中國城市CO2排放數(shù)據(jù)集研究

蔡博峰+王金南+楊姝影+毛顯強+曹麗斌

摘要 城市CO2排放數(shù)據(jù)的可獲取性和質(zhì)量直接影響了城市碳排放的科學研究、低碳戰(zhàn)略制定及公眾對于城市低碳發(fā)展的監(jiān)督和參與。數(shù)據(jù)缺乏和多源數(shù)據(jù)的不確定性大是中國城市CO2排放核算和低碳城市規(guī)劃面臨的重要問題和挑戰(zhàn)，而這些問題同時也導致中國低碳城市研究水平參差不齊。本研究使用自下而上建立的中國高空間分辨率網(wǎng)格數(shù)據(jù)（空間分辨率為1 km），采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)源和規(guī)范化、標準化數(shù)據(jù)處理方法，建立中國城市CO2排放數(shù)據(jù)集，供研究者和決策者參考。城市CO2排放計算借鑒國際上較為成熟和應用廣泛的核算方法，包括范圍1和范圍2排放。以北京、上海、天津、重慶和廣州5個典型城市的能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)自上而下計算其CO2排放作為參考水平，檢驗數(shù)據(jù)集的數(shù)值質(zhì)量，結(jié)果顯示5個城市的數(shù)據(jù)差異均不超過10%。中國城市CO2排放整體呈現(xiàn)北方大于南方，東部高于中部和西部的空間格局。CO2排放量較高的城市大多處于華北、東北以及華東沿海地區(qū)，西部地區(qū)城市CO2排放量則較低。城市CO2排放8個部門（工業(yè)能源、工業(yè)過程、農(nóng)業(yè)、服務業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活、交通、范圍2排放）之間的相關性中，城鎮(zhèn)生活和交通排放的相關性最高，并且呈現(xiàn)顯著性（p<0.001），工業(yè)過程排放和服務業(yè)排放的相關性最弱且沒有顯著性。基于中國高空間分辨率網(wǎng)格數(shù)據(jù)的中國城市CO2排放數(shù)據(jù)集的不斷完善和發(fā)展，為中國城市CO2排放研究奠定了重要的數(shù)據(jù)基礎，為城市CO2排放橫向比較和對標工作提供了重要依據(jù)。

關鍵詞 城市；CO2排放數(shù)據(jù)集；中國高空間分辨率網(wǎng)格

中圖分類號 X196 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2017）02-0001-04 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2017.02.001

城市溫室氣體排放清單或者排放基礎數(shù)據(jù)是城市碳減排和低碳發(fā)展評估、規(guī)劃的基石和標尺。數(shù)據(jù)缺乏和多源數(shù)據(jù)的不確定性是中國城市CO2排放核算和低碳城市規(guī)劃面臨的重要問題和挑戰(zhàn)。缺乏城市（特別是中小城市）層面的能源統(tǒng)計基礎數(shù)據(jù)導致碳排放核算難以開展，不同城市采用不同數(shù)據(jù)源導致城市之間碳排放量的可比性較差，這也使得國家和區(qū)域?qū)用嫔系某鞘刑寂欧趴冃гu估體系的建立非常困難。同時，由于數(shù)據(jù)獲取差異大等原因，各城市的低碳研究水平參差不齊。一、二線城市由于數(shù)據(jù)相對完善，其研究相對充分，而三線城市和小城市數(shù)據(jù)缺乏、研究水平滯后，其碳排放和低碳發(fā)展長期被忽視。此外，由于缺乏中國全面的城市碳排放數(shù)據(jù)，導致部分城市無法對自身低碳發(fā)展水平進行定位，從而也難以定位自身的發(fā)展目標，一些低碳發(fā)展目標的制定只能比照國家、省或者國際城市，難免出現(xiàn)目標脫離現(xiàn)實且缺乏考核標桿的情況。基于高空間分辨率網(wǎng)格數(shù)據(jù)的城市CO2排放研究和評估是國際碳排放研究的一個重點和熱點方向[1-4]。本研究基于中國高空間分辨率網(wǎng)格數(shù)據(jù)（China High Resolution Emission Gridded Data， CHRED），同時結(jié)合其他社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，建立中國城市CO2排放數(shù)據(jù)集，為中國城市CO2排放研究和政府決策提供數(shù)據(jù)基礎。

