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全球碳循环主要是指碳元素以CO 2 、CH 4 、HCO 3 - 、CH 2 O和CO 3 2- 等形态在地球各圈层中的储存，并相互转换和运移的生物地球化学过程。全球的碳以不同形态储存于大气、植被、土壤、海洋和岩石圈之中。大气中的碳主要以CO 2 、CH 4 和CO等气体形式存在，水中的碳主要以CO 3 2- 和HCO 3 - 形式存在，生物和土壤中的碳主要是以各种有机和无机物的形式存在，岩石圈中的碳主要以碳酸盐岩石和沉积物的形式存在。
图1-2 全球碳循环（IPCC Fifth Assessment Report，2014）
全球碳循环可分为长时间尺度的地球化学大循环和短时间尺度的生物化学循环。地球化学大循环（Geochemical Cycle）描述的是百万年或更长时间尺度上的碳元素在岩石海洋大气之间的相互转换，其主要过程是指沉积岩中的碳元素通过化学作用分解进入大气和海洋，以及相反的生物残体及各种含碳物质不断以沉积物的形式返回到地壳中形成沉积岩。生物地球化学循环（Biogeochemical Cycle）指的是陆地植物和海洋生物通过光合作用将大气中的碳元素固定到生态系统中，再通过生物呼吸作用返回到大气的各种过程所构成的陆地生物圈海洋生物圈大气圈之间的循环。 [12] 自然界中这两个循环过程并非是孤立运行的，在地球形成的初期，以地球化学大循环为主，碳循环只在大气圈、水圈和岩石圈之间进行，随着生命的出现，全球碳循环从简单的地球化学大循环逐渐演化到了复杂的现代生物地球化学循环。碳的生物化学循环对地球环境有着很大的影响，其规模要远大于原始的地球化学循环。
碳的生物化学循环可分为三种形式：第一种形式是植物经光合作用将大气中的二氧化碳和水化合生成碳水化合物（糖类），在植物呼吸中又以二氧化碳形式返回大气中，而后被植物再度利用；第二种形式是植物被动物采食后，糖类被动物吸收，在动物体内被氧化生成二氧化碳，并通过动物呼吸释放回大气中，又可再被植物利用； [13] 第三种形式是煤、石油和天然气等化石燃料燃烧时，生成二氧化碳，它返回大气中后重新进入生态系统的碳循环。
碳源（Carbon Source）与碳汇（Carbon Sink）是两个相对的概念。碳源是指自然界中向大气释放碳的母体，碳汇是指自然界中碳的寄存体。碳源是指向大气中释放二氧化碳的过程、活动或机制。它既来自自然界，也来自人类生产和生活过程。碳汇主要是指绿色植物吸收并储存二氧化碳的多少，或者说是森林吸收并储存二氧化碳的能力。减少碳源一般通过减排二氧化碳来实现，增加碳汇则主要采用固碳技术。固碳分为生物固碳和物理固碳。生物固碳是利用植物的光合作用，通过控制碳通量以提高生态系统的碳吸收和碳储存能力，是固定大气中二氧化碳最便宜且副作用最少的方法。生物固碳技术主要包括：一是保护现有碳库，即通过生态系统管理技术，加强农业和林业的管理，保持生态系统的长期固碳能力；二是扩大碳库来增加固碳，主要是改变土地利用方式，并通过选种、育种和种植技术，增加植物的生产力，增加固碳能力；三是可持续地生产生物产品，如用生物质能替代化石能源等。 [14] 物理固碳是将二氧化碳长期储存在开采过的油气井、煤层和深海里。碳捕集与封存技术是重要的物理固碳技术。
碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，CCS）是指将CO 2 从电厂等工业或其他排放源分离，经富集、压缩并运输到特定地点，注入储层封存以实现被捕集的CO 2 与大气长期分离的技术。CCS包括CO 2 捕集、运输和封存等技术，是一项系统性技术。其主要应用对象为电厂、煤化工厂等大规模的CO 2 排放点源。捕集技术分为燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集，分别用于传统燃煤电厂、IGCC电厂和富氧燃烧系统。运输可采用槽车、船舶、管道等方式。封存方式包括地质封存与海洋封存，地质封存可在深层咸水层、油气层和深层煤层中进行。 [15]
