“雙碳”背景下基于優勢分析的提升城市“藍值”路徑

任麗萍

(江蘇建筑職業技術學院 公共基礎教學學院,江蘇 徐州 221116)

0 引言

2012年我國修訂和發布GB 3095—2012《環境空氣質量標準》,以此開啟大氣污染防治的“黃金十年”,2013年國務院印發《大氣污染防治行動計劃》(簡稱“氣十條”),要求將各地級以上城市“優良天數”逐年提高,“細顆粒物(PM2.5)”年均濃度不同程度降低為目標,受到地方政府廣泛重視。2015年11月20日,國際環保組織亞洲清潔空氣中心發布一份名為《大氣中國2015：中國大氣污染防治進程》的報告,是對中國城市大氣污染防治情況最早最全面最細致的盤點[1]。而在該系列報告關注之后,2021年文獻[2-3]借用“藍值”一詞,目的是將大氣治理進程及成果科學量化的同時,運用一個面向大眾(非專業研究者、治理人員)更具象的概念,從大氣污染防治實踐中得到一些數值界定。故筆者認為城市“藍值”通俗理解是某時間段內某地區的“空氣質量達到二級以上優良天數的比率”。

2020年,徐州市新城區大氣中PM2.5平均質量濃度為 58.7 μg/m3,日均值超過《環境空氣質量標準》二級標準限值比例22.5%,1月和 12月超標日共出現 15 d,該區域 PM2.5濃度整體偏高,說明冬季污染較為嚴重。作為資源型城市的徐州,其經濟支柱以煤炭、電力、冶金、建材等為主,消耗煤電比例偏高,PM2.5中含有碳質、水溶性離子和金屬離子等,其中碳質與水溶性離子占比達 50%～80%。碳質主要是有機碳(OC)和元素碳(EC),后者主要來源于化石燃料或生物質不完全燃燒,其吸收特性嚴重影響大氣能見度;前者包括有機碳(POC)及有機氣體在大氣中發生光化學反應氧化成的二次有機碳(SOC)。SO42-主要源于燃煤排放及SO2轉化,NO3-主要由機動車尾氣及燃煤排放產生NOx轉化,而NH4+源于燃料高溫燃燒而排放的廢氣經二次轉化、機動車尾氣排放、氮肥利用和有機質腐化[4]。

鑒于環境因素對各方面的影響,2021年11月7日,新華社授權發布《中共中央國務院關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》提出,2035年我國將廣泛形成綠色生產生活方式,碳達峰后穩中有降,生態環境將發生根本好轉,美麗中國的建設目標基本實現[5]。在碳減排及碳中和愿景下,研究如何提升城市“藍值”路徑是各級領導、管理部門和人民群眾關心的重點。徐州市正處在經濟發展和環境治理關鍵時期,深入打好污染防治攻堅戰、建設美麗徐州是共同目標。環境污染物與CO2、SO2排放具有高度同源性,該成果既能優化城市治理資金,又能實現“雙碳”目標,最終實現經濟增長和環境治理的雙贏發展。

1 大氣污染治理和提升城市“藍值”關系研究現狀

提升城市“藍值”路徑與城市大氣污染來源、成因與治理對策有直接關系。易鑫[6]提出完善法律法規、提高執法力度、優化產業結構、提高能源的利用率、控制溫室氣體排放等方法來減少大氣污染。中國經濟網評論員臧夢雅[3]認為,空氣污染與氣候變化同根同源,各級政府如不能實現能源低碳轉型,無法正確應對氣候變化,“治理模式”困難程度將升級,城市“藍值”提升也將更加緩慢。趙晗[7]建議采用前端預防和中端控制溫室氣體與大氣污染物協同減排對策,實現經濟增長和環境治理的雙贏發展。李云燕等[8]從鄉村環境治理的困境與出路方面看到了碳達峰、碳中和目標愿景,強調需綜合運用行政、經濟、技術、文化等措施,實現鄉村環境的有效治理。唐亮[9]分析山東省部分城市大氣污染原因是產業布局不合理,城市建設、機動車尾氣污染嚴重,因大氣污染治理是動態化、多部門聯合工作,需從多角度全過程入手,各個環節相互銜接,重視預防、嚴抓過程、科學監督與獎懲有機結合。

