1990-2016年UNFCCC附件一國家二氧化碳排放因子數(shù)據(jù)集

張莉，王茂華，常征，呂正，黃永健

1.中國科學院上海高等研究院；上海大學，特種光纖與光接入網(wǎng)重點實驗室，特種光纖與先進通信國際合作聯(lián)合實驗室，上海先進通信與數(shù)據(jù)科學研究院，上海 201210

2.上海碳數(shù)據(jù)與碳評估研究中心，中國科學院低碳轉(zhuǎn)化科學與工程重點實驗室/中國科學院上海高等研究院，上海 201210

3.中國科學院潔凈能源創(chuàng)新研究院，大連 116023

引 言

氣候變化問題是當今國際社會關(guān)注的熱點和焦點。聯(lián)合國政府間氣候變化委員會（IPCC）在其發(fā)布的第五次評估報告[1]中指出，氣候變暖的事實毋庸置疑，且變暖速度仍在加快，只有加大溫室氣體減排力度，才有可能抑制變暖趨勢。面對氣候變化減緩的嚴峻性與緊迫性，為實現(xiàn)全球氣溫上升抑制在 2℃以下的目標，各國達成了巴黎協(xié)定。我國已明確提出二氧化碳排放的自主貢獻（NDCs）目標，即爭取到2030年之前，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量比2005年下降 60%-65%。除了NDCs目標，根據(jù)巴黎協(xié)定要求，所有締約方須以IPCC制定的方法學為依據(jù)編制并提交溫室氣體排放源和吸收匯的國家清單報告，作為執(zhí)行和實現(xiàn)NDCs所必需的信息[2]。近年來，我國政府高度重視溫室氣體排放的統(tǒng)計核算工作，在《國家應(yīng)對氣候變化規(guī)劃（2014-2020年）》《強化應(yīng)對氣候變化行動——中國國家自主貢獻》《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》等中均明確提出，要加強我國氣候變化相關(guān)的統(tǒng)計、核算工作。

二氧化碳（CO2）是人為溫室氣體（GHG）排放的最主要成分，1970-2010年累計排放占GHG排放總量的78%[1]。其中，化石能源燃燒約占人為CO2排放總量的74.5%[3]，即燃料燃燒CO2排放對人為GHG排放總量的貢獻達58%以上。這表明，燃料燃燒CO2排放是溫室氣體減排的重點領(lǐng)域，其排放量核算的準確性是減排政策制定和執(zhí)行的基礎(chǔ)。根據(jù)IPCC方法學，溫室氣體排放量等于活動水平數(shù)據(jù)與其所對應(yīng)的排放因子的乘積[4]。對于燃料燃燒，CO2排放量核算的各種方法均基于燃料燃燒量計算，即排放量等于燃燒的燃料量乘以燃料的排放因子。不同方法之間的區(qū)別主要在于排放因子的選擇，即采用IPCC缺省排放因子或是特定國家排放因子。IPCC的推薦做法是使用可獲得的最細分的、特定技術(shù)和特定國家排放因子。

CO2排放因子的選擇和核定對燃料燃燒CO2排放量計算結(jié)果具有重要影響。在對我國燃料燃燒CO2排放核算中，不同研究機構(gòu)和學者采用的排放因子有所不同[5]。我國國家發(fā)改委應(yīng)對氣候變化司以公開出版物的形式公布了我國2005年分部門、分燃料品種的碳排放因子（含潛在碳排放因子和碳氧化率）。國際組織如全球大氣排放數(shù)據(jù)研究中心（Emissions Database for Global Atmospheric Research，EDGAR）、國際能源署（International Energy Agency，IEA）和美國能源信息署（U.S.Energy Information Administration，EIA）在不同時期先后采用了《1996年IPCC國家溫室氣體清單指南》和《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》中的燃料缺省排放因子[6-8]。美國勞倫斯伯克利國家實驗室CO2信息分析中心（Carbon Dioxide Information Analysis Centre，CDIAC）則采用了獨自估算的燃料排放因子[9]。而Liu等[10]基于中國科學院戰(zhàn)略性先導專項“應(yīng)對氣候及變化的碳收支認證及相關(guān)問題”的實測數(shù)據(jù)所得出的中國煤炭排放因子比IPCC缺省因子低40%左右。

