城市溫室氣體排放清單編制研究進展

李 晴，唐立娜，石龍宇

(中國科學院城市環境研究所城市環境與健康重點實驗室，廈門 361021)

全球氣候變化已成為當前科學界和國際社會普遍關注的熱點問題［1］，“發展低碳經濟”作為協調社會經濟發展、保障能源安全及應對氣候變化的基本途徑，已經得到各國政府的普遍共識［2］。當前全球廣泛開展的溫室氣體減排談判、減排活動及減排貿易等行動，均需依賴于對人為溫室氣體排放量的精確評估。城市具有人口集中、產業集中、物流集中、資源與能源消耗集中的特點，其溫室氣體排放量占人類活動總排放量80%以上［3］。城市化和城市擴展過程會對生態系統碳循環和氣候變化產生深遠影響;反過來，碳循環過程和氣候變化也會影響城市生態系統的結構及功能。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實意義。

然而，作為多要素、多層次的社會、經濟復合系統和人工生態系統，城市生態系統內部的碳過程與自然生態系統大不相同。因此，需要從整體上了解城市生態系統的碳排放特征與規模，認識城市系統溫室氣體排放的潛在驅動力和影響因素，從而明確城市生態系統內部的碳循環過程及其與社會經濟過程的相互作用，有利于采取切實有效的管理措施，促進低碳城市發展目標的實現。

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、排放結構和排放特征。2008年，國家發展和改革委員會啟動中國省級應對氣候變化方案項目，其基礎工作就是要求各省(自治區、直轄市)對城市溫室氣體排放量進行核算。然而，中國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、規范的城市溫室氣體研究方法和指標體系。本文概述了城市溫室氣體排放清單的主要參考編制方法，介紹了現有城市溫室氣體清單的編制案例，概括了國內外城市溫室氣體清單、城市溫室氣體清單與國家溫室氣體清單在關鍵排放源、編制模式、方法體系等方面的差異;在此基礎上結合我國城市實際，對適合中國城市的溫室氣體清單編制方法進行了探索，并針對清單編制過程中存在的具體問題提出了建議，以期推動我國溫室氣體清單編制進程。

1 城市溫室氣體排放清單編制方法

目前國際城市的溫室氣體清單編制方法主要參考聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)有關溫室氣體清單編制的指南和方法論(IPCC)、地方環境舉措國際理事會(ICLEI)方法學以及《城市溫室氣體排放測算國際標準》等。

1．1 IPCC 方法學

IPCC指南提供了編制國家溫室氣體排放清單的通用方法、計算公式和可供參考的基本參數，對城市溫室氣體清單編制具有較高的參考價值和指導意義。指南將溫室氣體核算分為四大部分，即:能源，工業過程和產品使用，農業、林業和其他土地利用，以及廢棄物。從基本方法出發，使用參考方法和部門方法兩種核算方法進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為活動水平，即有關人類活動發生程度的信息;EF為排放因子，即量化單位活動排放量或清除量的系數。

(2)IPCC參考方法

參考方法是IPCC指南和優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指燃料表觀消費量，即生產量與凈進口量的和;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部門或行業進行分類核算，計算公式如下:

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、含碳量和技術設備條件;ET為城市CO2總排放量。

1．2 ICLEI方法學

ICLEI探索并建立了城市溫室氣體清單編制體系，提供了一種簡單、標準化的溫室氣體排放量計算方法和監測、衡量方法［4］，并開發了CACP軟件工具，供加入ICLEI組織和城市氣候保護行動(CCP)運動的城市使用。

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水平與相對應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據，利用能源消費量和碳排量之間的直接相關關系以及對應的排放因子，精確計算出每種能源的CO2排放量。CACP軟件還能夠把溫室氣體排放量轉化為CO2當量，以實現各部門之間的直接比較［5］。

1．3 城市溫室氣體排放測算國際標準

2010年3月23日，在里約熱內盧舉行的第五屆世界城市論壇上，聯合國環境規劃署(UNEP)、聯合國人居署(UN-HABITAT)及世界銀行聯合發布了《城市溫室氣體排放測算國際標準(草)》，人口在100萬以上的城市可參考此標準進行溫室氣體排放測算。該標準的核算方法與IPCC及ICLEI組織的溫室氣體核算方法相一致，但對城市溫室氣體排放測算尺度進行了詳細劃分，將城市溫室氣體排放過程具體分為3個尺度，如表1所示［6］。

