋碳匯、海洋防災減災、海洋生態保護方面的國際合作及海洋碳領域科技創新。積極推動ONCE大科學計劃實施，探索建立并完善應對氣候變化的海洋碳匯/海洋負排放有關科學規劃和工程技術體系，在實現綠色低碳轉型中起到創新引領關鍵作用，為全球治理提供中國方案，同時助力聯合國可持續發展目標14實現，即“保護和可持續利用海洋和海洋資源以促進可持續發
展”。
作者單位：1.生態環境部對外合作與交流中心；
2.華北電力大學
