于貴瑞 郝天象 朱劍興

1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 中國科學(xué)院生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100101

2 中國科學(xué)院大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院 北京 100049

全球氣候變化是目前人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一[1]?！栋屠鑵f(xié)定》①《巴黎協(xié)定》是繼《京都議定書》后第二份有法律約束力的氣候協(xié)議，于2015年12月12日在第21屆聯(lián)合國氣候變化大會（巴黎氣候大會）上通過，是由全世界178個(gè)締約方共同簽署的氣候變化協(xié)定，是對2020年后全球應(yīng)對氣候變化的行動作出的統(tǒng)一安排。確立了將全球平均氣溫控制在較工業(yè)化前升溫低于 2℃ 的目標(biāo)，并為實(shí)現(xiàn)升溫低于 1.5℃ 的目標(biāo)而努力，以減少氣候變化的風(fēng)險(xiǎn)與影響[2]。二氧化碳（CO2）是大氣中的首要溫室氣體，貢獻(xiàn)了約 66% 的全球暖化效應(yīng)。2020 年，全球平均 CO2濃度已達(dá)到 413.2 ppm 的新高②數(shù)據(jù)來自世界氣象組織（The state of greenhouse gases in the atmosphere based on global observations through 2020. Greenhouse Gas Bulletin, 2021. https://reliefweb.int/report/world/wmo-greenhouse-gas-bulletin-state-greenhouse-gases-atmosphere-based-global-1）。，且仍在繼續(xù)上升③基于美國國家海洋與大氣管理局（NOAA）的全球監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室（Global Monitoring Laboratory，GML）監(jiān)測數(shù)據(jù)（Global Monitoring Laboratory. [2021-11-30]. https://gml.noaa.gov/dv/iadv）。。根據(jù)眾多模型預(yù)測，在大氣 CO2倍增（以工業(yè)化前 CO2為基準(zhǔn)）的情景下，全球氣溫將升高 2℃—5℃[3]。為此，國際社會提出了全球 CO2排放需要在 2025 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰[4]，2050 年前實(shí)現(xiàn)碳中和的氣候治理目標(biāo)[1]④UN. The race to zero emissions, and why the world depends on it. (2020-12-02)[2021-12-24]. https://news.un.org/en/story/2020/12/1078612.。

全球氣候治理不僅是人類社會共同應(yīng)對全球變化的重要問題，還是人類歷史發(fā)展和科技進(jìn)步的文明成果。從關(guān)注人類生存與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的人類生態(tài)學(xué)視角來看，可以將全球碳達(dá)峰、碳中和（以下簡稱“雙碳”）行動的意義概括為：① 是對人類種群及社會發(fā)展的模式的自我修正，也是對地球生物圈演變過程的有序人為干預(yù)；② 是人類社會協(xié)同重構(gòu)全球環(huán)境治理體系，重塑自然與生命共同體的實(shí)踐探索；③ 是人類社會攜手管控地球系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)模式及過程所實(shí)施的地球生態(tài)重大工程。這需要科技界從應(yīng)對全球變化的視角尺度，深入理解地球生物圈自然演替規(guī)律與人類可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，探討人類社會有序重塑自然與人類命運(yùn)共同體的理論和技術(shù)途徑，設(shè)計(jì)人類社會協(xié)同調(diào)節(jié)全球生態(tài)環(huán)境的系統(tǒng)工程方案。

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國內(nèi)國際兩個(gè)大局作出的重大戰(zhàn)略決策[5]。正確認(rèn)識我國“雙碳”戰(zhàn)略的科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會意義，對順利實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，科學(xué)制定“雙碳”行動方略具有全局性、方向性、策略性的指導(dǎo)作用?！半p碳”行動的重要戰(zhàn)略意義主要體現(xiàn)在：① 是中國應(yīng)對世界百年未有之大變局，實(shí)現(xiàn)未來 50 年社會變革、科技發(fā)展及民族振興的宏偉舉措；② 是中國參與全球治理的政治承諾，落實(shí)《巴黎協(xié)定》溫控目標(biāo)的自主行動；③ 是改變社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，從根本上遏制生態(tài)環(huán)境惡化，促進(jìn)“減污—脫碳”科技進(jìn)步，催生新型脫碳經(jīng)濟(jì)的倒逼機(jī)制；④ 是驅(qū)動中國生態(tài)文明建設(shè)，治理國土空間環(huán)境，建設(shè)富饒、美麗和健康的現(xiàn)代化強(qiáng)國發(fā)展目標(biāo)的新引擎。

