國內外碳排放核算方法研究進展.pdf

第34卷第2期 2014年3月 熱帶地理 TROPICAL GE0GRAPHY Vo1．34．NO．2 Mar．，2014 劉明達，蒙吉軍，劉碧寒．國內外碳排放核算方法研究進展卟熱帶地理，2014，342248258 國內外碳排放核算方法研究進展 劉明達 ，蒙吉軍 ，劉碧寒 1．北京師范大學政府管理學院，北京100875；2．中國電子信息產業發展研究院，北京100048 3．北京大學城市與環境學院，北京100871；4．城市建設研究院，北京，100120 摘要近年來，碳排放研究已被世界廣泛重視，其核算方法直接影響到碳排放數據的可靠性。文章針對近年來 碳排放領域的核算研究，從理論上討論了IPCC和中國關于碳排放項目清單，對比分析了排放因子法、質量平衡 法和實測法3種主要碳排放核算方法的優缺點及適用對象；從實踐上將核算清單項目與方法細化到國家／省區、城 市、住區、單體建筑和家庭5個空間尺度單元。在總結現有研究成果的基礎上，概括出了碳排放研究的范式與框 架。綜述發現1碳排放研究已形成以IPCC為主導、各方積極參與的局面，目前已發展成為一個范式清晰、方 法成熟、使用范圍廣泛、與時代緊密結合的研究領域；2IPCC提出的排放清單與核算方法在各空間單元尺度開 展實踐，并在解決城市問題過程中產生新的學科增長點；3碳排放核算仍然存在尺度關注不均衡，中觀尺度研 究較少，以及核算方法的自身缺陷，數據獲取的外部限制等問題；4中國形成了適合本國的碳排放清單，在歷 史碳排放、碳排放區域差異以及自然系統碳排放等方面取得了一些進展，但存在理論創新少、方法探索不多、數 據獲取受限等問題。 關鍵詞IPCC；碳排放；清單；核算 中圖分類號x196 文獻標志碼A 文章編號10015221201402024811 20世紀607O年代以來，氣候變化、糧食危機、 人口壓力等一系列環境壓力因素引起國際社會的普 遍關注。1979年，第一屆哥本哈根大會首次將氣候 變化提到了國際事務性合作的高度。隨著全球變化 科學研究的深入，各國政府逐漸將焦點放在碳排放 問題上。人類活動通過化石燃料的燃燒，工業原材 料加工和將森林、草原轉換成低生物量的生態系統3 種主要方式，使固定的碳元素以氣體分子的形式釋 放到大氣中，從而增加大氣碳含量 。自工業革命 以來，人類活動使大氣中的CO 體積分數增加了 25％～30％，甲烷體積分數增加了100％ ～。人類活 動的溫室氣體排放被認為是氣候變暖的直接要因之 一；工業革命以來的累積碳排放已使全球平均氣溫 上升了2℃ 。在可預見的未來，由人類經濟活動導 致的溫室氣體增加所引起的氣候變化，及其一系列 影響將相繼顯現 。。 政府間氣候變化專門委員會Intergovernmental Panel on Climate Change，簡稱IPCC是由世界氣象 組織WMO和聯合國環境署UNEP在1988年 共同建立的，嘗試從科學與政治2個角度推進碳排放 領域的研究與實踐，以達到各國政府合作減少碳排 放的目的。1992年該委員會就氣候變化問題達成了 作為綱領性文件的聯合國氣候變化框架公約 UNFCCC，專門負責控制CO 等溫室氣體排放工 作，以應對全球氣候變化帶給經濟和社會的不利影 響。1997年，公約締約方第3次會議制定了京都議定書，簡稱京都 議定書Kyoto Protoco1，為發達國家規定了有法 律約束力的定量化減排和限排指標 。2007年，為 解決京都議定書承諾期結束后沒有法律性文件 約束各成員國這一問題，制定了“巴厘島路線圖” Bali Roadmap，敦促各方進一步緊密合作。2009 年底，締約國十五次會議在丹麥首都哥本哈根召開， 發達國家與發展中國家正式形成兩大陣營，經過12 d的艱苦談判，最終達成了不具法律約束力的哥本 哈根協議Copenhagen Accord，在一定程度上反 映了碳排放問題已經日益與國際政治關系聯系在一 起，成為政治地理的新問題 ]。 收稿日期20131213；修回日期20140218 基金項目國家自然科學基金項目41371097 作者簡介劉明達1985一，男，遼寧人，助理研究員，博士研究生，研究方向為政府經濟管理、戰略性新興產業等，Email池stm163．