綜上,鮮見學者們把影響城市“藍值”的多個因素進行優勢分析,未考慮CO2和SO2的排放量。在前人研究基礎上,鑒于數據可得性把CO2和SO2的排放量作為原始數據序列,探究影響城市“藍值”的幾個因素;并運用灰色關聯度進行優勢分析,依據關聯序次序擇優控制,為大氣污染防治與環境管理決策提供依據,讓市民看到更多的藍天,最終實現經濟增長和環境治理雙贏發展。

2 影響城市“藍值”提升因素的優勢分析

2.1 灰色系統理論及應用簡介

灰色系統理論是鄧聚龍在1982年提出的一種系統科學理論,著重研究“外延明確,內涵不確定”的對象。灰關聯分析基本原理是兩個相關因素之間的曲線越接近,相應因素序列之間的關聯度就越大,反之就越小。該方法對樣本量多少和樣本數據的規律性未做要求,不會出現定量分析與定性分析不符的情況,故灰色系統理論方法適用于環境衛生系統方面的研究,具體步驟見文獻[10]。

2.2 提升城市“藍值”的優勢分析

以江蘇省徐州市城市“藍值”提升路徑為主要研究內容,按照GB 3095—2012評價徐州市區環境空氣質量達到二級以上優良天數比率為目標,以CO2和SO2排放量為主要的研究指標(見表1)。

表1 2016—2020年徐州市空氣質量達到二級以上優良天數比率

鑒于CO2和SO2排放量的不穩定性,利用灰色系統理論優勢分析對徐州市CO2和SO2排放量兩個因素進行綜合分析。

2.2.1 CO2和SO2排放量對“二級以上優良天數比率”灰關聯度選徐州市2016—2020年原煤(噸)等主要能源來估算CO2的排放量,數據來源于2017—2021年《徐州市統計年鑒》[11](見表2)。

表2 2016—2020年徐州市規模以上工業企業能源購進、消費及庫存

將上述能源轉換成噸標準煤計算,轉換系數如表3所示。

表3 各種能源轉換系數

表4 3種能源的碳排放系數與碳氧化率參考值[12]

計算得2016—2020年徐州市CO2排放量如表5所示,SO2排放量數據來源于2017—2021年《徐州市統計年鑒》[11]。

表5 二氧化碳排放量和二氧化硫排放量

基于灰色系統理論優勢分析[10],徐州市“空氣質量達到二級以上優良天數比率”關于CO2排放量(萬噸標煤)、SO2排放量(噸標煤)的相對關聯度為0.845 5和0.689 1。關聯度表明“優良天數比率”與CO2排放量(萬噸標煤)和SO2排放量(噸標煤)高度相關,提升城市“藍值”勢必要控制CO2和SO2排放量。另一方面說明“CO2排放量(萬噸)”對徐州市城市“藍值”的破壞比“二氧化硫排放量(t)”大。

2.2.2 8個相關因素相對CO2和SO2排放量的灰色關聯矩陣

影響CO2和SO2排放量的相關因素,如表6所示。運用灰色系統理論優勢分析,借助數據引導財政預算,達到環保資金統籌規劃。

表6 2016—2020年影響排放量的相關因素數據

基于灰色系統理論優勢分析模型,8個因素相對于二氧化碳和二氧化硫排放量的綜合關聯矩陣為：

數據表明：ρi8>ρi1>ρi3>ρi4>ρi2>ρi7>ρi6>ρi5,i=1,2,即上述各相關因素對“CO2和SO2排放量”影響最大的是“工業廢氣排放量(億立方米)X8”;其次是“園林綠地面積(公頃)X1”,下面依次為“每萬人擁有公共汽車 (標臺)X3”“環衛機械總數(臺)X4”“生活垃圾清運量(萬噸)X2”“私人車輛(汽車)擁有量(輛)X7”“ 廢氣治理設施(套)X6”;而“除塵設施X5”對“CO2和SO2排放量”貢獻最少,除塵設施只是降低局部污染物的排放量。

