“低延时”全球碳收支揭示了2023年陆地碳汇的大幅下降

近日，中国科学院外籍院士、法国原子能署气候与环境科学实验室高级研究员Philippe Ciais和清华大学地球系统科学系、英国埃克塞特大学联合培养博士生柯丕煜联合国内外科研人员在《国家科学评论》发表研究论文，基于全球近实时碳排放监测系统Carbon Monitor、“低延时”的大气反演模型、动态全球植被模型、人工智能驱动的海洋碳通量模型，首次建立了“低延时”的全球碳收支系统，并揭示了2023年全球陆地碳汇的显著下降。

“低延时”的全球碳收支系统

该系统由全球近实时碳排放监测系统Carbon Monitor、动态全球植被模型、人工智能驱动的海洋碳通量模型和基于OCO-2数据的大气反演模型组成，滞后时间仅为3个月，能够每月更新全球碳收支结果。

图1展示了大气二氧化碳增长率和全球碳收支的主要结果。莫纳罗亚天文台测得2023年大气二氧化碳增长率为3.37 ppm/年，创下历史新高（图1a）。尽管2023年化石燃料燃烧排放量与前一年几乎持平，陆地碳汇却因极端气候事件影响大幅下降至0.14 GtC/年，为近20年来最低（图1b）。虽然海洋碳汇有所增加，但不足以抵消陆地碳汇的衰退，导致大气二氧化碳增长率显著上升。

图1、1960-2023年大气二氧化碳增长率及2010-2023年全球碳收支。（a）全球观测站平均（MBL，蓝色柱状图）和莫纳罗亚天文台（MLO，深蓝色方块）观测的大气二氧化碳增长率。（b）2010-2023年全球碳收支，包括化石燃料燃烧和水泥生产的碳排放、全球陆地碳汇、海洋碳汇、大气二氧化碳浓度的增长。（宽的柱状图基于自下而上的方法，窄的柱状图基于大气反演的方法）。

2023年区域碳通量异常分析

北半球的陆地碳汇通常在夏季（7月至9月）达到峰值，但2023年这一时期碳汇显著下降，尤其在中欧、俄罗斯西部和中美洲地区，出现了异常的碳源（图2）。同时，加拿大发生了大规模的森林火灾，导致了大量的火灾排放。进入第四季度（10月至12月），全球陆地碳汇进一步减少，其中亚马逊地区因极端干旱的影响，碳损失尤为严重，成为全年碳汇减少的主要驱动因素之一；此外，非洲南部也出现了显著的碳损失，进一步加剧了全球陆地碳汇下降的总体趋势（图2）。

图2、2023年全年平均和每个季度的陆地和海洋净二氧化碳通量异常（相较于2015-2022年平均值的变化）。左列为自下而上的模型结果，右列为基于OCO-2数据的反演结果。正值表示从大气到陆地或海洋的通量增加（碳汇）。

2023年极端事件频发导致陆地碳汇大幅下降

2023年全球陆地碳汇的急剧下降，主要是由于多个极端气候事件的叠加效应。亚马逊的严重干旱导致了大规模碳源，虽然中非、东非和北美西部表现出较高的碳汇能力，但未能抵消热带地区的碳损失。与此同时，北半球的夏季碳汇较弱，特别是在中欧、俄罗斯西部和中美洲，导致全球陆地碳汇整体大幅下降（图3c）。

自2015年以来，北半球北纬20度以北的陆地碳汇下降了约一半，2023年降至1.13 ± 0.24 GtC/年。与此同时，热带地区在经历了长期的拉尼娜后，于2023年下半年在厄尔尼诺的影响下转变为碳源（图3c）。极端高温进一步加剧了碳损失，我们发现温度异常高于95百分位的区域贡献了1.73 GtC/年的碳损失，占全球碳损失的29.57%，而这些区域仅占全球陆地面积的8.61%（图3a, 3b）。

综上，2023年全球陆地碳汇的显著减弱，主要由热带干旱、极端高温和北半球碳汇下降共同驱动。这一趋势不仅为未来碳收支的估算带来了严峻挑战，也揭示了气候变化对全球碳循环造成的深远影响。如果这种变化趋势持续下去，全球碳汇的削弱可能会进一步加速大气中二氧化碳浓度的上升，导致更为严峻的后果。因此，该研究强调了全球应对气候变化行动的紧迫性，尤其是在碳减排、保护和增强自然碳汇等方面，需要采取更加积极的措施，以避免进一步加剧的生态风险。

图3 (a) 2023年每月的陆地温度相对于1991-2020年参考期的变暖异常，按四个主要纬度带划分。（b）2010-2022年（宽柱状图）和2023年（窄柱状图）的陆地二氧化碳通量，按参考期内各温度百分位计算，颜色与(a)中相同。灰线代表2010-2022年的陆地区域面积，黑线代表2023年陆地区域面积。（c）2015-2023年北半球陆地碳汇的变化及热带陆地碳通量的波动，数据来自自下而上的动态全球植被模型（DGVMs）和OCO-2反演。下方显示了NOAA的ENSO指数，包括2015-16年的强厄尔尼诺、2020年中至2023年中的拉尼娜及2023年下半年的中等强度厄尔尼诺。（d）GRACE水储量异常与OCO-2反演的2023年陆地碳通量异常双变量图，显示碳通量与水储量的协同关系。红色代表碳源异常和干旱，绿色代表碳汇异常和湿润条件。

了解详情，请阅读原文

Low latency carbon budget analysis reveals a large decline of the land carbon sink in 2023
National Science Review
doi：10.1093/nsr/nwae367