城市碳排放清单评估研究及案例分析，本文主要内容关键词为：案例分析论文,清单论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
引言
城市是全球温室气体排放的主要贡献者，地球上超过50％的人口居住在城市[1]，虽然城市地区面积仅占地球陆地总表面积的2.4％左右[2]，其对人为温室气体排放贡献却高达67％～80％[3-5]。因此，在全球城市化进程持续加快的背景下，开展城市碳排放清单研究，探索低碳城市发展路径，不仅符合全球“低碳化”的发展趋势，也是落实国家提出的温室气体减排目标的必然要求。
当前，许多发达国家城市开展了温室气体核查和减排活动，如伦敦、纽约、多伦多、巴塞罗那等[6～9]。研究学者从时间序列、生命周期、影响因素以及污染物协同账户等角度出发，分析城市温室气体排放情况。我国温室气体排放量估算始于20世纪90年代初，国家科学技术部和原国家环保总局等部门牵头完成国家层面的多项气候变化方面研究。在城市尺度上的研究较少，且多采用国外排放因子和系数，属于简单的应用型研究[10]。杨谨[11]以重庆市为例，考虑主要能源活动、工业、废弃物处置、农业、畜牧业、湿地过程和林业碳汇，核算排放总量和强度，剖析重庆温室气体排放结构和现状。叶有华等[12]研究高度城市化地区的碳汇资源特征，从碳汇资源保护、建设和品质提升、服务交易等角度提出城市碳汇资源的主要策略。王昕[13]等根据 IPCC国家温室气体指南，对上海能源消耗产生的温室气体排放进行研究，并提出相应的减排措施。2008年，北京市对固定燃烧源、土地利用变化、森林碳汇等更多排放源进行了大量数据采样、排放因子分析工作，获取了更加精细的城市排放清单[14]。在低碳生态城市建设方面，国家住房和城乡建设部与世界自然基金会已联合推出“低碳城市”模式，并以上海和保定两市为试点。随后，北京、江苏、浙江、广东、山东、四川等多个省市也纷纷提出低碳城市建设规划。
可见，目前许多城市已展开城市尺度的温室气体排放评估工作，集中于二氧化碳排放的基线分析、未来情景比较、减量方法和范畴确定等方面[15]。相比而言，我国城市规划与设计领域的碳排放核算和评估工作尚处于起步阶段[16～17]，针对中观尺度规划设计的碳排放评估问题，无论是基础研究还是应用研究的成果都十分有限。
因此，本研究从定量的角度入手，在国家发改委2011年5月发布的《省级温室气体清单编制指南》所提供的核算方法基础上，编制了深圳市的碳排放清单，以掌握碳排放现状、排放源及结构，探讨城市碳排放量空间分布情况的可视化模拟表达，从而推动低碳城市规划与设计方法的创新。
1.研究方法及数据来源
1.1 案例区介绍
基于快速城市化背景，以及人口与经济高速发展的显著特征，研究选取高度城市化区域——广东省深圳市作为研究对象。深圳市东临大亚湾与惠州市相连，西至珠江口伶仃洋与中山市、珠海市相望，南至深圳河与香港毗邻，北与东莞市、惠州市接壤。全市陆域总面积1958.24k
，海域面积1145k，陆域范围为东经113°46′～114°37′、北纬22°27′～22°52′，海域范围为东经113°39′～114°38′、北纬22°09′～22°51′。年均气温22.3℃，年均降水量1924.7mm，年均日照时数2060h，年均太阳辐射量5225MJ／。气候类型属于亚热带海洋性季风气候，主要植被类型为亚热带常绿阔叶林。
1.2 深圳市碳排放核算清单