com。 2期 劉明達等國內外碳排放核算方法研究進展 249 IPCC在碳排放領域的研究主要集中于提出和 構建碳排放量核算的范式與框架；公布全球氣候變 化的研究報告；出版溫室氣體排放源的指導性清單， 并分別附帶計算方法 。除此之外，世界各國的學 者也根據本國情況開展碳排放研究，主要工作有 制定更具傾向性的碳排放清單；構造更有針對性的 碳排放計算方法；在國家、省級行政區、城市、住 區乃至單體建筑等多個尺度開展實踐性工作。 可以看出，目前碳排放的研究體系可以歸納為3 大部類研究主體、研究內容與引申探討。IPCC、 各國政府和獨立研究機構是該研究的主體，3者之間 相互指導和借鑒。制定碳排放清單也即碳排放源 普查和碳排放量計算方法構建是主要的研究內容， 其中碳排放量計算方法的研究又可分為針對不同地 域尺度的碳排放量核算、針對不同客體的碳排放量 核算和方法論探討3個領域針對具體計算對象的不 同空間尺度構建核算方法，從方法學理論出發構建 具體核算方法，依據核算工作開展的不同方向和領 域進行探討。相關的引申探討包括對于碳減排、碳 交易和低碳城市等領域的研究圖I。 政府間氣候變化專 。委員會 I．． 碳排放源 · 排放清 、、 裝 ； 囂蠶 I、 --～。／ l 指 匯 l- 導 報 指 借 1 導 鑒 l _ l 各國政府組織 l 一姜一 借 借 鑒 鑒 1 、～ ／ 獨立研究機構 宏觀 某種或幾種含碳排 壘球氣候蹙化廈頇副 一 排竹田 t± |一一 放物的計算； 壘球、jI陸、直家碳植環 俳似固T估 ／ 壘球、大陸、匿家碳排放 ’ 某些生產生活行為 中觀 的碳排放計算； 碳減排量估算與技術探討 城市 荏匣碳排放估茸 式 ／ ／ 一 I ，、 城市、佳匣堿排放估整模型‘_ 7‘。 質重平衡括 某區域的碳排放計 碳交易范式與相關分析 _ 微觀 ／ ／ 算； 建蔭 隸庭碳tf}敲估垃范式 低碳城市規劃與建設理論 與家庭曬動胄關的堿涌 [／ 某生態系統的碳排 碳俺存， }放的堍覡生卷帆制 實測法 放計算； 1碳排放清單 圖1碳排放研究框架 溫室氣體排放清單包括一套標準的溫室氣體排 放統計表，涵蓋所有相關氣體；還包括一份說明估 算溫室氣體排放量所使用的方法學問題和數據的報 告。其包括的溫室氣體主要有二氧化碳COz、甲 烷CH 、氧化亞氮N0、氫氟烴HFCs等。 由于碳素是溫室氣體的主要元素，因此該清單又稱 為碳排放清單。 1996年，IPCC出版首份國家溫室氣體清單指 南，以自然排放源、社會經濟排放源2大類為基礎， 將碳排放源細分為6個部門能源Energy、工業 過程Industrial Processes、溶劑和其他產品應用 SolventsOther Product Use、土地利用變化和林 地Landuse ChangeForestry、農業Agriculture、 廢棄物Waste，并對每個部門進一步給出明細排 放項目。 以1996年溫室氣體排放清單為基礎，2006年 IPCC又出版了新的清單指南；將碳源合并為4個部 門，即能源Energy、工業過程和產品用途 Industrial Processes and Product Use，簡稱IPPU、 農業林業和其他土地利用Agriculture，Forestry and 250 熱帶地理 34卷 Other Land Use，簡稱AFOLU、廢棄物Waste o 在之后的3次修訂中，補充說明了如何使用該清單 進行國家尺度的碳排放量估算，進一步明確了核算 方法。新版本將“工業過程”與“溶劑和其他產品 應用”合并為“工業過程和產品用途”，將“土地利 用變化和林地”與“農業”合并為“農業林業和其 他土地利用”；原因在于碳排放源是一個完整的，涉 及工農業生產、日常生活和自然生態系統各個過程 的巨系統，內部有十分復雜的聯系，因此將較為獨 立的部門進行合并與劃分，有利于更全面地理解和 核算。該核算清單是迄今為止門類最為齊全、體系 最為合理的清單，涉及人類生產生活的各個領域和 各個流程，是各國政府向IPCC報告本國碳排放類 型和數量的重要參考文本。