城市溫室氣體排放清單編制研究進(jìn)展

李 晴，唐立娜，石龍宇

(中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廈門 361021)

全球氣候變化已成為當(dāng)前科學(xué)界和國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題［1］，“發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)”作為協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障能源安全及應(yīng)對(duì)氣候變化的基本途徑，已經(jīng)得到各國(guó)政府的普遍共識(shí)［2］。當(dāng)前全球廣泛開展的溫室氣體減排談判、減排活動(dòng)及減排貿(mào)易等行動(dòng)，均需依賴于對(duì)人為溫室氣體排放量的精確評(píng)估。城市具有人口集中、產(chǎn)業(yè)集中、物流集中、資源與能源消耗集中的特點(diǎn)，其溫室氣體排放量占人類活動(dòng)總排放量80%以上［3］。城市化和城市擴(kuò)展過程會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和氣候變化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響;反過來，碳循環(huán)過程和氣候變化也會(huì)影響城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能。因此，在城市尺度上研究溫室氣體減排具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

然而，作為多要素、多層次的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)，城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的碳過程與自然生態(tài)系統(tǒng)大不相同。因此，需要從整體上了解城市生態(tài)系統(tǒng)的碳排放特征與規(guī)模，認(rèn)識(shí)城市系統(tǒng)溫室氣體排放的潛在驅(qū)動(dòng)力和影響因素，從而明確城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的碳循環(huán)過程及其與社會(huì)經(jīng)濟(jì)過程的相互作用，有利于采取切實(shí)有效的管理措施，促進(jìn)低碳城市發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

溫室氣體排放清單是目前較常用的溫室氣體核算方法，能夠清晰地反映溫室氣體排放水平、排放結(jié)構(gòu)和排放特征。2008年，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)啟動(dòng)中國(guó)省級(jí)應(yīng)對(duì)氣候變化方案項(xiàng)目，其基礎(chǔ)工作就是要求各省(自治區(qū)、直轄市)對(duì)城市溫室氣體排放量進(jìn)行核算。然而，中國(guó)城市溫室氣體清單研究剛剛起步，研究成果還不多，缺乏系統(tǒng)、規(guī)范的城市溫室氣體研究方法和指標(biāo)體系。本文概述了城市溫室氣體排放清單的主要參考編制方法，介紹了現(xiàn)有城市溫室氣體清單的編制案例，概括了國(guó)內(nèi)外城市溫室氣體清單、城市溫室氣體清單與國(guó)家溫室氣體清單在關(guān)鍵排放源、編制模式、方法體系等方面的差異;在此基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)城市實(shí)際，對(duì)適合中國(guó)城市的溫室氣體清單編制方法進(jìn)行了探索，并針對(duì)清單編制過程中存在的具體問題提出了建議，以期推動(dòng)我國(guó)溫室氣體清單編制進(jìn)程。

1 城市溫室氣體排放清單編制方法

目前國(guó)際城市的溫室氣體清單編制方法主要參考聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)有關(guān)溫室氣體清單編制的指南和方法論(IPCC)、地方環(huán)境舉措國(guó)際理事會(huì)(ICLEI)方法學(xué)以及《城市溫室氣體排放測(cè)算國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》等。

1．1 IPCC 方法學(xué)

IPCC指南提供了編制國(guó)家溫室氣體排放清單的通用方法、計(jì)算公式和可供參考的基本參數(shù)，對(duì)城市溫室氣體清單編制具有較高的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。指南將溫室氣體核算分為四大部分，即:能源，工業(yè)過程和產(chǎn)品使用，農(nóng)業(yè)、林業(yè)和其他土地利用，以及廢棄物。從基本方法出發(fā)，使用參考方法和部門方法兩種核算方法進(jìn)行不同層次的溫室氣體清單核算。其中，參考方法采用自上而下的核算思路，而部門方法采用自下而上的核算思路。

(1)IPCC基本方法

IPCC指南中計(jì)算溫室氣體排放量的基本方法為:

E=AD×EF

式中，E代表溫室氣體排放量;AD為活動(dòng)水平，即有關(guān)人類活動(dòng)發(fā)生程度的信息;EF為排放因子，即量化單位活動(dòng)排放量或清除量的系數(shù)。

(2)IPCC參考方法

參考方法是IPCC指南和優(yōu)良做法指南都推薦的缺省方法，可表示為:

