國際航空碳抵消協議對不同國家的影響分析廖維

君范英

摘要 基于國際民航組織成員國所有航班的實際飛行軌跡全樣本數據庫的航空數據計算了各國的實際航空碳排放，建立了各國航空 周轉量預測模型，預測了各國的國際航空碳排放量，最后根據國際航空碳抵消協議（CORSIA）方案設置了三種情景，分析得到各情景 下各國直到2035年的碳抵消量，從而分析了這一結果對各個國家的影響。主要結論如下：①2018年全球的航空碳排放總量為7.95 億t，約占全球能源相關碳排放的2.6% o其中，國際航空碳排放總量達到了 5.04億t，約占總排放量的63.4%O②預測顯示全球航 空碳排放還有很大的增長空間，因此，航空碳排放是全球排放的重要來源，也是未來減排的重點領域。但各國航空碳排放的增長趨勢 呈現出很大的不同，中國、卡塔爾、土耳其和俄羅斯等發展中國家的航空業正處在快速增長的軌道上，而美國、英國、德國、韓國和法國 等發達國家的航空業增長趨勢相對緩慢，甚至接近飽和。③CORSIA抵消方案帶給發展中國家更多的抵消成本負擔。雖然CORSIA 從行業到個體過渡的設定表面上看考慮到了發展中國家的過渡期，但是發展中國家在CORSIA計劃下面臨的抵消壓力要始終高于發 達國家。④CORSIA方案中抵消量基于增量的本質缺陷，決定了發展中國家面臨比發達國家更為嚴峻的壓力和挑戰，這對于發展中國 家來說是不公平的。這一機制將影響航空業的正常競爭，不利于全球航空業的發展，也不利于航空業支持和帶動全球和地區經濟的 發展。

關鍵詞 航空碳排放;CORSIA ;碳抵消;發展中國家

中圖分類號 F563/567 文獻標識碼 A 文章編號 1002 -2104（2020）06 -0010 -10 DOI： 10.12062/cpre.20200403

航空業對全球經濟和社會發展發揮著越來越重要的 作用，到2030年，航空業對全球GDP的貢獻將達69 000 億美元⑴。但與此同時，航空業的發展也帶來了日益嚴重 的環境影響。據國際航空運輸協會⑵的估計，航空業碳排 放約占據全球能源相關碳排放的2. 5% ，而且其未來的增 速也很快。如果考慮其他污染物的影響，航空業的排放貢 獻將達到4.9%[3-4]o因此，在2016年10月6日，國際民 航組織（International Civil Aviation Organization，簡稱 ICAO）第39次全體成員國大會通過了應對航空業溫室氣 體排放的第39號決議，該決議建立了一個“國際航空業碳 抵消與削減機制”（Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation，簡稱 CORSIA） 。這是第一項突 破了以國家為邊界的行業減排機制，同時也是全球航空業 進行溫室氣體減排的第一步。

為了盡可能減少碳抵消義務給航空公司帶來的負擔， CORSIA計劃將分階段實施，分為試驗階段（2021—2023

年）、第一階段（2024—2026年）和第二階段（2027—2035 年）。試驗階段和第一階段各國自愿參與，發達國家將率 先參與。第二階段為強制參與，其中2018年國際航空活 動的收入噸公里（RTKs）數超過RTKs全球總量0. 5%的 成員國，或RTKs累計數達到RTKs全球總量90%的成員 國，都必須參與;但最不發達國家（LDCs）、小島嶼發展中 國家（SIDS）和內陸發展中國家（LLDCs）除外，除非其自愿 加入。CORSIA抵消分配方案基本上是基于“祖父原則” 的分配機制，基年為2020年。自2021年起，某一航空公 司在特定年份中所需要抵消的二氧化碳排放量由兩部分 構成，一部分是根據該年全球國際航空碳排放的增加量進 行分攤，稱為行業部分;另一部分是航空公司自身的國際 航空碳排放增加導致的抵消量，稱為個體部分。各個國家 航空公司的行業部分和個體部分在不同年份有特定的比 例設定，其中，行業部分的比例隨著時間的推移逐漸降低， 個體部分的比例逐漸提高，直到個體部分的比例達到 100%?？梢钥吹?，CORSIA計劃的抵消方案在一定程度上 體現了各國航空業的發展現狀，設計了分階段實施、從行 業共同的責任分擔逐漸過渡到個體減排責任的抵消方案。 但是CORSIA是否真正地考慮到了不同國家航空業增長 的實際需求呢？對于處在不同發展階段的國家而言，面臨 的減排壓力有何不同？ CORSIA計劃的碳抵消機制對所有 國家來說是否公平？這是本文研究的目標。

