“就在3月的第三周，南極洲東部的研究站記錄了前所未有的溫度，比月平均溫度高出40攝氏度。”在近期聯合國網站的一篇文章中，科學家們再次發出警告：南極洲氣溫升高和冰蓋融化加劇應引起足夠重視。氣候變遷導緻極端天氣、幹旱、氣溫升高、冰川融化及海平面上升，不斷将地球環境和人類生活推向臨界點。人們正以不同方式經曆着氣候變化。
今天，是第53個世界地球日，讓我們一起聚焦“地球、海洋與藍碳”。本期騰研專訪由騰訊研究院、騰訊戰略發展部和SSV碳中和實驗室共同發起，對話中國科學院院士、化學海洋學家、廈門大學地球科學與技術學部主任戴民漢教授，戴教授将從專業視角為我們解析海洋對氣候的影響，基于海洋的碳中和解決方案，以及探索數字技術對海洋科技與藍碳發展的賦能。
他認為，隻有通過全球跨界的共同設計及有效協同，才可實作未來海洋的可持續繁榮。可持續海洋繁榮的解決方案可表達為一個公式，即：
繁榮海洋=（科學認知+技術革命+科學治理+藍色金融）×共同設計2
受訪嘉賓：
戴民漢中國科學院院士、化學海洋學家、廈門大學地球科學與技術學部主任
對話者（以下簡稱T）：
翟永平騰訊戰略發展部進階顧問
牛福蓮騰訊研究院進階研究員
基于海洋的
碳中和解決方案意義重大
T：大家都知道氣候變化對海洋産生影響，如冰川融化，全球海平面上升等等，但是海洋如何對氣候變化發揮調節作用，似乎所知甚少，您作為海洋與全球氣候變化領域的科學家，可否為大家介紹一下海洋與氣候的關系？
戴民漢：如果用一句話來總結海洋與氣候的關系，那就是，海洋及其生态系統既是緩解氣候變化強有力的“執行者”，也是氣候變化的“受害者”。
首先，海洋是氣候變化的巨大 “緩沖器”與“調節器”。這可以從地球的能量平衡和碳平衡的角度去看。長期以來，地球系統能量的吸收與釋放處于一個動态平衡狀态，保障了地球的宜居性。一公斤海水溫度升高一攝氏度所吸收的熱量很大，是空氣的 4倍，加之海洋體積巨大，海洋因而具有巨大的熱容，是維持地球系統能量平衡的核心。自1950年以來，海洋吸收了進入氣候系統的大約90％的熱量, 驅動海洋增暖，其影響已抵達深海，而且，該趨勢還在延續。最新的觀測資料表明，在2021年，全球海洋上層兩千米吸收的熱量比2020年增加了14×1021焦耳——這些熱量相當于中國2020全年發電量的500倍。
這些資料都有力支援了一個觀點：海洋吸收了人類活動排放的溫室氣體所導緻的氣候系統中的大部分超額熱量，是地球能量失衡加劇中的最大緩沖器，對緩解全球氣候變化起到了至關重要的作用。如果沒有海洋或者海洋的“吸熱”能力達到上限，在“溫室效應”的作用下，原本被海洋吸收的巨額的超額能量既不能向外釋放，也無法被地表吸收（地表熱容遠低于海洋），進而導緻地表溫度的急劇增長，由此将會進一步加劇極端天氣與氣候事件，甚至是出現人類難以承受的嚴重災難。