E=(F×Ca-Fx)×O

式中，E代表燃料燃燒的CO2排放量;F指燃料表觀消費(fèi)量，即生產(chǎn)量與凈進(jìn)口量的和;Ca指單位燃料含碳量;Fx代表固碳量，即燃料中沒有被氧化或被固定的碳;O為燃燒過程中的碳氧化率。

(3)IPCC部門方法

IPCC部門方法基于各能源消費(fèi)部門或行業(yè)進(jìn)行分類核算，計(jì)算公式如下:

式中，Es為部門排放的CO2總量;F為部門燃料消費(fèi)量;EF為排放因子;a、b、c、d分別代表燃料屬性、氧化率、含碳量和技術(shù)設(shè)備條件;ET為城市CO2總排放量。

1．2 ICLEI方法學(xué)

ICLEI探索并建立了城市溫室氣體清單編制體系，提供了一種簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)化的溫室氣體排放量計(jì)算方法和監(jiān)測(cè)、衡量方法［4］，并開發(fā)了CACP軟件工具，供加入ICLEI組織和城市氣候保護(hù)行動(dòng)(CCP)運(yùn)動(dòng)的城市使用。

ICLEI采用的核算方法與IPCC自下而上的核算方法相似，溫室氣體排放量同樣由排放源的活動(dòng)水平與相對(duì)應(yīng)的排放因子相乘得到，其排放因子也基本由IPCC排放因子修改或衍生得來。CACP軟件收集城市中能源使用的化石燃料的主要排放源數(shù)據(jù)，利用能源消費(fèi)量和碳排量之間的直接相關(guān)關(guān)系以及對(duì)應(yīng)的排放因子，精確計(jì)算出每種能源的CO2排放量。CACP軟件還能夠把溫室氣體排放量轉(zhuǎn)化為CO2當(dāng)量，以實(shí)現(xiàn)各部門之間的直接比較［5］。

1．3 城市溫室氣體排放測(cè)算國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

2010年3月23日，在里約熱內(nèi)盧舉行的第五屆世界城市論壇上，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)、聯(lián)合國(guó)人居署(UN-HABITAT)及世界銀行聯(lián)合發(fā)布了《城市溫室氣體排放測(cè)算國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(草)》，人口在100萬以上的城市可參考此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行溫室氣體排放測(cè)算。該標(biāo)準(zhǔn)的核算方法與IPCC及ICLEI組織的溫室氣體核算方法相一致，但對(duì)城市溫室氣體排放測(cè)算尺度進(jìn)行了詳細(xì)劃分，將城市溫室氣體排放過程具體分為3個(gè)尺度，如表1所示［6］。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:尺度2和尺度3中的溫室氣體排放過程涉及城市消費(fèi)的主要材料、能源、產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域，活動(dòng)水平數(shù)據(jù)不易獲得，核算難度較大;但城市溫室氣體清單對(duì)這部分的計(jì)算至少應(yīng)包括城市發(fā)電和區(qū)域供暖產(chǎn)生的邊界外排放(包括傳輸損失)、航空和水運(yùn)產(chǎn)生的碳排放以及城市產(chǎn)生的廢棄物在邊界外處理引起的碳排放。城市消費(fèi)的燃料、建材、食物、水等物質(zhì)中隱含的碳排放也應(yīng)核算并以附加信息形式公布，不需包含在城市總排放量當(dāng)中。城市由于輸出電力、熱力以及輸入廢棄物產(chǎn)生的排放應(yīng)該從總排放量之中扣除。

表1 城市溫室氣體排放清單尺度劃分Table 1 Scale division of urban greenhouse gas emission inventories

2 現(xiàn)有城市溫室氣體排放清單編制案例及分析

國(guó)內(nèi)外大部分城市溫室氣體清單多分部門核算溫室氣體的時(shí)間序列排放，以較直觀地分析各部門的排放量及變化趨勢(shì)，更有效地評(píng)估減排效果。但城市層面上的溫室氣體清單研究尚不完善，城市溫室氣體清單編制還沒有統(tǒng)一的規(guī)范和方法學(xué)。一些城市直接采用國(guó)家清單編制方法核算溫室氣體排放量，如巴塞羅那采用IPCC自下而上的方法建立了1987—1996年的城市溫室氣體清單［7］;牛津城市氣候變化行動(dòng)計(jì)劃綜合采用IPCC自上而下和自下而上的方法，精確構(gòu)建了2002年牛津市幾大部門的CO2排放清單，并制定了減排策略［8］。加入了CCP行動(dòng)的部分城市采用ICLEI組織的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算方法對(duì)城市溫室氣體排放量進(jìn)行核算，如紐約［9-10］、多倫多［11］、布魯明頓［5］、丹佛［12］等。上述城市溫室氣體排放清單編制主要內(nèi)容見表 2。

