中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 碳排放指以二氧化碳（CO₂）為代表的人為溫室氣體排放，其中包括CO₂和非CO₂氣體，但均以CO₂當(dāng)量計(jì)。碳達(dá)峰是指一定空間范圍（如全球或某級(jí)行政轄區(qū)）內(nèi)的碳排放年總量在某個(gè)時(shí)間段呈現(xiàn)為工業(yè)化以來(lái)的最高峰值。政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）指出，碳中和是指凈零碳排放，即規(guī)定時(shí)期內(nèi)人為移除與人為排入大氣的CO₂當(dāng)量相互抵消。根據(jù)《中華人民共和國(guó)氣候變化第二次兩年更新報(bào)告》，我國(guó)2014年的碳排放量約為11.2 Gt（1 Gt=10⁹ t）CO₂當(dāng)量，占同年全球排放量的大約22.3%，未來(lái)實(shí)現(xiàn)碳中和所需的碳減排壓力遠(yuǎn)大于任何一個(gè)發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體。

實(shí)現(xiàn)碳中和涉及人為減排、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、人工碳匯等手段的實(shí)施，這些本質(zhì)上都屬于有序人類活動(dòng)，其目標(biāo)是包括中國(guó)在內(nèi)的全球各國(guó)通過(guò)合理安排和組織，在滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的同時(shí)使自然環(huán)境在一定時(shí)空尺度內(nèi)不發(fā)生明顯退化，甚至能持續(xù)好轉(zhuǎn)。在實(shí)施層面，人類社會(huì)通過(guò)降低碳排放的手段進(jìn)行氣候調(diào)控屬于對(duì)自然環(huán)境的人工調(diào)控或者最優(yōu)調(diào)控問(wèn)題，也是自然控制論的研究范疇。碳達(dá)峰與碳中和涉及諸多亟待解決的重要科學(xué)問(wèn)題，本文主要闡述碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)下地球系統(tǒng)中大氣、陸地和海洋相關(guān)的若干關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題及知識(shí)缺口，以及支撐碳中和的監(jiān)測(cè)和評(píng)估方法。面向國(guó)家碳中和重大戰(zhàn)略需求，科學(xué)界亟待解決這些問(wèn)題，支撐我國(guó)建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)。

溫室氣體及全球響應(yīng)和反饋過(guò)程

地球系統(tǒng)響應(yīng)溫室氣體增加的科學(xué)基礎(chǔ)及不確定性

地表溫度對(duì)溫室氣體排放具有接近實(shí)時(shí)的快速響應(yīng)（按年計(jì)），長(zhǎng)時(shí)間尺度的地表溫度變化和累積溫室氣體排放有近線性的關(guān)系（圖1），即大約550 Gt的碳排放會(huì)對(duì)應(yīng)1℃的升溫。自工業(yè)革命以來(lái)的溫室氣體排放累積導(dǎo)致了全球平均氣溫上升約1.1℃。而未來(lái)的溫度變化主要取決于未來(lái)的排放量，所以《巴黎協(xié)定》的2℃控溫目標(biāo)實(shí)際上對(duì)應(yīng)了未來(lái)的溫室氣體總排放量：粗略估計(jì)只有約500 Gt的排放空間。

科學(xué)界已經(jīng)明確溫室氣體排放會(huì)導(dǎo)致氣溫上升，并以此作為未來(lái)減排目標(biāo)的主要科學(xué)依據(jù)。但是，不確定性依然存在（圖1），主要來(lái)自以下方面：氣溫對(duì)溫室氣體的響應(yīng)過(guò)程和機(jī)制的不確定性，包括碳循環(huán)的響應(yīng)；地球系統(tǒng)中大氣、陸地、冰凍圈、海洋等對(duì)溫室氣體的響應(yīng)及其相互作用；凍土的反饋機(jī)制；CO₂及非CO₂溫室氣體的核算及其反饋機(jī)制；地球系統(tǒng)的非線性響應(yīng)及自然變率的貢獻(xiàn)等。減小氣溫對(duì)溫室氣體響應(yīng)過(guò)程和機(jī)制的不確定性將為未來(lái)精準(zhǔn)核算碳收支提供科學(xué)基礎(chǔ)。