世界各國也在IPCC給 出的碳排放清單指導框架下，紛紛研究制定適合本 國國情和更有針對性的碳排放清單，用于更為詳盡 的盤查本國碳排放特點和數量。 應IPCC的要求，中國政府于2001年針對可代 表本國碳排放清單所包含的5大部門能源相關 能源生產、能源加工與轉換、能源消費、生物質能 燃燒、工業生產、農業活動、城市廢棄物處置處理、 土地利用變化與林業 叫進行明細化研究，并分別形 成最終清單。該清單充分體現了中國碳排放源的特 點生物質能燃燒被單列出來加以考察，是由于中 國農村地區還廣泛存在著直接燃燒生物質能燃料的 現象；中國農業活動在經濟部門中占有較大比例， 糧食主產區分布廣泛，地跨多個自然帶，受區域地 形和小氣候影響，耕作制度復雜多樣，因此將農業 活動碳排放單列；中國快速的城市化過程已導致的 污染問題突出，城市廢棄物的處理和處置亦被列入 清單。 2碳排放量核算指導性方法 碳排放計算方法與模型，按照其設計思路可分 為宏觀和微觀兩大類。宏觀估算模型在大尺度上對 碳排放核算給出概念I生解釋與方法，而微觀估算模 型直接面對不同的排放源類型估算出碳排放量。目 前，使用范圍較廣、兼具宏觀和微觀特點的方法有 排放因子法、質量平衡法和實測法3種。在具體估 算某些部門中某些項目時，也有一些更為適用的專 門方法，如基于質量平衡法開發的自然碳庫碳含量 估算模型等。 2．1排放因子法 排放因子法EmissionFactor Approach是IPCC 提出的第一種碳排放估算方法，也是目前廣泛應用 的方法。其基本思路是依照碳排放清單列表，針對 每一種排放源構造其活動數據與排放因子 Emission Factor，以活動數據和排放因子的乘積作 為該排放項目的碳排放量估算值 EmissionsADEF 1 式中Emissions為溫室氣體排放量如c0、CH 等； AD為活動數據單個排放源與碳排放直接相關的具 體使用和投入數量；EF為排放因子單位某排放 源使用量所釋放的溫室氣體數量。其中，活動數 據主要來自國家相關統計數據、排放源普查和調查 資料、監測數據等；排放因子可以采用IPCC報告中 給出的缺省值即依照全球平均水平給出的參考 值，也可以自行構造，獲取途徑見表1 。 表1 排放因子數值獲取來源 Tab．1 Resources ofgaining emission factors data 文獻類別 出處 備注 IPCC指南 IPCC排放因子數據庫Emission Factors Data Base 國際排放因子數據庫美國環境保護署USEPA EMEP／CORINAIR放清單指導手冊 來自經同行評議的國際或國內雜志的數據 其他具體的研究成果、普查、調查、測量和監測數據 IPCC網站 提供普適性的缺省因子 IPCc網站 囂翁瓣性缺省因子和各國實踐工作中采 美國環保署網站 提供有用的缺省值或可用于交叉檢驗 歐洲環境機構網站EEA 提供有用的缺省值或可用于交叉檢驗 國家參考圖書館、環境出版社、環境新聞雜志、較為可靠和有針對性，但可得性和時效性較 期刊 差 大學等研究機構 需要檢驗數據的標準性和代表眭 目前，以排放因子法為基礎，多國都提出了碳 排放計算器，以面向用戶的方式提供碳排放量估算 的方法，從一個側面說明排放因子法業已成為當今 碳排放估算方法的主流。 2_2質量平衡法 質量平衡法MassBalance Approach是近年 來提出的一種新方法。根據每年用于國家生產生活 的新化學物質和設備，計算為滿足新設備能力或替 2期 劉明達等國內外碳排放核算方法研究進展 251 換去除氣體而消耗的新化學物質份額。該方法的優 勢是可反映碳排放發生地的實際排放量，不僅能夠 區分各類設施之間的差異，還可以分辨單個和部分 設備之間的區別；尤其當年際問設備不斷更新的情 況下，該種方法更為簡便。 2．3實測法 實測法Experiment Approach基于排放源的 現場實測基礎數據，進行匯總從而得到相關碳排放 量。該法中間環節少、結果準確，但數據獲取相對 困難，投入較大?