國家溫室氣體清單報告是各國（按照《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC）分為附件一國家（Annex I countries）和非附件一國家）向聯(lián)合國提交的官方文件。其中，附件一國家應(yīng)公約要求向聯(lián)合國秘書處提交詳細的國家溫室氣體清單報告；非附件一國家考慮到其發(fā)展必要性，根據(jù)自身情況向聯(lián)合國提交報告。國家溫室氣體清單報告具有較強的權(quán)威性，其所提供的包含燃料CO2排放因子在內(nèi)的系列數(shù)據(jù)表，具有格式統(tǒng)一、時間序列長、分特定國家、燃料品種全、部門分類詳細的特點，為國家之間的化石燃料CO2排放因子數(shù)據(jù)提供了良好的可比性。由于巴黎協(xié)定之前沒有強制要求非附件一國家提交溫室氣體清單報告，因此僅可獲得部分非附件一國家部分年份的CO2排放因子值，而附件一國家的數(shù)據(jù)比較完整。因此，本研究選擇附件一國家作為研究對象。為便于對各國CO2排放因子進行比較、分析及支撐后續(xù)研究，本研究將44個附件一國家所提交的溫室氣體清單報告進行整理，篩選出1990-2016年各國按照部門方法（Sectoral-approach）核算的燃料CO2排放因子數(shù)據(jù)，獲得了分類統(tǒng)一、便于比較的長時間序列附件一國家按部門方法核算的燃料CO2排放因子數(shù)據(jù)。本數(shù)據(jù)集中模板建立、數(shù)據(jù)篩選、處理以及合并的所有步驟全部用JAVA和Matlab編程實現(xiàn)。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)采集

國家溫室氣體清單報告是聯(lián)合國氣候變化框架公約締約方向聯(lián)合國提交的官方文件，具有較強的權(quán)威性。課題組獲取了2018年UNFCCC網(wǎng)站最新公布的44個附件一國家1990-2016年的溫室氣體排放清單報告（https://unfccc.int/process/transparency-and-reporting/reporting-and-review-under-theconvention/greenhouse-gas-inventories-annex-i-parties/national-inventory-submissions-2018）。其中，共同報告（CRF）中的文件格式為xlsx，包含各國各個年度的所有溫室氣體的排放量（Emissions）、排放因子（Implied Emission Factors）、活動量（Consumption）等系列數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

獲得的原始數(shù)據(jù)為1990-2016年44個附件一國家的溫室氣體排放清單，27年間44個國家最新提交的溫室氣體排放清單CRF格式，共包含1188個xlsx文件。本數(shù)據(jù)集需要獲得的是各國按照部門方法（Sectoral-approach）核算的燃料CO2排放因子數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集制作過程為：（1）表格模板的建立；（2）數(shù)據(jù)處理；（3）數(shù)據(jù)匯總。其處理流程如圖1所示。

圖1 1990-2016年附件一國家CO2排放因子數(shù)據(jù)集生成主要流程示意圖

1.2.1 表格模板的建立

各國的清單編制格式大體一致，按照部門方法核算的 CO2排放因子，存在于清單 xlsx文件的Table1.A(a)s1，Table1.A(a)s2，Table1.A(a)s3，Table1.A(a)s4工作表中。以上4個工作表格式一致，記錄了各國各部門核算的三類溫室氣體（CO2、CH4和N2O）的活動量、排放因子和排放量數(shù)據(jù)。如圖2所示為1990年澳大利亞溫室氣體排放清單中Table1.A(a)s1工作表的部分數(shù)據(jù)。其中，A列的分部門能源種類和D列的CO2排放因子數(shù)據(jù)是本研究所需要的。

圖2 1990年澳大利亞溫室氣體排放清單Table1.A(a)s1工作表部分數(shù)據(jù)