除了地表溫度上升外，全球變化表現(xiàn)為大氣、海洋、陸地、冰凍圈、生物圈等各圈層的系統(tǒng)性變化，包括且不限于：海洋升溫和酸化、陸面溫度上升、高山冰川和北極海冰范圍縮小、格陵蘭和南極冰蓋質(zhì)量損失、海平面上升、極端事件加劇等，這些是全球變化的主要判別指標(biāo)。目前，這些主要的全球性氣候指標(biāo)數(shù)據(jù)依然被歐美國(guó)家的政府機(jī)構(gòu)或研究團(tuán)體主導(dǎo)，我國(guó)的貢獻(xiàn)甚少。同時(shí)，我國(guó)尚未建立關(guān)鍵氣候變化核心指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，這制約了我國(guó)施行快速、精準(zhǔn)的氣候變化政策，也制約了我國(guó)對(duì)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)的措施進(jìn)行績(jī)效評(píng)價(jià)。

全球海洋和大氣響應(yīng)全球氣候變化的科學(xué)問(wèn)題及知識(shí)缺口

海洋的響應(yīng)和反饋

全球變暖90%以上的熱量都儲(chǔ)存在海洋中。由于巨大的體量和比熱容，海洋對(duì)溫室氣體的響應(yīng)具有延時(shí)性。即使碳中和目標(biāo)可以達(dá)成，海洋變暖、海平面上升等依然會(huì)持續(xù)，這對(duì)未來(lái)適應(yīng)和減緩氣候變化提出了更高的要求。

全球海洋物理狀態(tài)的變化會(huì)改變海洋的碳收支（例如，海洋吸收CO₂的“生物泵”和“物理泵”），對(duì)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有重要影響。海水增暖后，其固碳能力會(huì)下降。例如，近幾十年南大洋內(nèi)部熱含量的增長(zhǎng)十分顯著，這可能導(dǎo)致南大洋固碳能力減弱。大西洋經(jīng)圈翻轉(zhuǎn)環(huán)流減弱也可能會(huì)削弱深對(duì)流過(guò)程的固碳能力。在碳中和氣候狀態(tài)下，海洋層結(jié)上層減弱、中深層加強(qiáng)，這對(duì)海洋儲(chǔ)碳能力的影響尚不明確。北冰洋海底擁有巨大的碳埋藏量，一方面，北冰洋海水增暖使得這些冰狀水合物極易融化分解，從而釋放出CO₂；另一方面，全球變暖導(dǎo)致北極海冰范圍縮小，使得海表冷水與大氣的接觸增加，從而增強(qiáng)海水的儲(chǔ)碳的能力，二者最終會(huì)導(dǎo)致北極碳收支發(fā)生何種變化也不明確。

大氣的響應(yīng)和反饋

我國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)主要依賴于科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)型，但同時(shí)也會(huì)受到我國(guó)未來(lái)氣候走向的直接影響。例如，植樹造林，以及利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源都是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要舉措，而在多大程度和范圍內(nèi)能夠采取上述舉措主要依賴于氣溫、降水、輻射、風(fēng)速等基本的天氣和氣候狀況；即使對(duì)于傳統(tǒng)的水力發(fā)電，其在未來(lái)的能源供給能力也依賴于氣候，特別是降水的走向。在極端天氣條件下，如異常的“副高活動(dòng)”“極渦活動(dòng)”等帶來(lái)的大范圍風(fēng)能、光能異常，可能導(dǎo)致大規(guī)模電力供應(yīng)不足問(wèn)題，如2020年冬季美國(guó)得克薩斯州的能源災(zāi)難問(wèn)題。因此，在進(jìn)行我國(guó)碳中和規(guī)劃和碳匯的估算時(shí)必須考慮未來(lái)40年內(nèi)氣候走向這一要素。

溫室氣體濃度變化對(duì)氣候的影響主要分為2類不同時(shí)間尺度的過(guò)程：受大氣CO₂強(qiáng)迫影響的快速調(diào)整過(guò)程、受全球平均溫度變化影響的緩慢調(diào)整過(guò)程。在溫室氣體濃度上升階段，兩者同步增長(zhǎng)，該情形下的氣候變化研究相對(duì)較清楚；而在下降階段，全球平均溫度的增長(zhǎng)將放緩，而科學(xué)界對(duì)該階段的氣候影響認(rèn)識(shí)不夠。此外，《巴黎協(xié)定》只給出了21世紀(jì)的溫度控制目標(biāo)，但實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的溫室氣體排放路徑卻有很多種可能；同時(shí)，以不同的溫室氣體排放路徑實(shí)現(xiàn)相同的溫度目標(biāo)，氣候的響應(yīng)也存在差異。