1文獻綜述

目前為止，關于全球航空業碳減排問題共有兩項具體 方案出臺⑹，除CORSIA外，還有一項是歐盟在2008年達 成的擬將航空業納入到歐洲碳排放交易體系（European Union Emissions Trading System，簡稱 EU ETS）的決議。歐 盟的這一決定使得從2011年起歐盟境內的航空公司以及 從2012年起進出歐盟的航空公司都將納入到EU ETS。 這一決議出臺后迅速引起了很多國家的抗議，隨后歐盟不 得不宣布暫停此決議，但又于2014年3月宣布，如果未在 2017年之前達成其他形式的全球航空減排協議，則該方 案將強制實施。可以說，歐盟這一具有強制性的單邊決議 向ICA。施加了壓力，并在一定程度上推動了 CORSIA的 出臺⑹。

在航空碳減排國際方案出臺之前，就有學者前瞻性地 提出過制定國際航空碳排放環境法規的可能性[7]，這在一 定程度上也推動了 EU ETS航空碳交易和CORSIA兩項具 體減排方案的出臺。在關于這兩項國際減排方案的研究 中，更多的研究關注于歐盟的方案，側重點主要在方案設 計以及經濟影響上。在方案設計上，Wit等⑸提出應當修 改歐盟當前的碳排放交易方案，以幫助航空業應對氣候變 化;Morrell⑵則在評估歐盟方案的碳配額分配方法的基礎 上提出了基于基準線的分配方法。還有部分學者關注于 EUETS航空碳交易的經濟影響，例如Scheelhaase和 Grimme如選擇了歐洲市場上的四家航空公司分析了 EU ETS航空碳交易對航空公司經營成本的潛在影響; Scheelhaase等[11]以美國和歐洲的兩家航空公司為例，分 析了 EU ETS航空碳交易對歐洲和非歐洲航空公司之間競 爭結構的影響;Vespermann和Wald[12]通過仿真模型模擬 分析了將航空業納入EU ETS所造成的經濟和生態影響。

關注于CORSIA的研究則相對較少。在經濟影響方 面，據ICAO [13]的估計，CORSIA實施后，2025年全球航空 業的碳抵消成本將在15億美元到62億美元之間; Maertens等[14]指出，CORSIA的實施將會對航空業的發展 造成不小的經濟壓力。在環境影響上，Scheelhaase等'如〕 指出CORSIA將抵消全球航空業8%的碳排放。在 CORSIA 計劃的評價方面，Efthymiou 和 Papatheodorou[16]指 出歐盟沒有權力對非歐盟國家和運營商施加監管規則， CORSIA計劃更適合應對國際航空碳排放問題。而且在前 人對CORSIA研究的文獻中，大多數都是從總體上評估 CORSIA的抵消結果和經濟影響，從國家層面考慮的較少， 而從國家異質性角度評估CORSIA的影響更少。

本文考慮到國家之間的差異，特別是發展中國家和 發達國家未來航空業發展趨勢的不同，在航空周轉量預測 的基礎上，評估CORSIA抵消機制下各個國家的減排壓 力，進而討論CORSIA機制設計的合理性。關于航空碳排 放的測算，本文基于微觀的實際航班數據自底向上進行計 算，得到了各個國家的航空碳排放數據，提高了計算和預 測的精度。

