（IOC-R）簡介
為響應(yīng)聯(lián)合國海洋科學(xué)促進可持續(xù)發(fā)展的十年（2021-2030）實施計劃，更有效地為海洋科學(xué)做出貢獻，聯(lián)合國教科文組織的政府間海洋學(xué)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(biāo)來解決海洋碳研究中的關(guān)鍵問題。
作為海洋科學(xué)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(fā)布。報告介紹了當(dāng)前對海洋在碳循環(huán)中所起作用的認識情況，并指出未來發(fā)展方向，為決策者提供未來10年減緩和適應(yīng)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(guān)鍵問題構(gòu)成：（1）海洋對人為CO
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的吸收是否會繼續(xù)作為主要的非生物過程；（2）生物學(xué)在海洋碳循環(huán)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(huán)以及由此產(chǎn)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(guān)鍵問題
（一）海洋對人為二氧化碳的吸收是否會繼續(xù)作為主要非生物過程
海洋是否會繼續(xù)作為排放到大氣中的（由人類活動產(chǎn)生的）碳匯這一問題，對于氣候科學(xué)和氣候政策都至關(guān)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(xù)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(yīng)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(qū)域，對于預(yù)測未來的海洋碳匯至關(guān)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(yù)測，需要在地球系統(tǒng)模型（ESM）中改進對這些過程的表述。
（二）生物學(xué)在海洋碳循環(huán)中的作用及變化過程
在快速變化的海洋環(huán)境中，生物泵的巨大變化可能會對海洋碳循環(huán)和海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響。由于各種物理過程和海洋生態(tài)系統(tǒng)存在頻繁的相互作用，各種微生物地球化學(xué)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(huán)的耦合過程深刻地影響海洋碳匯。因此單純研究碳循環(huán)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(xué)和生態(tài)學(xué)研究之間的聯(lián)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(jié)合。
（三）陸－海－冰連續(xù)體之間的碳交換
全面整合陸地－海洋的連續(xù)體并將其納入ESM 對于理解全球碳循環(huán)至關(guān)重要。這將需要在理論研究和數(shù)據(jù)覆蓋方面取得突破性進展。
濕地生態(tài)系統(tǒng)、海冰、河口羽流、海洋邊緣等與陸架之間的循環(huán)相互作用十分復(fù)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(xù)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(tǒng)的分類，從而提高對控制這些不同系統(tǒng)中碳循環(huán)的關(guān)鍵過程的理解。
（四）人類如何改變海洋碳循環(huán)以及由此產(chǎn)生的互饋機理
人類活動產(chǎn)生的碳的吸收和自然變化引起的海洋碳循環(huán)變化正在改變海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)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(huán)有一個更全面的認識，需要進行多學(xué)科的研究和觀測，來了解海洋環(huán)境的過去和現(xiàn)狀，形成衡量變化的基準(zhǔn)。并且通過結(jié)合經(jīng)濟和社會科學(xué)共同探索出新的研究方法，進一步了解海洋中發(fā)生的化學(xué)變化及其對系統(tǒng)中生物成分的影響，以及它們對整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要性和它們在經(jīng)濟、社會影響層面所能提供的服務(wù)。三、解決海洋碳綜合研究的方案
（一）加強對觀測網(wǎng)絡(luò)持續(xù)的財政支撐
政策制定者需要從海洋的持續(xù)觀測中獲取信息來進行復(fù)雜的決策，然而目前在許多地區(qū)對海洋必要的連續(xù)觀測太稀缺或不精確。觀測網(wǎng)絡(luò)在量化和理解海洋碳循環(huán)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(nèi)對觀測網(wǎng)絡(luò)提供財政支持，并進行持續(xù)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(wǎng)
絡(luò)進行長達幾十年的協(xié)調(diào)、編碼和運營。
