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文献阅读 | 2025年基于演化的中国城市二氧化碳排放基准情景

LEEEP 能源环境经济与政策研究 2022-04-25

题目

Evolution-based CO2 emission baseline scenarios of Chinese cities in 2025

作者

Can Cui, ZhenWang, Bofeng Cai, Sha Peng, Yang Wang, Chengdong Xu

期刊

Applied Energy

时间

2021年1月

一作

单位

College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan, China.

链接

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116116



研究内容

      采取城市级的气候行动是减缓全球气候变化的必由之路,而低碳发展可以作为经济和气候的“双赢”解决方案。

      针对城市这一非线性演变的复杂系统,本研究创新性地提出了一种基于演化的城市排放情景(Evolution-based City Emission Scenario, ECES)模型,由基于不同时期多个城市排放的概率方法跟踪城市演化模式,以揭示各城市二氧化碳排放的基本演化规律。通过采用K-means聚类方法,将2005年和2015年的中国城市及部分外国城市划分为五个发展阶段集群,在分析各阶段集群演化模式的基础上,提出了在自然演化情景中估计2025年排放强度变化趋势的两个指标,并讨论了城市低碳发展的政策建议(包括城市的低碳发展道路优化、与类似城市合作)。



研究发现

历史:2005年至2015年城市群的演变

根据具有社会经济和排放相关归因的k均值聚类结果,将2005年和2015年的城市分为五个聚类,即五个不同的阶段,如图1所示。随着经济的增长,人口、CO2排放量、人均排放量和单位GDP排放量均达峰后下降。

图2展示了不同阶段之间的演化概率,每个阶段的案例城市呈现不同阶段的特征。其中,处于第一阶段的城市GDP和排放量相对较低,拉萨市、桂林市、海口市和张家界市等旅游型城市往往停留在这一阶段,因为经济更多地依赖旅游业,而不非快速增长的高排放型行业;处于第二阶段(例如,保定市、大同市和克拉玛依市等资源型城市)和第三阶段(例如,银川市和南通市等具有复杂产业体系的城市)的是伴随着排放量不断增加的成熟型工业化城市,且第三阶段的城市得到了相对更加全面的发展,往往经济规模更大、产业结构更复杂;之后,处于第四阶段的城市开始了产业转型,第三产业成为了其经济复苏的支柱,同时,由于对高排放部门的依赖性降低,排放强度也呈下降态势;处于第五阶段的城市位于进化金字塔的顶端,即经济发达、碳排放低、人口稳定,而中国城市尚未达到第五阶段。

大多数城市遵循五个发展阶段中的主要演化链,即1→2→3→4→5。
图1  五个均值聚类和聚类规模的聚类中心
图2  2005–2015年城市发展阶段的演变

未来:2025年城市发展阶段和CO2排放

本研究建立了两个排放基准指标:一个指标(pmax)是假设城市以最大的概率发展到该阶段,并提供遵循当前模式以及下一阶段城市发展的城市排放基线;另一个指标(p)是将所有演变概率视为权重,以调整排放基准的估计值。

排放量基准如图3所示,通常处于第一阶段和第二阶段的城市人均排放量呈上升趋势,第五阶段的城市人均排放量呈下降趋势。面积大且供热和制冷需求低的城市在第四阶段的两个指标之间显示出不同的趋势,即第一个指标呈现温和的趋势,而第二个指标考虑了所有可能性并呈现人均排放量下降的趋势。然而,对于处于第三阶段的城市,尽管第一个指标由于该阶段的最大可能性而降低了人均排放量,但第二个指标表明,考虑到所有概率时人均排放量的总体趋势将上升。从这两个指标来看,处于第一阶段和第二阶段的城市的人均排放量趋于增加。

如上所述,处于不同阶段城市的人均估算排放量的两个指标有所不同,其中第一个指标呈现出更多的极端估算,第二个指标呈现出温和的估算。本研究建议考虑城市发展的所有可能性,第二个指标可能是其合理性的可参考基准。此外,由于未来政策将更加严格,因此采用减排政策的城市的实际排放量趋向于下降,而不是随着历史的发展而增长,这也意味着通过ECES建模的基准情景可以作为衡量城市政府减排政策效果的参考。

图3  不同自然条件(区域和供热和制冷需求)及2005年以来不同阶段的城市在2025年的排放基准。


进一步发展:沿发展链的案例

大多数城市遵循五个发展阶段中的主要演化链(即1→2→3→4→5),通过这些链可以预测城市的未来。以大面积城市为例,随着城市在未来找到自己的榜样,进化链将城市有条不紊地串起。由于中国城市目前仍在迈向最终的第五阶段,因此从第四阶段发展到第五阶段的案例城市都来自中国以外的国家。所选案例城市如图4所示。在考虑整个演化链时,沿链的城市具有相似的发展路径,这意味着从第四阶段发展到第五阶段的外国城市可以被视为中国城市在前几个阶段的未来。

如上所述,面积大且供热和制冷需求高的城市主要集中在中国北方(高海拔的拉萨除外)。如图4(a)所示,城市的演化链是一场从资源开采和能源开采业到重型制造业和设备完善服务业的工业化进程。而与供热和制冷需求高的城市不同,需求低的城市都在华南地区,入选的城市都是旅游城市,对重工业的依赖程度较低(图4(b))。

尽管案例城市在整个发展过程中呈现一条跟随性链条,但并不意味着城市必须“逐步”发展。由于阶段一至五的进化链显示了最可能的方法,但不是唯一的方法,因此一些城市(包括银川市、南通市和深圳市)可能跳过了某些阶段,提前完成了转型。这些城市通过优化产业结构并寻找合适的榜样城市,实现曲线超车,例如避免高排放阶段二或三,并提前达到CO2排放峰值。


图4  高面积城市的演化链


编辑:陈文君

排版:陈文君 江琴

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