然而，中國“雙碳”行動面臨巨大挑戰(zhàn)。發(fā)達(dá)國家已經(jīng)度過了農(nóng)業(yè)及工業(yè)化的快速經(jīng)濟(jì)增長期，其 CO2排放在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和全球化過程中已實(shí)現(xiàn)了自然達(dá)峰目標(biāo)，目前正處于達(dá)峰后的面向碳中和目標(biāo)的新階段。但由于世界的材料工業(yè)和制造業(yè)等高耗能產(chǎn)業(yè)還處在向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移的過程中，廣大發(fā)展中國家依然處于 CO2排放的攀升或平臺期。中國作為世界發(fā)展中大國，如何權(quán)衡社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與“雙碳”戰(zhàn)略，形成“脫碳降碳—減排減污—擴(kuò)綠增匯—持續(xù)增長”協(xié)同發(fā)展的新局面？如何制定社會發(fā)展與“雙碳”行動協(xié)調(diào)，且技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)有效的行動方案？這些都是極具挑戰(zhàn)的重大戰(zhàn)略問題，也是統(tǒng)籌社會發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)及環(huán)境治理的重大科技問題。

本文在系統(tǒng)梳理應(yīng)對全球氣候變化碳中和方面的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，探索了中國“雙碳”行動方略，探討了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的技術(shù)途徑，闡述了生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能對“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)的潛在貢獻(xiàn)，分析了中國“雙碳”目標(biāo)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)、統(tǒng)籌陸地-水域-海洋生態(tài)系統(tǒng)增匯途徑，以及面向應(yīng)對全球變化與生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能提升的生態(tài)學(xué)研究核心科學(xué)問題，希望能夠在國家“雙碳”戰(zhàn)略引導(dǎo)下，為制定具有韌性（tenacity）和適應(yīng)性（adaptability）的系統(tǒng)解決方案提供科學(xué)理論參考。

1 全球“雙碳”問題現(xiàn)狀

“全球碳計(jì)劃”（Global Carbon Project）數(shù)據(jù)顯示，2011—2020 年全球的年均人為 CO2排放量約為 389 億噸，其中能源消費(fèi)和土地利用變化的碳排放分別占了全球碳排放總量的 89% 和 11%；且其中 48% 的人為 CO2排放滯留在大氣中，其余 29% 和 26% 分別被陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)吸收固定⑤全球碳平衡方程中，大氣、陸地和海洋三者總貢獻(xiàn)為103%，超出的3%來自于評估的不確定性。（圖 1）[6]。

圖1 全球人為CO2收支平衡的統(tǒng)計(jì)分析[6]Figure 1 Statistical analysis of global anthropogenic carbon dioxide budget[6]

基于 CO2累計(jì)排放量與由 CO2引起的全球表面溫度最高值增加量的近線性關(guān)系，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報(bào)告估算了全球 1.5℃ 和 2℃ 控溫目標(biāo)（67% 可能性）下的 2020 年后全球人為 CO2允許增加的儲量分別為 4 000 億噸和 11 500 億噸[1]。這意味著如果不采取任何減排措施，參照 2011—2020 年期間全球年均人為 CO2排放速率（389 億噸 CO2/年），到 2030 年和 2050 年全球大氣溫升將會分別超過 1.5℃ 和 2℃。由此可見，全球協(xié)同控制人為碳排放，實(shí)施“雙碳”行動是人類社會應(yīng)對全球氣候變化的必然選擇。同時(shí)，考慮到全球碳循環(huán)、大氣 CO2濃度和升溫對大氣 CO2移除過程的復(fù)雜非線性響應(yīng)特征，實(shí)現(xiàn)全球“雙碳”目標(biāo)可能需要付出更多的人為努力。

為了實(shí)現(xiàn)全球控溫目標(biāo)，同樣需要重視非 CO2溫室氣體排放控制，需要綜合所有人為排放的溫室氣體的氣候效應(yīng)與通過自然和人為消納的溫室氣體氣候效應(yīng)的中和，即所謂的全球氣候中和?；谌驓夂蛑泻透拍?，在 2100 年大氣升溫控制在 1.5℃ 目標(biāo)下的 2030 年和 2050 年全球溫室氣體年排放量需要分別控制在約 275 億噸和 70 億噸 CO2當(dāng)量以內(nèi)。然而以目前的排放情況估算，2030 年溫室氣體排放總量將在 520 億—580 億噸 CO2當(dāng)量區(qū)間[7-9]。單就 CO2來說，預(yù)計(jì)排放量將于 2025 年達(dá)峰，其峰值約為 420 億噸/年，即在歷史發(fā)展模式下基本不可實(shí)現(xiàn) 1.5℃ 的控溫目標(biāo)。氣候模式分析表明，要實(shí)現(xiàn)全球 1.5℃ 控溫目標(biāo)，2030 年和 2050 年的全球 CO2年凈排放量需要分別控制在 203 億噸和 _5 億噸 CO2以內(nèi)，并且至 2100 年應(yīng)達(dá)到每年從大氣中凈固定 102 億噸 CO2狀態(tài)（圖 2）[9]。據(jù)此推算，在 2025 年 CO2排放達(dá)峰的基礎(chǔ)上，2025—2030 年和 2025—2050 年的全球 CO2凈排放量每年平均需要減少約 43 億噸和 17 億噸，這樣方可實(shí)現(xiàn) 1.5℃ 控溫及 2050 年全球碳中和的氣候治理目標(biāo)。

