國際城市CO₂排放清單研究進展及評述

摘要 綜述和分析了國際城市CO2排放清單研究進展，及國際組織/機構建立的城市清單標準和協議。將城市清單方法劃分為直接排放法、碳足跡法和直接-間接排放混合法，并比較分析了各種方法的特點和優劣勢。探討了城市清單中范圍3的內容和計算深度及城市交通排放分配問題。早期城市排放清單基本沿用國家清單方法，但當城市作為消費者的特色愈加明顯，其清單方法學受城市物質循環思想的影響，已經不同于國家清單方法并逐漸成熟。在準確性、公平性和效率性原則下，直接-間接排放混合法成為城市清單的主流方法，當前排放主要包括范圍1+范圍2，但未來范圍1+范圍2+范圍3（重點產品和服務）將成為主流趨勢。城市清單中范圍3的標準化和可操作性問題，及城市交通分配方法的統一和規范是近期城市清單研究的重點和難點。城市CO2排放監測將會成為城市清單的重要支撐，其作為獨立數據源將在城市清單的可測量、可報告、可核查中會發揮重要作用。

關鍵詞城市；CO2排放清單；研究特點

中圖分類號X321文獻標識碼A文章編號1002-2104（2013）10-0072-09

城市CO₂直接排放和受城市消費引發的間接排放占全球總排放的絕對主體[1-2]。CO₂排放清單是城市碳減排和低碳發展的基石和標尺?？蓽y量才可達到，清單方法的科學性和準確性對城市低碳政策和碳減排效果的評價及城市低碳目標的實現具有重要意義。由于城市是物質和能量都非常開放的實體，所以不同學者、不同組織機構和不同城市由于對城市CO₂排放的認識角度不同，提出和建立了不同的城市CO₂排放清單方法體系，而這些清單方法學的差異已經成為不同城市CO₂排放水平差異較大的重要原因之一[3-6]。CO₂是城市內絕對主要的溫室氣體，并且其產生和排放在城市內普遍存在，同時CO₂排放清單研究和城市早期碳物質循環研究有著非常深刻的聯系，因而本文系統綜述國際城市CO₂排放清單研究現狀和進展，歸納、評述、比較和分析不同方法的特征和優劣，并且討論城市清單發展趨勢和對我國城市清單的意義。

1城市CO₂排放清單研究進展1.1學術研究

早期城市CO₂排放研究主要源自城市系統的新陳代謝研究，碳循環是作為城市物質流中關鍵元素之一被系統研究[7-8]。隨著氣候變化問題的凸顯和政府間氣候變化專門委員會（IPCC）方法學的成熟和被廣泛接受，城市CO₂排放清單受到了IPCC方法學的很大影響。

基于IPCC方法學的城市CO₂排放清單從20世紀90年代就已經開始，例如Harvey建立了加拿大多倫多市的CO₂排放清單[9]。Dodman計算倫敦、紐約等城市溫室氣體排放[10]，Sovacool等人計算全球12個典型城市CO₂排放水平[11]等都是采用直接排放方法。直到2006年，美國也僅有10個城市建立了較為完整的溫室氣體清單[12]。2010以來，城市CO₂排放清單已經從學術研究發展為許多城市應對氣候變化的常規工作，紐約、倫敦等大城市都開始定期發布其城市CO₂排放清單[13-14]。

世界資源研究所（WRI）/世界可持續發展工商理事會（WBCSD）將城市等單元的溫室氣體排放分為范圍1（Scope1）、范圍2（Scope2）和范圍3（Scope3）排放。范圍1是城市行政區域內的直接排放；范圍2是城市電力和熱力購買的間接排放；范圍3是范圍2以外的其他間接排放[15]。WRI/WBCSD這一分類方法得到了城市CO₂排放清單研究者的廣泛認同，此后許多學者的研究盡管在不同范圍所包括的具體內容上有所差異，但這種分類思路和界定方法卻一直沿用至今。

蔡博峰：國際城市CO₂排放清單研究進展及評述中國人口·資源與環境2013年第10期許多學者認識到簡單采用IPCC方法體系并不能真正反映城市CO₂排放特征，也不能有效支持城市碳減排。而借鑒早期城市碳循環的思想，考慮城市產品生產鏈條或者全生命周期的CO₂排放更能體現城市作為終端消費者的特點，也更有利于通過城市的低碳措施影響城市上游供給鏈條的碳減排。隨著城市CO₂排放清單的深入研究，系統代謝循環的思想和方法對城市清單產生了較大影響。

