IOC-R（综合海洋碳研究计划）发布的科学报告，旨在指导未来的海洋碳研究方向。
是自2021年首份报告后的更新版本，其不仅是一份研究清单，更是一份面向未来的战略计划。
该项目的使命在于加深我们对海洋作为人类排放二氧化碳的动态吸收体的理解，以及海洋在减缓气候变化方面的能力，同时评估海洋生态系统在二氧化碳浓度不断上升情况下的脆弱性。该项目旨在为解决海洋碳研究中的挑战提供可操作的基础。通过整合最新的科学发现和海洋碳的观测数据，该项目为联合国(UN)“海洋科学促进可持续发展十年”的目标做出了贡献。
报告识别了五大重点研究领域，每个领域都设计负载的生物地球化学过程和人类活动的交互作用。该报告强调了“整合研究”的重要性—即打破学科壁垒，将化学、物理、生物过程、社会经济等结合，这种范式的转变对理解海洋碳循环的全貌至关重要。
五个重点研究领域为：1. 变化气候下的海洋碳汇演变；2. 生物在海洋碳循环中的角色变化；3. 陆地-海洋-冰连续体（多界面之间）的碳交换；4. 海洋工业过程对生物海洋碳循环的影响；5. 基于海洋的气候干预措施对未来碳循环可能影响；
笔者对报告中每个研究领域重要的两个部分：不同领域的知识空白和对应解决方案进行总结，以期更好的把握方向。
知识空白和挑战：
一：变化气候下的海洋碳汇演变
1.垂直温度梯度捕获
暖层和“皮肤效应”的相反作用影响下，模拟时温度赋值产生一定误差，在高纬度地区尤为突出；
2.高纬度气候变化
北极海冰退缩导致海气交换界面面积增加，同时增加CO2吸收但在南大洋风场变化影响下CO2吸收减少；
3.海洋缓冲因子变化
季节性的海洋物理生物过程相互作用，年均净通量影响不确定；
4.极端事件影响
海洋热浪对长期CO2吸收和储存影响未知。
二：生物在海洋碳循环中的角色变化：
1.海洋酸化对碳影响
酸化如何影响钙化、呼吸和溶解过程，进一步影响有机、无机碳比例既向下沉降通量；
2.生物矿化变化与CO2反馈
生物矿化的变化如何影响次表层总碱度，如何反馈大气吸收和海洋内部碳运输；
3.浮游植物群落结构变化
细胞尺寸如何影响碳输出效率、封存效率，以及向高营养级的碳转移；浮游植物是否能通过生理和形态学适应快速响应变化，从而在未来环境条件下维持生长；
4.中上层与深海群落变化
环境如何影响浮游动物和深海群落，这些变化如何影响垂直迁移、颗粒物转化和长期碳封存；气候变化如何改变动物生理速率和特征；
5.微生物在生物地球化学中的作用
病毒裂解如何通过选择性压力影响到宿主种群和病毒群落组成；气候驱动的微生物群落基因表达如何影响颗粒物类型、溶解有机物的转化、惰性DOM的形成；
三：陆地-海洋-冰连续体（多界面之间）的碳交换
1.陆地来源碳输入的时空模式
观测约束的全球陆地-海洋碳(有机和无机)和营养物质及碱度通量评估仍然严重缺乏。关键问题包括：
- 地下水、海岸侵蚀和永久冻土的贡献
- 陆地来源输入的DIC/TA比率
- 有机碱度的作用
- 城市生态系统(特别是沿海城市)对人为有机碳和营养物质输入的贡献
2.陆地来源碳在海洋中的命运
陆地和沿海海洋有机物的来源、组成和寿命高度不确定。更好地约束陆地来源碳的命运及其随时间的演变是当务之急。
3.沿海海洋碳循环变化
全球沿海海洋的净生态系统生产力(NEP)和碳汇的归因存在时间趋势不确定性。CO₂源/汇的归因需要多学科方法。
4.蓝碳生态系统的未来
红树林、盐沼和海草床的碳固定、埋藏和侧向输出通量的估算基于相对有限的观测。由于海平面上升加速，这些生态系统对人为扰动的响应需要进一步研究。
具体而言，沿海植被生态系统的碳固定、埋藏和横向输出通量是基于相对有限的观测得出的，这些观测数据不足以得出可靠的全球估算值。这些生态系统因人为干扰（包括海平面上升加速）而产生的碳通量及其进出情况，仍是需要进一步研究的重点。
5.人类活动与全球变化因素
人类活动(捕鱼、海底扰动、水产养殖、能源生产、保护/ rewilding)与全球变化因素(物理气候、海平面上升、酸化、富营养化/缺氧)的相互作用如何调节碳的传递和命运？
6.极地陆架碳循环
极地陆架正在经历比地球上任何其他地方都更快的变化。然而，淡水、碳和营养物质向沿海海洋的输送存在高度不确定性。
7.河流碳数据产品
需要开发灵活的情景，包括可变和演化的气候强迫和人为扰动。
四：海洋工业过程对生物海洋碳循环的影响：
1.沉积物添加对海洋碳循环的影响
向远洋系统添加沉积物(来自采矿、疏浚等)如何影响碳循环的多个过程——压舱效应、抑制牧食、对吸附有机物的保护、养分释放、遮荫效应？