圖2 全球碳排放的控制目標(biāo)及技術(shù)路徑Figure 2 Control target and technology path of global carbon emission

2 中國的“雙碳”問題現(xiàn)狀

2.1 CO2 排放

中國目前的 CO2年排放總量及其占全球 CO2年排放總量的比例已躍居世界首位，2019 年的中國年 CO2排放量（包括水泥+化石燃料）為 101.7 億噸 CO2，約占全球當(dāng)年 CO2排放總量的 28%（圖 3），扣除土地利用變化的碳吸收（6.5 億噸 CO2），凈人為源年均碳排放量為 95.2 億噸 CO2[6]⑥Carbon emission accounts & datasets for emerging economies. [2021-12-17]. https://www.ceads.net.cn/data; FAO. Food and agriculture data.[2021-12-16]. https://www.fao.org/faostat/en/#data/GT.，其人均年排放量為 7.32 噸 CO2，已經(jīng)高出全球人均年排放量 4.76 噸 CO2的平均水平。然而，從 1959—2019 年的人均累計(jì) CO2排放量來看，中國人均累計(jì) CO2排放量為 175.5 噸 CO2，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美及日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，甚至低于全球的平均水平，僅是美國人均累計(jì) CO2排放量的 15%（圖 4）。

圖3 1959—2019年中國CO2排放及總排放量占全球總排放量的比重Figure 3 China’s CO2 emissions and its proportion of global total emissions from 1959 to 2019

圖4 1959—2019年全球及部分國家人均累計(jì)CO2排放Figure 4 Cumulative CO2 emissions per capita globally and in some countries from 1959 to 2019

2.2 “雙碳”的量化任務(wù)

近期發(fā)布的《中共中央 國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》中明確要堅(jiān)持“全國統(tǒng)籌、節(jié)約優(yōu)先、雙輪驅(qū)動、內(nèi)外暢通、防范風(fēng)險(xiǎn)”的戰(zhàn)略原則，并制定了定量化的階段目標(biāo)⑦中共中央 國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見.[2022-01-04]. http://www.gov.cn/xinwen/2021-10/24/content_5644613.htm.，為我國的“雙碳”行動指明了方向。目前，我國人為源年均碳排放量大約為 100 億噸 CO2，預(yù)計(jì)到 2030 年碳達(dá)峰時(shí)期可能在 100 億—110 億噸CO2[10]。由此可見，粗略地表述中國的“雙碳”量化任務(wù)就是：如何在維持預(yù)期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)前提下，通過未來 40 年的努力，采用多種技術(shù)途徑消納當(dāng)前每年約 100 億噸 CO2人為排放量（圖 5）。

一種具有參考意義的中國碳中和方案為：通過能源轉(zhuǎn)型和工業(yè)減排的努力，每年直接減排 70 億—80 億噸 CO2的人為排放量，在 2060 年前使直接人為排放量減低到每年 30 億噸 CO2左右的水平。針對這部分人為排放量，首先利用生態(tài)系統(tǒng)碳匯每年中和 20 億—25 億噸 CO2，再采用工程性碳捕獲、利用及封存（CCUS）技術(shù)每年封存 5 億—10 億噸 CO2，以實(shí)現(xiàn)人為碳排放與自然和人為碳吸收的碳收支平衡目標(biāo)。該方案意味著將為國家發(fā)展留出每年 30 億噸 CO2左右的人為碳排放空間，即以生態(tài)系統(tǒng)碳匯鞏固和提升來換取維持經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的基礎(chǔ)性人為碳排量空間（圖5）。

圖5 中國的“雙碳”行動任務(wù)及其潛在的解決方案Figure 5 Tasks and potential solutions of “dual carbon” action in China

2.3 實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

中國的“雙碳”目標(biāo)是全球減排量最大、時(shí)間最短的國家行動，面臨著降碳任務(wù)艱巨、時(shí)間緊迫、科技支撐不足等問題。在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展目標(biāo)、能源和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)條件下，要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，應(yīng)在確保經(jīng)濟(jì)社會平穩(wěn)發(fā)展的同時(shí)，盡快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放的脫鉤，這就需要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展模式及技術(shù)體系的巨大變革，須面對來自公民意識、生活方式、科學(xué)技術(shù)及社會管理體制等方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