在国家发改委2011年5月发布的《省级温室气体清单编制指南》提供的核算方法基础上，分析深圳市2011年的温室气体排放结构及特征。其碳排放清单包括能源排放、工业活动、农牧业、土地利用变化与林业以及废弃物处理五大方面。其中，在能源活动中，又包括能源加工转换、工业、交通运输、建筑和居民生活五个层面；而在工业活动中，本研究主要关注水泥生产、石灰石生产、钢材生产和电石生产四大工业产品生产过程；在农牧业方面，侧重点为稻田和农用地；土地利用变化与林业只针对于森林和其他木质生物质碳储量；最后，在废弃物处置方面，包括固体废弃物和废水两个子方面(图1)。
图1 深圳市城市碳排放清单框架
1.3 深圳市碳排放核算方法
能源活动的计算主要借鉴省级能源活动化石燃料燃烧温室气体清单方法学(即IPCC方法1)。深圳市的能源活动主要是化石燃料燃烧活动，分部门的排放源可分为：农业部门、工业和建筑部门、交通运输部门、服务部门(第三产业中扣除交通运输部分)、居民生活部门。其中工业部门可进一步细分为钢铁、有色金属、化工、建材和其他行业等，交通运输部门可进一步细分为民航、公路、铁路、航运等。
工业过程中非化石能源燃料燃烧引起的排放，主要来自于水泥、钢铁生产过程的化学反应，其中水泥的生产过程碳排放量最大，因此本研究主要考虑水泥生产过程碳酸钙的分解产生的温室气体，此处温室气体种类主要考虑
的排放。
农业活动中温室气体来源主要包括反刍动物消化道、动物粪便管理过程和稻田的
排放，以及农田及动物粪便施用过程中的
的排放。本研究主要考虑反刍动物消化道、水稻田的排放。
固体废弃物处置过程中的排放主要考虑两个方面：城市生活固体废弃物处置、城市工业生产废水。其中工业废水的核算方法根据《2006年IPCC指南》推荐的方法1；由于国内主要以填埋作为废弃物处理方式，城市生活固体废弃物排放的估算主要计算的是废弃物填埋过程中的排放，采用 IPCC推荐的基于一阶衰减的方法。为了统一计算结果，将农业活动和固体废弃物处置产生的转化为排放。
林业温室气体碳汇主要包括在林地土地利用类型不变的前提下，生物量增长引起的碳汇增加。
1.4 数据来源
能源加工与转换中的油气开采加工、公共电力与热力、炼焦煤制气等数据均来自《深圳市统计年鉴2011》。工业中钢铁、有色金属、化工、建材及其他数据均来自《深圳市统计年鉴2011》。交通运输碳排放量中公交出行耗能按照《深圳市统计年鉴2011》中公交车车辆数，计算出公交车年行驶里程，再根据每百公里耗油量折算出总能耗，最终计算出相应能耗的排碳量，出租车、轨道交通、私家车的排碳量也采用相同的计算方法。建筑碳排放量中建筑施工阶段房屋施工面积来自《深圳市统计年鉴2011》，建筑使用阶段电力、天然气、液化石油气数据来自《中国城市统计年鉴2011》。居民生活用能中电力、天然气、液化石油气和煤炭数据来自于《深圳市统计年鉴2011》。
关于研究中碳排放清单的各排放因子数据，一次能源的排放缺省因子采用IPCC(1996)的赋值。本研究中，对电力估计采用实际能源消耗原则，该原则考虑能源的实际使用，即电力和热力能源最终消费是基于生产地区的能源投入来估计。假设火电的一次能源消耗全是煤炭，那么排放量是供电标准煤耗校正因素366g标准煤/千瓦时计算的。可再生能源的 排放因子设为零。通过换算，原油的碳排放因子为2.973t/t，汽油的碳排放因子为2.907t／t，柴油的碳排放因子为3.097t/t；燃料油的碳排放因子为3.157t/t；天然气的碳排放因子为21.14t/万
；液化石油气3.091t/t；原煤的碳排放因子为1.825t／t；电力的碳排放因子为7.14t/万kwh；煤油的碳排放因子为3.15t/t。水泥生产过程中排放采用《1996年IPCC清单指南》推荐的排放因子为0.538t/t。