海洋是地表系統最大的碳儲庫，碳儲量是大氣的50倍，其中98%以溶解無機碳（Dissolved Inorganic Carbon, DIC）的形式存在。溶解無機碳系統，也稱碳酸鹽系統，它們建構了海水碳酸鹽緩沖系統。大氣二氧化碳通過海氣交換進入海洋後會發生一系列化學反應，進而打破海水碳酸鹽系統原有的平衡。部分進入海洋的二氧化碳會轉換成其他形态，進而使海水二氧化碳濃度升高的程度低于非緩沖系統。在海洋的不同深度，海水的停留時間也相差較大，表層海水停留時間最短，1000米以深則可達數百年甚至千年。如果将海洋表層的DIC輸送至深層，便可長時間與大氣隔絕，實作碳封存，同時促進上層海洋進一步吸收大氣中的二氧化碳。海洋碳泵，包括“溶解度泵”、“生物泵”和“碳酸鹽泵”，接手了這一運碳、儲碳的任務。
海洋是人為排放二氧化碳的主要歸宿地之一。自工業革命以來，海洋累計吸收了約25%的人為排放的二氧化碳。如果沒有陸地生态與海洋系統吸收大氣二氧化碳，大氣二氧化碳濃度可能早已超過巴黎協定的 2 °C 溫控目标。還有一筆自工業革命以來碳收支的帳，從1850年到2020，從數值上看，由土地利用方式的改變釋放到大氣中的二氧化碳與陸地生态系統所吸收的二氧化碳相抵消，就陸地而言，淨二氧化碳消納量非常低；而由化石燃料燃燒産生的二氧化碳高達4620億噸碳，海洋吸收了其中的36%，剩下的64%則留存于大氣中。設想如果沒有海洋，化石燃料燃燒釋放的二氧化碳将全部保留于大氣中，大氣二氧化碳的濃度會增加更快，進而進一步加劇氣候變化風險。
其次，海洋的持續吸熱、儲碳給海洋環境、生态造成的負面影響已日益凸顯，包括海洋暖化、酸化、脫氧，海平面上升，生物多樣性喪失等。
深圳福田紅樹林（深圳大學周海超 攝）
T:提升生态系統的碳彙增量已經成為實作“雙碳”目标的重要途徑之一，藍碳、海洋碳彙将在應對全球氣候變化及大陸“雙碳”目标實作過程中扮演什麼樣的角色？
戴民漢：中國承諾到 2060 年實作碳中和，為的是走可持續、高品質的發展道路，也為了全人類的文明，以建構面向人類命運共同體架構下的全球氣候治理體系，是推動國際社會共同努力、實作巴黎協定的溫控2 °C、“雄心”1.5 °C以内目标的舉措。
藍碳概念的提出最初是相對于陸地生态系統的綠碳而言。根據2009年聯合國環境規劃署、糧農組織和教科文組織政府間海洋學委會聯合釋出的《藍碳報告》，藍碳被定義為海洋和近海生态系統通過光合作用捕獲和儲存的有機碳。海洋碳彙則是相對于大氣中的二氧化碳而言，是指海洋通過實體、化學、生物過程吸收二氧化碳并儲存在其内部。是以，海洋碳彙的完整表述應為“大氣二氧化碳的彙”，這部分碳在海洋中的固定形式和封存（即，脫離與大氣的交換）深度決定了海洋碳彙的時間尺度。
從應對全球氣候變化的角度看，海洋在過去、現在及未來均起到核心作用。如上所述，工業革命以來，海洋在吸收人為排放的二氧化碳方面所起到了持續性的核心作用。展望未來，在淨零排放或負排放情景下，大氣二氧化碳濃度将逐漸降低，如果海洋與大氣不能實作同步減碳，海洋碳彙能力則會減弱，甚至可能将過去吸收的二氧化碳重新釋放回到大氣圈，這将嚴重威脅碳減排效應。
當然，海洋的重要性還展現在其巨大的增彙潛力。随着大氣二氧化碳的增加，海洋吸收二氧化碳的速率一方面由大氣二氧化碳濃度增加的速率決定，另一方面則受到海洋内部垂直交換快慢的制約。例如，表層海水二氧化碳與大氣達到平衡隻需大約一年時間，但表層與中、深層海水完成一次混合過程卻需要數年甚至幾個世紀的時間。是以，工業革命以來形成的海洋碳彙至今主要在海洋上層。受此限制，海洋目前吸收人為二氧化碳僅僅隻占其最大容量的15%，海洋仍有高達85%的吸收大氣二氧化碳的潛力有待發掘，尤其是在廣闊的深海大洋。
