文献阅读 | 中国城市尺度跨部门碳减排及健康效益评估

题目

Urban cross-sector actions for carbon mitigation  with local health co-benefits in China

作者

Anu Ramaswami, Kangkang Tong, Andrew Fang, Raj M. Lal, Ajay Singh Nagpure, Yang Li, Huajun Yu, Daqian Jiang, Armistead G. Russell, Lei Shi, Marian Chertow, Yangjun Wang and Shuxiao Wang

期刊

Nature Climate Change

时间

2017年10月

一作

单位

University of Minnesota System University of Minnesota Twin Cities Univ Minnesota, Twin Cities Campus, Minneapolis, MN 55455 USA.

链接

https://www.nature.com/articles/nclimate3373#Sec5

研究背景

城市住宅、商业、工业、交通等基础设施部门的能源消费与全球超过70%的二氧化碳排放有关。此外，与化石燃料相关的细颗粒物(PM_2.5)造成的室外/环境空气污染导致了全球470多万人过早死亡，其中大多数发生在人口密度高的城市地区。因此，减少化石燃料使用的城市战略在实现全球碳减排和地方健康保护目标方面具有巨大潜力。然而，由于以下三个主要原因，使得量化城市级别碳排放和健康协同效益的潜力十分具有挑战性：

1. 缺乏城市尺度能源供应和能源消费的数据，尤其是考虑到城市异质性；

2. 现有模型尚未能量化废弃能源、材料再利用等形式的能源效率提升方面；

3. 很少有模型可以在城市尺度上衡量碳排放以及PM_2.5协同效益

研究方法

本研究构建了中国637个城市的中国城市工业基础设施(CCII)数据库，开发了基于多区位数据的共生潜力评估算法，进一步推进了包含城市内、城市间、内陆地区、国家多个级别的多尺度联系系统，以量化城市工业跨部门交互形成的脱碳和健康效益，见图 1。

图 1. 多尺度联系评估模型基本架构

本研究强调了跨界污染建模的重要性，因为即使城市减少了其边界内的燃料燃烧和相应的PM_2.5排放，但当地空气中的PM_2.5浓度也会受到周边污染地区风力传输PM_2.5的影响，反之亦然。本研究的健康效益，即降低每个城市的PM_2.5浓度而避免的过早死亡，是通过该城市的年龄分布人口应用浓度响应函数进行计算。因此，本文开发并实施了一种多尺度集成的系统建模方法，将城市中的各种人类活动(单个部门、跨部门、使用和生产)与多尺度燃料使用减少、碳减排模型、PM_2.5大气运输模型和健康风险定量联系起来。

研究结果

图 2. 中国二氧化碳减排潜力：基于单一部门能源

实现2010-2015五年计划和跨部门工业共生

研究结果表明，如果中国2010年五年计划(FYP)的单一部门效率目标(表1)完全实现，那么与2010年基准情景相比，中国减少了9.0%(7.54亿吨)的二氧化碳排放，其中65%(4.9亿吨)发生在城市中，见表1。在这基础上，如表2所示，如果实施城市跨部门共生干预，会额外减排2.7亿吨的二氧化碳，与基准情景相比，又多下降3.1%（图2）。额外的36%(270吨)的二氧化碳减排量揭示了城市工业共生化是一个重要的脱碳策略，应该被纳入未来能源模型。此外，中国192个城市的工业废热完全可以支持住宅商业建筑供暖的能源使用。大量的低品废热仍未得到利用，可用来为未来的新建筑供暖/制冷。在先进的区域能源系统中，低品余热的再利用成为共生的主要因素，在工业废热输出中占主导地位。

表1. 五年计划(FYP)情景相对于基准情景的碳减排和能源消费对比—传统单部门效率的影响

表2. 五年计划(FYP)情景相对于基准情景的碳减排和能源消费对比—城市工业跨部门合作的影响

PM_2.5的影响和健康效益：标准化的每单位地理区域所有部门(不包括农业)在基准情景下，PM_2.5年排放总量在1-30.6克/立方米。在与基准情景相比，整个中国城市地区如果采用“假设能效+工业共生”方案，每年过早死亡人数将减少为47230人。这一估计可能是保守的，因为我们没有考虑到工业中由气态SO2和NOx排放形成的二次PM_2.5，在实现单部门效率提升和跨部门(材料和能源)共生战略的情况下同样可以得到减少。

减碳与健康协同效益在各个城市的空间分布产生了有趣的结果。研究发现，PM_2.5空间排放强度(PM_2.5 /单位空间)与二氧化碳空间排放强度高度相关（R²=0.9)，这可能是由于两者都与燃料使用都紧密联系。但值得注意的是，PM_2.5浓度的削减(以此计算避免过早死亡率)与PM_2.5排放强度的降低相关度相对较低(R² = 0.65),这可能是由于省际间跨界空气污染传输。由于这种空气污染动态，以及637个城市的人口年龄结构不同，在本研究的模型结果中，只有175个城市的二氧化碳收益和健康收益均高于平均水平，见图3。这是一个重要的、与直觉相反的结果，对协同效益分析很重要，即城市可能实现高水平的二氧化碳减缓(作为相对于基准情况的百分比)，但不一定会相应地避免高水平的过早死亡。

图 3. 中国大陆637个城市的碳减排和健康效益

编辑：吴凯

排版：吴凯 江琴

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