文献阅读 | 人口老龄化背景下1.5°C - 2°C气候路径对空气质量和健康的影响:多模型情景分析

题目

Air quality and health implications of 1.5 °C–2 °C climate pathways under considerations of ageing population: a multi-model scenario analysis

作者

Peter Rafaj, Gregor Kiesewetter, Volker Krey, Wolfgang Schoepp, Christoph Bertram, Laurent Drouet, Oliver Fricko1, Shinichiro Fujimori, Mathijs Harmsen, Jérome Hilaire, Daniel Huppmann1, Zbigniew Klimont, Peter Kolp, Lara Aleluia Reis and Detlef van Vuuren

期刊

Environmental Research Letters

时间

2021年3月

一作

单位

International Institute for Applied Systems Analysis, Schlossplatz 1, A-2361 Laxenburg, Austria

链接

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/abdf0b

研究背景

《巴黎协定》的核心目标是全球为应对气候变化加强协作与努力，在本世纪内将全球温升幅度控制在相对于工业化水平前的2摄氏度以内。研究表明，为实现《巴黎协定》的目标，能源和土地利用系统需要进行重大变革，具体包括：(a)在本世纪中叶左右，实现全球二氧化碳净零排放，同时大幅削减非二氧化碳温室气体(GHGs)排放;(b)通过减少能源需求、能源供应脱碳和终端使用电气化等方式重构能源系统(c)大幅减少农业温室气体排放(d)直接消除大气中的二氧化碳(e)社会转向对土地和温室气体密集型产品的低需求模式。

许多研究指出，上述严格的气候目标可能会对空气污染和相关的健康影响产生巨大的协同效益，而协同效应的潜力也随着碳减排目标的雄心水平而增长。量化气候目标对空气质量的影响对决策者尤为重要，因为空气污染对人类健康造成了严重影响，目前全球空气污染是与环境污染相关的最大健康负担。空气污染造成的健康风险严重影响着城市和农村社区，室内和环境空气污染造成的总死亡率负担排在第5位，仅次于饮食、高血压、烟草和糖尿病风险。本研究通过对1.5 度和2度路径下的空气污染协同影响进行多模型耦合分析，推进正在进行的研究。

研究方法

本研究使用GAINS模型评估气候减缓路径对空气污染相关的影响，其中对社会经济活动的基本预估来自五个全球综合评估模型(IAMs):

(a) AIM/CGE模型

(b) IMAGE模型

(c) MESSAGEix-GLOBIOM模型

(d) REMIND-MAgPIE模型

(e) WITCH-GLOBIOM模型

情景设置：

研究结果

一、全球空气污染物排放趋势

本研究主要关注环境PM_2.5的三种主要贡献者，一次颗粒物(PM_2.5)和二次颗粒物(SO₂和NOx)的前体物。由于目前的空气质量立法，在NPi情景下，到2030年，这三种污染物的排放量保持持平或下降(图1)，但如果没有进一步的空气污染控制或更严格的气候政策，SO₂和NOx的排放量将在2050年增加。到2050年，PM_2.5排放量的增加对所有情景来说都不太明显。NDC情景下的排放量低于NPi情景，但2030年以后的增长趋势仍与参考情景接近。在2度情景下，相对于NPi，排放显著下降，在1.5 C情景下，则降幅更大，与2015年相比，SO₂和NOx的降幅约为20% - 40%，PM_2.5的降幅约为10% - 30%。与PM_2.5相比，五种情景对SO₂和NOx的减排幅度更大，表明不同情景在能源系统重组方面存在显著差异。将1.5摄氏度的气候目标与MFR控制策略相结合，可使每种污染物在2030年前迅速减少(70% - 80%)，并将这种减少保持到2050年。

图1 空气污染物排放趋势

二、减排成本对比

在NPi情景下，2050年减排成本达到0.7-0.95万亿欧元，而在2度情景下，结合CLE假设，减排成本降低了25% - 50%，在1.5 C情景下降低了40% - 70%。如图2所示，节省成本的主要部分是运输部门，其次是发电和工业。在1.5 C + MFR的情况下，由于采用了成本更高的措施，成本协同效益显著降低，这是因为这些措施还控制了不直接受气候目标影响的空气污染(例如工业过程和废物)。