海洋和海岸帶生态系統可資貢獻的增彙措施有：保護和恢複濱海藍碳生态系統、海藻養殖固碳、海水堿化、海洋施肥增彙等。海洋碳彙總體封存時間長，并可能做到生态友好，減緩海洋酸化、增産漁業、或成為食品、燃料和耐用産品的原材料。
從區域或國家層面視之，海洋碳彙清單、穩定性、演化趨勢及其控制機理尚待進一步深入研究，以賦能國家碳中和戰略和行動。大陸鄰近的南海、東海、黃海等邊緣海位于陸地-大洋交界帶，除了接收珠江、長江、黃河等大河的物質輸入外，還與鄰近西北太平洋持續進行着物質交換。是以，大陸邊緣海除了直接從大氣吸收約1000萬噸碳以外，還承載了陸地和大洋側向輸入的物質（包括碳），間接貢獻了陸地和大洋碳彙。陸架邊緣海受人為活動和全球變化雙重影響，其中的實體與生物地球化學過程遠比大洋複雜，碳源彙格局可在不同的空間和時間尺度上發生動态切換，這在一定程度上增加了厘清中國海碳源彙清單的難度。此外，定量甄别近海的自然與人為源/彙過程也是頗具挑戰性的科學命題，是以必須加快推進相關研究。
此外，大陸擁有300萬平方公裡的海洋國土面積，是陸地森林面積的近兩倍，也是自然生态的重要組成部分，并具有巨大的增彙潛力。然而，迄今為止關于國家自主貢獻的國際讨論中，海洋的作用和潛力遠未受到足夠的重視。是以，挑戰與機遇并存，亟需形成海洋碳彙理論和發展藍碳增彙技術。
當然，基于海洋的碳中和解決方案必須精準評估碳彙生态效應，以實作“生态優先、綠色發展”和“碳中和”的協同，這與大陸制定“雙碳”戰略的初衷高度契合。我想特别強調的是，在碳中和目标的實作與可持續發展路徑的選擇方面，海洋作為新的戰略空間和經濟形式（藍色經濟）具有重大的潛力和戰略意義。
科學治理并實作藍碳和
海洋可持續發展頗具挑戰
T：您怎麼看待海洋碳彙、藍碳與生态系統可持續發展的協同？目前在發展海洋碳彙、藍碳過程中面臨的主要問題有哪些？
戴民漢：大陸的“雙碳”戰略是生态文明建設的重要組成部分，包括藍碳在内的海洋碳彙是實作碳中和目标及其戰略路徑決策不可或缺的要素。然而，我們對海洋碳彙仍存在相當大的科學認知缺失，也存在若幹誤區：一是人們往往隻關注其直接吸收大氣中二氧化碳的量作為其碳彙功能，而忽視了大陸近海系統處于陸—海—洋—氣互相作用高度活躍的地帶，承載了陸地和大洋側向輸入的物質（包括碳），間接貢獻了陸地和大洋碳彙；二是海洋捕獲的二氧化碳并非永久封存，如果海洋碳彙得不到固持，在一定的時間尺度下，海洋甚至可能将碳重新釋放回到大氣圈，這将嚴重威脅碳減排效應；第三，從國家及區域角度而言，摸清家底，厘清海洋碳源彙清單及其動态變化是規劃碳中和戰略路徑中的必要條件。對海洋碳彙和藍碳的科學認知缺失可能會加大大陸近海海洋碳源彙清單的估算難度。