（1）經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展剛性需求的挑戰(zhàn)。站在“兩個(gè)一百年”交匯點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)富饒、美麗、健康的國家發(fā)展目標(biāo)，就必須在現(xiàn)在的國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）基礎(chǔ)上，到 2050 年翻兩番，趕上發(fā)達(dá)國家平均水平。如果以現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)與單位 GDP 能耗計(jì)算，屆時(shí)的化石能源消費(fèi)年排放量將高達(dá) 390 億噸 CO2⑧基于CEADs數(shù)據(jù)（Carbon emission accounts & datasets for emerging economies. [2021-12-17]. https://www.ceads.net.cn/data）。。如此背景下，如何權(quán)衡碳排放與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的關(guān)系，是影響生態(tài)環(huán)境、人民福祉與國家發(fā)展權(quán)的重要挑戰(zhàn)之一。

（2）能源脫碳轉(zhuǎn)型困難的挑戰(zhàn)。聚焦能源安全和能源自主可控的國家戰(zhàn)略需求，多快好省推進(jìn)低碳新能源替代傳統(tǒng)能源是“雙碳”行動的重點(diǎn)任務(wù)。然而，中國現(xiàn)在的能源多是高碳基的，化石能源占總能源消費(fèi)的 85%。即使 2050 年非化石燃料占總能源消費(fèi)的比重達(dá)到理想的 62.8%[11]，但由于 GDP 翻兩番時(shí)剛性能源需求量的增加，其化石能源消費(fèi)的年排放仍將高達(dá) 170 億噸 CO2以上。因此，如何平衡好發(fā)展與碳排放的關(guān)系，在更短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出綠色低碳的替代能源，盡快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放的脫鉤是最為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

（3）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整困難的挑戰(zhàn)。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是推進(jìn)減污-降碳協(xié)同增效的重要抓手，對實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。2020 年我國工業(yè)產(chǎn)值占 GDP 的30.8%，但工業(yè)能源消費(fèi)占了 65% 的能源消費(fèi) CO2排放量。我國的制造業(yè)以重化工業(yè)為主，高耗能產(chǎn)業(yè)龐大，卻又是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其中相當(dāng)一部分高耗能產(chǎn)品屬于國家戰(zhàn)略原材料，對市場供給穩(wěn)定、產(chǎn)業(yè)體系完整和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長具有重要支撐作用。

（4）“雙碳”技術(shù)短缺的挑戰(zhàn)?？萍紕?chuàng)新是決定“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的根本動力。目前，我國“雙碳”技術(shù)尚處于發(fā)展的初級階段，可以支撐“雙碳”行動的科技創(chuàng)新儲備不足，亟待開展問題和目標(biāo)導(dǎo)向的顛覆性、變革性技術(shù)研發(fā)，尤其是在能源領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方面。

（5）自然生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能有限的挑戰(zhàn)。在以能源供應(yīng)與消耗為主的“雙碳”技術(shù)沒有取得重大性突破及大規(guī)模應(yīng)用之前，生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能在維持經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的基礎(chǔ)性人為碳排量空間方面將發(fā)揮重要作用。盡管我國分布著廣袤的高寒、荒漠、沙漠及鹽堿地等自然生態(tài)系統(tǒng)，但其碳匯能力有限，且受限于國土空間、氣候、水土資源和環(huán)境承載力等眾多限制因素，想要短時(shí)間、高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)可謂任重道遠(yuǎn)。

3 中國“雙碳”的宏觀戰(zhàn)略

3.1 “雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)途徑

國家發(fā)展和民族復(fù)興是硬道理，技術(shù)創(chuàng)新變革是根本出路且發(fā)展路徑可以不斷優(yōu)化。面對中國的“雙碳”任務(wù)，如何設(shè)定峰值目標(biāo)、確定中和路徑是重大科技問題。應(yīng)當(dāng)立足國情、長遠(yuǎn)布局，在大力發(fā)展能源轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)減排技術(shù)的同時(shí)，致力于發(fā)掘生態(tài)系統(tǒng)碳固持和人為工程碳封存潛力，力爭在實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)仍然保留一定水平的化石燃料碳排放空間，這對于降低“雙碳”行動的經(jīng)濟(jì)成本和抵御社會風(fēng)險(xiǎn)具有戰(zhàn)略意義。