2 方法與數據

2.1航空碳排放計算

航空碳排放是指飛機從一個機場到另一個機場飛行 的全部燃油碳排放，包括滑行（Taxi-out）、起飛（Take-off）、 爬升（Climb-out ）、上升（Climb ）、巡航（Cruise ）、下降 （Descent）、著陸（Approach ）、進場（Landing）和滑行（Taxiin） 等9個階段（見圖1）。這9個階段可以歸為起降過程 （LTO周期）和巡航過程（CCD周期），飛機的碳排放按這 兩個過程分別計算，即飛機的航空碳排放等于起降過 程碳排放和巡航過程碳排放之和。

Et&1 - Elto + Eccd （ 1 ）

2.1.1 LTO周期碳排放

LTO周期包括飛機在914.4m以下的6個階段，分別 為飛機起飛時的滑行、起飛和爬升，以及在飛行結束時的 著陸、進場和滑行[18]o這一周期中飛機在各個階段的燃 油效率是不同的，而且使飛機升空（再次降落）所需的燃 料與飛行時間無關，可以看作是恒定的[18]o巡航周期 （CCD）是指飛行在海拔914.4m以上的所有階段，包括上 升、巡航以及下降階段。巡航周期占據了飛行過程的大部 分，燃油消耗隨飛行距離變化而變化。通常在LTO周期 的單位時間耗油量比在CCD周期大很多[19]o因此，對于短途航班來說，LTO周期的燃油消耗會占據更高的比例; 長途航班的燃油消耗則更多的是在CCD周期中。

對于LTO周期的航空碳排放的計算，通常有兩種不 同精度的方法，即方法1和方法2[19-20]o方法1根據總的 活動數據乘以相應的周期平均排放來計算：

E[ = LTO x EF （2）

其中，Ei表示方法1下的總航空碳排放，LTO表示 LTO周期總次數，EF為平均每個LTO周期的碳排放量 （kg/LTO）。

方法2則按照飛機類型、發動機型號、飛行階段燃油 效率等詳細數據進行計算：

E， = 2 TIMjk x FFjk x EIjk x NEj （3）

其中，鳥表示飛機類型J在一個LTO周期的航空碳排 放，表示飛機類型J在階段《下的飛行時間（s） ， FFjk 表示飛機類型J的發動機在階段k下的燃油效率（kg/s）， EIlk表示排放因子，即每單位航空燃油排放的二氧化碳 （kg/kg），這里采用國際平均水平3.15（kg/kg）如。NEJ表 示飛機類型J的發動機數量。那么，如果要計算總航空碳 排放，則有：

幼=Z jEf （4）

其中，叫是飛機類型J的飛行次數。

方法1中的EF依賴于實際飛行的飛機類型和飛行次 數，在估算時通常比較粗糙，相對來說方法2的計算更加詳 盡可靠。本文在計算LTO周期排放的時候采用了方法2， 即Elto = E2。由于數據的可獲得性，在以往的文獻中很少 采用方法2計算各國航空碳排放，這是本文的貢獻之一。 2.1.2 CCD周期碳排放

對于CCD周期的碳排放計算，我們采用歐洲環境署 （European Environment Agency ，簡稱 EEA ）的實測數據。 比如以飛機類型B737-400為例，EEA提供的數據是其在 各個特定的巡航距離時的燃油消耗，包括125 n mile、 250 n mile ^500 n mile、750 n mile、l 000 n mile、2 000 n mile 等，如表1所示。

可以看到，一架B737-400飛機的巡航距離為 1 500 n mile時的CCD周期燃油消耗為8 362 kg，巡航距離 為2 000 n mile時的CCD周期燃油消耗為11 342 kg。我們 計算CCD周期的燃油消耗量時使用插值法，則一架B737- 400飛機的巡航距離為1 723 n mile時的燃油消耗為：

8 362 + [（11 342 -8 362） x （1 723 -1 500）/

（2 000 -1 500）] = 9 691 kg

每一架航班的巡航距離定為飛機起飛與降落機場之 間的弧線距離，根據各飛機類型的CCD周期燃油消耗數 據進行線性差值可以得到每一趟航班的CCD排放，再進 行匯總即可得到一定時間內總的CCD周期的排放， 即 eccdo

2.2航空周轉量預測

由于經濟社會發展水平不同，各國的航空業發展程度 差異很大。多數發達國家的航空業都比較發達，有的已經 達到或者接近飽和;但發展中國家的航空業大多處于起步 或者快速增長階段，未來還有不同程度的增長空間。因 此，分析未來的碳抵消負擔時必須考慮到各個國家航空周 轉量的增長趨勢。