我們需要充分認識到碳彙是海洋生态系統最重要的生态服務功能之一，但并不是唯一的生态服務功能。實施基于藍碳生态系統方案，服務“雙碳”目标、應對氣候變化，必須全面評估方案背後的生态環境效應，包括對濱海生态系統的影響、與其它陸地、海洋系統的協同作用、以及對海洋自然碳彙的影響。例如，紅樹林具有非常強的固碳能力，是森林的40多倍，同時兼具防風消浪、促淤保灘、護岸固堤等功能，但在推廣開發紅樹林生态系統的過程中，也經曆過值得引以為戒的教訓。台灣島西北部香山濕地自1997年大面種植紅樹林後對當地生态系統造成了相當的負面影響，包括侵占光灘所緻的底栖生物和鳥類栖息地喪失、沉積物堆積加劇了洪水泛濫的風險等。随後在2015年香山濕地啟動了紅樹林清除項目。是以，在實施基于自然藍碳的“雙碳”服務方案前，需對其進行遵循生态系統可持續發展規律的綜合評估和管理。
早期的經濟發展過程曾導緻海岸帶栖息地受到不同程度的破壞，由此也削弱了大陸部分自然藍碳生态系統的功能。恢複生态系統，改善生态環境品質，遏制生物多樣性喪失，維持和增強藍碳生态系統的碳彙功能，發展藍色經濟，是一個重大機遇。
T：中央提出各地應因地制宜來确定産業結構調整方向和“雙碳”行動方案，作為擁有全國最長海岸線的粵港澳大灣區，在藍碳發展方面有哪些機遇和挑戰？
戴民漢：粵港澳大灣區擁有豐富的藍碳資源，發展濱海藍碳具有得天獨厚的優勢。據統計，粵港澳大灣區的濱海濕地面積超過3200平方公裡，占全國濱海濕地面積的5.5%，其中紅樹林生态系統面積占全國現有紅樹林的10%。此外，粵港澳大灣區的獨特地質條件使其具有十分可觀的碳封存潛力。大灣區毗鄰的南海北部四大近海沉積盆地的潛在碳封存空間估計在4千億噸，超過大灣區年碳排放總量的1000倍。目前，大灣區及其附近海域已相繼開發了多個碳捕集、利用與封存示範項目，其中中國海洋石油在珠江口盆地的恩平離岸碳封存平台，設計碳封存能力為每年30萬噸，已走在國際前列。
粵港澳大灣區的部分濱海濕地通過建立國際重要濕地和國家級、省級自然保護區和濕地公園被保護起來，包括位于深圳的福田紅樹林、香港米埔濕地、珠海淇澳島、惠東紅樹林等。其中福田紅樹林是大陸唯一一個位于城市腹地的國家級自然保護區。這些自然保護區和濕地公園的建立不僅保證濱海濕地發揮其固碳增彙、保護生物多樣性等功能，還能作為旅遊、教育和科普的基地，提升公衆對保護濱海濕地生态系統重要性的認識。2021年深圳紅樹林作為“人與自然和諧共生”的成功範例入選自然資源部和世界自然保護聯盟（IUCN）聯合釋出的“基于自然的解決方案中國實踐典型案例”。
此外，粵港澳大灣區作為大陸人均GDP最高、經濟實力最強的地區之一，可充分利用其在科技創新和沿海地域的優勢，在保持經濟增長的同時，借助社會、經濟力量進行生态系統修複，促進生态系統服務功能的協同提升；同時，可充分發揮廣州和深圳兩個碳排放權交易所的作用，引入“藍碳”資源等多種交易産品，建構并完善碳捕集、利用與封存政策和多元化、多層次的碳交易市場機制，推動技術應用和經濟社會的全面綠色轉型，以可持續發展模式實作區域“碳中和”目标。
當然，機遇與挑戰并存。粵港澳大灣區是大陸人口密度最高的地區之一，目前大灣區經濟發展趨勢強勁、能源消費基數高，特别是廣東省的碳排放量依然呈現逐年增長的趨勢，像江門、惠州等地區機關GDP碳排放量比大陸平均水準高30—50%。另外，人口增多與經濟發展同時帶來巨大的生态環境壓力，比如生存空間的擠占所導緻的土地利用變化，生活垃圾的填埋和城市污水的排放以及生物入侵對生态系統的破壞等。1990至2015年期間，大灣區建設用地面積翻了近一倍，大量占用濕地資源，同時，城市污水甚至直接排入城市邊緣的濕地中，導緻濕地環境惡化、面積進一步減少。盡管近年來大灣區已啟動和持續開展修複項目和建設濕地公園，但濱海濕地保護依然任重而道遠。
