前言
歐洲海洋委員會（The European Marine Board, EMB）於 2025 年 11 月發行了海洋二氧化碳移除（mCDR）方法的監測、報告與驗證（MRV）報告。
驗證海洋碳移除方法的效果和持久性，特別是在高度動態且異質的海洋環境中，是監測、報告與驗證框架的核心挑戰。科學界透過整合觀測平台、複雜的建模方法以及嚴格的核算程序，來克服海洋的固有變異性，以量化碳移除的淨增加量和儲存期限。
驗證淨效益
mCDR 的淨效益，即所謂的外加性（Additionality），是指在沒有 mCDR 干預的情況下，海洋無法從大氣中移除的CO2量。要證明淨移除，科學方法必須能夠將觀測到的變化歸因於 mCDR 活動，並將其與自然變異性區分開來。建立基線和情境
在高度海洋變異下，確立穩健的基線是驗證淨移除的基礎。由於海洋碳通量受環流、混合和生物過程的影響而具有高度動態性，基線定義極為複雜。
- 基線定義：基線描述了在進行 mCDR 之前當地的海洋狀況，用於計算在沒有干預的情況下，海洋將儲存多少碳。
- 多尺度監測：基線監測必須涵蓋碳與生態（水化學、生物多樣性和棲地）兩個層面。在試點規模的 MRV 中，需要穩健的當地、區域和大規模基線來量化額外碳移除。
- 挑戰：由於海洋系統的動態性質，以及人為活動和持續氣候變化對海洋生態系統的影響，基線的確定變得更加複雜。
偵測與歸因
歸因是 MRV 的關鍵步驟，用於評估觀測到的變化（例如海中 CO2 通量、溶解無機碳 (DIC)、pH 值或生態指標）有多少是由 mCDR 活動引起的，而不是天氣、洋流或背景趨勢等其他驅動因素造成的。
- 實務要求：偵測與歸因需要預先註冊的設計（如影響-參考比較、前後對照影響）、足夠的採樣能力（透過觀測系統模擬實驗確定）和多種證據線（感測器、示蹤劑/同位素和模型）。
- 關鍵觀測變量：監測的變量必須包括海中 CO2 交換方向的海面 CO2 分壓（pCO2），以及決定海洋長期 CO2 儲存能力的海水碳酸鹽系統四個關鍵變量中的至少兩個（pCO2、pH、DIC、總鹼度）。
整合生命週期評估
要確定淨碳移除，必須進行嚴格的生命週期評估（LCA）。
- 範圍：LCA 提供了一個點到點的架構，用以量化 mCDR 方法在整個生命週期中（從原材料提取、運輸、生產到長期儲存或處置）產生的溫室氣體排放和環境影響。
- 非 CO2 氣體：LCA 必須納入非 CO2 溫室氣體（GHGs），如甲烷 (CH4) 和氧化亞氮 (N2O)，這些氣體的產生可能會抵消 CO2 移除的效益。例如 CH4 的全球暖化潛勢在 100 年內是 CO2 的 27 至 30 倍。
- 碳足跡：LCA 有助於了解碳移除活動的總碳足跡，並與「一切如常」的基線進行比較，以確定真實的淨碳移除量。
驗證持久性
驗證耐久性是 MRV 的另一個關鍵組成部分。持久性是指被移除的碳將保持與大氣隔離的時間，通常要求至少 100 年。
儲存影響因素與不確定性
碳封存的實際壽命取決於多重因素，包括水深、沈積物性質、局部海洋條件以及人類活動（例如拖網可能導致 CO2 重新釋放到大氣中）。
- 時間尺度差異：不同 mCDR 方法的持久性差異很大，例如海洋施肥估計為 10-100 年，而海洋鹼度增強則可達 20,000 年。
- 時空脫鉤：碳移除與儲存之間存在空間脫鉤，被移除的 CO2 最終儲存地點可能與干預地點在地理上不同。此外，海中 CO2 平衡通常需要數月至數年，這意味著即使是短期的 mCDR 部署也需要長期監測來驗證儲存。
模型在量化持久性中的作用
由於長期的碳儲存（數百年至數千年）無法透過直接觀測來衡量，因此科學驗證必須依賴理論理解和建模方法。
- 虛擬粒子追蹤 (Virtual Particle Tracking)： 這是一種數值技術，用於追蹤水團在氣候相關時間尺度上的路徑，以估計該水團的儲存效率。它能夠評估氣候變化情景對碳固存效率的影響。
- 數據約束的海洋環流逆模型 (OCIMs)： 這些模型透過模擬 CO2 注入深海，或研究生物碳泵的時間尺度，來確定碳儲存的時間尺度。
持久性監測建議
監管機構建議制定具成本效益、標準化且持續的長期監測與觀測系統，用於碳酸鹽系統變量，以驗證 mCDR 的耐久性和淨碳移除。當高頻或長期測量不可行時，應以建模和機器學習作為補充。
應對高度海洋變異的科學方法
海洋的動態性質和異質性構成了 MRV 的核心技術挑戰。科學方法必須整合觀測和建模，以在不同的空間和時間尺度上運作。
觀測系統與技術
儘管全球海洋觀測系統（如 GOOS）對於理解大規模趨勢非常重要，但它們缺乏足夠的時空解析度來可靠地監測 mCDR 相關的小規模或短期變化。
- 針對性部署：良好的 MRV 需要針對性地部署自主載具、感測器陣列和繫泊系統，以高解析度、特定地點的觀測來捕捉碳通量、生態系統反應和水團運動的局部變化。
- 關鍵變量監測：必須監測溶解無機營養鹽濃度、溶氧量和微量金屬，以進行環境 MRV（eMRV），評估潛在的生態後果。
- 資料品質與開放性：測量結果必須符合高標準，具備可追溯性，並定期接受同儕審核。收集到的數據應遵循 FAIR 原則（可尋找、可存取、可操作和可重複使用），並存放在公共資料庫中，以實現獨立驗證和透明度。
建模能力
模型是估算附加性、預測後果和銜接觀測差距的必不可少的工具。
- 區域模型： 區域海洋模型（如 ROMS）能夠以高解析度模擬洋流、水層混合和物質擴散。它們可應用於模擬 OAE 部署、設計觀測策略（OSSEs），並比較模型訊號與測量結果以進行歸因。
- 地球系統模型（ESMs）： 這些全球尺度模型用於調查複雜的反饋效應和評估大氣 CO2的淨移除，對於評估 mCDR 的整體功效非常重要。ESMs 可以捕捉到非局部效應（例如 CO2 吸收發生在遠離干預地點的地方）。
- 不確定性量化：模型間的比較（例如 CMIP）對於量化 mCDR 估算中的不確定性和變異性相當重要。MRV 協議必須量化碳移除的不確定性，包括儀器精度、時空變異性和模型預測正確性。
MRV 六大支柱架構
科學界提出了一個由六大支柱組成的架構，以支持穩健的 mCDR MRV，以確保觀測到的訊號超過自然變異性，可以歸因於干預措施，並轉化為具有量化不確定性的淨碳移除，同時保護生態系統和監測非 CO2 氣體：
- 基線 (Baselines)
- 外加性 (Additionality)
- 偵測與歸因 (Detection and Attribution)
- 持久性 (Durability)
- 非 CO2 氣體 (Non-CO2 Gases)
- 生物多樣性 (Biodiversity)
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