“碳足迹”（Carbon Footprint）的概念源自于1992年加拿大生态学家William Ree教授提出的“生态足迹”，主要是指在人类生产和消费活动中所排放的与气候变化相关的气体总量，相对于其他碳排放研究的区别，碳足迹是从生命周期的角度出发，分析全生命周期或与活动直接和间接相关的碳排放过程。 [16] 目前，碳足迹分析大致可以分为两类，一是个人、产品、家庭、组织机构、城市、国家等不同尺度的碳足迹研究，二是工业、交通、建筑、供水、医疗等特定产业/部门的碳足迹分析。
碳足迹分析方法从生命周期的视角分析碳排放的整个过程，可以深度分析碳排放的本质过程，从源头上制定科学合理的碳减排计划。特别是在当今全球化时代，面对全球气候变化问题，若仅着眼于自己国家的碳排放的削减，并不足以适应当前的严峻形势，因此碳足迹的研究具有特别的意义。 [17]
碳转移指的是某一国家或地区出口产品的隐含排放与进口产品隐含排放之差，隐含排放则是指产品从原材料生产、加工、制造和运输全过程中消耗能源导致的碳排放，是从生命周期的角度来测算产品的排放，主要是指贸易流中的隐含排放，它是产业分工和贸易在碳排放上的具体体现，其产生的原因则不仅包括各区域气候政策差异，还包括生产要素价格、产业分工等一些与气候变化无关的其他重要因素。 [18]
目前核算区域碳排放的方法一般采用《联合国气候变化框架公约》中提出的生产责任法，即因生产、出口和调出产品而排放的CO 2 包含在一个区域的碳排放账户里，但因进口和调入引起的碳排放却被排除在外。然而，随着区域的发展，经济发达地区会通过区际贸易从经济落后地区调入高碳排放的产品，从而使经济发达地区表面上实现了碳减排，实际上却是以经济落后地区碳排放量增长为代价。而落后地区为了经济发展，必须长时间生产此类产品。发达地区虽然减排成效显著，但却加重了欠发达地区的碳减排压力。这种严重的双边贸易过程中隐含的碳转移问题既存在于国家之间，也广泛存在于经济体系相对独立的不同单元之间。区际碳排放转移直接导致了区域间在整体上不但没有实现碳减排，反而加剧了彼此碳减排权责的不公平、低效率和高成本。区际隐含碳转移问题对区域碳排放格局和碳减排效果影响重大，是造成区域间减排压力转嫁、整体减排效果抵消、碳排放净转出区经济增长负担加重和产业结构升级转型困难等问题的重要原因之一。 [19]
根据IPCC的定义，“碳泄漏”是指《京都议定书》附件I国家的减排将导致非附件I国家排放量增加，从而减少了附件I国家减排的环境有效性。意思是指一组国家碳排放减少被其他国家排放增加所抵消，实施严格碳排放政策的国家因成本提高，其生产活动会转移到碳排放政策宽松的国家，导致前者的碳减排在一定程度上被后者所抵消。通常碳泄漏用泄漏率即非减排国家排放增加量与减排国家排放减少量的比值来描述。其内涵仅仅考察各国环境管制上的差别导致其国家排放量的减少，而该国以外排放量的增加，大多数研究从全球公共物品的角度出发，讨论减排政策的环境有效性问题。经合组织的研究显示：如果欧盟单独采取减排措施，它的碳泄漏比例为12%；如果整个发达国家都采取减排行动，碳泄漏程度则不到2%。
碳循环是地球物理化学循环的一部分，对于地球上的碳排放、传输、沉淀/吸收等循环过程的研究在自然科学领域由来已久。但是将碳排放核算纳入经济学和社会学研究的视角，加强人类活动产生的碳排放核算，促进人类通过改变生产和生活方式来减少碳排放则是近十几年的事。 [20] 自20世纪末以来，发达国家政府及社会组织纷纷经过大量的统计调查研究，形成了较为系统的碳排放核算标准体系，包括国家、省份、行业、领域、企业、设施、产品等碳排放量核算。本教材碳排放核算的对象是人类活动产生的碳排放量和清除量，涉及能源活动、工业生产、农业、林业和土地利用、废弃物处理等领域碳排放和吸收。