3 提升城市“藍值”的路徑

3.1 加強工業廢氣排放量的控制

徐州市是蘇北地區經濟發展最好的城市,也是污染較嚴重的城市,在節能減排中面臨著一個兩難的局面,不僅要發展工業帶動經濟增長,更要減少能源消耗和污染排放。“工業廢氣排放量(億立方米)X8”在CO2和SO2排放量影響因素中關聯度分別是0.861 9和0.679 0,明顯較其他因素的關聯度更大。工業廢氣是對城市大氣造成污染的重要直接污染源之一,工業生產過程中排放到大氣中的污染物種類繁多,有煙塵、硫的氧化物和氮氧化物等。另外,冬天人民生活與采暖中需要消耗大量煤炭,煤炭燃燒中釋放大量灰塵、CO2、SO2、CO等物質,使部分地區煙霧彌漫,這是一種不容忽視的污染源。為了減少大氣污染,政府應制定政策措施,控制工業廢氣的排放量;還需改變燃料構成,實行燃料性燃氣的轉化,同時,加緊研究和應用綠色清潔能源,如太陽能、氫燃料、生物質能等資源。

3.2 提高城市園林綠地面積和綠化覆蓋面積的占比

由優勢分析可知,“園林綠地面積 (公頃)X1”在影響城市“藍值”因素中位于第二。在其他條件不變的情況下,園林綠地面積和綠化覆蓋面積占比每提高一個百分點,能使 PM2.5質量濃度下降 0.05～0.06 μg/m3[13],為進一步改善城市環境,多措并舉增加城市的綠量,促進城市綠地均衡分布。2020年徐州市空氣質量達到二級以上優良天數261 d,人均公園綠地面積16.6 m2,已達到近5年來最高,人民群眾獲得感、幸福感進一步增強,綠水青山就是金山銀山,助力推進生態文明和美麗徐州建設。

3.3 加快交通領域新能源替代步伐

由表7可知：煙(粉)塵產生量最高,但是其排放率最低;SO2的產生量位居第2,排放率達到2.4%,說明兩種污染物治理水平提高了;氮氧化物的產生量位居第3,但排放率最高,說明非電行業和交通運輸行業氮氧化物排放仍有很大的下降空間,亟需管理部門開展精準減排。另外,優勢分析中影響城市“藍值”第三因素是“每萬人擁有公共汽車 (標臺)X3”,也說明移動源排放對PM2.5濃度影響占比較高。因此,推進重點行業深度減排和機動車尾氣治理,是降低PM2.5濃度的必然路徑。因此,全面提高新能源車使用,推動燃油車隊清潔化、低碳化[14]是提升城市“藍值”最為經濟和合理的途徑。

表7 徐州市2020年4類污染物的產排量及排放率指標

3.4 合理配備環衛機械數量和生活垃圾分類處理

2020年,徐州市環衛機械總數975臺,道路清掃保潔面積為3 587萬m2,生活垃圾清運量117.65萬噸,清掃保潔率達到73.8%,較前兩年稍有減少。各類環衛機械化車輛的投入,大大減少了環衛工人工作業面和作業量,提高了環衛清掃保潔效率,有效降低了道路含塵量,讓城市空氣更清新,城市環境更加干凈舒適,讓高顏值的“徐州藍”刷爆朋友圈。

3.5 擴大清潔能源的使用領域,提高能源利用的效率

清潔能源的使用,不僅能夠有效減少空氣污染,提升空氣質量,讓公眾收獲更多“藍天”,也能從源頭上改善大氣狀況,降低極端天氣的發生概率,助力氣候變化問題的解決。開發太陽能、天然氣和液體燃料、生物質能、地熱能取暖、光伏發電等新型的多能互補可再生能源系統,助力“碳達峰”愿景實現[15]。

3.6 科技是解決“雙碳”問題,實現城市“藍值”提升的必然途徑

科學技術是解決可持續發展的重要保證,雖無法完全杜絕霧霾天,但隨著科技的進步,生態環境部門監管和治理能力的提高,公眾關注度的不斷攀升,徐州市的藍天越來越多已成為一個不爭的事實。隨著大數據和人工智能等高科技飛速發展與廣泛應用,各類高新技術手段被越來越多地運用于國內的減排降碳中,為大氣污染治理工作提供了便利,也為城市“藍值”的提升保駕護航。

4 結語

基于灰色系統理論優勢分析方法對徐州市城市“藍值”提升路徑進行研究發現,徐州市城市“藍值”提升與CO2和SO2的排放量高度相關。

由關聯序數據說明,提升城市“藍值”的6條路徑需要管理部門逐步建立和完善管理措施,加強規范和監管,把綠色低碳納入制度規則中,納入頂層設計中,納入工作開展中,在繼續打好污染防治攻堅戰的同時,健全綠色低碳循環可持續的發展體系。