近日，南方科技大学环境科学与工程学院、土壤污染防治与安全全国重点实验室曾振中教授团队在《自然·地球科学》（Nature Geoscience）发表题为“Regional land carbon shifts strengthen atmospheric carbon dioxide–land carbon flux coupling”的研究论文。该研究结合全球大气二氧化碳观测数据、大气反演数据和动态全球植被模型模拟结果，发现过去六十余年全球大气二氧化碳增长率与陆地碳汇之间的耦合关系不断增强，并从区域贡献的角度解释了这一变化。

陆地生态系统每年吸收约30%的人为二氧化碳排放，是减缓气候变化的重要自然碳汇。陆地生态系统中的碳主要储存在植被和土壤中，其中土壤是最大的有机碳库。植被的光合与呼吸、土壤呼吸等关键过程极易受温度和水分条件等气候因素调控，因此，陆地碳汇在不同年份之间存在明显波动。陆地碳汇的年际波动是影响大气二氧化碳增长率年际变化的主要因素，两者之间存在密切的负相关关系。正因如此，大气二氧化碳的长期观测记录常被用于约束陆地碳汇对气候变化的敏感性。然而，大气与陆地碳循环的耦合关系能否长期保持稳定，以及不同地区陆地碳汇如何影响这一关系，目前仍不清楚。

针对这一问题，研究团队结合1959–2022年的全球大气二氧化碳增长率观测记录及多套陆地碳汇数据，分析了两者耦合关系的长期变化。结果表明，过去几十年，全球大气二氧化碳增长率变率与陆地碳汇变率之间的负相关关系持续增强。无论基于大气反演还是基于过程模型的结果，这种增强趋势都较为稳健（图1）。

图1 全球大气二氧化碳增长率与陆地碳汇相关关系的时间演变

为解释这一增强的来源，研究团队定量分析了全球不同地区陆地碳汇对上述相关关系的贡献变化。结果表明，这一全球相关性的增强来源于不同地区陆地碳汇贡献的空间重组。以CarboScope反演结果为例，对全球负相关关系起增强作用的陆地面积占比由78.1%增加至82.7%。TRENDY模型集合也显示全球相关性增强，但区域贡献的空间变化有所不同。总体上，热带地区是增强全球负相关关系的主要贡献区域，而中高纬度地区则出现了较多贡献方向的转变（图2）。这些变化与不同地区陆地碳汇的年际波动及其对温度和水分条件的敏感性变化有关。由于温度和水分条件往往共同变化，仅从单一气候因素出发，难以解释全球碳循环关系的演变。

图2 全球不同区域陆地碳汇对大气二氧化碳增长率与陆地碳汇关系的贡献及其变化

该研究揭示了过去六十余年全球大气二氧化碳增长率与陆地碳汇之间耦合关系的增强趋势。由于这一耦合关系随时间变化，基于近几十年观测数据建立的约束关系未必适用于更早的时期或未来的气候条件。因此，在利用历史观测约束未来陆地碳汇对气候变化的响应时，需要考虑陆气碳循环耦合关系的长期变化。这些研究结果加深了对气候变化背景下全球碳循环演变机制的理解，也为评估地球系统模型对陆地碳汇年际变化及其气候敏感性的模拟能力提供了新的依据。

南方科技大学访问学者罗舒心博士为论文第一作者。曾振中、宁波东方理工大学张东晓院士和陈云天副教授为论文共同通讯作者。南方科技大学为论文第一单位。合作者还包括法国气候与环境科学实验室 Philippe Ciais 教授，美国密歇根大学 Peter B. Reich 教授，泰国农业大学 Alan D. Ziegler 教授，南方科技大学胡清教授、覃颖祚博士、刘小叶、邹欣妤、冯巧梅、高菁阳以及宁波东方理工大学朱娅坤博士等学者。该研究获得教育部基础学科和交叉学科突破计划、国家自然科学基金、深圳市可持续发展科技专项、浙江省和宁波市“减污降碳协同增效新技术”专项、南方科技大学高水平专项、香港理工大学海岸城市气候韧性全国重点实验室及潘乐陶韧性基础设施研究院经费等支持。南方科技大学计算科学与工程中心及宁波数字孪生（东方理工）研究院为该研究提供计算资源支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41561-026-02136-5

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：周亦潆

主图：丘妍

编辑：曾昱雯