各种圈养牲畜消化道发酵的排放因子，采用IPCC06指南的缺省排放因子；水稻田的排放因子参照研究地的土壤类型、水稻品种、气候等特点，采用IPCC06指南的缺省排放因子。废水处理采用IPCC06指南推荐的方法1，缺省最大产生因子取值0.25kg／kgCOD；固体废弃物参照IPCC06指南的亚洲和中国缺省因子。根据深圳市森林资源清查资料，获得深圳市内乔木林按优势树种(或树种组)划分的面积和活立木蓄积量；疏林、散生木、四旁树蓄积量，灌木林、经济林和竹林面积等，其碳汇系数分别为，林地6.446t/(h×a)，耕地5.01t/(h×a)；草地3.37t/(h×a)；湿地2.16t／(h×a)。
2.碳排放清单研究结果
2.1 碳排放现状分析
根据以上清单编制计量方法和排放因子值，计算结果为表2。
(1)能源加工转换的碳排放
能源加工转换中包括油气开采加工、公共电力与热力和炼焦、煤制气三项，经过计算碳排放量为6362820t，其中公共电力与热力一项的比例占80％以上。可见，深圳市的能源结构中，传统能耗较高，属于高耗能、高排放的模式。
(2)工业碳排放
将工业分为钢铁、有色、化工、建材、建筑等，由于分部门的能源活动数据难以获得，通过《深圳市统计年鉴》中整个工业的能源活动数据计算工业行业消耗能源的碳排放，计算得到工业的总碳排放量52476295t，占整个城市碳排放的46％。
(3)交通碳排放
计算结果表明，交通的总碳排放量为9816217t。交通碳排放的构成中，私家车的碳排放占比最高，7434614t，占交通碳排放量的比例高达到86％；其次是出租车的碳排放量，为1009586t，约占11％；公交车和轨道交通的碳排放为155186t，仅占2％左右。可见公共交通出行方式仍有很大的发展空间，应转变为绿色交通模式。据悉，深圳市正加强公共交通领域新能源、新技术的推广应用，2013年该市能源公交车将达4000辆，占全市公共交通车辆比例近三分之一。
(4)居民生活碳排放
居民生活用能主要消耗电力、天然气和液化石油气，居民生活的总碳排放量为6986963t。从结构来看，电力消耗是主要的碳排放来源，占总量的80％，而天然气和液化石油气两项共占20％。
(5)建筑碳排放
建筑主要考虑公共建筑中的办公建筑和民用建筑，包括建筑施工和建筑使用两个阶段的碳排放。其中办公建筑的碳排放量为13935831t，占56.5％，民用建筑的碳排放量为10571169t，占42.9％；相比之下，囿于数据所限，计算得到的建筑施工碳排放仅为116023t。
综合以上，由于高度城市化，深圳市的农业、土地利用等碳排放量比较少，碳排放清单研究主要针对能源活动的化石燃料燃烧活动开展(图2)。结果显示，深圳市总碳排放量为113304000t，其结构比例为：能源加工转换包括油气开采加工、公共电力与热力和炼焦、煤制气三项其碳排放量为6362820t，占总碳排放量的6％；工业分为钢铁、有色、化工、建材、建筑等，碳排放为52476295t，占总碳排放量的46％；建筑主要考虑公共建筑中的办公建筑和民用建筑，包括建筑施工和建筑使用两个阶段的碳排放，建筑碳排放量为24623024t，占22％，建筑能耗还具有一定的节能空间；交通运输主要考虑公交车、出租车、轨道交通和私家车的碳排放，排放量8599396t，占8％；居民生活的碳排放量，比例为6％。此外，其他的能源消耗所造成的碳排放占总比例的12％。以上结果与深圳市的经济结构、城市化进程特征相符。
图2 深圳市碳排放源构成百分比(2010年)
2.2 碳排放空间布局显示结果
研究运用GIS集成相关技术，将碳排放因子数值进行多重叠合，对研究区域的面积碳排放量的分布情况进行空间可视化表达。
(1)碳排放分布情况