2.海底提取过程中释放物质的生物利用度
工业活动扰动海底时释放的有机和无机物质的活性和生物利用度。目前似乎没有关于沉积物再悬浮对无机碳再矿化影响的信息。
3.渔业对碳循环的影响
在工业化前，鱼类生物量和回收率贡献了约10%的碳输出和氧气消耗。现在这一比例已减半(Bianchi et al., 2021)。然而，渔业如何影响食物网进而影响碳通量的问题几乎未被探索。
4.微塑料-碳的贡献
微塑料碳可能占北太平洋副热带环流表层水体总颗粒有机碳(POC)的0.1-57%(平均15%)(Stubbins et al., 2021)。微塑料的生物积累正在改变海洋碳循环和生态学。
量化工业活动中从海底释放出的物质以及塑料通过光降解产生的物质的易变性和生物可利用性。针对这一问题的研究应在不同规模上展开，包括从瓶中培养实验到沿营养梯度进行的现场研究（zhang, 2024）。
5.未来资源提取轨迹
深海采矿、拖网捕捞、钻探的影响正在显现，但其对碳循环的长期影响尚未量化。
五：基于海洋的气候干预措施对未来碳循环可能影响
1.证明安全性和长期有效性
具有更大减排效果的大规模碳去除技术是否会带来潜在的气候效益以证明其安全性和长期有效性。
2.证明附加性
要获得排放信用额度，mCDR方法需要证明其附加性——即其气候效益是明确的，可以相对于明确的基线可靠地测量。
3.减少自然碳汇
增加本地生产力如局部施铁肥提高局部生产力时，可能会因营养物质下降减少"下游"生产力。mCDR对自然碳汇的影响是复杂且难以量化的。
4.非CO₂温室气体排放
沿海沉积物和中层水体缺氧区有利于甲烷(CH₄)和一氧化二氮(N₂O)的产生，这可能显著抵消蓝碳和海洋施肥的CO₂移除效益。
5.MRV(监测、报告、验证)框架
mCDR的监测本身可能涉及显著的CO₂排放，影响干预的成本效益（文中特别提到了碱度和溶解无机碳的监测）。
文中对于相关问题的解决方案在部分章节有重复，笔者汇总后根据观测、模拟、数据标准化、合作四个方面进行归纳，这些不仅是潜在问题的解决方案，同时也是未来研究方向。但很多问题的解决方案需要结合多种方法，下述解决方案尚不具体。
1. 观测
1. 增强持续观测：大幅增加观测的持续性，包括跨纬度带的变率量化、表层海-气CO₂通量参数化的改进以及海水碳酸盐平衡常数的测定。
2. 广泛且持续支持传感器分析化学、工程和技术团体的传感器开发和商业化转换。建议使用海洋机器人、成像技术和卫星遥感来降低观测成本。
3. 开发机器学习方法和地理信息系统（GIS），以填补空间和时间空白，特别是数据稀疏的沿海和极地地区。
4. 关注遥感数据与现场观测的融合，特别是在沿海陆架和蓝碳生态系统研究中。
5. 进行瓶培养实验、沿营养梯度的现场研究，以及大规模荟萃分析，以量化释放物质的生物利用度。
2. 模拟
1. 必须将最先进的物理建模（如粒子追踪）与生物地球化学建模和多样化观测相结合。
2. 开发高分辨率区域模型以捕捉冰冻圈-海洋相互作用。
3. 审查海洋生态系统和地球系统模型（ESMs）中与碳移除（CDR）相关的参数，识别特定缺陷。
4. 采用“观测系统模拟实验”（Observing System Simulation Experiments, OSSEs）方法来评估观测网络设计。
5. 关注高空间分辨率的陆-海-河耦合模型开发，基于机制理解指导模型构建，与变化因素的机制理解紧密结合，能够更好地纳入全球评估。
6. 开展从实验室、单种研究到中宇宙/大宇宙实验的多规模研究，以模拟气候变化和过程影响。
7. 将数据产品组装为具有足够空间、时间分辨率的模式以反应高度一致性，但将其整合到数值模型中是特别的挑战。
8. 制定标准化的方法评估不确定性，在数据管理、存档和质量控制中展开协作。
3. 数据标准化
1. 测定海水碳酸盐平衡常数，为碳循环计算提供准确的基础数据和测定基准。
2. 建立适合目的的陆地-海洋全球观测系统，需要大型网络支持持续监测并整合现有数据。通过国际合作更好地联系沿海和公海研究，共同开发河流碳和营养物质的全球数据集。
4. 合作
1. 加强模型开发者与观测者之间的合作，特别关注意外事件（如热浪）发生时的数据质量，以及物理过程变化对碳吸收的影响。
2. 海洋与内陆水体研究社区（包括地下水通量和海岸侵蚀）之间的合作。
3. 跨国协作在空间上能够降低成本，整合新兴和具有协同作用的观测方法对于进行全球评估至关重要。