1 方法和數(shù)據(jù)

1.1 排放核算方法

借鑒國際上較為成熟和應用廣泛的城市CO2排放核算方法，計算中國城市的范圍1和范圍2排放[5-7]。范圍1排放是城市行政邊界內(nèi)的所有直接排放，范圍2排放是城市由于向外界購買電力、熱力等導致的間接排放。本研究范圍1排放中沒有考慮森林及土地利用變化導致的CO2排放和吸收，范圍2排放僅考慮城市外調(diào)電力導致的排放。以下范圍1排放稱直接排放，范圍2排放稱間接排放。排放因子主要源自國家發(fā)改委的《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》[8]，部分排放因子參考《中國溫室氣體清單研究》[9]，文獻[9]是第二次國家信息通報中排放清單的基礎工作，推薦了中國分行業(yè)、分能源類型和分燃燒設備的排放因子，數(shù)據(jù)詳盡且較為權威。工業(yè)過程排放主要包括了水泥、石灰等過程排放，計算方法同樣參考《中國溫室氣體清單研究》[9]。間接排放采用城市范圍內(nèi)的外調(diào)電量乘以城市所在區(qū)域電網(wǎng)排放因子。城市外調(diào)電量=城市用電量-城市發(fā)電量（當“城市外調(diào)電量”<0，將其取值設為0）。城市發(fā)電量（化石能源發(fā)電量+非化石能源發(fā)電量）基于發(fā)電企業(yè)點源數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計各城市范圍內(nèi)的企業(yè)發(fā)電量。

1.2 數(shù)據(jù)來源

城市直接排放數(shù)據(jù)來自CHRED，經(jīng)過GIS空間分析，形成城市直接CO2排放數(shù)據(jù)。CHRED V2.0數(shù)據(jù)庫（http：//www.cityghg.com/）包括中國工業(yè)企業(yè)點排放源基礎數(shù)據(jù)、中國2012年1 km和10 km CO2排放數(shù)據(jù)（包括工業(yè)能源和工業(yè)過程、農(nóng)業(yè)、服務業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活、交通排放）及其他相關空間數(shù)據(jù)，是采用自下而上方法建立的中國CO2排放高空間分辨率的重要基礎數(shù)據(jù)[10-12]。中國化石能源電廠發(fā)電量及空間位置來自CHRED；非化石能源電廠（水電、風電、核電、生物質(zhì)燃料發(fā)電和太陽能發(fā)電）發(fā)電量及空間位置來自《電力工業(yè)統(tǒng)計資料匯編2012》；城市全社會用電量來自《中國城市統(tǒng)計年鑒2013》。

1.3 研究范圍

城市包括中國地級市和直轄市。根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒2013》，2012年中國大陸地區(qū)共有285個地級市和4個直轄市，CHRED數(shù)據(jù)庫沒有三沙市數(shù)據(jù)。因而本研究范圍為284個地級市和4個直轄市，共計288個城市。

2 結(jié)果與分析

2.1 中國城市CO2排放數(shù)據(jù)集

2012年中國城市CO2排放數(shù)據(jù)集見表1。

2.2 典型城市數(shù)據(jù)檢驗

選擇當前具有較好能源統(tǒng)計的城市，以檢驗基于CHRED數(shù)據(jù)計算的城市CO2直接排放數(shù)據(jù)的質(zhì)量。北京、上海、天津、重慶和廣州都已經(jīng)建立較為成體系和完整的能源統(tǒng)計和能源數(shù)據(jù)公開發(fā)布制度，可以認為數(shù)據(jù)質(zhì)量相對較好。因而，基于其一次能源消費量自上而下計算其CO2排放量，作為參考水平（reference level）。對比表明，兩組數(shù)據(jù)的整體一致性較好：廣州、北京、上海、重慶的數(shù)據(jù)差異分別為2%、3%、4%和5%，天津的數(shù)據(jù)差異為8%。不同城市，由于其能源統(tǒng)計口徑和方法等不同，會造成與網(wǎng)格排放數(shù)據(jù)不同的差異。整體而言，基于典型城市的數(shù)據(jù)檢驗，CHRED數(shù)據(jù)建立的城市CO2排放處于較為可信和可接受的水平。