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的路徑并不是先驗(yàn)的、定制的、一成不變的，它應(yīng)隨著技術(shù)發(fā)展和社會需求而動態(tài)調(diào)整、不斷優(yōu)化迭代，應(yīng)該倡導(dǎo)采用國家戰(zhàn)略引導(dǎo)下的具有韌性和適應(yīng)性的系統(tǒng)解決方案。筆者認(rèn)為，中國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的宏觀方略可以表述為：堅(jiān)持“發(fā)展復(fù)興是硬道理，創(chuàng)新變革是根本出路，發(fā)展路徑必需優(yōu)化”的基本理念；實(shí)現(xiàn)“倒逼能源和工業(yè)減排，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展轉(zhuǎn)型；驅(qū)動生態(tài)環(huán)境綜合治理，培育新型生態(tài)經(jīng)濟(jì)”的“兩個(gè)宏觀目標(biāo)”；著力“能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)環(huán)境治理”的“三路綜合”創(chuàng)新策略；通過“減排、增匯、保碳、封存”的“四舉并進(jìn)”技術(shù)路徑大力發(fā)展新興脫碳經(jīng)濟(jì)、增匯經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，在具體的戰(zhàn)略布局過程中，還需要落實(shí)技術(shù)變革與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展轉(zhuǎn)型、減碳治污與環(huán)境治理、生態(tài)保碳與綠化增匯、國土空間利用與綜合治理、有機(jī)/無機(jī)碳匯與非 CO2溫室氣體協(xié)同管理的“五個(gè)統(tǒng)籌”方面。

3.2 “三路綜合”的創(chuàng)新策略與“四舉并進(jìn)”的技術(shù)途徑

“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)依賴于“三路綜合”的創(chuàng)新策略，即能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的脫碳、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的減排、生態(tài)環(huán)境治理的增匯，這需要構(gòu)建 3 個(gè)方面綜合發(fā)展“三路綜合”技術(shù)體系（圖 6）。① 能源供應(yīng)與消費(fèi)端的替代脫碳、清潔化轉(zhuǎn)型。需要盡可能用太陽能、風(fēng)能、水能等非碳基能源替代化石能源發(fā)電和制氫，構(gòu)建以清潔能源為主的“新型電力/能源供應(yīng)系統(tǒng)”；力爭在居民生活、交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、建筑等主要碳排放領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)清潔電力、氫能、地?zé)崮?、太陽能等非碳基能源替代傳統(tǒng)化石能源消費(fèi)。② 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綠色低碳化，發(fā)展新一代生態(tài)經(jīng)濟(jì)。在鋼鐵、有色、石化、化工、建材等高耗能行業(yè)，重點(diǎn)發(fā)展低碳流程工業(yè)、低碳建筑材料、綠色交通體系、化石資源低碳轉(zhuǎn)化等，建立新一代綠色低碳產(chǎn)業(yè)體系及生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。③ 人為固碳路徑的生態(tài)環(huán)境治理。通過生態(tài)環(huán)境建設(shè)，土壤碳固持，以及大氣 CCUS 等組合技術(shù)和工程抵消或中和基礎(chǔ)性的人為碳排放量。在關(guān)鍵性、顛覆性能源技術(shù)還沒有取得突破之前，通過人為生態(tài)工程建設(shè)，鞏固和提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能，是最為行之有效、最綠色、最經(jīng)濟(jì)、最具規(guī)模的技術(shù)途徑，還與國家生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)高度契合，可以認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的“壓艙石”及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“穩(wěn)定器”。

“減排、增匯、保碳、封存”（以下簡稱“減、增、保、封”）是被廣泛認(rèn)可的實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效途徑。我國的“雙碳”行動應(yīng)該走出一條貫徹“減、增、保、封”協(xié)同并舉的技術(shù)途徑（圖 6）?！皽p”是推動能源供給和工業(yè)消費(fèi)技術(shù)進(jìn)步，走發(fā)展脫碳和減排經(jīng)濟(jì)之路，直接減少人為碳排放；“增”是利用生態(tài)工程及土地管理，增加陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)的碳蓄積和固碳功能；“?！笔潜Ｗo(hù)現(xiàn)有的陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)的碳儲存及固碳能力；“封”是采用地質(zhì)工程、生物技術(shù)和生態(tài)措施捕集、利用與封存大氣 CO2。

只有貫徹“能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)環(huán)境治理”的“三路綜合”技術(shù)變革，以及“減、增、保、封”的“四舉并進(jìn)”技術(shù)路徑，才能夠低成本穩(wěn)健地實(shí)現(xiàn)艱巨而宏偉的“雙碳”目標(biāo)，解決經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與碳減排的沖突問題，實(shí)現(xiàn)科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、污染治理、生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)文明建設(shè)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，形成“脫碳降碳—減排減污—擴(kuò)綠增匯—持續(xù)增長”協(xié)同發(fā)展的新局面，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展戰(zhàn)略布局賦予必要的韌性和適應(yīng)性。