图2 减排成本相对NPi情景减少量

三、空气质量

为了量化对环境PM_2.5浓度和相关死亡率的影响，我们将重点放在亚洲，因为该地区的政策高度相关。这样就可以更详细地分析一个非常多样化的世界区域的国家水平差异，该区域包括世界上环境PM_2.5暴露量最高的几个国家。图3显示了计算出的2015年PM_2.5浓度，2050年NPi的预计浓度，以及在1.5℃和1.5℃+ MFR情况下的减少量(根据MESSAGE的结果)。据估计，印度北部、中国东北部、巴基斯坦和阿富汗部分地区的印度河-恒河平原在2015年和2050年的浓度水平最高。前两个区域的浓度在1.5℃、1.5℃+MFR情景中明显下降，与之相反，西亚以及中国北部和蒙古的部分地区的高浓度主要受到风沙的影响。因此，即使像2050年政策情景那样，人为排放大幅减少，这些地区的浓度也不会显著下降。然而，这些作为PM_2.5热点出现的干旱地区大多人口稀少，因此对总体人口暴露作用不大而一些城市污染热点由于面积太小，很难在区域地图上显示出来。

图3 通过亚洲人为源及自然源排放模拟的PM_2.5浓度

四、人口老龄化对健康的影响

在分析与空气质量相关的未来过早死亡率预测时，对长期趋势判断需要谨慎。以2015年至2050年归因于环境PM_2.5暴露的总死亡人数的变化为例。PM_2.5前体排放在不同情景假设下的变化已在上文描述。然而，除了纯排放相关的变化，人口变化发挥了主要作用。排放决定了环境PM_2.5的空间分布，而暴露量则是环境PM_2.5乘以人口，因此随着城市化进程人口格局的变化，暴露量也会发生变化。如果我们把过早死亡的绝对数字量化，那么人口的绝对规模就很重要。最后，人口老龄化导致更多人处于基线死亡率高的脆弱年龄组，因此可归因于过早死亡的人数也更高。

图4 人口加权平均PM2.5浓度及死亡率

研究结论

本文从多模型的角度总结了符合《巴黎协定》关于空气污染和相关健康影响目标的低碳路径的含义。根据1.5 C和2 C气候目标的5个IAMs得出的主要空气污染物轨迹显示，相对于目前的排放水平以及与国家减排政策所实现的适度减排相比，主要空气污染物的下降趋势强劲。到2050年，在低碳情景下，一次PM2.5和前体污染物排放量将比2015年减少约三分之一。如果将脱碳政策与雄心勃勃的空气污染控制相结合，这些减排将增加一倍以上。此外，在1.5 C + MFR情景下，随着IAMs模拟的全球能源系统的结构变化，到2040年，空气污染物和二氧化碳的总减少量几乎成比例。空气污染排放部门对总体减排的贡献是特定于污染物的。电力部门和工业部门是减少硫排放最重要的部门，而道路运输部门则是减少氮氧化物排放的关键部门。居民区的生物质燃烧是PM2.5的主要来源，但该来源受气候策略的影响较小，需要通过包括清洁能源获取政策以及加速部署高效烹饪和加热设备在内的多种措施来解决这一部门的权衡风险。

情景分析表明，亚洲新兴国家，其次是非洲和中东，可能从温室气体减排带来的空气污染减少中获益最多。与此同时，潜在的共同利益取决于空气质量立法和排放标准的执行速度。到2050年，实施附加控制措施以将空气污染物控制在符合CLE标准的水平将花费全球经济1万亿欧元，相当于全球GDP的0.6% - 0.8%(取决于特定模型的假设)。对污染最严重的部门进行脱碳会使这些支出减少一半，然而，如果在不考虑成本的情况下应用最有效(和昂贵)的技术，经济共同利益就不那么明显。

编辑：吴凯

排版：吴凯

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