（二）加強并協(xié)調(diào)現(xiàn)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(nèi)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(shè)備對海面二氧化碳進行測量，再對數(shù)據(jù)進行整合、篩選、匯編。對于海洋內(nèi)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(chǎn)生的碳的量化，對測量的準(zhǔn)確度要求極高，目前只有GO-SHIP巡航能為全球人類活動產(chǎn)生的碳場的觀測提供關(guān)鍵的測量數(shù)據(jù)。因此通過利用現(xiàn)有的分析、觀測技術(shù)，結(jié)合GO-SHIP巡航測量、生物地球化學(xué)（BGC）Argo剖面浮標(biāo)技術(shù)等新興技術(shù)，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(qū)域性優(yōu)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(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，這些變化的程度和影響在世界海洋和沿海地區(qū)的分布并不均勻，
因此需要在區(qū)
域范圍內(nèi)解決。
海洋碳研究的區(qū)域性優(yōu)先事項具體包括：考慮東部邊界上升流系統(tǒng)（EBUS）、西部邊界海流系統(tǒng)、受大江大河影響的地區(qū)和極地地區(qū)等區(qū)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(tài)系統(tǒng)的影響以及對依賴這些生態(tài)系統(tǒng)的人類社區(qū)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(fā)模型所需的機理解釋和參數(shù)，它們可以提供校準(zhǔn)遙感和自主平臺所需的高質(zhì)量觀測，以及評估所得算法的性能。對碳循環(huán)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(qū)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(huán)的復(fù)雜過程，特別是在控制有機碳向無機碳轉(zhuǎn)化的生物學(xué)和過程的關(guān)系上。
（五）自主觀測和分析技術(shù)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(shù)手段為推進海洋碳循環(huán)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(yīng)用為快速改進化學(xué)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(shù)據(jù)。但想要實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化、獲得更加廣泛全面的數(shù)據(jù)來科學(xué)指導(dǎo)管理和保護工作，依舊需要進一步的開發(fā)和投資。
（六）模型與觀測相結(jié)合
碳循環(huán)和其他關(guān)鍵的生物地球化學(xué)過程已被完全納入海洋環(huán)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(xué)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(chǎn)生的碳
的長期趨勢。不同模型之間的差異很大，尤其是在區(qū)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(qū)域范圍內(nèi)的生物地球化學(xué)參數(shù)設(shè)置不充分，這種模式差異仍然很大。改進這些模型的預(yù)測和預(yù)報能力，將有助于減輕全球和區(qū)域內(nèi)的氣候和海洋生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)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(yù)或海洋地球工程，以及基于生態(tài)系統(tǒng)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(shù)（屬于海洋地球工程類別）。IOC-R研究指出，需要對CDR技術(shù)進一步調(diào)查的問題主要包括CDR技術(shù)的有效性（擬議的CDR方法是否能有效地在大范圍內(nèi)儲存碳）、
副作用（是否會對海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生
有害影響）以及效果監(jiān)測（是否有觀測計劃來監(jiān)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(guān)鍵方法。而通過改進管理方法來扭轉(zhuǎn)鹽沼和紅樹林等高產(chǎn)岸邊生態(tài)系統(tǒng)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(guān)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(yù)測等綜合領(lǐng)域的研究和要素整合