3.3 “五個(gè)統(tǒng)籌”的宏觀布局

中國實(shí)現(xiàn)“雙碳”行動目標(biāo)，需要堅(jiān)持 3 個(gè)基本原則：① 推動社會發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，強(qiáng)化節(jié)能減排；② 發(fā)掘生態(tài)固碳和工程碳封存潛力，保留適度碳排放空間；③ 降低經(jīng)濟(jì)成本和社會風(fēng)險(xiǎn)，培育壯大新生態(tài)經(jīng)濟(jì)。在貫徹 3 個(gè)基本原則，以及“能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)環(huán)境治理”的“三路綜合”創(chuàng)新策略，“減、增、保、封”的“四舉并進(jìn)”技術(shù)途徑基礎(chǔ)上，還必須在全產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、全域國土空間上落實(shí)“五個(gè)協(xié)調(diào)統(tǒng)籌”布局，全面推進(jìn)“雙碳”行動與經(jīng)濟(jì)社會轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)減碳治污、生態(tài)文明建設(shè)、國土空間綜合治理及系統(tǒng)思維科學(xué)落實(shí)的融合統(tǒng)一（圖6）。

圖6 實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的潛在技術(shù)路徑和措施Figure 6 Potential technological paths and measures to achieve “carbon peak and carbon neutrality”

（1）社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型與新生態(tài)經(jīng)濟(jì)培育的協(xié)調(diào)統(tǒng)籌。以“雙碳”目標(biāo)與生態(tài)建設(shè)統(tǒng)籌為雙驅(qū)動機(jī)制，加快由碳基能源的工業(yè)化社會向新能源的生態(tài)經(jīng)濟(jì)社會的轉(zhuǎn)變進(jìn)程，在保證宏觀經(jīng)濟(jì)穩(wěn)中求進(jìn)的發(fā)展態(tài)勢下，引導(dǎo)新型生態(tài)經(jīng)濟(jì)理論和市場的形成，建立國家、企業(yè)和公眾參與“雙碳”行動的激勵(lì)機(jī)制。

（2）減排降碳、減排治污與大氣質(zhì)量管控的協(xié)調(diào)統(tǒng)籌。溫室氣體與大氣污染物具有同根同源的本征特性，統(tǒng)籌“雙碳”行動與大氣污染防治是我國當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)力點(diǎn)，可為“事半功倍”地實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)與清潔空氣提供系統(tǒng)性、多維度的解決思路與治理對策。

（3）生態(tài)保碳、綠化增匯與美麗中國建設(shè)的協(xié)調(diào)統(tǒng)籌。推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)本質(zhì)性的終極目標(biāo)是努力建設(shè)富裕、美麗、健康的現(xiàn)代化強(qiáng)國，實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展?！半p碳”目標(biāo)無疑是新時(shí)代背景下生態(tài)文明建設(shè)最為有力的旗艦行動和抓手，生態(tài)保碳、綠化增匯既是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵途徑，也是美麗中國建設(shè)的重要生態(tài)保障。

（4）陸地-水域-海洋生態(tài)系統(tǒng)的增匯途徑的協(xié)調(diào)統(tǒng)籌。陸地-水域-海洋生態(tài)系統(tǒng)都發(fā)揮著重要碳匯功能，保護(hù)、鞏固和提升全域國土空間的自然生態(tài)系統(tǒng)碳庫和碳匯功能，綜合挖掘陸地-水域-海洋碳匯潛力，是落實(shí)“雙碳”任務(wù)的重要技術(shù)途徑。

（5）有機(jī)碳匯-無機(jī)碳庫-非 CO2溫室氣體的協(xié)調(diào)統(tǒng)籌。生態(tài)系統(tǒng)的土壤有機(jī)碳和無機(jī)碳共同決定著土壤碳庫變化。地表與大氣間的無機(jī)碳交換、地質(zhì)過程的碳排放或吸收、非 CO2溫室氣體的排放及溫室效應(yīng)越來越受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注。因此，國家的“雙碳”行動如果僅著眼于生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳循環(huán)過程的管控是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須統(tǒng)籌兼顧和準(zhǔn)確權(quán)衡有機(jī)碳匯-無機(jī)碳庫-非 CO2溫室氣體的協(xié)同關(guān)系，保證“雙碳”行動系統(tǒng)解決方案的整體性。

4 落實(shí)“雙碳”行動的科技支撐

“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動下的科技和社會大變革，將改變我國的傳統(tǒng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和產(chǎn)業(yè)分工及科學(xué)技術(shù)體系，亟待強(qiáng)有力的科學(xué)與技術(shù)支撐。為此，科技界應(yīng)該圍繞“雙碳”行動和目標(biāo)，重點(diǎn)開展以下 7 個(gè)方面的科學(xué)與技術(shù)研究（圖 7）。

圖7 落實(shí)“雙碳”行動的科技支撐體系Figure 7 Scientific and technological supporting system for“carbon peak & carbon neutrality” action

