“碳達峰碳中和”背景下的碳數(shù)據(jù)相關(guān)問題分析

鹿藝，胡登輝，劉國華

（1.中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院；2.東南大學(xué)）

一、“碳達峰碳中和”現(xiàn)實背景

工業(yè)革命以來全球經(jīng)濟飛速發(fā)展，溫室氣體的排放不斷增加，大氣中的溫室效應(yīng)不斷增強，全球氣候變暖效應(yīng)越來越明顯。在人類的生產(chǎn)生活中，煤炭、石油、天然氣這類化石能源的燃燒會產(chǎn)生大量二氧化碳（CO2），CO2是溫室氣體中最主要的成分。應(yīng)對全球氣候變化危機，核心就是減少人為活動產(chǎn)生的二氧化碳排放。

“碳排放”是指以二氧化碳為代表的人為溫室氣體排放，其中包括二氧化碳和非二氧化碳?xì)怏w，但均以二氧化碳當(dāng)量計?！疤歼_峰”是指一定空間范圍（如全球或某級行政轄區(qū)）內(nèi)的碳排放年總量在某個時間段呈現(xiàn)出工業(yè)化以來的最高峰值，進入平臺期，之后逐漸降低?！疤贾泻汀笔侵赣嬎愣趸嫉呐欧趴偭浚扔谏鷳B(tài)系統(tǒng)吸收的碳總量，即實現(xiàn)“凈零排放”。

中國提出在2030年前實現(xiàn)二氧化碳排放達峰、到2060年前實現(xiàn)碳中和的“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，這是統(tǒng)籌國內(nèi)可持續(xù)發(fā)展與應(yīng)對全球氣候變化挑戰(zhàn)所做出的戰(zhàn)略決策。中國是發(fā)展中大國，碳排放量較大，我們要作出和國情發(fā)展階段相適應(yīng)的貢獻，要在全球的生態(tài)文明建設(shè)中和全人類的共同利益面前，展現(xiàn)出中國的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

目前上海正在制定碳排放達峰的行動方案。上海將加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，深化能源清潔高效利用，進一步提高生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力，積極推進全國碳排放權(quán)交易市場建設(shè)，推動經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型。

二、目前碳排放數(shù)據(jù)來源

碳達峰與碳中和緊密相連，達峰時間的早晚和峰值的高低直接影響碳中和實現(xiàn)的時長和難度。只有爭取盡早達峰，才能盡快轉(zhuǎn)向碳中和目標(biāo)下的減排路徑。

無論是碳達峰還是碳中和，都離不開碳數(shù)據(jù)監(jiān)測這個前提，只有做好了碳數(shù)據(jù)監(jiān)測體系，才能科學(xué)有效地支撐“雙碳”行動計劃。利用科學(xué)測算方法得到的具備超高時空分辨率的碳排放數(shù)據(jù)價值潛力巨大，它將幫助政策制定者從行業(yè)、空間、時間等多個維度構(gòu)建起對碳源、排放路徑、排放量等關(guān)鍵因素的系統(tǒng)認(rèn)知，這是制定科學(xué)合理的減排方案的前提和基礎(chǔ)。

對于一個具體碳排放主體，國際范圍內(nèi)廣泛使用的碳排放量的測量方法主要有兩種：一是基于清單核算，二是基于連續(xù)監(jiān)測。目前，國內(nèi)廣泛使用的是基于清單核算的碳數(shù)據(jù)測算方法。

基于清單核算的方法是指通過某一區(qū)域清單碳排放主體活動水平數(shù)據(jù)乘以排放因子來核算溫室氣體排放量；基于連續(xù)監(jiān)測的方法是指通過直接測量排放氣體流量和排放氣體中的溫室氣體濃度來計算溫室氣體排放量。不論哪種方法，若要把碳排放數(shù)據(jù)作為規(guī)劃性、強制性、考核性數(shù)據(jù)時，必須要有科學(xué)和權(quán)威的部門牽頭組織、做好認(rèn)定。我國要制定碳達峰方案和碳中和路線圖并將其分解到不同部門或地方政府時，碳排放數(shù)據(jù)的科學(xué)有效統(tǒng)計就成為了重要的基礎(chǔ)性、機制性工作。