，F實中多是將現場采集的樣品送 到有關監測部門，利用專門的檢測設備和技術進行 定量分析，因此該方法還受到樣品采集與處理流程 中涉及到的樣品代表性、測定精度等因素的干擾。 目前，實測法在中國的應用還不多。 綜合比較，上述3種方法的優缺點、適用的尺度 和對象及應用狀況見表2。 表2 3種方法的比較 Tab．2 Instructionsguidelines for three s 3不同尺度的碳排放量核算方法 自然系統中的能源、原材料和水等被人類加以利 用，形成各種產品和服務來維持人類社會的發展，在 這一過程中，產品和服務、能源與水按照國家與省區、 城市、住區、單體建筑和家庭單元的尺度層級發生流 動，并伴隨著含碳化合物排放到自然系統中，經過人 為或自然的處置、降解而重新參與經濟循環，對廢棄 物的處置和處理過程也發生碳排放 圖2。 3．1國家、省區尺度 國家是IPCC碳排放評估體系中的最高級、最 重要的評估單元，也是直接接受IPCC指導的工作 單元。IPCC對各國依照既有框架提交的碳排放數據 進行匯總和分析，給出全球碳排放的相關研究結果。 省區尺度的碳排放核算工作與國家尺度相似，是國 家碳排放核算體系的重要環節。由于IPCC 2006年 碳排放清單指南中4個部門中所有碳排放項目均能 夠對應到國家、省區尺度，涵蓋了包括經濟生產、 生活消費、廢棄物處理與土地利用等各個方面，所 以國家／省區尺度的核算多從4個部門的碳排放源 清單出發進行核算。 3．1．1核算清單 I能源部門。能源消耗是最早被納入碳排放核 算體系的排放源之一，也是碳排放的主要來源。在 國家、省區尺度的碳排放核算中，能源消耗部門被 劃分為固定源燃燒、移動源燃燒、逸散、二氧化碳 運輸和注入4個子部門，并依據每個子部門中的不同 行業、流程進一步加以研究，給出具體的估算公式、 活動數據獲取方法和排放因子值。 2IPPU部門。IPPU部門按照經濟生產類別劃 分為采掘工業、化學工業、金屬工業、非能源產品 生產、電子工業、其他產品制造和使用等子部門， 并進一步針對全球范圍內較重要的一些工業產品， 計算其制造過程中原材料加工、能源消耗和設備排 放所產生的碳排放量。以工業生產過程為基礎，從 原材料加工出發，估算包含在工業生產過程中和工 業制成品內部的碳排放。 3AFOLU部門。AFOLU部門碳排放量的核算 針對因人類活動而發生覆被變化的地區或各種自然 生態系統的碳排放來開展。對該部門的核算涉及與 自然地理有關的多個過程，是一個復雜的體系，因 此對應的核算方法也包含各種物理化學過程。 4廢棄物部門。人類活動所產生的廢棄物需要 通過一系列技術手段進行處理，按照處理方式的不 同可分為廢棄物處置、固體廢棄物的生物處理、廢 棄物的焚化和露天燃燒、廢水排放和處理4個子部 252 熱帶地理 34卷 l I 自然瓷源 I 一 ～． I 能源 l I原材料I l 水 J 薷霜 I I l I l I 產品和服務 I I l I I I I 國家、省區尺度 I I I I t l 0 城市尺度 l l l l l t 加-F轉運、 I 土地變化和 l 住區尺度 I l 消費 l I t l l 單體建筑尺度 I I I ▲ l I 1 l I l 家庭單元尺度。 J l f I l l I I } I r ● 1 I 向環境排放的廢水廢氣和生活垃圾 } 蠢 處理 圖2不同區域尺度碳排放模式 Fig．2 Carbon emission model in different scales 門；根據4種廢棄物處理類型的工藝過程，分別計算 其碳排放量。 3．1．2核算方法對于能源部門排放量的核算，排 放因子法已經得到較為成熟的應用。排放因子法也 是IPPu部門計算排放量比較傳統和主流的方法；但 由于實際情況中存在因生產工藝更新而導致排放因 子發生變化等問題，因此IPCC提出質量平衡方法， 該方法能夠較好地解決此類問題。 基于增加一損失的自然碳庫碳含量估算模型是 IPCC和許多學者針對AFOLU部門專門提出的碳排 放量估算宏觀模型，目前得到較廣泛的認可。該宏 觀模型首先估算土地碳庫中碳含量的變化，之后將 其換算為碳排放量。具體操作如下1將碳排放源 劃分為生物量、死有機質、土壤有機碳、生物量燃 燒產生的非CO。