標準規定:尺度2和尺度3中的溫室氣體排放過程涉及城市消費的主要材料、能源、產品等多個領域，活動水平數據不易獲得，核算難度較大;但城市溫室氣體清單對這部分的計算至少應包括城市發電和區域供暖產生的邊界外排放(包括傳輸損失)、航空和水運產生的碳排放以及城市產生的廢棄物在邊界外處理引起的碳排放。城市消費的燃料、建材、食物、水等物質中隱含的碳排放也應核算并以附加信息形式公布，不需包含在城市總排放量當中。城市由于輸出電力、熱力以及輸入廢棄物產生的排放應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 現有城市溫室氣體排放清單編制案例及分析

國內外大部分城市溫室氣體清單多分部門核算溫室氣體的時間序列排放，以較直觀地分析各部門的排放量及變化趨勢，更有效地評估減排效果。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一的規范和方法學。一些城市直接采用國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計劃綜合采用IPCC自上而下和自下而上的方法，精確構建了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行動的部分城市采用ICLEI組織的標準化計算方法對城市溫室氣體排放量進行核算，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容見表 2。

表2 國外部分城市溫室氣體排放清單主要內容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容范圍、詳細程度、部門劃分、核算方法均存在區別，即使核算時對溫室氣體核算采用IPCC或ICLEI統一框架，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，導致城市之間的溫室氣體排放量核算結果難以進行客觀對比。

我國部分省市也陸續出臺了地區性質的應對氣候變化方案。這些研究主要集中于利用IPCC指南、基于政府能源統計數據對較大城市［13-16］各部門或者各行業能源消費的CO2排放量進行估算，或者利用各種模型對能源系統CO2排放的現狀、趨勢及減排潛力進行模擬。但由于城市定義及范圍上的差異［17］，我國與西方城市的溫室氣體清單核算結果還較難進行比較。

3 城市溫室氣體排放清單編制方法特點分析

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

可見，多數城市溫室氣體核算沒有完全涵蓋IPCC基本排放源［17］，清單的核心核算內容多為電力、供暖、交通以及廢棄物處理。同時由于HFCs、PFCs和SF6的數據獲取較難，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 國家溫室氣體清單與城市溫室氣體清單對比Table 3 Comparison between national and urban GHG emission inventories

國家清單多采用基于生產的編制模式，使用自上而下方法進行核算。即收集整個研究區域的排放強度和排放源活動水平，核算所有位于區域行政管制邊界內的排放源直接產生的溫室氣體。而城市作為開放型的經濟系統，城市內部、城市與城市外部不斷進行大量的能源和物質流動，其中的間接碳排放不容忽視［18;19］。從排放責任的角度出發，基于生產的編制模式不能反映城市進口的二次能源(如電力、成品油等)中隱含的一次能源加工、轉換、運輸等過程中的溫室氣體排放量，而間接排放在評估溫室氣體排放責任上相對公平，因此城市多采用消費模式核算區域內最終消費的產品和服務中蘊含的排放量。同時，自下而上方法基于國民經濟各門類或行業劃分進行分類和計算，依據行業、技術、燃燒條件及燃料屬性等計算特定的排放因子，計算精度較高，能充分反映不同部門及行業溫室氣體排放的特點和趨勢，應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雜程度較高，由于統計和技術上的原因，有時無法獲得詳盡的部門活動水平及相對應的排放因子數據，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充，以確保核算結果的全面性。

4 我國城市溫室氣體清單編制建議

參照國家清單及其他城市清單的編制情況，基于我國城市特點，結合清單編制工作中面臨的實際問題，探索對適合中國城市的溫室氣體清單編制方法。

4．1 編制范圍

中國城市統計體系一般覆蓋行政市域，從全面涵蓋城市各部門和行業的溫室氣體排放狀況、同時降低活動水平數據獲取難度的角度出發，溫室氣體清單核算的地理范圍應為城市行政市域，核算氣體為3種主要的溫室氣體(CO2、CH4和 N2O)。

4．2 核算方法

中國城市溫室氣體清單核算使用基于消費的編制模式，對城市所有產生溫室氣體的直接過程和間接過程進行核算。直接排放過程的核算可分為能源活動、工業生產過程、農業活動、土地利用變化和林業、廢棄物處理幾大部分;間接排放過程包括電力調入(或調出)以及城市物質流需求(即城市消費的主要材料在城市邊界之外的上游生產、加工、運輸等過程)。