表2 國(guó)外部分城市溫室氣體排放清單主要內(nèi)容Table 2 Major contents of GHG emission inventories in some foreign cities

可以看出，各城市溫室氣體清單核算的內(nèi)容范圍、詳細(xì)程度、部門劃分、核算方法均存在區(qū)別，即使核算時(shí)對(duì)溫室氣體核算采用IPCC或ICLEI統(tǒng)一框架，也仍然在電力、跨界交通等排放源的歸屬方面存在差異，子部門的劃分及涵蓋范圍也不盡相同，導(dǎo)致城市之間的溫室氣體排放量核算結(jié)果難以進(jìn)行客觀對(duì)比。

我國(guó)部分省市也陸續(xù)出臺(tái)了地區(qū)性質(zhì)的應(yīng)對(duì)氣候變化方案。這些研究主要集中于利用IPCC指南、基于政府能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)較大城市［13-16］各部門或者各行業(yè)能源消費(fèi)的CO2排放量進(jìn)行估算，或者利用各種模型對(duì)能源系統(tǒng)CO2排放的現(xiàn)狀、趨勢(shì)及減排潛力進(jìn)行模擬。但由于城市定義及范圍上的差異［17］，我國(guó)與西方城市的溫室氣體清單核算結(jié)果還較難進(jìn)行比較。

3 城市溫室氣體排放清單編制方法特點(diǎn)分析

城市溫室氣體清單編制借鑒了國(guó)家溫室氣體清單編制的方法，但在原則、技術(shù)路線和方法體系上有自身特點(diǎn)，如表3所示。

可見，多數(shù)城市溫室氣體核算沒有完全涵蓋IPCC基本排放源［17］，清單的核心核算內(nèi)容多為電力、供暖、交通以及廢棄物處理。同時(shí)由于HFCs、PFCs和SF6的數(shù)據(jù)獲取較難，且其排放量在城市溫室氣體排放總量中比重較小，大多數(shù)城市溫室氣體清單僅核算CO2、CH4和N2O這3種主要溫室氣體。

表3 國(guó)家溫室氣體清單與城市溫室氣體清單對(duì)比Table 3 Comparison between national and urban GHG emission inventories

國(guó)家清單多采用基于生產(chǎn)的編制模式，使用自上而下方法進(jìn)行核算。即收集整個(gè)研究區(qū)域的排放強(qiáng)度和排放源活動(dòng)水平，核算所有位于區(qū)域行政管制邊界內(nèi)的排放源直接產(chǎn)生的溫室氣體。而城市作為開放型的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，城市內(nèi)部、城市與城市外部不斷進(jìn)行大量的能源和物質(zhì)流動(dòng)，其中的間接碳排放不容忽視［18;19］。從排放責(zé)任的角度出發(fā)，基于生產(chǎn)的編制模式不能反映城市進(jìn)口的二次能源(如電力、成品油等)中隱含的一次能源加工、轉(zhuǎn)換、運(yùn)輸?shù)冗^程中的溫室氣體排放量，而間接排放在評(píng)估溫室氣體排放責(zé)任上相對(duì)公平，因此城市多采用消費(fèi)模式核算區(qū)域內(nèi)最終消費(fèi)的產(chǎn)品和服務(wù)中蘊(yùn)含的排放量。同時(shí)，自下而上方法基于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各門類或行業(yè)劃分進(jìn)行分類和計(jì)算，依據(jù)行業(yè)、技術(shù)、燃燒條件及燃料屬性等計(jì)算特定的排放因子，計(jì)算精度較高，能充分反映不同部門及行業(yè)溫室氣體排放的特點(diǎn)和趨勢(shì)，應(yīng)該是城市溫室氣體核算采用的主要方法。但此方法模型公式的復(fù)雜程度較高，由于統(tǒng)計(jì)和技術(shù)上的原因，有時(shí)無法獲得詳盡的部門活動(dòng)水平及相對(duì)應(yīng)的排放因子數(shù)據(jù)，因此城市溫室氣體清單核算多以自下而上的方法為主，并以自上而下的方法作為補(bǔ)充，以確保核算結(jié)果的全面性。