在預測各國的航空發展趨勢時，本文選擇以航空周轉 量作為航空業發展的指標。關于航空周轉量的預測方法 也有多種，主要可分為基于影響因素的預測方法「曰以 及基于歷史數據的預測方法'虹曰。本文采用的是基于歷 史數據進行中長期預測的Gompertz和Logistic曲線模型。 這二者均屬于生長曲線模型，廣泛地運用在交通行業的發 展預測上盜項〕。例如，Ogut'㈤使用Logistic和Gompertz模型預測了土耳其2004—2020年的汽車保有量數據; Mazraati”〕使用Logistic曲線模型預測了伊朗交通部門的 燃油消耗量;Keshavarzian等段〕使用Gompertz模型預測了 154個國家的公路運輸部門的石油需求。航空業作為交 通的一大產業，采用Gompertz和Logistic曲線模型能較好 地符合航空業的發展規律。

Gompertz曲線模型可以表示為公式（5 ），其中，匕表 示t年的航空周轉量"代表時間，5 和b均為模型估計 參數。

Yt=Kcx / （5）

Logistic曲線模型的形式如公式（6），其中，匕表示t年 的航空周轉量，t代表時間，&、c和r均為模型估計參數。

Y = 魚— t 1 + ce「"

兩曲線均呈現出初期增長緩慢、接著以較大幅度增 長、隨后趨于穩定水平的趨勢。但Logistic曲線模型關于 拐點處對稱，而Gompertz曲線模型則沒有這一特點。

2.3 CORSIA抵消情景

在預測了未來各國國際航空碳排放的基礎上，可以得 到基于CORSIA機制的各國碳抵消責任的估計結果。

CORSIA抵消方案是基于“祖父原則”的，具體來說， 某一航空運營商在某個特定年份中所需要抵消的二氧化 碳排放量將按照以下公式進行計算：

航空運營商錐'年的抵消義務=J?W +

eit - e 詛 Ft X e;t X —

eit

其中，t從2021到2035年，%表示t年的部門比例，目 表示t年的個體比例（a. + Ft = Doe*表示航空運營商/在 t年的排放量，E表示所有航空運營商在t年的總排放量。 eiB表示航空運營商i在2019年和2020年排放量的年平均 值，E-表示所有航空運營商在2019年和2020年總排放量 的年平均值。根據決議，在2021—2035年期間，配額方案逐 漸由行業方案過渡到個體方案。其中，2021—2029年， a = 100%，Ft = 0 ;2030—2032 年，a W 80%，Ft & 20% ; 2033—2035 年，a W 30%，F N 70% o

本文在CORSIA抵消方案的基礎上，設置了三種情 景，情景A為CORSIA的邊界情景;情景B為更加緩和的 抵消情景，更加強調全球航空業共同減排，個體減排比例 比較小;情景C為全球航空業共同負擔減排成本的情景， 具體見表2。

2.4數據

在計算各個國家的航空周轉量、國際航空周轉量和航 空碳排放時，我們采用了 ICAO提供的實際飛行監測數據，即ICAO成員國所有航班的實際飛行軌跡全樣本數據 庫（Automatic Dependant Surveillance Broadcast，簡稱 ADSB）、ICAO和EEA的飛機發動機數據以及EEA的LTO 和CCD周期耗油數據。世界各機場的地理位置數據來源 于 Open Flight 網站（https：//openflights. org/）。

本文計算用2018年6月的ADSB的數據（幾乎涵蓋 了所有的航班），因此在計算2018年總排放時按照ICAO 公布的該月航空活動（以旅客周轉量為指標）的年度占比 8.83%〔29〕折算到全年。另外ADSB數據中約有5%的數 據缺失或錯誤導致無法匹配，在計算時以平均值代替。