排放4個庫；2界定目前土地分類 體系中幾類對碳排放而言最重要的土地類型林地、 農地、草地、濕地、聚居地、其他土地與土地利 用過程牲畜和糞便管理、土壤與化肥排放、木產 品采伐；3采用排放因子法計算每一土地類型和 土地利用過程中各個庫的碳庫碳含量變化，然后逐 級匯總換算為整個AFOLU部門的碳排放量。需要 指出的是，該部門包含的“聚居地”碳排放不包含 在聚居地上人類活動所產生的碳排放，僅計算聚居 地這一土地利用類型本身產生的碳排放量。但不同 學者出于不同理解和具體需要，通過改造、簡化等 方式又給出了自己的核算方法 ”。 廢棄物部門主要運用排放因子法，IPCC 2006 的碳排放清單指南中給出了全球各區域廢棄物主要 構成的缺省調查數據以及處理過程中的碳排放核算 方法。該部門碳排放量的核算較多地依賴于具體處 理過程的相關監測數據，因此對于國家、省區尺度 的估算有一定難度，比較理想的尺度是城市或住區。 3．2城市尺度 由于CO 排放量的80％以上來自于城市 ，所以 城市一直是碳排放研究的熱點。近年來，低碳城市 的研究和實踐可謂是蔚然成風，許多組織和國家都 開展了相關方面的實踐 。IPCC編制的碳排放清 單主要針對國家尺度，城市尺度在依照該清單進行 計算時需要視具體情況進行簡化。 3．2．1核算清單 1能源消耗。主要包括能源部門中的固定源燃 燒主要是化石燃料和移動源燃燒主要是交通 2期 劉明達等國內外碳排放核算方法研究進展 253 能源[1sl對于IPPU部門中涉及到的相關生產過程 中的排放，目前多直接歸納到能源燃燒的碳排放量 估算中。齊玉春等 將城市能源使用碳排放歸納為 以下方面工業生產、電力生產中的燃料燃燒；燃 料加工、運輸及工業利用過程中的泄漏和揮發；交 通工具排放；其他零散點源碳排放。 2土地利用。城市植被以綠化樹木、灌木樹籬 和草地為主，除自然碳排放外，也受人類日常維護 措施如施肥、修剪和管理等影響。土壤能夠排放碳， 由于城市植被和土壤屬于城市自然部分，其碳排放 以自然為主，因此與自然系統碳排放的研究方法類 似 。城市不同土地覆被類型有不同的碳排放量。 城市擴張導致建成區大量侵占水體、林地、草地和 農田等其他類型的土地，導致碳排放量的變化。劉 紀遠等 的研究表明，中國近20年來的城市用地大 部分由農田轉化而來，由于農田和城市土地本身的 碳釋放量相當，因此中國城市化自身造成的土地利 用／覆被變化對生態系統碳循環的影響并不顯著。而 西方國家大量城市用地是由森林轉化而來的，在城 市化過程中造成大量的碳排放。 3廢棄物處理。1965年，Wolman提出了城市 代謝的概念 ，認為城市代謝就是將物質、能量、 食物等輸入城市系統，并將產品和廢物從城市系統 中輸出的過程，其本質是將城市視為有機體，并重 點考慮其排泄過程的效應。從城市代謝的角度理解 廢棄物處理過程中的碳排放問題，有助于更全面地 挖掘廢棄物處理的碳排放源，理解處理處置過程中 的碳排放變化并進行核算口”。城市碳排放核算的對 象以IPCC指南中4大部門為基礎，參考城市經濟生 活的特點、地域范圍的限制，制定出有針對性的核 算清單。 3．2．2核算方法 目前，城市碳排放的估算以排放 因子法為主 ，尤其是一些針對城市能源消耗、城 市工業過程碳排放的研究，質量平衡法居于輔助地 位。國內的研究多將各種類型的碳排放源轉換為標 準煤，將不同的排放因子統一為標準煤的碳排放因 子，繼而進行估算 。日本在生態城市建設中多 截取生產或生活的某一側面口q，或者從生產方面進 行資源循環利用、能源深加工，或從生活方面進行 垃圾分類回收、減少不可回收商品的使用等。 3．3住區尺度 3．3．1核算清單住區尺度碳排放清單包含住區能 源消耗、生產生活過程中的物質能源消耗、蘊含在 ①資料來源http／／www．pvupscale．org。 商品中的碳排放、住區內部廢棄物處理過程以及綠 化地段的碳排放。目前，中國開展的相關研究較少， 還沒有針對該尺度較為成熟的碳排放估算清單。劉 念雄等口 認為中國住區碳排放源主要來自建筑周期 過程及住區內部植被，而未將居民生產生活所產生 的碳排放包括在內。 