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即大气中碳的收支要相抵，也就是说排入大气的碳和自然系统能够吸收的碳达到平衡，大气中的二氧化碳不再增加。
第一个科学问题，首先我们要理解碳中和的过程，需要知道大气中到底有多少碳，因此必须要认识气候变暖背景下大气、陆地和海洋之间碳的变化，还要知道它们之间的碳循环过程。这一点现在并不是很清楚，可以说是实现碳中和目标第一个与大气科学直接相关的问题。
第二个科学问题，就是建立数值模型，即建立海陆气耦合的大气温室气体的数值模拟和数值预测模型系统。由于观测站点有限，仅靠观测是无法知道碳在大气、海洋和陆地的精确分布、碳循环过程及其时间变化，因此需要建立数值模拟系统，实现海-陆-气过程与温室气体排放源、吸收汇、区域和全球温室气体变化、以及区域之间传输的准确测算并预测未来变化。
第三个科学问题，我们要建立大气、陆地、海洋界面的物理、化学、生物过程的一体化观测系统，认识各圈层的相互作用，以及物质和能量交换过程。目前我们对陆气、海气界面的观测总体上比较匮乏，特别是在海洋上，并且现在使用的算法也需要去改进，这是我们在大气科学方面需要解决的第三个问题。
第四个科学问题，是建立社会经济系统的动力学数学模型，认识社会经济系统与自然系统之间的相互作用，并在一体化动力学模型中实现双向耦合。我们说的碳中和问题不仅仅是自然系统问题，跟人类活动有密切关联。实际上到目前为止都没有一个完善的模型，包括中国在内的世界许多国家都在做这方面的研究。
我们还需要准确预估未来的气候变化。
在考虑大气中温室气体变化造成的增温效应时，我们需要考虑自然系统的多年代际变化，但这类多年代际变化在我们目前的预估里并没有很好的体现，这是准确预估温室气体增加造成的未来气候变化需要考虑的问题，也是大气科学中与碳中和有关的一个基础科学问题。