地球系統(tǒng)內(nèi)部變率的影響

氣候變化一部分是由溫室氣體排放、土地利用等人類活動(dòng)引起的氣候系統(tǒng)外強(qiáng)迫改變所造成的變化；另一部分則是由氣候系統(tǒng)內(nèi)部的大氣、海洋、陸地、冰雪等圈層相互作用所引起的內(nèi)部變率造成的變化。過(guò)去40年，內(nèi)部變率對(duì)東亞一些地區(qū)氣溫等要素變化的作用可以超過(guò)人類活動(dòng)的作用。內(nèi)部變率引發(fā)的氣候變化與人類活動(dòng)外強(qiáng)迫導(dǎo)致的變化相比具有更大的不確定性，是造成未來(lái)30—50年氣候變化不確定性的重要來(lái)源。因此，在考慮我國(guó)碳中和相關(guān)政策時(shí)，必須關(guān)注氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率的作用，特別是由其引起的不確定性。目前，有關(guān)全球碳匯格局、時(shí)間尺度、演化趨勢(shì)及其與氣候系統(tǒng)互饋機(jī)理等方面的科學(xué)認(rèn)識(shí)尚存在重大缺失，亟待進(jìn)一步深入研究。

我國(guó)陸地和海洋碳源/匯貢獻(xiàn)和不確定性

中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯綜述

陸地生態(tài)系統(tǒng)是我國(guó)最重要的碳匯之一，系列研究利用不同的模型和方法，估算了我國(guó)區(qū)域陸地碳匯強(qiáng)度。這些研究對(duì)于量化我國(guó)陸地碳匯的貢獻(xiàn)發(fā)揮了重要的作用。例如，Wang等發(fā)現(xiàn)2010—2016年我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)年均吸收了同時(shí)期人為碳排放的45%，揭示了我國(guó)陸地生態(tài)圈的巨大碳匯作用。然而，目前對(duì)于我國(guó)區(qū)域陸地碳匯強(qiáng)度估算仍然存在著較大的不確定性，不同研究者對(duì)于碳匯強(qiáng)度估算存在明顯的差異（表1）。

森林碳匯的不確定性

21世紀(jì)前10年我國(guó)森林年碳匯總量平均約為173.9 Tg C/yr（1 Tg C=10¹² g），其中生物量、死有機(jī)質(zhì)和土壤有機(jī)碳（SOC）的年碳儲(chǔ)量變化分別為約150.2 Tg C/yr、9.0 Tg C/yr和24.7 Tg C/yr。但是，不同研究之間的結(jié)果差異較大。生物量碳庫(kù)的不確定性主要來(lái)自不同研究所采用的森林面積不同，從1.428億公頃到1.882億公頃不等。一部分研究采用的森林面積數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家森林資源連續(xù)清查，另一部分研究采用了我國(guó)1:1000000植被圖確定森林面積，而二者對(duì)于森林的定義存在顯著區(qū)別。此外，多數(shù)研究只評(píng)估喬木林生物量碳儲(chǔ)量變化，而較少涉及經(jīng)濟(jì)林、竹林、灌木林、稀疏林及森林之外的林木，也較少涉及死有機(jī)質(zhì)和SOC碳庫(kù)變化，難以全面衡量森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能。另外，SOC儲(chǔ)量變化估算結(jié)果的不確定性與所評(píng)估的土層厚度不一致有很大關(guān)系。