根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC) 發(fā)布的國家溫室氣體清單指南，溫室氣體的人為源匯清單可用3個層級的方法編制，其中第一、二層級是排放因子法，第三層級是過程模型法，都統(tǒng)一屬于“自下而上”（bottom-up）方法。排放因子法目前還是各個國家或地方政府編制溫室氣體清單的通行方法。由于活動水平資料難以快速更新，且排放因子數(shù)據(jù)通常是一些有限條件觀測數(shù)據(jù)的平均值，排放因子法往往不能比較客觀地反映溫室氣體源-匯的動態(tài)變化與空間分布，且數(shù)據(jù)更新周期較長。相比而言，過程模型法則可以克服排放因子法的上述不足。但是，過程模型的構(gòu)建和檢驗，以及其驅(qū)動數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，難度相對較大，這導(dǎo)致過程模型法僅在極少數(shù)發(fā)達國家及我國的部分土地利用類型（如農(nóng)田、濕地等）溫室氣體源-匯清單編制中得到應(yīng)用。另外，對于土地覆被和土地利用變化引起的溫室氣體源-匯變化，以及畜牧業(yè)的溫室氣體排放，過程模型法的應(yīng)用仍然具有挑戰(zhàn)性。

我國雖已初步建立了碳排放核算方法，并開展了5個年份的清單編制工作，但由于我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷升級，技術(shù)更迭迅速，與碳排放相關(guān)的參數(shù)不斷變化，目前核算工作仍存在邊界不清、能源消費活動水平數(shù)據(jù)及部分化石能源碳排放因子選擇不合理、不同機構(gòu)的碳排放核算結(jié)果偏差大且缺乏年度連續(xù)性等現(xiàn)實問題，影響了不同層面的溫室氣體排放核算數(shù)據(jù)的科學(xué)性和權(quán)威性。

三、碳數(shù)據(jù)使用觀點及現(xiàn)存關(guān)鍵問題分析

碳達峰、碳中和是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要通過多種技術(shù)渠道及各種努力去排碳減碳?！半p碳”計劃的順利實施，最重要的是碳數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。IPCC在第四十九次全會上提出，新一代碳排放數(shù)據(jù)監(jiān)測主要采用衛(wèi)星遙感測量，“自上而下”方法通過測量大氣溫室氣體濃度，結(jié)合氣象場資料和大氣傳輸模式，利用同化技術(shù)反演估算區(qū)域碳源-匯及變化狀況。

每個行業(yè)對自己的減碳路線都有所強調(diào)，但對于整體統(tǒng)籌觀測，不僅是大眾，不少業(yè)內(nèi)人士對碳達峰碳中和的挑戰(zhàn)及認(rèn)知也還存在一定局限，存在幾點誤區(qū)，本文稍作探討。

一是要全局考慮碳中和問題，碳數(shù)據(jù)的使用應(yīng)針對整個大氣圈，而不局限于某一點某一塊。

碳中和，是指二氧化碳等溫室氣體排放與吸收正負(fù)相抵，實現(xiàn)“凈零排放”，從而使得排放到大氣中的二氧化碳等溫室氣體凈增量為零。其基本邏輯是通過溫室氣體源排放和清除（碳匯和捕獲）達到溫室氣體排放量等于清除量的數(shù)量平衡?？梢?，碳中和的目標(biāo)導(dǎo)向圈層是大氣圈，問題導(dǎo)向圈層是巖石圈、水圈和生物圈。

盡量讓碳在生物圈、巖石圈和水圈之間循環(huán)，有利于控制大氣圈中二氧化碳等溫室氣體的總量。由此可見“碳中和”是面向全局、面向全球的整體問題，針對整個大氣圈，應(yīng)立足整體看問題，而不應(yīng)是某一產(chǎn)業(yè)鏈或某一生態(tài)圈完成了部分碳中和。

