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【编辑推荐】为探究地球系统对碳移除（CDR）方法规模化及组合应用的响应，研究人员利用两个地球系统模型，开展 42 组模拟实验，覆盖造林 / 再造林（AR）和海洋碱度提升（OAE）全范围。发现 CDR 方法协同应用时碳通量线性响应，效率不受应用量及组合影响，为构建可持续 CDR 组合策略提供科学依据。
应对全球变暖挑战，实现《巴黎协定》温控目标，大规模应用碳移除（Carbon Dioxide Removal, CDR）技术成为关键路径。然而，陆地与海洋 CDR 方法（如造林 / 再造林（Afforestation/Reforestation, AR）和海洋碱度提升（Ocean Alkalinity Enhancement, OAE））的协同效应及地球系统反馈机制尚不明确。现有研究多聚焦单一方法，对组合应用时的碳通量响应、移除效率变化及气候缓解潜力缺乏系统性认知，制约了多样化 CDR 策略的设计与优化。
为填补这一空白，德国慕尼黑大学（Ludwig-Maximilians-Universit?t in Munich）等机构的研究人员，利用两个高复杂度地球系统模型（Earth System Models, ESMs）—— 马克斯?普朗克气象研究所地球系统模型（MPI-ESM）和灵活海洋与气候基础设施模型（FOCI），开展了 42 组排放驱动模拟实验。实验覆盖 21 世纪 AR（0-927 百万公顷）和 OAE（0-18 Pmol）的全范围应用及组合场景，结合共享社会经济路径 SSP3-7.0，系统评估了 CDR 方法规模化及协同应用的碳循环响应与气候效应。研究成果发表于《Nature Communications》。
研究采用多因素实验设计，通过对比不同 CDR 强度及组合场景的碳通量变化，分析移除效率（定义为大气碳减少量与陆地 / 海洋碳增加量的比值）和单位 CDR 碳吸收量的敏感性。模型模拟中，AR 场景基于造林潜力地图动态分配植被覆盖变化，OAE 则通过沿海区域碱性物质添加追踪海洋碳吸收动力学。实验设置参考了前期研究的空间分布模式，并通过多模型集合成员（每个模型 3 个实现）降低内部变率干扰。
碳通量响应的线性特征
研究发现，无论是单一方法规模化还是 AR 与 OAE 组合应用，全球碳通量响应均呈现线性特征。例如，AR 面积翻倍时（从 463.5 百万公顷增至 927 百万公顷），陆地碳吸收量从 258 GtCO?增至 503 GtCO?，仅比线性预期低 3%；OAE 剂量翻倍（从 8 Pmol 增至 16 Pmol）时，海洋碳吸收量从 262 GtCO?增至 521 GtCO?，与线性预期偏差小于 1%。组合场景中，混合应用（Mixed）的大气碳减少量（856 GtCO?）接近 AR 与 OAE 单独效应之和，表明两种方法未产生显著交互干扰。这一结果与过往基于中等复杂度模型（EMICs）的饱和响应结论不同，凸显了高复杂度模型在捕捉碳循环反馈中的必要性。
移除效率的稳定性
移除效率在单一及组合场景中表现出对 CDR 规模的不敏感性。AR 场景下，半规模（halfAR）与全规模（AR）的移除效率均为 85%，OAE 场景则分别为 86% 和 87%，差异在模型变率范围内。尽管 OAE 的移除效率略高于 AR（1-2%），但这主要源于陆地与海洋碳汇的补偿效应差异 ——AR 通过改变地表反照率等生物物理过程影响碳分配，而 OAE 的补偿通量集中于南大洋等特定区域。研究还发现，移除效率与排放情景密切相关，高排放下（如 SSP3-7.0）的效率高于低排放情景，反映了大气 CO?浓度对碳汇动力学的调控作用。
气候缓解的协同效应
在气候影响层面，CDR 方法的单独及组合应用均实现了显著的升温减缓。全规模 AR 使 2090-2099 年全球平均温度降低 0.2±0.11°C，OAE 则降低 0.22±0.12°C，混合应用进一步提升至 0.42±0.14°C。尽管局部区域（如萨赫勒地区）存在生物物理效应导致的升温倾向，但全球尺度上生物地球化学冷却占主导。值得注意的是，OAE 的气候缓解效率略高可能与其避免了 AR 的反照率降低效应相关，但模型间差异表明需更多数据支撑结论。
研究结论与意义
本研究通过高复杂度模型的多场景模拟，揭示了 CDR 方法协同应用的线性响应机制，证实了组合策略在维持单方法效率的同时可实现风险分散与可持续性阈值管理。这一发现为《巴黎协定》框架下的 CDR 组合设计提供了关键依据 —— 决策者可通过灵活搭配 AR 与 OAE 等方法，在不牺牲效率的前提下优化资源分配，平衡生态、社会与气候目标。
研究同时指出，尽管全球碳通量呈现线性特征，局部尺度（如亚马逊雨林、沿海海洋区域）的非线性反馈仍需警惕，这提示项目级 CDR 评估需结合高分辨率模型与实地监测。未来研究应进一步拓展 CDR 方法组合（如纳入海洋铁施肥等），并探索超调情景下的碳汇 - 源转换风险，为构建鲁棒的气候缓解策略提供更全面的科学基础。
研究首次在高复杂度模型中验证了 CDR 组合的协同增效潜力，打破了 “方法组合可能导致效率折损” 的传统认知，为全球碳移除战略从单一手段向多元化体系转型奠定了理论基础。其结论对指导各国制定碳中和路径、优化气候政策具有重要实践意义。