如何提高對海洋碳彙的科學認知，創新應用技術用于碳捕集、利用和封存，強化基于生态系統的科學治理方式，充分發揮金融杠杆手段，并有機統籌上述方面來實作藍碳發展和海洋可持續繁榮，仍具有非常大的挑戰性。
探索數字技術對
海洋科技與藍碳發展的賦能
T：數字技術在助力全球應對氣候變化程序中扮演着重要角色。目前數字技術在海洋科技和藍碳發展領域有哪些應用？未來數字技術還可能在哪些方面有所突破？
戴民漢：可持續地開發利用海洋是人海融合和諧發展的核心理念。但海洋現在所面臨的問題之大、之深，已不是簡單的開發強度問題，而是經濟社會系統發展模式的問題。在此當下，人類若乘勢第四次工業革命，大力發展數字海洋模型，以夯實科學認知、創新應用技術、強化科學治理、發揮金融杠杆為手段，通過全球跨界的共同設計及有效協同，可實作未來海洋的可持續繁榮。可持續海洋繁榮的解決方案可表達為一個公式，即：
繁榮海洋=（科學認知+技術革命+科學治理+藍色金融）×共同設計2
進一步夯實海洋科學認知，數字技術十分關鍵。近年來，随着遙感技術、數值模拟等技術在海洋中的應用，海洋觀測資料呈指數方式增長，數字技術在海洋經略中的作用日益凸顯；充分利用海洋多源資料同化技術，将衛星遙感、現場觀測等資料與海洋數值模拟技術相結合，生成再分析資料産品，是海洋數值模拟發展的重要方向，數字孿生海洋（Digital Twin of the Ocean，DTO）由此應運而生。
數字孿生海洋簡單來說就是基于數字海洋并利用高性能計算将各種模型和海量資料進行疊代優化，提供海洋目前狀态準确且全面的描述，并幫助探索、發現并可視化過去、現在和未來的海洋狀況。
可以預見，以智能化為主要特征的第四次技術革命的背景下，數字孿生海洋必将得到進一步的發展。聯合國“海洋十年”（Decade of the Ocean）計劃将建立海洋的綜合數字化孿生體列為十大挑戰之一。2020年，歐盟和聯合國啟動了數字孿生海洋項目，助力聯合國2030可持續發展議程；大陸科學家也在着力推動數字孿生海洋技術。
數字孿生海洋作為第四次技術革命的突破性成果，亦可助力于海洋碳彙及藍碳的監測核查、預測評估和管理決策，以應對和适應氣候變化。将數字孿生海洋應用于碳足迹檢測、碳彙測算與評估，可提升碳源彙觀測的時空分辨率；并融合多源海洋大資料，可建構海洋全域藍碳虛拟感覺網，提升藍碳資料的智能化處理水準，實作“可衡量、可報告、可核查”的數字化智能觀測和評估體系，降低碳清單核算的不确定性。
在提升自然和人為碳源彙準确監測的基礎上，數字孿生海洋技術可進一步模拟和評估不同情境下海洋碳彙及藍碳對未來氣候的影響，甄别其影響因素并預測走向，為海洋二氧化碳脫碳工程提供科學依據、方案優化及數值預演。從國家戰略和管理決策角度，數字孿生海洋有助于構架大陸自主的碳中和數值模拟系統，建構海洋藍碳及負排放決策支援體系，以便及時動态調整和優化碳中和路徑。