研究结果显示(图3)，高碳排放区域主要集中于深圳市西南部的沿海地区，以及内陆的平原地区，如福田区、罗湖区，以及南山区的沿海地带。这与深圳市的用地发展方式相符，该片区域的人口和建筑密度较大，经济和工业活动较多：福田区是深圳市委、市政府所在地，是深圳市行政、文化、信息、国际展览和商务中心；罗湖区是深圳市开发较早的商业中心区，也是深圳市的中心城区之一；南山区是深圳市高新技术产业基地，沿岸地区开发强度较大。中低碳排放区域主要集中于内陆地区的山地、草地、林地、湖泊以及城市内部的公园水域等绿化率较高的地带，如宝安区的山地部分、龙岗区的沿岸林地、盐田区的林地等。可见，碳排放量与经济发展水平和工业发展活动密切相关，城市内部的绿地和湖泊有利于降低碳排放量。
图3 深圳市碳排放分布图
(2)碳汇分布情况
研究区土地利用覆盖分类数据来源于中科院资源环境科学数据中心，利用ENVI对深圳地区TM多光谱波段数据进行解译，选择研究区对应的样本点，结合实地调查、土地利用等资料，解译得到深圳土地利用覆盖数据，最后进行数据转换得到 ArcGIS能够识别的数据类型。
通过碳汇计算模型，运算结果表明深圳市的林地碳汇吸收能力为200.47万t，耕地为4.49万t，草地为2.11万t，湿地为12.5万t。由碳汇分布图(图4)可以看出，深圳市各地区碳汇水平差异较大，碳汇水平的高低受当地地理环境、植被分布、地形的影响，并与经济发展水平和工业活动相关。与碳排放分布图相对应，深圳市高碳汇区域主要位于林地、草地、湖泊分布区，如龙岗区的沿岸林地、宝安区中部山地等，这些地区植被丰富、碳吸收量较大，碳汇相对较高。相比之下，林地、草地资源匮乏，经济开发强度较大的区域，如南山区沿岸地带、福田区北部、罗湖区西部，以及盐田区中部沿岸地区，碳汇水平较低。可见，地区碳汇水平与当地植被和经济开发水平密切相关：植被越多，碳汇水平相对越高；经济开发强度越大，碳汇水平相对越低。
图4 深圳市碳汇分布图
(3)地均碳排放密度分布
根据碳排放与碳汇的数据结果，对GIS数据进行空间属性赋值，通过对深圳市土地利用覆盖数据均匀添加一定量的离散点，在满足数据精度要求的前提下对已赋值的离散点进行空间插值，插值采用IDW(反距离权插值)方法，利用GIS空间叠加分析方法，将已生成的深圳市碳排放与碳汇分布图叠加，得到深圳市地均碳排放密度分布(图5)。
整体而言，深圳市地均碳排放密度处于中等水平，区域整体低碳效果较好。碳排放密度较大的地区主要集中于沿海经济开发强度大、人口和建筑密度较大的区域，南山区沿岸地带、福田区、罗湖区东部和盐田区中部沿海地区共同构成了深圳市沿岸“碳排放高密度”区域，这与高能量密度及高强度活动特征的城市用地发展方式相符。而龙岗区海岸林地、南山区内陆山地以及宝安区中部山地共同构成了深圳市内陆“碳排放低密度”区域，这与林地、山地的分布特征相符。
图5 深圳市地均碳排放密度(排放密度)
3.结论
根据城市碳排放清单核算及空间分布结果显示，城市土地的开发强度、交通组织模式、可再生能源利用的潜力与碳排放、碳汇规模关联性较强，在城市建设、经济开发活动、相关政策制定等方面应给予重点关注。(1)针对“高碳排放”区域，在后续的开发建设和管理过程中应强化各相关专业之间的配合，尽量避免由高密度空间组织模式所导致的碳排放量的增加，进一步控制和优化该区域的空间形态和生产生活方式；(2)针对碳增汇区域，在后续过程中应保持现有的低碳发展优势，避免人为活动对自然碳汇系统的干扰和破坏；(3)针对低碳排放区域，在后续开发建设过程中应重点监督低碳措施的落实和实施情况；(4)注重公众参与和日常的低碳宣传与引导，可以进一步促进低碳生态社区城区的形成；(5)城市内部的经济开发强度较大的低碳汇区，应加强对工业污染的控制，并且可以通过增加草地、水域面积，如公园、广场等方式，来增加碳汇；(6)高碳汇区的林地、山地、水体等一般生态较为脆弱，应避免过度的经济活动造成高碳汇区的衰减，可以因地制宜地发展污染较小、生态效益较好的高新技术产业和电子设备加工业等。