2021年4月23日，聯合國教科文組織政府間海洋學委員會（簡稱「海委會」）發布了《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》（Integrated Ocean Carbon Research: A Summary of Ocean Carbon Research, and Vision of Coordinated Ocean Carbon Research and Observations for the Next Decade）報告，介紹了針對海洋在碳循環中所起作用的認識現狀，並指出未來發展方向。該報告旨在為決策者提供製定未來10年減緩和適應氣候變化政策所需的知識。
1 海洋碳循環綜合概述
海洋通過吸收人類排放的大量CO2和熱量，在調節氣候變暖中發揮了關鍵作用。由於工業時代以來大氣中的CO2量持續增加，海洋吸收了大量的碳，相當於化石燃料產生的CO2排放量的41±15％，由化石燃料和土地使用變化構成的人為CO2排放量的28％。截至2007年，全球碳收支的總量體現了海洋在長期碳封存中的重要性。為了認識並預測未來的碳匯，提高對碳循環各個環節過程與結合的認識非常有必要。目前，海洋碳匯的評估手段是利用三維海洋模型和海洋表面pCO2數據形成的觀測結果，以月為時間尺度進行。
海洋碳匯評估值通過內部觀測結果確定基準，因為內部觀測結果可以量化海洋中人為CO2在年代際變化尺度上的總量。模型能夠在時空尺度上更加精確地表示海洋過程，並且為未來的預測奠定基礎。通過結合數據與模型，改進數據獲取與處理方式並提升生物過程在模型中的體現，以及開展跨時空尺度的操作，有助於改善對不斷演變的海洋碳匯的認識和量化，並提高觀測和海洋模型結果的精確度。未來海洋對脅迫變化的反應將在很大程度上取決於CO2排放情景。如果排放量居高不下，那麼到本世紀，大氣中的CO2量將繼續增加。因此，驅動一部分CO2進入海洋的熱力學力也將持續存在。在這種情況下，對海洋碳匯的限制將體現為緩衝能力的降低，同時海洋生物泵可能會發生變化。隨著排放量的減少，驅動海洋CO2的熱力學力將降低，但須對海洋碳匯可能出現的變化開展更深入的認識，並對可允許的排放量進行修改。這需要開展更多基於模型的研究，並利用觀測和模型結果對最近的年際和年代際變化進行更深入的評估。
模型，包括觀測系統模擬實驗，是評估補充採樣何時何地能夠最大程度降低觀測產品不確定性的有效工具。通過更充分地利用觀測結果中的信息，利用數據同化開展的模型和數據合併有助於增進科學認識。採用標準化框架生成針對觀測結果的完整不確定性報告很有必要，從而有助於在數據同化中對其充分利用。對於無法直接採用數據同化的預測模型，此類研究應考慮未來的各種排放情景。海洋碳匯很可能對排放軌跡做出不對稱反應，須對與這一過程同時出現的物理、生物地球化學和生物響應開展詳細評估。
近年來在結合模型與觀測研究以認識海洋人為碳匯中非生物過程方面取得的進展應擴展至對天然碳循環起到調節作用的海洋生物過程研究。須對生物反饋改變自然碳循環的程度開展研究。為了充分認識海洋的社會經濟效益，以及未來反饋的潛在社會經濟影響，全面的綜合研究計劃非常有必要。
2 基本問題和新興研究問題
報告提出了以下4個基本問題和新興研究問題：①海洋對人為CO2的吸收是否會繼續成為主要的非生物過程？②生物學在海洋碳循環中起到了什麼作用？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人類如何改變海洋的碳循環及其反饋，包括如何從大氣中專門清除CO2？
3 開展海洋碳綜合研究的方法
報告提出從以下8個方面開展海洋碳綜合研究：①加強對觀測網路持續的資金支持；②加強並協調現有的碳觀測與綜合項目組合；③區域優先事項；④新的過程研究與實驗；⑤有助於增強自主觀測與分析的新技術；⑥結合模型與觀測結果；⑦考慮解決方案：緩解手段；⑧碳綜合研究計劃的管理。
4 海洋碳綜合研究中的研究問題與建議