田間管理提高農(nóng)業(yè)碳匯能力

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作為全球碳庫(kù)中最活躍的部分，受耕作、灌溉、施肥等人類活動(dòng)的影響最大，對(duì)大氣碳含量影響也較為明顯。目前的研究更多地關(guān)注了農(nóng)田SOC儲(chǔ)量變化，而對(duì)于SOC儲(chǔ)量變化與非CO₂溫室氣體排放之間平衡的研究相對(duì)較少。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，作為土壤肥力關(guān)鍵指標(biāo)的SOC含量，對(duì)糧食生產(chǎn)和緩解氣候變化起著重要作用。氣候變暖和極端氣候事件頻發(fā)可能會(huì)導(dǎo)致SOC損失加劇，而提高作物產(chǎn)量、增加秸稈還田及少免耕等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施則會(huì)顯著增加農(nóng)田SOC。

濕地保護(hù)與碳匯

我國(guó)自然濕地的SOC儲(chǔ)量達(dá)8—17 Pg C，約占全國(guó)陸地SOC總儲(chǔ)量的1/10—1/8，約占全球陸地SOC總儲(chǔ)量的3.8%。我國(guó)自然濕地甲烷（CH₄）年排放量估計(jì)為1.9—3.86 Tg C。

自然狀態(tài)下，濕地生態(tài)系統(tǒng)都表現(xiàn)為碳匯。但受人類活動(dòng)影響，濕地被排干，其SOC分解速率加快，導(dǎo)致溫室氣體排放量增加，從而將濕地生態(tài)系統(tǒng)由碳匯轉(zhuǎn)變?yōu)榫薮筇荚础Ｎ覈?guó)近半個(gè)世紀(jì)的濕地墾殖導(dǎo)致的碳損失量達(dá)每年173.2 Tg C ；同時(shí)，CH₄排放量總共減少約10.3 Tg。不同區(qū)域、不同類型的濕地，其CH₄排放通量和固碳速率均有差異。因此，制定合理的濕地恢復(fù)政策，挖掘我國(guó)自然濕地的低碳匯價(jià)值，對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳中和具有積極意義。

海洋碳收支和海洋增匯

海洋是巨大的碳匯和碳庫(kù)，人類活動(dòng)排放的CO₂約有1/4—1/3被海洋吸收。海洋碳匯主要有海岸帶高等植被（包括紅樹林、鹽沼、海草床等）、微型生物碳匯（“生物泵”與“微型生物碳泵”）、以海藻養(yǎng)殖為主體的漁業(yè)碳匯等。海洋水體中蘊(yùn)含巨大的可長(zhǎng)久儲(chǔ)存的惰性溶解有機(jī)碳（RDOC），其總量與大氣碳量相當(dāng)，而RDOC主要來(lái)自微型生物碳泵的貢獻(xiàn)。海洋碳源/匯在不同海區(qū)有較大差別，急需綜合考慮海區(qū)的外部碳輸入和向外輸出等因素，估測(cè)我國(guó)近海的碳源/匯情況。目前，國(guó)際上還缺乏統(tǒng)一的海洋碳匯評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，急需強(qiáng)化不同生境海洋碳匯復(fù)雜過(guò)程和機(jī)制的深入研究，并在此基礎(chǔ)上建立不同類型海洋碳匯的核查技術(shù)體系，大力研發(fā)海洋增匯技術(shù)，積極探索實(shí)施海洋增匯工程。目前，有潛力的增匯措施主要包括陸海統(tǒng)籌減排增匯、海洋缺氧環(huán)境減排增匯、濱海濕地減排增匯、養(yǎng)殖環(huán)境減排增匯、珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)減排增匯、海洋地質(zhì)碳封存等。

地球系統(tǒng)科學(xué)支撐碳中和的關(guān)鍵技術(shù)手段及現(xiàn)存的關(guān)鍵問(wèn)題

基于地球系統(tǒng)模型模擬和預(yù)估氣候變化，支撐碳中和路徑和目標(biāo)