隨著研究的不斷深入，越來越多的學者考慮了城市范圍2排放。Dhakal研究東京、首爾、北京、上海溫室氣體排放[16]，Glaeser等核算美國66個大城市溫室氣體排放[17]，Kennedy等人分析了全球典型城市的溫室氣體排放[18]，Kennedy等研究國際44個城市溫室氣體排放[19-20]；Ali和Nitivattananon研究巴基斯坦拉合爾大都市的CO₂排放[21]等，都同時考慮了范圍1排放和由外部調入電力和供暖導致的范圍2排放。

此外，不少學者不僅考慮范圍2也將范圍3排放納入城市清單研究中。Norman等人考慮了建筑材料全生命周期CO₂排放[22]；Ramaswami等人認為城市清單應該包括供應城市需求的一些重要的能源和物品的范圍2和范圍3排放，例如電力、供暖、水資源和食品等[23]；Hillman 等提出了混合型生命周期碳足跡方法，清單范圍包括了范圍2和城市4種必需品（食物、燃油、水和建材）范圍3排放[24]。Schulz研究新加坡（可以作為城市）排放清單時考慮了進口商品的范圍3排放[25]；Kennedy等人建立的城市溫室氣體清單方法強調了對城市有關鍵影響（判定基于是否由城市負責，是否和城市功能相關以及城市政策是否會對其產生有效作用）的范圍3排放[26]。

一些研究者將城市碳循環的思想和方法貫徹得更為徹底，完全從城市碳循環的角度研究城市清單，并且在空間上研究碳元素在城市不同區域內流動。例如Churkina基于城市新陳代謝方法研究了加拿大溫哥華市的Sunset社區的碳清單[27]；Larsen和Hertwich基于全生命周期方法計算挪威特隆赫姆市政府部門的CO₂排放清單[28]等。

1.2組織/機構的標準和協議

組織/機構針對城市CO₂排放清單的標準、協議或者方法體系不側重理論研究，而是側重方法體系的規范性和統一性，因而其應用性更強。并且一些重要組織/機構對于城市和公眾的影響力要遠大于學者，許多發布城市清單方法學的組織機構本身就有很多會員城市，其提出和建立的方法體系對于城市CO₂排放清單的應用和推廣具有重要影響。

針對范圍小，能源、經濟活動的開放體，WRI/WBCSD于2004年聯合發布溫室氣體核算和上報協議，較為系統地提出了清單原則、清單邊界和清單范圍等關鍵問題的解決方法，比較適合城市CO₂排放清單[15]。世界地方環境理事會（ICLEI）是全球最早（1991年）發起城市CO₂減排項目的組織[29]，ICLEI在WRI/WBCSD協議的基礎上，2008年明確提出針對城市的溫室氣體清單方法[30]，2012年，ICLEI聯合C40（大城市領導組織）重新修訂和發布區域性（區域、城市等）溫室氣體清單協議[31]。這套體系和方法已經被國際上的大城市廣為接受，其84個國家的1012個會員城市 （2013年2月）采納了該溫室氣體清單方法。

聯合國環境規劃署（UNEP）和聯合國人居署（UNHABITAT）聯合世界銀行于2010年共同提出了城市溫室氣體清單國際標準[32]，該標準認可WRI/WBCSD將由于城市活動和消費引發的間接溫室氣體排放納入城市清單，但認為全部核算城市消費產品和服務的間接排放并不現實，因而城市清單只需要包括部分范圍3排放。該方法標準對于許多技術問題都給出了明確的解決方法。如城市航空和航海，廢棄物處理等。UNEP的方法相當于包括了部分范圍3（供電輸送和分配損失、固體廢棄物處理）的排放。區域溫室氣體清單協議（GRIP）由曼徹斯特大學開發，服務于EU CO₂ 80/50 項目（該項目計劃完成100多個歐洲城市/大都市區+100多個美國城市/大都市區的溫室氣體排放清單）[33]。GRIP方法的一個特點是清單中不同部門需要明確采用哪個層次方法，從而可以使管理者或者決策者判斷不同部門排放數據的質量和不確定性[34]，其方法僅包括電力消費的間接排放。學術研究和組織機構關于城市CO₂排放清單的研究對比分析見表1，可以看出，大部分城市清單研究都包括了范圍1和范圍2排放，有少數研究包括了范圍3排放，但包括內容不盡相同。