4 我國(guó)城市溫室氣體清單編制建議

參照國(guó)家清單及其他城市清單的編制情況，基于我國(guó)城市特點(diǎn)，結(jié)合清單編制工作中面臨的實(shí)際問題，探索對(duì)適合中國(guó)城市的溫室氣體清單編制方法。

4．1 編制范圍

中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)體系一般覆蓋行政市域，從全面涵蓋城市各部門和行業(yè)的溫室氣體排放狀況、同時(shí)降低活動(dòng)水平數(shù)據(jù)獲取難度的角度出發(fā)，溫室氣體清單核算的地理范圍應(yīng)為城市行政市域，核算氣體為3種主要的溫室氣體(CO2、CH4和 N2O)。

4．2 核算方法

中國(guó)城市溫室氣體清單核算使用基于消費(fèi)的編制模式，對(duì)城市所有產(chǎn)生溫室氣體的直接過程和間接過程進(jìn)行核算。直接排放過程的核算可分為能源活動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)過程、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、土地利用變化和林業(yè)、廢棄物處理幾大部分;間接排放過程包括電力調(diào)入(或調(diào)出)以及城市物質(zhì)流需求(即城市消費(fèi)的主要材料在城市邊界之外的上游生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸?shù)冗^程)。

4．2．1 直接排放過程的核算方法

中國(guó)城市未加入ICLEI的CCP運(yùn)動(dòng)，無法獲得ICLEI計(jì)算工具;而且目前中國(guó)城市的統(tǒng)計(jì)口徑與國(guó)際上通用的排放清單存在差別，無法滿足ICLEI的統(tǒng)計(jì)要求［20］。因此，中國(guó)城市溫室氣體清單不適合采用ICLEI方法學(xué)進(jìn)行核算。

考慮到IPCC方法學(xué)是目前國(guó)際較為權(quán)威和公開的清單編制方法，且其他溫室氣體清單編制方法學(xué)也多從IPCC基本方法出發(fā)進(jìn)行改進(jìn)和核算，因此，建議中國(guó)城市溫室氣體清單對(duì)溫室氣體直接排放量的核算參考IPCC指南，以自下而上的方法為主，并以自上而下的方法作為補(bǔ)充。對(duì)關(guān)鍵排放源盡可能選用高級(jí)別的計(jì)算方法進(jìn)行詳細(xì)核算，對(duì)非關(guān)鍵排放源可采用低級(jí)別的計(jì)算方法。

4．2．2 間接排放過程的核算方法

由于電力消耗產(chǎn)生的溫室氣體排放量在中國(guó)城市溫室氣體排放總量中所占比例較大，而電力可能來源于異地生產(chǎn)。為準(zhǔn)確反映城市實(shí)際排放情況，需要核算這部分產(chǎn)生的溫室氣體。具體核算方法可以利用城市境內(nèi)電力調(diào)入(或調(diào)出)電量乘以該調(diào)入(或調(diào)出)電量所屬區(qū)域電網(wǎng)的平均供電排放因子。對(duì)城市物質(zhì)流需求采用生命周期法或碳足跡法進(jìn)行核算，以更完整地體現(xiàn)城市實(shí)際消費(fèi)產(chǎn)生的排放。

4．3 數(shù)據(jù)收集

溫室氣體排放量核算需要收集各排放源的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)和排放因子數(shù)據(jù)。在城市溫室氣體排放源活動(dòng)水平數(shù)據(jù)收集方面，通常應(yīng)將官方統(tǒng)計(jì)資料(如統(tǒng)計(jì)年鑒、普查及調(diào)查數(shù)據(jù)等)作為最權(quán)威的數(shù)據(jù)來源，此外還應(yīng)通過多種渠道進(jìn)行補(bǔ)充，如部門與企業(yè)的實(shí)地調(diào)研、企業(yè)排放報(bào)告、問卷調(diào)查數(shù)據(jù)及公開發(fā)表的文獻(xiàn)等。排放因子的確定方法主要包括:IPCC指南中推薦的缺省排放因子、國(guó)際排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)及公開發(fā)表的文獻(xiàn)等。