地球系統(tǒng)模式能夠定量刻畫大氣、陸地、海洋碳循環(huán)等地球系統(tǒng)各部分之間的相互作用過(guò)程，是認(rèn)識(shí)、理解全球碳循環(huán)過(guò)程和機(jī)制，以及模擬和預(yù)估氣候變化的核心工具。通過(guò)設(shè)置不同的碳中和目標(biāo)約束（如何減排、如何增匯等），地球系統(tǒng)模式得到最有效、最合理的碳中和路徑，從而為尋找碳中和最優(yōu)科學(xué)路徑提供強(qiáng)有力的技術(shù)和工具支持。當(dāng)前，我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第二代中國(guó)科學(xué)院地球系統(tǒng)模式（CAS-ESM2）實(shí)現(xiàn)了碳循環(huán)和氣候的完全耦合，可以模擬地球各主要分系統(tǒng)對(duì)不同碳中和路徑的響應(yīng)，包括陸地和海洋碳通量變化、陸表植被和水文變化、氣候變化等。然而，當(dāng)前地球系統(tǒng)模式在功能和性能上還需進(jìn)一步完善，特別是提升對(duì)人為過(guò)程、植被動(dòng)態(tài)演變、火干擾、氮循環(huán)等過(guò)程的描述。

天空地一體化溫室氣體觀測(cè)系統(tǒng)

衛(wèi)星遙感觀測(cè)

衛(wèi)星遙感觀測(cè)可以在碳源/匯核查方面發(fā)揮重要作用。我國(guó)于2016年發(fā)射了第一顆CO₂監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，又陸續(xù)發(fā)射風(fēng)云三號(hào)D星和高分五號(hào)大氣成分監(jiān)測(cè)衛(wèi)星。由于幅寬較小（10—20 km）且重訪周期長(zhǎng)，國(guó)際上現(xiàn)有衛(wèi)星主要在全球尺度碳源/匯反演中發(fā)揮作用，還無(wú)法滿足點(diǎn)源、城市、區(qū)域尺度監(jiān)測(cè)需求。

新一代的溫室氣體監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的主要發(fā)展方向包括：①提高觀測(cè)的時(shí)空分辨率。例如，增加跨軌掃描寬度（>100 km）以提高覆蓋范圍（中國(guó)風(fēng)云三號(hào)G星、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星2星），提高時(shí)間分辨率（歐洲CO₂M多星組網(wǎng)、美國(guó)GEOCARB靜止軌道衛(wèi)星），采用激光雷達(dá)（歐洲MERLIN、中國(guó)“環(huán)境一號(hào)”衛(wèi)星）實(shí)現(xiàn)晝夜觀測(cè)，以及溫室氣體和污染氣體協(xié)同觀測(cè)。②發(fā)展先進(jìn)的遙感反演算法、快速高精度輻射傳輸模式和改進(jìn)分子光譜學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。③進(jìn)一步發(fā)展衛(wèi)星數(shù)據(jù)同化方法，實(shí)現(xiàn)人為溫室氣體源匯清單反演能力。

地面溫室氣體通量觀測(cè)技術(shù) 

過(guò)去20多年，全球范圍內(nèi)形成了碳通量觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（FLUXNET），為全球碳收支與全球變化研究提供了高質(zhì)量的溫室氣體地面通量長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)。面向碳中和的需求，也應(yīng)把溫室氣體地面通量的監(jiān)測(cè)網(wǎng)作為整個(gè)碳核算監(jiān)測(cè)體系的重要組成部分。該監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)應(yīng)關(guān)注5個(gè)方面：①加強(qiáng)典型城市下墊面的通量監(jiān)測(cè)；②推動(dòng)觀測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理、儀器操作和維護(hù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提升地面觀測(cè)通量數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性；③強(qiáng)化非二通量先進(jìn)測(cè)量技術(shù)的研發(fā)和加強(qiáng)CO₂與主要非CO₂溫室氣體（CH₄和N₂O）的地面通量同步觀測(cè)；④加快自主技術(shù)儀器設(shè)備的研發(fā)；⑤加強(qiáng)基于自主技術(shù)氣體分析儀的溫室氣體和污染氣體地面通量觀測(cè)研究。

發(fā)展人為碳排放觀測(cè)技術(shù)

目前的觀測(cè)技術(shù)在觀測(cè)非CO₂溫室氣體方面還有較大欠缺。雖然所有7種溫室氣體都有可滿足精度需求的較成熟檢測(cè)方法，但還存在體積大、成本高、運(yùn)維難度大、在線化程度低等缺點(diǎn)，因此不利于獲得廣泛的高分辨觀測(cè)數(shù)據(jù)。例如，二氧化氮（N₂O）、六氟化硫（SF₆）、三氟化氮（NF₃）需要帶有電子捕獲檢測(cè)器的氣相色譜儀，而氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）需要?dú)庀嗌V質(zhì)譜聯(lián)用儀。另外，不同高度的濃度觀測(cè)所代表下墊面通量貢獻(xiàn)區(qū)（碳足跡）有顯著的差異，因此基于雷達(dá)、高塔、飛機(jī)、探空的垂直分布觀測(cè)也至關(guān)重要。