一是統(tǒng)籌研究陸－海－冰連續(xù)體之間的碳交換。二是通過多學(xué)科結(jié)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(yīng)對氣候變化和其他人類壓力的預(yù)期變化等方面的深入研究。三是加強對20-21世紀(jì)海洋碳吸收量變化的物理、化學(xué)和生物過程的分析和研究。四是充分考慮影響生物碳循環(huán)和海洋健康的多種因素，加強生物地球化學(xué)和生態(tài)學(xué)研究之間的聯(lián)系，提升對海洋生物循環(huán)和海洋碳循環(huán)變化的預(yù)測能力。五是整合現(xiàn)有海洋觀測、模型、分析等技術(shù)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(chǎn)品、建模和模型數(shù)據(jù)融合等活動，打造全面可靠的海洋碳和生物地球化學(xué)預(yù)測系統(tǒng)。六是開展區(qū)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(tài)系統(tǒng)相互作用的理解。
（二）探索實施陸海統(tǒng)籌負排放生態(tài)工程，促進沿海富營養(yǎng)化問題治理和沿海水域碳封存的協(xié)同增效陸源營養(yǎng)鹽大量輸入近海，不僅導(dǎo)致近海環(huán)境富營養(yǎng)化、引發(fā)赤潮等生態(tài)災(zāi)害，而且使得海水中有機碳難以保存。減少陸地輸入的營養(yǎng)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(yǎng)化的問題。可探索以大江大河為主線，通過陸海統(tǒng)籌科學(xué)施肥、減少向近海的營養(yǎng)輸入，可緩解富營養(yǎng)化、增加碳匯總量，給陸海統(tǒng)籌生態(tài)增匯工程提供低成本高效益的路徑。
（三）系統(tǒng)解析海洋微生物所驅(qū)動的碳循環(huán)過程，探索構(gòu)建海洋碳匯核查技術(shù)體系
微生物作為海洋生態(tài)環(huán)境調(diào)控和元素循環(huán)的關(guān)鍵樞紐，其驅(qū)動的碳匯鏈條和海洋生態(tài)系統(tǒng)功能及產(chǎn)出密切相關(guān)。可探索發(fā)揮海洋微生物研究的優(yōu)勢，系統(tǒng)地進行海洋碳匯核查技術(shù)體系研發(fā)。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(gòu)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(chǔ)上探索構(gòu)建系統(tǒng)的海洋碳匯核查理論、監(jiān)測指標(biāo)和評估方法。
（四）推動海水養(yǎng)殖區(qū)綜合負排放工程實施，促進海洋負排放與生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展
在科學(xué)評估、統(tǒng)籌海水養(yǎng)殖容量及其對海洋碳匯貢獻的基礎(chǔ)上，探索研發(fā)兼顧環(huán)境與經(jīng)濟的優(yōu)化養(yǎng)殖增匯模式，打造可持續(xù)發(fā)展的健康養(yǎng)殖模式和海洋負排放綜合工程樣板。
一方面，系統(tǒng)研究綜合海水養(yǎng)殖區(qū)固碳儲碳過程與機理；另一方面，探索實施海水養(yǎng)殖負排放等工程，
基于環(huán)境承載力進行貝、藻、底棲生物等不投餌生物標(biāo)準(zhǔn)化混養(yǎng)，形成多層次立體化生態(tài)養(yǎng)殖格局，實施清潔能源驅(qū)動的人工上升流生態(tài)增匯工程。
（五）探索構(gòu)建海洋碳交易體系和量化生態(tài)補償機制工作，為實施陸海協(xié)同的碳管理模式提供技術(shù)支撐
一方面，依據(jù)中國特色海洋碳匯資源，探索建立符合國情和國際國內(nèi)交易規(guī)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(xué)研究，建立海洋碳指紋、碳足跡、碳標(biāo)識相應(yīng)的方法與技術(shù)、計量步驟與操作規(guī)范、評價標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，探索制定基于碳匯的量化生態(tài)補償機制，建立代表性河流水系由沿海地區(qū)對西部地區(qū)的生態(tài)補償體系，為實施陸海協(xié)同的碳管理模式提供技術(shù)支撐。
（六）積極參與并推動海洋碳國際合作，助力聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)實現(xiàn)
充分利用和發(fā)揮現(xiàn)有對外合作交流平臺的橋梁紐帶作用，積極開展應(yīng)對氣候變化和綠色低碳發(fā)展領(lǐng)域?qū)υ捊涣髋c務(wù)實合作，積極推進海洋碳匯、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋生態(tài)保護方面的國際合作及海洋碳領(lǐng)域科技創(chuàng)新。積極推動ONCE大科學(xué)計劃實施，探索建立并完善應(yīng)對氣候變化的海洋碳匯/海洋負排放有關(guān)科學(xué)規(guī)劃和工程技術(shù)體系，在實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型中起到創(chuàng)新引領(lǐng)關(guān)鍵作用，為全球治理提供中國方案，同時助力聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)14實現(xiàn)，即“保護和可持續(xù)利用海洋和海洋資源以促進可持續(xù)發(fā)
展”。
作者單位：1.生態(tài)環(huán)境部對外合作與交流中心；
2.華北電力大學(xué)