3．3．2核算方法 目前，國內關于住區尺度碳排放 的研究處于起步階段，并沒有成熟完整的核算方法。 國外對住區碳排放量的核算，多以典型住區生態 小區、住區為主，尤其是生活型住區『如英國的貝 丁頓BedZED口 、德國的太陽區Solar Quaaer 等 ]，通過梳理住區的地理范圍、運轉模式、主要 功能等，劃清有針對陛的排放清單后逐個核算。 3．4單體建筑尺度 近年來，許多國家在建筑的規劃、設計、施工 及物業管理過程中都融人了低碳的理念。中國在 2008年奧運會的過程中，積極開展了綠色建筑的研 究和實踐口 。2010年上海世博會主辦方也與UNEP 共同發布了中國2010年上海世博會綠色指南， 系統提出籌展、參展、運營和參觀的環保要求，用 綠色、低碳的理念來指導世博會的具體實踐p。 3．4．1核算清單關于單體建筑碳排放的估算，其 排放源的確定應該從建筑物成品內部各種項目 功能出發，香港建筑物碳審計報告 ”將其劃分為3 個部分圖3。 圖3建筑碳排放源分類 Fig．3 Classification of sources ofcarbon emission 1直接排放 包括固定源產生電力、熱能或蒸汽時的燃燒燃 料；流動源在運送物料、產品、廢物或接載人員進 出建筑物過程中的燃料燃燒；設備及系統運作時釋 ＼＼ _，、、＼＼ 一 ～ 一 建斷 一 一 一 ，，， 熱帶地理 34卷 放的溫室氣體；在建筑物邊界內被綠色植物吸收的 溫室氣體作為負值參與碳排放計算。 2間接排放 指建筑物消耗的電力及天然氣在其生產過程中 所引致的溫室氣體排放。 3其他 包括建筑物內產生的廢紙在處置中排放的甲 烷；建筑物污水處理耗用電力而引致的溫室氣體排 放；蘊含在飲用水處理中的電力生產過程中的溫室 氣體排放。 3．4．2核算方法 目前，在建筑碳排放領域大多 采用實測法，也可以根據具體情況采用排放因子 法。 3．5家庭單元尺度 家庭單元是碳排放估算的基礎單元，主要基于 家庭成員的日常生活起居所引起的碳排放開展估 算，可以明確國家公民的日常行為方式，指引人們 以更加環保、節約的生活方式降低碳排放。由于家 庭單元碳排放估算是基于消費的，所有與生產有關 的過程都可以在消費中得到對應，因此可以在對國 家社會結構和地域分異有充分認識的基礎上，通過 合理的分層、分類抽樣方法在全國范圍內開展家庭 碳排放調查，最終自下而上匯總為建筑、住區、城 市乃至國家的能源消耗、IPPU和廢棄物部門碳排 放，在平行估算AFOLU部門中非食物性生產子部門 碳排放量的基礎上，將二者進行加和，即可得到各 個尺度的最終碳排放量值。這與IPCC提供的自上而 下的估算體系殊途同歸。 3．5．1核算清單家庭單元碳排放清單涉及生活消 費的方方面面，包括食物在內的幾乎所有生活所需 商品在制造過程中都包含了碳排放p 刮。 劉晶茹等 將家庭碳排放模式歸納為家庭單 元直接利用自然資源所產生的能源、原材料和水， 以及三者所提供的產品和服務來維持日常生活，同 時產生廢棄物回歸自然環境中，家庭又能夠通過循 環利用等方式延長相關能源、原材料、水和產品服 務在自身內部的使用時間。在這一循環的各個環節 中都伴隨碳的排放。家庭尺度碳排放也可以個人為 單元開展核算，陳彥玲等 研究認為影響中國個人 碳排放量的因素主要是經濟增長、產業結構、能源 消費結構及效率水平。 3．5-2核算方法排放因子法是估算家庭碳排放的 主要方法，目前廣為流行的家庭碳排放計算器的設 計原理就來自排放因子法。中國的臺灣、南京等地 區都曾嘗試推出過各自適用的家庭碳排放清單及估 算公式②。 綜上所述，各地域尺度單元與碳排放核算方法 之間可建立起如圖4的對應關系。 l 度 l 碳儲存、碳排放的微觀生態機制過程研究 ＼。一一／ 圖4各地域尺度碳排放研究與碳排放計算方法對應關系 Fig．4 Relationship between carbon emission approaches and studies in different scales ②資料來源http／／icoo1．saveoursky．org．tw。 2期 劉明達等國內外碳排放核算方法研究進展 255 4國內外研究進展 4．