UNESCO发布《海洋碳综合研究：海洋碳研究概述及未来十年海洋碳研究和观测展望》
2021年4月23日，联合国教科文组织政府间海洋学委员会（简称“海委会”）发布了《海洋碳综合研究：海洋碳研究概述及未来十年海洋碳研究和观测展望》（Integrated Ocean Carbon Research: A Summary of Ocean Carbon Research, and Vision of Coordinated Ocean Carbon Research and Observations for the Next Decade）报告，介绍了针对海洋在碳循环中所起作用的认识现状，并指出未来发展方向。该报告旨在为决策者提供制定未来10年减缓和适应气候变化政策所需的知识。
1 海洋碳循环综合概述
海洋通过吸收人类排放的大量CO2和热量，在调节气候变暖中发挥了关键作用。由于工业时代以来大气中的CO2量持续增加，海洋吸收了大量的碳，相当于化石燃料产生的CO2排放量的41±15％，由化石燃料和土地使用变化构成的人为CO2排放量的28％。截至2007年，全球碳收支的总量体现了海洋在长期碳封存中的重要性。为了认识并预测未来的碳汇，提高对碳循环各个环节过程与结合的认识非常有必要。目前，海洋碳汇的评估手段是利用三维海洋模型和海洋表面pCO2数据形成的观测结果，以月为时间尺度进行。
海洋碳汇评估值通过内部观测结果确定基准，因为内部观测结果可以量化海洋中人为CO2在年代际变化尺度上的总量。模型能够在时空尺度上更加精确地表示海洋过程，并且为未来的预测奠定基础。通过结合数据与模型，改进数据获取与处理方式并提升生物过程在模型中的体现，以及开展跨时空尺度的操作，有助于改善对不断演变的海洋碳汇的认识和量化，并提高观测和海洋模型结果的精确度。未来海洋对胁迫变化的反应将在很大程度上取决于CO2排放情景。如果排放量居高不下，那么到本世纪，大气中的CO2量将继续增加。因此，驱动一部分CO2进入海洋的热力学力也将持续存在。在这种情况下，对海洋碳汇的限制将体现为缓冲能力的降低，同时海洋生物泵可能会发生变化。随着排放量的减少，驱动海洋CO2的热力学力将降低，但须对海洋碳汇可能出现的变化开展更深入的认识，并对可允许的排放量进行修改。这需要开展更多基于模型的研究，并利用观测和模型结果对最近的年际和年代际变化进行更深入的评估。
模型，包括观测系统模拟实验，是评估补充采样何时何地能够最大程度降低观测产品不确定性的有效工具。通过更充分地利用观测结果中的信息，利用数据同化开展的模型和数据合并有助于增进科学认识。采用标准化框架生成针对观测结果的完整不确定性报告很有必要，从而有助于在数据同化中对其充分利用。对于无法直接采用数据同化的预测模型，此类研究应考虑未来的各种排放情景。海洋碳汇很可能对排放轨迹做出不对称反应，须对与这一过程同时出现的物理、生物地球化学和生物响应开展详细评估。
近年来在结合模型与观测研究以认识海洋人为碳汇中非生物过程方面取得的进展应扩展至对天然碳循环起到调节作用的海洋生物过程研究。须对生物反馈改变自然碳循环的程度开展研究。为了充分认识海洋的社会经济效益，以及未来反馈的潜在社会经济影响，全面的综合研究计划非常有必要。
2 基本问题和新兴研究问题
报告提出了以下4个基本问题和新兴研究问题：①海洋对人为CO2的吸收是否会继续成为主要的非生物过程？②生物学在海洋碳循环中起到了什么作用？其作用如何变化？③陆地-海洋-冰块之间的碳交换如何进行？这种交换如何随时间变化？④人类如何改变海洋的碳循环及其反馈，包括如何从大气中专门清除CO2？
3 开展海洋碳综合研究的方法
报告提出从以下8个方面开展海洋碳综合研究：①加强对观测网络持续的资金支持；②加强并协调现有的碳观测与综合项目组合；③区域优先事项；④新的过程研究与实验；⑤有助于增强自主观测与分析的新技术；⑥结合模型与观测结果；⑦考虑解决方案：缓解手段；⑧碳综合研究计划的管理。
4 海洋碳综合研究中的研究问题与建议