整理各國工作表中以燃料燃燒為中心的部門分類（即圖2中A列）。發(fā)現(xiàn)各國將燃料燃燒（1.A Fuel combustion）的部門分為5個大類：1.A.1 Energy industries（能源），1.A.2 Manufacturing industries and construction（建筑和制造），1.A.3 Transport（交通），1.A.4 Other sectors（其他）和1.A.5 Other(Not specified elsewhere)（其他未包含部門）。5個分類之后，各國均有垃圾焚燒（Waste incineration with energy recovery），包含生物質(zhì)（Biomass）和燃料（Fossil fuels）的數(shù)據(jù)。

5個大類之下存在子部門分類。各國之間存在細微的差異：

（1）某些國家的部門分類在另一國家中沒有。例如，在美國中存在部門分類1.A.1.a.i Electricity Generation，而在澳大利亞中沒有該分類。

（2）某些國家的部門分類在相同分類之下還存在與其余國家都不相同的子部門，不便于統(tǒng)一比較。例如，美國在1.A.5 Other (Not specified elsewhere)——a.Stationary (please specify) 部門之下，還存在Incineration of Waste,U.S.Territories和Non Energy Use三個與其余國家均不同的子部門。

為便于比較，我們整理了各國的部門分類，建立了能涵蓋各國數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表格格式。此格式作為數(shù)據(jù)集中各國數(shù)據(jù)的編制模板。將各國的部門分類進行了比對，建立了統(tǒng)一的較為完整的分類。

最大類為1.A Fuel combustion，為各部門的總和。

第一級分類為1.A.x.（x為數(shù)字序號），對應(yīng)各國工作表中的能源、建筑和制造、交通，其他和其他未包含5個部門。

第二級分類為a、b、c、d、…、g，對應(yīng)5個一級部門的第二級部門，如一級部門1.A.1 Energy industries部門下有a.Public electricity and heat production,b.Petroleum refining和c.Manufacture of solid fuels and other energy industries三個第二級部門。

第三級分類為i、ii、iii、…、viii，對應(yīng)二級部門下的第三級部門，如1.A.1 Energy industries 的a.Public electricity and heat production二級部門下有 i.Electricity Generation,ii.Combined heat and power generation,iii.Heat plants和iv.Other(please specify) 4個三級部門。也有一些二級部門下沒有三級部門，例如交通部門1.A.3 Transport下的二級部門a.Domestic aviation。

第四級分類是每個三級部門或沒有三級部門的部分二級部門下的燃料種類分類，也是最小分類。大部分部門的四級分類都是Liquid fuels，Solid fuels，Gaseous fuels，Other fossil fuels，Peat和Biomass幾類，也有不一樣的，如交通部門1.A.3 Transport下的二級部門a.Domestic aviation，其四級分類為Aviation gasoline，Jet Kerosene和Biomass三類。分別核算了每個分類下的CO2排放因子。

另外，在計算CO2排放量（圖2中B列）時會引入能源燃燒的發(fā)熱值，各國的計算標準有所不同（圖2中C列），這會影響各國的CO2排放因子的計算。在表格模板中應(yīng)添加一列（GCV/NCV）對此進行說明。當GCV/NCV為GCV時，表示該國家能源燃燒的發(fā)熱值為總發(fā)熱值（GCV），如澳大利亞。當GCV/NCV為NCV時，表示該國家能源燃燒的發(fā)熱值為凈發(fā)熱值（NCV），如奧地利。

完整的部門分類如圖3所示。此分類表能完整涵蓋各國清單中的所有部門分類。

圖3 表格模板中部門分類圖

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

模板編制完成之后，對各國1990-2016年清單文件下Table1.A(a)s1- Table1.A(a)s4表中數(shù)據(jù)進行處理，以上工作表包含不同部門下CO2的活動量（Consumption，圖2中B列）、排放量（Emissions，圖2中G列）及排放因子（Implied Emission Factors，圖2中D列）數(shù)據(jù)，本數(shù)據(jù)集整理的是CO2排放因子數(shù)據(jù)（圖2中D列）。