1國外進展 概括起來，國際碳排放研究的趨勢可以歸納為 以下4點 1IPCC的理論與方法被各國普遍接受。IPCC 聚集了全世界1 000余位科學家，對全球氣候變化、 土地變化、碳排放估算的范式開展了為期l0余年的 研究工作，發表各式報告、指南等文本數lO份，已 大致建立起了包含各學科領域、各地域要素、各生 產環節在內的碳排放估算框架體系，并給出了碳排 放源清單與核算方法，成功指導了區域實踐④。目 前各國政府主導的碳排放核算工作大多在IPCC制 定的范式指導下開展。 2宏觀與微觀尺度研究成果日益豐富。IPCC 倡導和組織的全球政府碳排放量核算與報告工作， 極大促進了宏觀碳排放領域的研究，有關全球、大 陸和國家尺度的碳排放數量和預測、碳減排計算、 碳循環模式等方面的知識已被人們越來越多地了 解；由各國獨立研究機構開展的微觀尺度碳源碳匯 調查、人類日常行為碳排放等工作成果也El益豐富。 3與其他學科的結合、發展趨勢良好。目前， 碳排放領域的研究已經充分學習和吸納了物理學、 化學、數理統計、地理學、生態學等學科的研究方 法和思路，日益成為一項綜合l生的復雜研究體系； 其研究成果也因此更加具有綜合指導意義和實踐意 義。 4與城市問題緊密結合、派生新的學術增長點。 城市是人類生產生活集中的場所，城市化是經濟發 展最主要的地理表現之一。隨著環境問題的日益突 顯，城市環境問題因其危害的嚴重性、曝光的及時 性、廣泛的關注性而受到各方重視。作為大氣主要 碳源的化石燃料燃燒和土地利用變化過程p吲，也大 多集中在城市化高度完善或迅速進行的地區，因此 碳排放研究將城市作為一個重點。目前已經形成了 包括城市碳循環、城市碳管理 等新的研究方向 和學術增長點，成為發展城市理論、指導城市實踐 的重要力量p 。 4．2國內進展 隨著近年來經濟迅猛發展，中國碳排放量與日 俱增，總量已達世界第一。在政府的推動和倡導下， 中國學術界碳排放研究成果頗豐，專門的研究機構、 研究人員和文獻數量顯著增加。2003年以來被 Elsevier Science英文期刊數據庫收錄的中國學者關 于“碳排放”“碳循環”的研究成果100余篇，且呈 逐年增加趨勢。利用中國期刊全文數據庫 http／／epub．edu．cnki．net／以“碳排放”和“碳循環” 為關鍵詞，對1998年以來的文獻進行了檢索?？梢?看出目前對中國碳排放的歷史演變過程 、區 域差異特點 、主要影響因素 ，及生態系統 碳排放與碳循環的模式、特點、數量 等問題進 行了研究表3。 表3 1 998年以來以“碳排放”“碳循環”為關鍵詞的中文文獻總結 Tab．3 Summary ofChinese papers which focused on“carbon emission ’“carbon cycling”since 1998 “碳 循 環” l998200o 2O0o一2002 2O022O04 20042O06 2O062OO9 33 以大尺度研究為主，區域尺度研究起步 64 大尺度研究更加深入，區域尺度研究加強 70 引入同位素方法，與生態系統研究相結合 100碳循環建模 95 生態系統碳循環占據主流 5不足與展望 國際碳排放研究已基本形成以IPCC為主導， 各國政府和科學組織踴躍參與的局面，并已經從單 ③資料來源http／／www．ipcc．ch／。 全球及大陸尺度碳循環研究、碳循環與自然地理要素關系研究 保持大尺度碳循環研究基礎上，更加注重區域尺度的研究，和碳循環 與氣候變化的研究 碳循環與生態系統相結合，關注更小的生態地理要素的影響 各種尺度的碳循環建模，研究自然地理要素本身的碳循環過程 與陸地生態系統有關的碳循環研究，并擴展到土地利用領域 純的科學問題上升為政治問題。IPCC報告中歸納出 囊括4種主要排放源的碳排放清單，以及3種估算 碳排放的模型方法。這些清單及方法在不同地域尺 度單元中得到廣泛應用和發展，并在城市尺度派生 256 熱帶地理 34卷 出新的學科增長點。中國科學界在該領域作出了一 些貢獻，形成了適合本國國情的碳排放核算清單， 并在一些方面取得進步。 5．