4．2．1 直接排放過程的核算方法

中國城市未加入ICLEI的CCP運動，無法獲得ICLEI計算工具;而且目前中國城市的統計口徑與國際上通用的排放清單存在差別，無法滿足ICLEI的統計要求［20］。因此，中國城市溫室氣體清單不適合采用ICLEI方法學進行核算。

考慮到IPCC方法學是目前國際較為權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也多從IPCC基本方法出發進行改進和核算，因此，建議中國城市溫室氣體清單對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充。對關鍵排放源盡可能選用高級別的計算方法進行詳細核算，對非關鍵排放源可采用低級別的計算方法。

4．2．2 間接排放過程的核算方法

由于電力消耗產生的溫室氣體排放量在中國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。為準確反映城市實際排放情況，需要核算這部分產生的溫室氣體。具體核算方法可以利用城市境內電力調入(或調出)電量乘以該調入(或調出)電量所屬區域電網的平均供電排放因子。對城市物質流需求采用生命周期法或碳足跡法進行核算，以更完整地體現城市實際消費產生的排放。

4．3 數據收集

溫室氣體排放量核算需要收集各排放源的活動水平數據和排放因子數據。在城市溫室氣體排放源活動水平數據收集方面，通常應將官方統計資料(如統計年鑒、普查及調查數據等)作為最權威的數據來源，此外還應通過多種渠道進行補充，如部門與企業的實地調研、企業排放報告、問卷調查數據及公開發表的文獻等。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、國際排放因子數據庫、實際調研數據或實測數據及公開發表的文獻等。

4．4 清單不確定性分析

中國城市溫室氣體清單編制方面的統計數據基礎薄弱，部分活動水平指標尚未納入統計體系，現有的能源統計缺乏詳細的分部門、分設備、分燃料品種的活動水平數據。同時，由于城市邊界的開放性，一些物質和能源的流動缺乏相應的統計記錄，導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行推算或估測，降低了計算精度。其次，由于地區性排放因子獲取工作的難度較大，多數部門的核算直接采用IPCC或ICLEI排放因子數據庫，其排放因子不能準確反映當地的排放特點。為降低清單不確定性，排放因子的選擇應最優先考慮地方實測數據，其次是國內同類或相似地區數據和中國國家數據;最后為IPCC指南等推薦的缺省值。

5 結論及展望

在全球氣候變化的大背景下，城市生態系統在溫室氣體減排活動中發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進行低碳城市建設的基礎要求，也是城市承擔國際、國內碳減排任務的出發點。然而，我國城市溫室氣體排放清單的編制工作面臨方法標準不一致、基礎數據獲取難度較大、可比性較低等實際困難，亟需大力開展適合中國城市特色的溫室氣體清單研究，在理論和方法方面加強探索，在實際操作中發現問題、總結經驗，從而推動我國城市溫室氣體清單研究，進而促進城市低碳化進程。

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、時間動態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估產品及服務在全生命周期內排放的溫室氣體，分辨在區域內生產但供給外部消費產生的溫室氣體排放量，有助于公平區分區域之間碳排放責任，城市溫室氣體清單應加強此方面的研究。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，較少進行城市之間的對比分析。未來應加強對東西方城市及同一國家不同規模城市溫室氣體排放清單的比較研究，研究城市級別、發展程度、形態變化等對溫室氣體排放量的影響，開展不同發展模式、發展水平、經濟文化背景下溫室氣體排放與區域發展的關系研究等。第三，現有溫室氣體排放清單多按時間序列進行逐年核算，對數據的需求量較高，有時難以得到逐年的排放因子。因此，未來應加強溫室氣體排放數據獲取(活動水平及排放因子)的研究，建立溫室氣體排放分部門、分燃料品種的詳細數據庫;同時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度的動態變化特征，分析溫室氣體排放與區域經濟、人口等發展演化過程的內在互動機制和耦合關系。第四，目前溫室氣體清單核算及編制的方法學尚不統一，導致溫室氣體核算結果很難進行比較。因此，未來研究應加強城市溫室氣體清單核算工作中范圍確定、數據獲取、核算方法和報告格式等方面的標準化工作，力求建立溫室氣體排放的統一指標體系和分析框架，增強區域間溫室氣體排放清單的規范性和可比性。

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