進行航空碳排放預測時使用的數據來源為世界銀行 的各國航空周轉量數據，時間長度為1970—2018年，為年 度數據，1970年為基年。

此外，為了研究CORSIA抵消機制對不同發展階段國 家的影響，本文選取10個國家，包括國際航空碳排放前5 的發達國家（分別為美國、英國、德國、韓國和法國）與國 際航空碳排放前5的發展中國家（分別為中國、阿聯酋、卡 塔爾、土耳其和俄羅斯）。

3 結果與分析

3.1 航空碳排放估算結果

通過計算每一趟航班在各個階段的碳排放，匯總可以 得到某一國的航空總碳排放，同樣可以計算得到一國的國 際航空碳排放，計算結果見表3（表中的前20個國家總航 空活動超過了全球的80%）。

可以看到，2018年全球的航空碳排放總量達到了 7.95億t，約占全球能源相關碳排放的2. 6%。在航空總 排放量上，美國遙遙領先于其他國家，為2.1億t，占比超 過了 1/4o其次是中國，占比達到13. 9% ，隨后依次是阿 聯酋、英國、加拿大、德國、韓國、日本、俄羅斯和土耳其等 國家。2018年全球的國際航空碳排放總量達到了 5. 04 億t，約占總排放量的63. 4% o在國際航空總排放量上， 美國達到6 489萬t，位居首位。其次是中國，達到5 599 萬t，隨后依次是阿聯酋、英國、德國、韓國、卡塔爾、法國、 土耳其和愛爾蘭。

3.2航空周轉量預測結果

我們分別采用Gompertz模型和Logistic模型對各國航 空周轉量進行了預測，模型參數采用非線性最小二乘估計 方法，最終選取殘差最小的模型作為預測模型，結果見圖2。從圖中可以看到，大部分國家模型的擬合效果較好。

從模型的預測結果來看，中國、阿聯酋、卡塔爾、土耳 其和俄羅斯等發展中國家的航空業正處在快速發展的軌 道上，而美國、英國、德國、韓國和法國等發達國家的航空 業雖然也在增長，但增長趨勢緩慢，即將趨于穩定。

3.3航空碳排放預測結果

在周轉量預測的基礎上，我們可以得到各國的國際航空 碳排放量。國際航空碳排放量可以表示為：噸公里油耗x總 航空周轉量X國際周轉量所占的比例X排放因子。本文沒 有考慮飛機的能效技術進步和燃料替代的影響，因此噸公里 油耗設為定值，在中短期內這一假設是合理的。各國國際航 空碳排放量（2019—2035年）的預測結果見圖3。

從總量上看，2020年全球國際航空碳排放將達到 5.40億t，其中美國的國際航空碳排放量高居第一，達到 6 759萬t;中國是除了美國之外的最大國際航空碳排放 國，在2020年的國際排放達到5 765萬t。到2035年國際 航空碳排放將達到6. 75億t，其中美國達到8126萬t，中 國將超過美國達到1.03億t的水平。從增量上看，中國、 土耳其、俄羅斯等發展中國家的增速較快，航空業碳排放 處在較快增長的階段。

3.4 CORSIA的影響分析

根據2. 3的情景設置，我們可以得到CORSIA機制 下，發達國家和發展中國家未來的碳抵消量，結果如圖4 所示。

從碳抵消成本上看，各國需要通過購買符合資格的碳 減排配額進行抵消，以CORSIA邊界情景為例，參考歐洲 碳交易市場2018年的平均碳價20歐元/t，則各國的抵消 成本見圖5。

從總量上看，幾乎所有國家在CORSIA計劃下的碳抵消量都逐年增加。在初期美國和中國等航空體量較大的本文基于ADSB的航空數據計算得到了各國的實際 航空碳排放，建立了各國航空周轉量預測模型;在預測各 國航空周轉量的基礎上，預測了各國的航空碳排放量;最 后根據CORSIA方案設置了三種情景，得到各情景下各國 直到2035年的碳抵消結果，進一步分析了這一結果對各 個國家的影響。