1 不足 迄今為止，以IPCC為主導、各國政府廣泛參 與、各獨立研究機構和非政府組織普遍關注的碳排 放研究取得很大進展，短短l0余年時間已經發展成 為一個范式清晰、方法成熟、使用范圍廣泛、與時 代緊密結合的研究領域。但總體說來，還存在以下 2點不足 1尺度關注不均衡，中觀尺度研究較少。由于 城市、住區尺度的碳排放估算過程中面臨2個主要 問題一是與自然系統有關的碳循環過程，難以對 應到中觀的城市尤其是住區尺度；二是人類社會經 濟系統中，一個城市或住區基本不可能獨立承擔完 整的經濟循環鏈，且日益復雜化和全球化的經濟產 業鏈也進一步導致中觀尺度的碳排放源邊界難以界 定。這2個問題導致了城市、住區尺度的碳排放研 究進展緩慢。目前，還很難見到關于中尺度的全面 碳排放源清查、碳排放量估算，或者專門針對中尺 度碳排放研究而設計的碳排放核算模型，在中國也 是如此 叫；而相同工作在宏觀、微觀領域進展順利。 2{亥算方法的自身缺陷，數據獲取的外部限制。 在一些尺度、一些經濟生產部門或者某些排放源， 碳排放量核算的基礎數據獲取、核算方法建立工作 已經取得很大進展；但由于方法誤差最小的實測法 在實際操作中，存在數據獲取受限的問題，因此排 放因子法、質量平衡法等基于間接數據的方法被廣 泛應用，這就意味著方法本身的系統誤差無法避免， 計算結果也因此受到影響。 國內方面，則還存在一些自身缺陷。 1理論創新較少，認知來源于國外。雖然中國 關于碳排放研究的文獻數量增長很快，但卻較少有 文獻能夠深入剖析碳排放的理論體系，對于整個碳 排放研究框架的補充和完善也多來自于國外研究成 果的學習和引用，新知識的消化較強，創新不夠。 2方法探索不多，數據獲取受限。中國統計數 據年限較短，涵蓋類別有限尤其是基層地區，在 一定程度上影響了中國宏觀尺度碳排放估算的準確 性，導致碳排放的基礎研究工作不盡如人意 ”；加 之核算方法在創新上顯出不足，因此造成中國碳排 放核算方法絕大多數采用IPCC的主流方法。 3學科側重過大，研究發展不均衡。中國碳排 放研究工作的開展多來自于地方政府和行業協會的 推動，因此過分注重國內大區域如省、經濟生產 行業部門的碳排放，而碳排放是一個生態和經濟多 要素共同影響、自然和人文多學科交叉、地方和全 球多尺度綜合的過程，因此過分強調行政區域、行 業邊界的研究勢必對國內碳排放研究的長遠發展不 利。 5-2展望 目前碳排放研究存在的問題和不足將在未來工 作中逐步得到解決，相關機構和學者將進一步關注 目前研究的短板，加快中觀尺度的方法體系建立， 充實研究案例；同時數據觀測、獲取的方式和手段 也將不斷更新，從而豐富數據來源，大幅提升研究 的精準度和可參考價值。 國內方面，下一步應著力推進碳排放理論構建 和方法論研究等工作。要注重頂層設計，合理引導 研究資金和力量投向。立足國內實際，從產業體系、 能源結構、資源稟賦、發展階段等方面出發，構建 適應國內情況的碳排放理論體系，構建全尺度、廣 覆蓋的碳排放源數據庫，深入開展碳排放核算方法 研究，進一步加強碳排放研究對國際氣候變化談判 的支撐能力。 參考文獻 [1]VITOUSEK P M，MOONEY H A，JANE Lubchenco，et a1．Human domination of earth’S ecosystems[J]．Science，1997，27725494-499． 『2]CRUTZEN P J．Geology of Mankind[J]．NaCre，2002，415323． [3]MYLES R A，DAVID J F，CHRIS Huntingford．Warming caused by cumulative carbon emissions towards the trillionth tonne[J]．Nature， 2009．45811631l66． I4]MAHLMAN J D．Uncertaintiens in Projections of Human Caused Climate 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