4．4 清單不確定性分析

中國(guó)城市溫室氣體清單編制方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)薄弱，部分活動(dòng)水平指標(biāo)尚未納入統(tǒng)計(jì)體系，現(xiàn)有的能源統(tǒng)計(jì)缺乏詳細(xì)的分部門、分設(shè)備、分燃料品種的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)。同時(shí)，由于城市邊界的開放性，一些物質(zhì)和能源的流動(dòng)缺乏相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)記錄，導(dǎo)致部分溫室氣體排放源信息較難獲取，不得不通過其他途徑進(jìn)行推算或估測(cè)，降低了計(jì)算精度。其次，由于地區(qū)性排放因子獲取工作的難度較大，多數(shù)部門的核算直接采用IPCC或ICLEI排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)，其排放因子不能準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)氐呐欧盘攸c(diǎn)。為降低清單不確定性，排放因子的選擇應(yīng)最優(yōu)先考慮地方實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，其次是國(guó)內(nèi)同類或相似地區(qū)數(shù)據(jù)和中國(guó)國(guó)家數(shù)據(jù);最后為IPCC指南等推薦的缺省值。

5 結(jié)論及展望

在全球氣候變化的大背景下，城市生態(tài)系統(tǒng)在溫室氣體減排活動(dòng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。編制城市溫室氣體排放清單是中國(guó)進(jìn)行低碳城市建設(shè)的基礎(chǔ)要求，也是城市承擔(dān)國(guó)際、國(guó)內(nèi)碳減排任務(wù)的出發(fā)點(diǎn)。然而，我國(guó)城市溫室氣體排放清單的編制工作面臨方法標(biāo)準(zhǔn)不一致、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取難度較大、可比性較低等實(shí)際困難，亟需大力開展適合中國(guó)城市特色的溫室氣體清單研究，在理論和方法方面加強(qiáng)探索，在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而推動(dòng)我國(guó)城市溫室氣體清單研究，進(jìn)而促進(jìn)城市低碳化進(jìn)程。

溫室氣體排放清單的研究方向可著眼于生命周期排放、空間分布特征及比較、時(shí)間動(dòng)態(tài)變化和可比性幾方面。首先，生命周期排放能夠完整清晰地評(píng)估產(chǎn)品及服務(wù)在全生命周期內(nèi)排放的溫室氣體，分辨在區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)但供給外部消費(fèi)產(chǎn)生的溫室氣體排放量，有助于公平區(qū)分區(qū)域之間碳排放責(zé)任，城市溫室氣體清單應(yīng)加強(qiáng)此方面的研究。其次，目前城市溫室氣體排放清單多著眼于核算分析同一城市不同部門之間的溫室氣體排放情況，較少進(jìn)行城市之間的對(duì)比分析。未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)東西方城市及同一國(guó)家不同規(guī)模城市溫室氣體排放清單的比較研究，研究城市級(jí)別、發(fā)展程度、形態(tài)變化等對(duì)溫室氣體排放量的影響，開展不同發(fā)展模式、發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)文化背景下溫室氣體排放與區(qū)域發(fā)展的關(guān)系研究等。第三，現(xiàn)有溫室氣體排放清單多按時(shí)間序列進(jìn)行逐年核算，對(duì)數(shù)據(jù)的需求量較高，有時(shí)難以得到逐年的排放因子。因此，未來應(yīng)加強(qiáng)溫室氣體排放數(shù)據(jù)獲取(活動(dòng)水平及排放因子)的研究，建立溫室氣體排放分部門、分燃料品種的詳細(xì)數(shù)據(jù)庫(kù);同時(shí)著眼于揭示主要排放源、排放部門溫室氣體排放量和排放強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化特征，分析溫室氣體排放與區(qū)域經(jīng)濟(jì)、人口等發(fā)展演化過程的內(nèi)在互動(dòng)機(jī)制和耦合關(guān)系。第四，目前溫室氣體清單核算及編制的方法學(xué)尚不統(tǒng)一，導(dǎo)致溫室氣體核算結(jié)果很難進(jìn)行比較。因此，未來研究應(yīng)加強(qiáng)城市溫室氣體清單核算工作中范圍確定、數(shù)據(jù)獲取、核算方法和報(bào)告格式等方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作，力求建立溫室氣體排放的統(tǒng)一指標(biāo)體系和分析框架，增強(qiáng)區(qū)域間溫室氣體排放清單的規(guī)范性和可比性。

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