數(shù)據(jù)處理包含以下步驟：

（1）CO2排放因子數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一為t/TJ。提取工作表中的能源燃燒發(fā)熱值計算方法GCV/NCV（即圖2中C列），填入模板表格。

（2）模板中的各類部門在原始清單中有對應(yīng)數(shù)據(jù)時，將該數(shù)據(jù)依年份填入模板表格。

（3）原始清單中沒有排放因子數(shù)據(jù)的，若有CO2排放量（即圖2中G列）和活動量（即燃料消費量，圖2中B列）數(shù)據(jù)，排放因子通過合計排放量除以合計活動量獲得。例如，圖2中欠缺的1.A Fuel combustion的排放因子即可以通過此法計算獲得。

（4）若原始清單中存在模板中不包含的子部門，按模板第三級分類將子部門的排放總量與活動量數(shù)據(jù)相加，通過（3）法獲得排放因子。

（5）若原始清單中沒有該部門，保留空白。

1.2.3 數(shù)據(jù)匯總

審計工作的主要目的就是發(fā)現(xiàn)信息披露存在的問題，及時糾正問題與不足。但是在實踐中審計工作流于形式，沒有凸顯自身的監(jiān)督管理作用，導致信息披露工作缺乏實用性。

依模板將各國數(shù)據(jù)分別處理、錄入之后，將各國數(shù)據(jù)進行匯總，建立匯總表格。其數(shù)據(jù)描述包含國家、部門分類、燃料種類和年份。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和錄入，得到了44個附件一國家1990-2016年的部門方法CO2排放因子數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集由各國數(shù)據(jù)表和匯總數(shù)據(jù)表兩個部分組成。

2.1 各國數(shù)據(jù)表

共44張數(shù)據(jù)表，分別為44個附件一國家的數(shù)據(jù)。澳大利亞數(shù)據(jù)表中部分數(shù)據(jù)如圖4所示。圖中每個數(shù)據(jù)皆有5個屬性。

圖4 澳大利亞數(shù)據(jù)表中部分數(shù)據(jù)圖

一級分類、二級分類、三級分類和四級分類分別存儲于表中的A、B、C和D列，用字段“TYPE1”“TYPE2”“TYPE3”和“TYPE4”表示。

E列為“GCV/NCV”字段，表示清單中能源燃燒的發(fā)熱值的計算方法，GCV代表總發(fā)熱值，NCV代表凈發(fā)熱值。

F列到AF列分別存儲1990、1991、…、2016年的CO2排放因子數(shù)據(jù)。

通過對數(shù)據(jù)屬性進行檢索，可以較為方便地獲得某國家某部門下的各類燃料的CO2排放因子。

2.2 匯總數(shù)據(jù)表

共1張數(shù)據(jù)表，對各國數(shù)據(jù)表進行匯總獲得，數(shù)據(jù)屬性增加為7個，圖5所示為匯總數(shù)據(jù)表中的部分數(shù)據(jù)。新增字段“Nation”表示數(shù)據(jù)來源國家，新增字段“Annex-I”有“YES”和“NO”兩個值，值為“YES”表示該國家為附件一國家。保留了各國數(shù)據(jù)表字段“TYPE1”“TYPE2”“TYPE3”“TYPE4”和“GCV/NCV”字段。各國數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)的年份屬性依然用“1990”至“2016”字段記錄。在A1與D1單元格描述了核算方法和數(shù)據(jù)單位。單元格的顏色表示含義與各國數(shù)據(jù)表中相同。通過數(shù)據(jù)屬性，可以方便地檢索、篩選數(shù)據(jù)。

圖5 匯總數(shù)據(jù)表中部分數(shù)據(jù)圖

2.3 中英文對照表

本數(shù)據(jù)集為英文數(shù)據(jù)集中提取的子集，為方便讀者使用，添加了中英文對照表。包含部門分類、國家其他地方的英文的中文對照。如圖6所示，表中A、B兩列表示部分分類的中英文對照，C、D、E三列為國家名稱的中英文對照，其中，D列為國家名稱簡寫。F、G列為其他地方的中英文對照，包括數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的英文，如“NO”“NE”“sectoral approach”。

