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本文全面综述了北极碳循环，涵盖陆地和海洋系统。北极碳循环受气候变暖影响，当前整体为碳汇，但未来可能减弱。文中详细阐述了碳储量、横向和垂直通量，分析了不确定性，并提出未来研究方向，为相关领域研究提供了重要参考。
引言
自 20 世纪 80 年代以来，北极变暖速度几乎是全球平均速度的四倍，这对北极系统各组成部分及其碳储量和循环产生了深远影响。北极在调节全球气候系统和生物地球化学循环方面具有重要作用，其土壤碳储量丰富，且陆地与海洋紧密相连，碳循环变化会影响全球碳循环。然而，以往对北极碳循环的综合概述大多较为陈旧，在北极加速变暖的背景下，需要对其碳循环现状进行更新评估。
碳储量
陆地储量
北极地区土壤有机碳（SOC）储量巨大，约占全球 SOC 总量的 26%，其中永久冻土土壤储存了大量碳。但 SOC 在不同景观、土壤类型和剖面中分布不均。例如，永久冻土土壤储存了 540 ± 10 Pg C，占北极圈北部流域 SOC 总量的 62% 。SOC 的分布决定了其脆弱性，活动层加深和热喀斯特事件会使 SOC 暴露并被分解、转移。根据地形与排水的关系，水文可及性 SOC（SOCHA）总量为 487 ± 8 Pg，不同地形类别的 SOC 具有不同的释放机制 。不过，目前对北极地区 SOC 储量的评估仍存在不确定性，如深层土壤碳储量、地下冰和永久冻土泥炭地的数量和分布等。
海洋沉积物储量
北冰洋大陆架海域接收大量陆地有机碳，海底沉积物是有机碳的重要受体和汇。表层（0 - 1 cm）沉积物中有机碳储量在不同海域有所差异，如巴伦支海储量最大。由于沉积物厚度变化大，难以可靠估计时间积分的有机碳储量，目前多采用离散深度区间描述。总体估计，上层海洋沉积物有机碳储量为 82 ± 35 Pg C 。
海洋水柱储量
北冰洋虽仅占全球海洋体积的 1%，但接收约 11% 的全球河流排放，这导致其陆架海分层稳定，垂直混合有限，并带来大量陆地物质。海洋水柱中有机碳储量动态变化，溶解有机碳（DOC）是最大的有机碳库，不同海域 DOC 储量不同。海洋净初级生产力（NPP）也对有机碳储量有贡献，但不同估算方法得到的 NPP 差异较大，且模型对有机物质的不充分表征导致估算存在较大不确定性。
横向碳通量
河流通量
北极拥有约 20% 的地球河流和溪流表面积，河流将陆地系统与海洋和大气连接起来，促进生物地球化学过程和物质运输。六大北极河流每年向北冰洋输送大量碳，包括 DOC、颗粒有机碳（POC）和溶解无机碳（DIC） ，且大部分通量集中在春季融冰期和夏季。然而，除六大河流外，其余约 56% 的北极陆地由众多小流域排水，这些小流域通量测量数据稀少且变化大，目前对其通量估计存在局限性和不确定性。
海岸侵蚀
气候变化加剧了北极海岸侵蚀，海岸线周围大量物质在侵蚀过程中被冲刷到近岸区域，碳可被降解、埋藏或进一步输送。目前对北极海岸侵蚀和相关有机碳通量的了解主要集中在局部热点地区，泛北极有机碳通量估计存在较大不确定性，且不同估计方法得到的结果差异较大。
垂直碳通量
陆地 - 大气通量
北极陆地 - 大气碳平衡难以精确确定，可通过自下而上和自上而下的方法进行估算。自上而下的估计表明，北极陆地在 2016 - 2020 年是大气CO2的净汇，但不同模型估算结果存在差异，且通量具有明显的季节性和空间变化 。自下而上的估计则表明，考虑干扰和内陆水排放时，北极永久冻土区域是CO2的弱源和CH4的源，不同估算方法对CO2和CH4排放的估算存在差异，但总体认为该区域是CO2的净汇和CH4的源，净辐射强迫效应在不同时间尺度上有所不同。
内陆水生系统 - 大气通量
内陆水域占北极陆地面积的约 6%，对全球碳循环有重要贡献，但目前对其CO2和CH4排放的研究相对较少。自下而上的估计显示，北极内陆水生系统是CO2和CH4的净源，其排放会抵消陆地碳汇，使陆地从碳汇转变为碳源，净辐射强迫效应为变暖。
海洋 - 大气通量
北冰洋是大气CO2的净汇，其CO2吸收主要源于溶解度碳泵和生物碳泵的作用，季节性海冰融化也促进了CO2交换 。不同海域的CO2吸收能力不同，流入架、内部架和流出架等海域的碳通量受多种因素影响，存在较大差异。此外，北极海洋的碳汇能力预计到 2100 年将下降，且不同区域的CO2通量趋势也有所不同。
海洋 - 沉积物通量
浅海陆架海是陆地有机碳重新 mobilized 的主要接收区域，有机碳在沉积物中的积累速率（OC MAR）可通过多种方法估算 。不同海域的 OC MAR 存在差异，且陆地有机碳和海洋有机碳对其贡献比例也不同。但由于有机碳运输和降解过程复杂，存在较大不确定性，限制了与其他子系统碳通量的比较。
总结与展望
目前，北极系统（陆地和海洋结合）整体是碳汇，主要由海洋对CO2的吸收和陆架沉积物中有机碳的积累驱动 。然而，随着气候变暖，北极碳汇可能减弱，海洋变暖、海岸侵蚀加剧等因素会减少海洋对CO2的吸收，陆地生态系统的碳吸收也会被多种因素抵消。未来研究应优先关注小流域和近岸区域，提高对北极特定过程的理解，加强跨系统、跨时间和跨空间尺度的研究，以减少不确定性，更好地预测北极碳循环变化及其对全球气候的影响。同时，需要将科学成果有效传达给公众和决策者，提高对北极碳循环变化的认识。