2.3 中國城市CO2排放特征

從全國范圍來看，CO2排放量較高的城市大多處于華北、東北以及華東的沿海地區(qū)，西部地區(qū)城市的CO2排放量則相對較低。上海市和唐山市的CO2排放量最高，均超過2億t，拉薩市排放量最低，僅132萬t。城市CO2排放在空間上呈現(xiàn)較大差異的同時，在部分區(qū)域也存在一定的集聚性。主要的高碳排放城市集群分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)、遼寧省、山東省、河南省，京津冀、長三角和珠三角等地區(qū)，低碳排放城市集群主要分布在西北、西南以及華南等地區(qū)。對于CO2排放量排名前10的城市來說，山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)以及京津冀和長三角地區(qū)的聚集現(xiàn)象比較明顯，其中北京、天津和唐山都位于京津冀地區(qū)，上海和蘇州位于長三角地區(qū)。排名第3的重慶所處的西南地區(qū)屬于低碳排放地區(qū)，其碳排放量遠遠高于周邊的城市，集聚現(xiàn)象不明顯。

中國城市CO2排放8個部門（工業(yè)能源、工業(yè)過程、農(nóng)業(yè)、服務業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活、交通、間接排放）之間的相關性中，城鎮(zhèn)生活和交通排放的相關性最高，并且呈現(xiàn)顯著性（p<0.001），這兩部分的排放都受居民生活水平的影響，隨著居民生活水平和消費水平的提高，城鎮(zhèn)生活和交通排放也會相應升高。服務業(yè)排放和交通排放也呈顯著相關，且相關系數(shù)僅次于城鎮(zhèn)生活排放和交通排放；工業(yè)過程排放和服務業(yè)排放的相關性最弱，而且沒有顯著性。整體而言，城鎮(zhèn)生活、服務業(yè)和交通這三個部門的排放兩兩之間的相關性最強，而且都呈現(xiàn)顯著性；同時城鎮(zhèn)生活與間接排放的相關性也較強。

3 結(jié)論與討論

使用自下而上建立的中國2012年1 km CO2排放網(wǎng)格數(shù)據(jù)（CHRED），采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)源和規(guī)范化、標準化數(shù)據(jù)處理方法，建立中國城市CO2排放數(shù)據(jù)集，供研究者和決策者參考。隨著CHRED數(shù)據(jù)庫的完善和動態(tài)更新，將實現(xiàn)2005、2010、2015年的中國1 km CO2排放網(wǎng)格數(shù)據(jù)，從而支持建立中國2005、2010、2015年的城市CO2排放數(shù)據(jù)。

基于CHRED的中國城市CO2排放數(shù)據(jù)的不斷完善和發(fā)展，將為中國城市低碳發(fā)展規(guī)劃和管理提供重要的數(shù)據(jù)支撐。首先，為中國城市CO2排放研究奠定了重要的數(shù)據(jù)基礎。研究結(jié)果可以有效解決中國城市CO2排放數(shù)據(jù)不足和數(shù)據(jù)源差異大的問題，為各省、地級市建立CO2排放清單奠定堅實的數(shù)據(jù)基礎；其次，解決了中國城市CO2排放可比較性差的問題，為城市CO2排放橫向比較和對標工作提供了數(shù)據(jù)支持；最后，通過CO2排放信息公開，為碳減排績效評估和排序提供支持，可以調(diào)動地方政府和公眾對城市CO2排放的關注，推動公眾和輿論對城市CO2排放管理的參與和監(jiān)督，從而推動城市的低碳發(fā)展。

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