圖6 中英文對照表中部分數(shù)據(jù)圖

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

本數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)來源為UNFCCC網(wǎng)站下載的各國最新提交的溫室氣體排放清單原始文件，表格模板的建立、數(shù)據(jù)篩選、處理以及合并的所有步驟全部用JAVA和Matlab編程實現(xiàn)。

按國家和年份依次讀取原始數(shù)據(jù)表，將對應(yīng)數(shù)據(jù)填入模板。進行數(shù)據(jù)對應(yīng)時，將數(shù)據(jù)部門屬性表示為“第一級分類_第二級分類_第三級分類_第四級分類”字符串形式，例如“1.A.1 Energy industries_a.Public electricity and heat production_i.Electricity Generation_Liquid fuels”。將表格模板中的TYPE1至TYPE4字段合并為“TYPE1_TYPE2_TYPE3_TYPE4”字符串形式，當原始數(shù)據(jù)部門屬性字符串與模板中合并后字符串相等時，將該數(shù)據(jù)填入模板對應(yīng)行。

進行字符串比較時，因每個國家的部門名稱存在大小寫差異，將所有部門字符串中的大寫字母轉(zhuǎn)為小寫再進行比較。保證了在數(shù)據(jù)填入時不會因部門名稱比較出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。

4 數(shù)據(jù)使用方法和建議

本數(shù)據(jù)集是1990-2016年附件一國家部門方法CO2排放因子數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)格式為主流的xlsx文件，可以在主流的表格處理軟件中打開?？梢杂幸韵掠猛荆?/p>

（1）通過本數(shù)據(jù)集進行數(shù)據(jù)檢索，可以迅速獲取某國家某年某類部門某種燃料的 CO2排放因子。例如，2016年美國交通部門液體燃料的CO2排放因子為68.308 t/TJ。

（2）可以用作圖表分析，直觀展示分析1990-2016年某國某類部門某種燃料的CO2排放因子變化。例如：表1為1990-2016年美國交通部門液體燃料CO2排放因子。圖7為其變化曲線?？梢钥闯觯绹煌ú块T液體燃料 CO2排放因子曾在 2000年之后呈上升趨勢，在 2007年達到最高值，2007-2009年大幅下降，2009-2016年整體呈穩(wěn)定趨勢。

表1 1990-2016年美國交通部門液體燃料CO2排放因子

圖7 1990-2016年美國交通部門液體燃料CO2排放因子

（3）可以將不同國家某類部門某種燃料CO2排放因子作比較研究。例如，圖8所示為1990年和2016年各國交通部門液體燃料CO2排放因子。

圖8 1990年和2016年各國交通部門液體燃料CO2排放因子

可以看到，相較1990年，大部分國家2016年交通部門液體燃料CO2排放因子有小幅度的上升或下降，白俄羅斯（Belarus）和羅馬尼亞（Romania）的交通部門液體燃料CO2排放因子出現(xiàn)大幅度上升。這也間接反映了各國交通部門燃料消費結(jié)構(gòu)的變化。

（4）可以將多國家長時間序列的CO2排放因子變化趨勢作比較研究。例如：圖9為1990-2016年美國、日本、英國、法國、德國和俄羅斯的交通公路運輸部門汽車汽油燃料的CO2排放因子，其“TYPE1”“TYPE2”“TYPE3”和“TYPE4”分別為“1.A.3 Transport”“b.Road transportation(11)”“i.Cars”和Gasoline。可以看到，圖中各國交通公路運輸部門汽車汽油燃料CO2排放因子在1990-2016年基本穩(wěn)定，但也不是一成不變，日本在2013年前后、德國在2015年前后有較大變動。

圖9 1990-2016年部分國家交通公路運輸部門汽車汽油燃料CO2排放因子變化趨勢

本數(shù)據(jù)集為對世界主要國家的溫室氣體核算提供了參考數(shù)據(jù)，也為節(jié)能減排戰(zhàn)略研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。