当前国内外相关的碳排放核算方法所考虑的温室气体种类主要为《京都议定书》中的六种温室气体：二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化合物、全氟碳化合物及六氟化硫。这六种温室气体来源不同。二氧化碳主要来源于能源活动、工业生产过程和废弃物处理过程，土地利用变化和林业会吸收二氧化碳，从而降低二氧化碳的排放量。甲烷主要来自于能源活动、工业生产过程、农业活动、废弃物处理、土地利用变化和林业。氢氟碳化合物、全氟碳化合物和六氟化硫主要来自于工业生产过程。
这六种温室气体的占比也不同，《中国2008年温室气体清单研究》计算得到：当考虑土地利用变化和林业部门吸收的温室气体时，二氧化碳、甲烷、氧化亚氮和含氟温室气体所占的比重分别为81.2%、11.7%、4.6%和2.5%。由此可见，CO 2 是最为主要的温室气体。在温室气体排放核算过程中，需根据不同组织单位、项目、产品等性质，考察主要的排放源和排放过程，分析不同温室气体的排放量占比，对于数据获取难度较大，排放量占比较低的温室气体可酌情暂不考虑。
1.潘家华：《气候变化经济学》，中国社会科学出版社2018年版。
2.秦大河：《气候变化科学概论》，科学出版社2018年版。
3.方精云等：《中国及全球碳排放—兼论碳排放与社会发展的关系》，科学出版社2018年版。
4.《第三次气候变化国家评估报告》编写委员会编著：《第三次气候变化国家评估报告》，科学出版社2015年版。
5.吴兑：《温室气体与温室效应》，气象出版社2003年版。
1.何谓温室效应和温室气体？
2.试阐述以下概念：碳循环、碳源、碳汇。
3.目前碳排放核算的对象及主要气体种类有哪些？
[1] 章文晟：《气候变化的科学事实及其影响》，《城市与减灾》2014年第4期。
[2] 杜祥琬：《气候的深度——多哈归来的思考》，《科技导报》2013年第9期。
[3] 潘志华、郑大玮：《气候变化科学导论》，气象出版社2015年版，第5页。
[4] 秦大河：《气候变化科学概论》，科学出版社2018年版，第38页。
[5] 《IPCC第五次评估报告第一工作组报告摘要》，《中国气象报》2013年10月28日第3版。
[6] 王守荣：《气候变化，因为人类活动能力太强》，《中国经济导报》2009年7月16日第B06版。
[7] 杜祥琬：《气候的深度——多哈归来的思考》，《科技导报》2013年第31期。
[8] 吴兑：《温室气体与温室效应》，气象出版社2003年版，第20页。
[9] 何艳秋、倪方平、钟秋波：《中国碳排放统计核算体系基本框架的构建》，《统计与信息论坛》2015年第10期。
[10] 丁一汇：《气候变暖 我们面临的灾害和问题》，《中国减灾》2003年第2期。
[11] 吴兑：《温室气体与温室效应》，气象出版社2003年版，第25页。
[12] 《第三次气候变化国家评估报告》编写委员会：《第三次气候变化国家评估报告》，科学出版社2015年版，第54页。
[13] 刘元玲：《从碳循环与政策周期的视角看我国经济发展与环境保护》，《国际关系学院学报》2009年第2期。
[14] 李旸：《我国低碳经济发展路径选择和政策建议》，《城市发展研究》2010年第2期。
[15] 李波：《应对气候变化的有效途径：二氧化碳捕集与封存》，《中国人口·资源与环境》2012年第4期。
[16] 王微、林剑艺、崔胜辉、吝涛：《碳足迹分析方法研究综述》，《环境科学与技术》2010年第7期。
[17] 王微、林剑艺等：《碳足迹分析方法研究综述》，《环境科学与技术》 2010年第7期。
[18] 顾阿伦、周玲玲：《转移排放与碳泄漏概念辨析》，《中国经贸导刊》2016年第2期。
[19] 李富佳：《区际贸易隐含碳排放转移研究进展与展望》，《地理科学进展》2018年第10期。
[20] 陈红敏：《国际碳核算体系发展及其评价》，《中国人口·资源与环境》2011年第9期。