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碳中和问题的起因是人类活动向大气中排放温室气体，引起大气中温室气体的增加，导致全球气候变暖，这些温室气体包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等，但最主要的温室气体是二氧化碳。全球年平均气温自1850-1900年的工业化时期以来不断增高，可以看到目前为止大约升高了1度。不同来源的资料都证实了全球温度在增高，在高纬度地区增暖的幅度更大，陆地的增暖幅度要高于海洋。
未来气温会怎么变化呢？用从1986年—2005年的平均气温来预估未来的气温变化，如果在人类二氧化碳高排放的情况下，到21世纪末，气温将升高8摄氏度左右；而如果人类活动引起的温室气体排放得到有效的控制，那么气温在2040年左右达到峰值后将逐渐下降。也就是说，未来如果我们对排放温室气体不加限制的话，全球气温将继续不断增高。
在2021年世界经济论坛的全球风险报告中，位列第一的风险就是气候行动失败。气候危机是21世纪人类社会最大的威胁。而且，这种威胁几乎关联到所有的其他危机。联合国秘书长古特雷斯曾在2020年末举办的世界气候峰会上呼吁全球进入“气候紧急状态”。
所谓碳中和，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。那么，人类活动产生的碳源有哪些呢？一是能源生产中化石燃料的燃烧，二是人类破坏自然环境如砍伐树木等造成的碳排放。这些排放出来的碳会储存在自然环境里，其中大气储存了46%，陆地储存了31%，海洋储存了23%。碳中和涉及大气中碳的收支问题，因此是典型的大气科学问题。
刚才我们说到人类活动排出来的碳，最终会储存到大气、陆地和海洋三个系统之中，但碳在每个系统中的含量不是固定不变的。我们刚才虽然给出了碳在每一个系统中的份额，但这种份额是平均量，在每一部分中的比例会发生变化。大气、陆地、海洋之间存在碳的相互交换过程，大气里的碳可以到海洋、陆地中去，海洋、陆地里的碳也可以进入大气中，海洋和陆地二者的碳也能够相互交换。在科学上将大气与海洋和陆地之间碳的相互交换过程称作碳循环。
张人禾（中国科学院院士、复旦大学研究生院院长、复旦大学大气科学研究院院长、大气与海洋科学系主任）