圖1總結了當前學術研究和組織/機構關于城市CO₂排放清單所包括的范圍。城市清單包括范圍1和范圍2排放已經得到較為廣泛的認可和接受，范圍1屬于直接排放，范圍2屬于上游間接。范圍3排放包括內容相當復雜，包括上游排放和下游排放。當前主流研究重點關注城市必需品（如食品、水資源、燃料等）上游排放，下游排放僅考慮廢棄物處理，但也有研究提及城市投資等可能產生的排放。

1.3基于監測的清單研究

當前已經有不少城市利用CO₂排放直接監測數據來支持和驗證城市清單。芝加哥是開展城市CO₂排放通量監測并應用于城市清單的最早城市，Grimmond等人探討了城市CO₂排放監測的方法和技術，并對利用渦度相關法

圖1城市CO₂排放清單所包括的范圍

Fig.1Scope of city CO₂ emission inventory的監測高度、方向等技術問題進行了探討[35]；Soegaard和MllerJensen通過監測研究了丹麥哥本哈根中心市區CO₂的排放水平，其結果對比基于能源統計數據計算的排放水平（830萬t）表現出較好的一致性[36]；Pataki等人利用渦度相關法監測結果檢驗美國鹽湖城大都市區的CO₂排放清單數據質量，通量監測結果為282 kg/m2.d和基于清單（不包括外部電力的間接排放）估算的275 kg/m2.d具有較好的一致性[37]；Matese等人通過渦度相關法監測了意大利佛羅倫薩市中心的CO₂排放情況，基于監測的城市CO₂排放數據與排放清單數據比較有較好的一致性[38]。

此外，也有不少研究利用監測數據分析城市CO₂排放變化及驅動原因。Nemitz等人利用渦度相關法監測了英國愛丁堡市的CO₂排放通量，發現市中心的CO₂排放通量均值與交通流量有非常顯著的相關性，居民和非居民建筑天然氣采暖對城市白天CO₂排放貢獻39%，夜晚貢獻64%[39]；Velasco等人利用渦度相關法監測墨西哥市的CO₂排放通量，監測結果發現CO₂排放日變化特征和交通變化一致[40]；Gioli等人分析了意大利佛羅倫薩市利用渦度相關法的CO₂排放監測，并且基于監測數據和模型研究了道路交通、城市供暖和天然氣管線泄漏對城市溫室氣體排放的貢獻[41]；Pawlak等人監測了波蘭羅茲市2006-2008年CO₂排放，其結果認為交通對城市CO₂排放具有較大影響[42]。

直接排放監測是城市CO₂排放清單工作的一個全新并且非常重要的方向，因為監測數據提供了獨立于傳統基于物料平衡清單方法的數據源，非常有利于城市清單的可測量、可報告、可核查（MRV），同時直接監測數據最大的優點在于時效性強并且能提供時間序列數據，對于評價城市能源和碳減排政策的效果和影響，例如能源替換、道路交通管制等具有非常重要的意義。

2城市溫室氣體清單研究特點

不同空間尺度的研究單元，其CO₂排放清單由于地域范圍和開放程度的不同，方法往往會有較大差異[3]。隨著空間尺度的增大，研究對象對外部能源、物質的依賴性往往逐漸減少，因而直接排放的方法適宜于國家或者區域尺度的CO₂排放清單；隨著研究尺度的降低，尤其對于人為活動較為劇烈的地區例如城市，其能源、物質的自給能力就越弱，系統的開放性越強，因而排放清單的方法也越來越傾向于基于消費角度（見圖2）。

基于消費的清單方法學不可避免地需要考慮不同生產、消費情況下的CO₂排放歸屬問題。城市CO₂排放按歸屬可以分為4類：即當地生產、當地消費產生的排放（A）；當地生產、外地消費在當地產生的排放（B）；外地生產、當地消費在外地產生的排放（C）；外地生產、外地消費，但由于運輸、周轉、存儲等經過當地導致的排放（D）（括號中英文字母為其代號，以下論述采用代號）。基于對于這4類排放納入情況及具體計算方法，可以將當前城市CO₂排放清單方法歸納為直接排放法、碳足跡法和直接-間接混合方法。以下比較和分析這三類方法體系的特征。

2.1直接排放法

直接排放法是核算城市行政地域內的CO₂直接排放，主要是A類和B類CO₂排放。這類清單方法主要是國家表1學術研究和組織/機構關于城市CO₂排放清單方法學比較