海洋碳綜合研究的願景圍繞與氣候和社會問題相關的幾個層面展開，如「聯合國海洋科學促進可持續發展十年」和「海洋十年挑戰」所涉及的問題。儘管這些問題並未在願景文件中具體介紹，但能夠直接推動海洋碳綜合研究的實施。這些問題符合海洋碳綜合研究的願景，並按範圍和規模進行了分類。重要的一點在於，海洋碳綜合研究不僅關注全球層面的問題，而且認識到了區域和地方層面的重要性，因為在有些情況下，區域層面的過程能夠對直接影響當地人口的碳過程和生態影響產生極大的影響力，這需要專門的研究工作。
4.1 社會和政策相關研究問題
（1）海洋是否會繼續作為與人類活動產生的碳排放量成正比的碳匯？
（2） CO2含量增加對海洋的影響是什麼？要抑制不斷增加的CO2水平，目前具備哪些能力和需求？
（3）能否以安全的手段加強海洋對碳的封存？
4.2 全球研究問題
（1）影響生物碳循環和海洋健康的關鍵自然和人為因素是什麼？
（2）暮光區的食物網是否在發生變化，這將對海洋碳循環的演變產生什麼影響？
（3）顆粒無機碳（PIC）和顆粒有機碳（POC）之間的劃分不斷變化是否會影響無機碳循環、輸送和通量？
（4）隨著人為排放CO2量的減少，未來全球海洋碳吸收量將如何變化？
（5）溶解性有機碳庫是否在發生變化，這對氣候和環境變化有何影響？
（6）陸地-海洋關鍵儲層中的碳存儲量如何變化？
（7）在氣候變化的背景下，深水的形成和經向翻轉環流是否會發生變化，這對海洋碳吸收將產生什麼影響？
（8）如何在評估觀測和模擬結果時納入海洋碳系統的多個壓力源？
（9）脫氧對海洋碳循環有何影響？
4.3 地區性研究問題
（1）（不斷變化的）海冰對海洋碳循環有何影響？
（2）不斷變化的南大洋對全球碳循環/收支在歷史上和未來的影響是什麼？
（3）如何在生態系統內部改善碳源和碳匯的地區性收支？
（4）極地地區的海洋酸化趨勢如何？
（5）南大洋碳匯時空變化的成因是什麼，強度如何？
（6）海洋酸化對高緯度生物群有何影響？這種影響將如何波及其他全球生物地球化學循環和更高的營養級？
（7）熱帶海洋邊緣在碳收支中起到了什麼作用，這種作用是否發生了變化？
（8）酸化對東部邊緣上涌系統（EBUS）的海洋生態系統產生了何種影響？
（9）西部邊緣系統作為通向極地方向的碳輸送帶起到了什麼作用，包括在中尺度變化（渦流）中的作用？
（10）沿海大城市的污水和徑流如何影響水平方向的有機碳和無機碳輸入以及由此產生的沿海海-氣碳通量？
（11）大陸架的碳循環和水平方向上進入海洋的碳量如何變化？
（12）海洋碳化學變化、海洋變暖和海平面上升驅動的氣候變化對社會經濟的綜合影響是什麼？
（13）如何改善河口和陸架海的海洋碳管理策略，以服務漁業、水產養殖業、旅遊業、碳封存和其他海洋活動？
4.4 針對海洋碳綜合研究提出的一般性建議
（1）保持並加強不間斷的高質量海洋碳觀測對於量化海洋碳匯的強度和變化而言至關重要。
（2）通過機構和實體的參與，包括私營部門的參與，以合作的形式共同設計、適當資助和運行碳觀測系統。
（3）進一步利用遙感開展海洋碳循環的綜合調查。
（4）在感測器和平台方面，加強新技術的開發和利用。
（5）支持測量、數據共享以及量化碳收支的不確定性方面的最佳實踐。
（6）加快人工智慧在量化碳循環的過程、模式和交換中的應用。
（7）加強海洋碳循環中生物地球化學與生態之間的聯繫。
（8）將陸地-海洋更全面地納入到全球碳循環評估和地球系統模型中。
（9）通過實驗室和現場研究，包括適當的地球工程研究，以彌合認識方面的關鍵空白，闡明機制並推動模型參數化。
（10）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。
（11）推進海洋碳研究中的數據同化。
轉載本文請註明來源及作者：中國科學院蘭州文獻情報中心《資源環境動態監測快報》2021年第10期，薛明媚 編譯。
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