國家每年所需要的碳抵消量將遠遠高于其他國家，這與 CORSIA第一階段設定為全行業比例的抵消方案有關。從 三種情景的結果來看，減排方案中對于個體比例的要求將 會直接影響到一個國家的抵消量水平，這從現行方案的第 一階段和第二階段的對比中可以直接看出來。例如對于 中國、卡塔爾、土耳其和俄羅斯等快速增長的發展中國家 來說，分配方案中個體比例的設定越高，將會導致其抵消 量越高，而且影響很大;而對于美國、英國、德國、韓國和法 國等發達國家來說，分配方案中個體比例的設定越高對其 越有利。但是，不管個體比例如何設定，發展中國家所面 臨的航空碳抵消的增長始終要高于發達國家，這也就說明 發展中國家在CORSIA計劃下面臨的抵消壓力要始終高 于發達國家，即使采用相對緩和的情景B，甚至全行業共 同負擔的情景C，發展中國家的抵消壓力依然大于發達國 家。再加上發展中國家的航空業發展程度、經濟狀況、應 對風險能力相對較弱，這無疑給其航空業的發展帶來更大 的挑戰。而導致這一結果的根本原因在于CORSIA方案 的抵消規則。在CORSIA計劃下一個國家的航空公司應 該承擔的抵消責任取決于其航空碳排放的增量，這一重要 的假設是靜態的，沒有考慮到發展趨勢和發展空間，與《京 都議定書》的共同但有區別的責任原則相悖，對于發展中 國家是不公平的。CORSIA 一刀切的做法強調更多的是 “共同性”，而忽略了“區別”，也就同時忽略了這些發展中 國家的發展權益。

在CORSIA的邊界情景下，2025年美國將付出1.45 億歐元的抵消成本，中國為1.51億歐元;到2035年，這一 數據將增長到2. 84億歐元和7. 36億歐元;其他國家的抵 消成本也呈現不斷增長的趨勢。如果算上所有國家，到 2035年全球航空業將付出超過30億歐元的抵消成本。

4 結論

2018年全球的航空碳排放總量為7.95億t，約占全球 能源相關碳排放的2.6%。其中，國際航空碳排放總量達 到了 5.04億t，約占總排放量的63.4%。國際航空碳排放 的預測顯示，全球航空業還有巨大的增長空間，2035年的 全球國際航空碳排放將達到6.75億t。因此，航空碳排放 是全球排放的重要來源，也是未來減排的重點領域。

各國航空碳排放的增長趨勢呈現出很大的不同，中國、卡塔爾、土耳其、俄羅斯等發展中國家的航空業正處在 快速增長的軌道上，而美國、英國、德國、韓國和法國等發 達國家的航空業增長趨勢相對緩慢，甚至接近飽和。因 此，CORSIA抵消方案帶給發展中國家更多的抵消成本負 擔，雖然CORSIA從行業到個體過渡的設定從表面上看考 慮到了發展中國家的過渡期，但是發展中國家在CORSIA 計劃下面臨的抵消壓力要始終高于發達國家。

CORSIA方案中抵消量基于增量的本質缺陷，決定了 它不可能將不同國家的發展需求考慮在內。CORSIA的原 則是基于歷史排放的，缺乏動態視角，沒有考慮到發展中 國家的增長空間。即使將CORSIA方案的個體比例要求 進一步放緩，依然會不斷增加發展中國家的成本負擔，改 變不了 CORSIA靜態視角的本質。在CORSIA機制下，發 展中國家面臨比發達國家更為嚴峻的壓力和挑戰，這一機 制將影響航空業的正常競爭，不利于全球航空業的發展， 也不利于航空業支持和帶動全球和地區經濟的發展。航 空碳減排協議的設計，其本質是航空碳排放的配額分配問 題，不僅要考慮歷史排放，更要考慮到各個國家的發展需 求和支付能力我們認為，即使不考慮歷史責任， CORSIA改進的基本原則至少應該是各個國家的碳抵消負 擔基本相當。應該將各個國家航空業所處的發展階段、未 來趨勢和整個國家的經濟發展水平都考慮在內，才能制定 好公平的航空碳減排協議。

（編輯：劉照勝）

參考文獻

[1]央視網.到2030年航空業對全球GDP貢獻將達69 000億美元 [EB/OL]. 2012 -06 - 13 [2020 -03 -02]. http：//tv. cntv. cn/ videa/C11348/9035dl8ccd5242fd98572847785bc7db.