海洋碳综合研究的愿景围绕与气候和社会问题相关的几个层面展开，如“联合国海洋科学促进可持续发展十年”和“海洋十年挑战”所涉及的问题。尽管这些问题并未在愿景文件中具体介绍，但能够直接推动海洋碳综合研究的实施。这些问题符合海洋碳综合研究的愿景，并按范围和规模进行了分类。重要的一点在于，海洋碳综合研究不仅关注全球层面的问题，而且认识到了区域和地方层面的重要性，因为在有些情况下，区域层面的过程能够对直接影响当地人口的碳过程和生态影响产生极大的影响力，这需要专门的研究工作。
4.1 社会和政策相关研究问题
（1）海洋是否会继续作为与人类活动产生的碳排放量成正比的碳汇？
（2）CO2含量增加对海洋的影响是什么？要抑制不断增加的CO2水平，目前具备哪些能力和需求？
（3）能否以安全的手段加强海洋对碳的封存？
4.2全球研究问题
（1）影响生物碳循环和海洋健康的关键自然和人为因素是什么？
（2）暮光区的食物网是否在发生变化，这将对海洋碳循环的演变产生什么影响？
（3）颗粒无机碳（PIC）和颗粒有机碳（POC）之间的划分不断变化是否会影响无机碳循环、输送和通量？
（4）随着人为排放CO2量的减少，未来全球海洋碳吸收量将如何变化？
（5）溶解性有机碳库是否在发生变化，这对气候和环境变化有何影响？
（6）陆地-海洋关键储层中的碳存储量如何变化？
（7）在气候变化的背景下，深水的形成和经向翻转环流是否会发生变化，这对海洋碳吸收将产生什么影响？
（8）如何在评估观测和模拟结果时纳入海洋碳系统的多个压力源？
（9）脱氧对海洋碳循环有何影响？
4.3地区性研究问题
（1）（不断变化的）海冰对海洋碳循环有何影响？
（2）不断变化的南大洋对全球碳循环/收支在历史上和未来的影响是什么？
（3）如何在生态系统内部改善碳源和碳汇的地区性收支？
（4）极地地区（北极/南极）的海洋酸化趋势如何？
（5）南大洋碳汇时空变化的成因是什么，强度如何？
（6）海洋酸化对高纬度生物群有何影响？这种影响将如何波及其他全球生物地球化学循环和更高的营养级？
（7）热带海洋边缘在碳收支中起到了什么作用，这种作用是否发生了变化？
（8）酸化对东部边缘上涌系统（EBUS）的海洋生态系统产生了何种影响？
（9）西部边缘系统作为通向极地方向的碳输送带起到了什么作用，包括在中尺度变化（涡流）中的作用？
（10）沿海大城市的污水和径流如何影响水平方向的有机碳和无机碳输入以及由此产生的沿海海-气碳通量？
（11）大陆架的碳循环和水平方向上进入海洋的碳量如何变化？
（12）海洋碳化学变化、海洋变暖和海平面上升驱动的气候变化对社会经济的综合影响是什么？
（13）如何改善河口和陆架海的海洋碳管理策略，以服务渔业、水产养殖业、旅游业、碳封存和其他海洋活动？
4.4针对海洋碳综合研究提出的一般性建议
（1）保持并加强不间断的高质量海洋碳观测对于量化海洋碳汇的强度和变化而言至关重要。
（2）通过机构和实体的参与，包括私营部门的参与，以合作的形式共同设计、适当资助和运行碳观测系统。
（3）进一步利用遥感开展海洋碳循环的综合调查。
（4）在传感器和平台方面，加强新技术的开发和利用。
（5）支持测量、数据共享以及量化碳收支的不确定性方面的最佳实践。
（6）加快人工智能在量化碳循环的过程、模式和交换中的应用。
（7）加强海洋碳循环中生物地球化学与生态之间的联系。
（8）将陆地-海洋更全面地纳入到全球碳循环评估和地球系统模型中。
（9）通过实验室和现场研究，包括适当的地球工程研究，以弥合认识方面的关键空白，阐明机制并推动模型参数化。
（10）通过改进综合产品、建模和模型数据融合等活动，打造全面可靠的海洋碳和生物地球化学预测系统。
（11）推进海洋碳研究中的数据同化。
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转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《国际海洋科技参考》2021年第20期，薛明媚，吴秀平编译