（1）科學(xué)基礎(chǔ)。指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的科學(xué)基礎(chǔ)是全球氣候變化、全球碳循環(huán)及其互饋關(guān)系。目前，應(yīng)用于指導(dǎo)“雙碳”目標(biāo)的基礎(chǔ)理論和方法學(xué)問題還存在諸多不確定性，如地球系統(tǒng)和氣候系統(tǒng)演變，大氣圈與水圈、巖石圈、生物圈的相互作用機(jī)制，以及地球地質(zhì)系統(tǒng)、陸地表層系統(tǒng)、陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的碳循環(huán)及其相互作用等基礎(chǔ)理論問題。當(dāng)前迫切需要回答的與“雙碳”目標(biāo)直接關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)科學(xué)問題包括：新型能源和低碳產(chǎn)業(yè)的技術(shù)原理、碳中和措施的氣候效應(yīng)、自然碳匯形成與維持機(jī)制、自然和人為碳匯的容量及增匯潛力、陸地和海洋碳循環(huán)與氣候變化的互饋機(jī)理、多種溫室氣體間的協(xié)同效應(yīng)等。

（2）觀測模擬。及時(shí)準(zhǔn)確的科技信息是正確決策的基礎(chǔ)。一方面，在決策過程中需要及時(shí)而準(zhǔn)確的信息；另一方面，分析決策行動的實(shí)行狀態(tài)及其行動功效需要科學(xué)觀測和評估。中國的“雙碳”行動需要構(gòu)建行業(yè)、企業(yè)及區(qū)域的碳排放檢查體系；完善科學(xué)數(shù)據(jù)集成及模擬計(jì)量系統(tǒng)；研制新一代陸海聯(lián)動的碳循環(huán)模型、自然-經(jīng)濟(jì)-社會復(fù)合系統(tǒng)模式及高分辨率區(qū)域氣候-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)模擬模式；構(gòu)建陸地和海洋碳循環(huán)參數(shù)的立體化和網(wǎng)絡(luò)化的動態(tài)觀測體系；建立產(chǎn)業(yè)排放因子數(shù)據(jù)庫及高分辨率排放清單系統(tǒng)；為應(yīng)對氣候變化的監(jiān)測、評估、檢查、決策提供數(shù)據(jù)分析平臺。

（3）能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的根本途徑，其核心問題是準(zhǔn)確判斷可供選擇的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型技術(shù)途徑，理解能源轉(zhuǎn)型關(guān)鍵技術(shù)的科學(xué)原理、突破脫碳技術(shù)瓶頸的有效途徑。在減排技術(shù)方面尤為重要的是零排/減排、氫工業(yè)、儲能等關(guān)鍵核心技術(shù)。在能源領(lǐng)域，需要立足我國以化石燃料為主的基本國情，致力于化石能源高效清潔利用、可再生能源、先進(jìn)核能、儲能與多能融合等方面關(guān)鍵核心技術(shù)的多點(diǎn)突破、集成創(chuàng)新與綜合示范。同時(shí)，還需要借鑒國際上對能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)與認(rèn)識，充分發(fā)揮數(shù)字信息技術(shù)（如大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等）、公民意識教育等路徑的重要作用。

（4）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要措施，其核心問題是基于新能源技術(shù)突破及能源替代進(jìn)程、發(fā)展新型產(chǎn)業(yè)和社會系統(tǒng)的碳循環(huán)調(diào)控科學(xué)理論，建立新一代的多尺度科學(xué)研究范式，發(fā)展產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的科學(xué)基礎(chǔ)。目前應(yīng)著重關(guān)注的重要技術(shù)領(lǐng)域包括：低碳流程工業(yè)、低碳建筑材料、綠色交通體系的產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型路徑、碳化工業(yè)及碳利用關(guān)鍵技術(shù)、新一代綠色低碳產(chǎn)業(yè)模式及工業(yè)體系。以鋼鐵、有色、石化、化工、建材等高耗能高排放的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)為重點(diǎn)，充分發(fā)揮政府和市場對社會資源配置的決定性作用，積極推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級、堅(jiān)決遏制高耗能高排放項(xiàng)目盲目發(fā)展、大力發(fā)展綠色低碳產(chǎn)業(yè)。

（5）鞏固提升碳匯。利用生態(tài)系統(tǒng)固碳功能，保護(hù)植被、土壤及冰凍圈碳庫的穩(wěn)定性、增強(qiáng)自然和人為碳匯功能被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)有效且最具規(guī)模效應(yīng)的碳中和技術(shù)途徑。中國區(qū)域的陸地和海洋碳循環(huán)規(guī)律和特性的認(rèn)知雖然取得了重要進(jìn)展，但是依然存在眾多不確定性和知識盲點(diǎn)。其核心問題是理解生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程機(jī)理及碳匯功能時(shí)空變異、生態(tài)系統(tǒng)碳匯與全球氣候變化的相互影響及互饋。在全域國土空間的碳匯功能鞏固和提升行動中，需要系統(tǒng)認(rèn)知生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的穩(wěn)定性、增匯技術(shù)的碳匯效應(yīng)、可持續(xù)性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性，開發(fā)生物、生態(tài)及工程的碳捕獲、碳利用及碳封存新技術(shù)，評估分析重要生態(tài)功能區(qū)及國家層次的綜合碳匯管理功效。