加強(qiáng)城市碳監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)

城市占陸地面積不到3%，卻直接排放了全球約44%的CO₂，間接影響了近80%的能源相關(guān)的CO₂排放，是估計(jì)人為碳排放的關(guān)鍵區(qū)域。在城市尺度上，CO₂排放清單的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和排放因子、時(shí)空分配方案等具有較大的不確定性，不同清單的差異可達(dá)70%—300%，并且無(wú)法識(shí)別和定位未知的排放源。城市尺度的CO₂濃度排放監(jiān)測(cè)和反演可以提供獨(dú)立的手段校準(zhǔn)碳排放清單數(shù)據(jù)，服務(wù)于城市清單碳排放總量驗(yàn)證，追蹤城市碳排放清單的遺漏。

溫室氣體源匯清單核算方法

根據(jù)IPCC的國(guó)家溫室氣體清單指南，溫室氣體的人為源匯清單可用3個(gè)層級(jí)的方法編制；其中，第一、二層級(jí)是排放因子法，第三層級(jí)是過(guò)程模型法，都統(tǒng)一屬于“自下而上”（bottom-up）方法。排放因子法目前還是各個(gè)國(guó)家或地方政府編制溫室氣體清單的通行方法。由于活動(dòng)水平資料難以快速更新，且排放因子數(shù)據(jù)通常是一些有限條件觀測(cè)數(shù)據(jù)的平均值，排放因子法往往不能比較客觀地反映溫室氣體源-匯的動(dòng)態(tài)變化與空間分布。相比而言，過(guò)程模型法則可以克服排放因子法的上述不足。但是，過(guò)程模型的構(gòu)建和檢驗(yàn)，以及其驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，難度相對(duì)較大，這導(dǎo)致過(guò)程模型法僅在極少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家及我國(guó)的部分土地利用類型（如農(nóng)田、濕地等）溫室氣體源-匯清單編制中得到應(yīng)用。另外，對(duì)于土地覆被和土地利用變化引起的溫室氣體源-匯變化，以及畜牧業(yè)的溫室氣體排放，過(guò)程模型法的應(yīng)用仍然具有挑戰(zhàn)性。

“自上而下”方法通過(guò)觀測(cè)大氣溫室氣體濃度，結(jié)合氣象場(chǎng)資料和大氣傳輸模式，利用同化技術(shù)反演估算區(qū)域源-匯及變化狀況。IPCC最新版的溫室氣體清單指南首次提出，該方法反演估算的溫室氣體源-匯狀況，作為完全獨(dú)立的數(shù)據(jù)，可以被用來(lái)驗(yàn)證排放因子法或過(guò)程模型法編制的溫室氣體清單。當(dāng)前，CO₂同化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在4個(gè)方面：①聯(lián)合同化地基觀測(cè)和衛(wèi)星遙感的XCO₂（大氣CO₂柱濃度）數(shù)據(jù)。②聯(lián)合同化大氣CO₂濃度、站點(diǎn)通量、遙感地表參數(shù)等數(shù)據(jù)。③同時(shí)優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)和化石燃料燃燒的CO₂通量。現(xiàn)有的全球碳同化系統(tǒng)基本上都假設(shè)化石燃料燃燒的CO₂通量數(shù)據(jù)無(wú)誤差，僅優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)CO₂通量，但事實(shí)并非如此。CO₂是公認(rèn)的理想化石燃料燃燒排放指示信號(hào)。④通過(guò)污染氣體和CO₂的聯(lián)合同化，以優(yōu)化化石燃料燃燒CO₂排放。

結(jié)論和建議

實(shí)施碳中和目標(biāo)將是我國(guó)21世紀(jì)最大規(guī)模的人類有序活動(dòng)，涉及地球系統(tǒng)多圈層相互作用，必將觸發(fā)地球環(huán)境演變，并催生新的科學(xué)前沿。本文總結(jié)了涉及碳中和的地球系統(tǒng)科學(xué)的若干科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，展望了發(fā)展趨勢(shì)。基于上述討論，提出3點(diǎn)科學(xué)建議。