（6）國家戰(zhàn)略與路徑選擇?！半p碳”行動是涵蓋全域國土空間及全部行業(yè)和產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)重大變革，需要能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型脫碳、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整減排、生態(tài)環(huán)境建設(shè)增匯的3個(gè)領(lǐng)域協(xié)同推進(jìn)的巨大系統(tǒng)工程，需要明確的國家戰(zhàn)略引導(dǎo)及優(yōu)化的路徑選擇。國家、區(qū)域及行業(yè)的碳中和戰(zhàn)略布局及技術(shù)路徑選擇是“雙碳”行動成敗的決定性因素。國家層次碳中和的核心問題是，在既定的國家發(fā)展目標(biāo)和現(xiàn)有及未來的資源結(jié)構(gòu)、科技和經(jīng)濟(jì)背景下，選擇并優(yōu)化潛在戰(zhàn)略和技術(shù)路徑，需要回答碳達(dá)峰時(shí)的排放峰值、碳中和的動態(tài)路徑、技術(shù)途徑和關(guān)鍵技術(shù)體系的迭代等脫碳減排的戰(zhàn)略問題，還需要回答與國家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定和能源安全相關(guān)的基礎(chǔ)碳排放空間、生態(tài)系統(tǒng)碳匯和碳封存的碳中和能力、中國及各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量和固碳能力、傳統(tǒng)生態(tài)工程和新型生物途徑的增匯潛力等重大科技問題。

（7）協(xié)同治理與管理政策。應(yīng)對全球變化的碳中和目標(biāo)與國家生態(tài)環(huán)境治理、生態(tài)保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)高度契合，是一舉多得的國家治理措施。統(tǒng)籌全域國土空間的生態(tài)環(huán)境治理是落實(shí)基于自然的生態(tài)系統(tǒng)保碳增匯方案的具體措施，其核心科技問題是如何做到環(huán)境減污與產(chǎn)業(yè)降碳協(xié)同發(fā)展、氣候環(huán)境與人類健康和物種保護(hù)協(xié)同，以及國土空間管理與碳中和政策的協(xié)同。政策與管理是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)和行動的政治、經(jīng)濟(jì)、法律保障，其核心問題是如何從政策與管理層面統(tǒng)籌國家、省域及行業(yè)的“雙碳”路徑與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前需要著重解決的政策與管理問題包括：① 碳排放、極端氣候事件對社會經(jīng)濟(jì)影響；② 增匯碳減排的產(chǎn)業(yè)政策、碳中和的經(jīng)濟(jì)社會成本、碳定價(jià)及其監(jiān)管機(jī)制與金融政策；③ 顛覆性能源技術(shù)和碳移除技術(shù)政策、商業(yè)模式與監(jiān)管機(jī)制；④ 氣候適應(yīng)能力評估和宏觀策略、氣候適應(yīng)技術(shù)與政策管理；⑤ 國家與全球氣候治理的報(bào)告和監(jiān)測、認(rèn)證和核查、國際合作與資金政策、法律法規(guī)體系建設(shè)等。

5 結(jié)語

中國的“雙碳”行動意義重大，是極具挑戰(zhàn)的重大任務(wù)，不僅需要政府、企業(yè)及民眾的共同奮斗，更需要科技界提供全方位的科學(xué)知識、關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)信息、管理政策等方面的科技支撐。在能源和產(chǎn)業(yè)減排領(lǐng)域，從國家能源安全和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的視角，聚焦低碳能源和清潔綠色產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略需求，開展關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，大力推動化石能源高效低碳利用、可再生能源規(guī)?；_發(fā)利用、先進(jìn)核能安全利用技術(shù)突破、儲能技術(shù)體系規(guī)?；瘧?yīng)用，以及鋼鐵、有色、石化、化工和建材產(chǎn)業(yè)的低碳化技術(shù)變革。在生態(tài)系統(tǒng)碳匯領(lǐng)域，迫切需要系統(tǒng)開展生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程、碳儲量及通量時(shí)空格局的綜合觀測，構(gòu)建地基-空基-天基和社會統(tǒng)計(jì)的碳源匯監(jiān)測體系，研究中國區(qū)域的碳收支過程機(jī)制、動態(tài)演變、地理分布和經(jīng)營管理，集成評估陸地、水域及海洋生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能，發(fā)展基于生態(tài)學(xué)原理的自然碳源匯演變過程與人為“減、增、保、封”的碳中和舉措整合分析理論和方法學(xué)體系。