（1）自主構(gòu)建氣候變化監(jiān)測(cè)指標(biāo)系統(tǒng)，深入理解氣候系統(tǒng)多圈層相互作用過(guò)程和機(jī)制，為碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)基礎(chǔ)。針對(duì)我國(guó)尚未建立關(guān)鍵氣候變化核心指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的問(wèn)題，建議積極統(tǒng)籌各方力量，建立我國(guó)自主可控的氣候變化核心監(jiān)測(cè)指標(biāo)集和平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)全球氣候變化核心數(shù)據(jù)的自主化并形成國(guó)際影響力，動(dòng)態(tài)評(píng)估全球氣候狀況，為應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。對(duì)氣候系統(tǒng)多圈層相互作用過(guò)程和機(jī)制的理解，是精準(zhǔn)設(shè)置減排目標(biāo)、準(zhǔn)確評(píng)估氣候變化影響和風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)。因此，要實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，需要全面加強(qiáng)全球碳匯格局、時(shí)間尺度、演化趨勢(shì)及其與氣候系統(tǒng)的互饋機(jī)理等方面的重要基礎(chǔ)科學(xué)研究。

（2）自主研發(fā)溫室氣體監(jiān)測(cè)與核查技術(shù)和平臺(tái)，為碳中和目標(biāo)提供先進(jìn)的科技支撐。目前，我國(guó)缺乏溫室氣體源匯評(píng)估的自主核查校驗(yàn)方法和技術(shù)平臺(tái)。建議：①在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取能力方面，突破溫室氣體空間監(jiān)測(cè)技術(shù)、地面監(jiān)測(cè)網(wǎng)、垂直探測(cè)、自主先進(jìn)探測(cè)技術(shù)、非CO₂監(jiān)測(cè)技術(shù)，推進(jìn)城市碳監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)，形成天空地一體化的溫室氣體監(jiān)測(cè)能力。②在方法體系方面，研發(fā)基于天地一體化觀測(cè)的多尺度溫室氣體清單校核方法。融合“自上而下”反演方法與高分辨率“自下而上”動(dòng)態(tài)清單方法，實(shí)現(xiàn)人為源-匯變化的精細(xì)化監(jiān)測(cè)，為國(guó)家相關(guān)政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。③需要全面認(rèn)識(shí)和調(diào)查海洋和陸地的生物及其物理固碳能力，全面監(jiān)測(cè)我國(guó)的碳源/匯。

（3）進(jìn)一步完善地球系統(tǒng)模式，以國(guó)家“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”為核心，建設(shè)國(guó)家碳中和核算-評(píng)估-決策支持中心，用科技能力建設(shè)支撐碳中和戰(zhàn)略的實(shí)施。需要研發(fā)和優(yōu)化可正確刻畫碳循環(huán)復(fù)雜過(guò)程的地球系統(tǒng)模型，結(jié)合不同減排情景和不同的人類活動(dòng)影響，預(yù)估2030年和2060年的全球及我國(guó)碳收支特征，以及我國(guó)不同陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)；研究規(guī)劃最優(yōu)碳中和路徑的方法論，評(píng)估生態(tài)工程可能的方案和轉(zhuǎn)換能源結(jié)構(gòu)的最優(yōu)途徑，為我國(guó)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供強(qiáng)有力的科技支撐。

（作者：蔡兆男，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；成里京，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院；李婷婷，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室；鄭循華，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院；王林，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院；韓圣慧，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院；王凱，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院；屈俠，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院；江飛，南京大學(xué)國(guó)際地球系統(tǒng)科學(xué)研究所；張永雨，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所；朱建華，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所；龍上敏，河海大學(xué)海洋學(xué)院；孫揚(yáng)，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；賈炳浩，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；袁文平，中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院；張?zhí)煲唬袊?guó)科學(xué)院大氣物理研究所；張晴，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；謝瑾博，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；朱家文，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；劉志強(qiáng)，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；吳琳，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；楊東旭，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；魏科，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；吳林，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院；張穩(wěn)，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所；劉毅，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院；曹軍驥，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）

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