對于碳數(shù)據(jù)監(jiān)測來說，無論是天基監(jiān)測還是地面監(jiān)測，都是針對于大氣圈的數(shù)據(jù)監(jiān)測。碳數(shù)據(jù)的客觀反映，也是反映整個地球或某個特定區(qū)域的碳排放情況，不會反映某一產(chǎn)業(yè)鏈或生態(tài)圈的碳達峰碳中和情況。因而，碳中和問題的考量一定需要針對整個大氣圈。

二是傳統(tǒng)環(huán)保問題在雙碳背景下需要重新審視，減污不一定減碳。

碳達峰、碳中和本身就是環(huán)境目標(biāo)，對環(huán)保產(chǎn)品會有巨大的刺激作用，將對整個環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生變革甚至重置。“十四五”期間生態(tài)環(huán)境保護步入減污降碳協(xié)同治理新階段，環(huán)保產(chǎn)業(yè)或?qū)a(chǎn)生三點趨勢：從末端治理向源頭控制轉(zhuǎn)變；從過去的單因子控制向協(xié)同控制轉(zhuǎn)變；從常規(guī)污染物控制向特殊污染物控制轉(zhuǎn)變。一些傳統(tǒng)意義上的環(huán)保產(chǎn)業(yè)，在“雙碳”背景下就需要整體考量，要以降碳為總抓手，調(diào)整優(yōu)化環(huán)境治理模式。

例如目前較為火熱的“垃圾制氫”，氫能源應(yīng)用廣泛、方便儲存運輸、零排放，幾乎是完美能源。然而，全球目前超過95%的氫氣都是由化石燃料制備，商業(yè)化制氫存在嚴(yán)重污染。數(shù)據(jù)顯示，以化石燃料為基礎(chǔ)獲得的氫氣每生產(chǎn)1噸，就會同時增加9～12噸二氧化碳排放。

例如可降解塑料袋，“可降解”并不能說明這款塑料制品可以被簡單地?zé)o害處理，它依舊會引發(fā)一系列的能量消耗、碳排放、食物短缺等等問題。按照目前的科技水平，生產(chǎn)可降解塑料是一種減緩垃圾問題的辦法，但并不是一個解決問題的辦法，反而因為其制造過程中的大量能源消耗而引發(fā)新的碳排放問題。

三是區(qū)域碳數(shù)據(jù)監(jiān)測不僅是濃度監(jiān)測，通量監(jiān)測也同樣是難點。

鑒于二氧化碳并不算傳統(tǒng)意義上的污染氣體，地面監(jiān)測建站無基礎(chǔ)，無論是通量塔、濃度觀測地面站、濃度觀測高塔站均建站稀少。全球二氧化碳監(jiān)測可以只涉及濃度監(jiān)測，區(qū)域二氧化碳監(jiān)測因為考慮到溫室氣體在大氣中的流動，考慮到其他區(qū)域溫室氣體漂移到本區(qū)域的影響，必然涉及通量觀測與估算。目前，二氧化碳通量估算涉及到衛(wèi)星天基監(jiān)測、地面觀測驗證，同時地面通量塔現(xiàn)有布局少，建站經(jīng)費大，覆蓋范圍不廣，這些因素疊加造成目前區(qū)域碳排放數(shù)據(jù)監(jiān)測與通量計算將是需要重點進行科技攻關(guān)的領(lǐng)域。

開展基于大氣監(jiān)測的“自上而下”二氧化碳通量估算方法研究，目前基于衛(wèi)星單一數(shù)據(jù)的監(jiān)測對于城市區(qū)域重訪周期長，通量評估精度較低。因此，需針對特大城市二氧化碳排放的特點，結(jié)合城市及周邊區(qū)域大氣環(huán)流的特點，開展天空地一體化二氧化碳監(jiān)測與通量估算體系研究。長三角地區(qū)作為中國經(jīng)濟發(fā)展最活躍、工業(yè)化程度最高的區(qū)域之一，針對工業(yè)排放的管控與溯源，借助前沿技術(shù)手段，率先開展天空地一體化二氧化碳濃度監(jiān)測與通量估算，研發(fā)碳信息綜合應(yīng)用平臺，形成區(qū)域高精度二氧化碳監(jiān)測與通量評估的全鏈路技術(shù)能力，既符合我國碳達峰、碳中和戰(zhàn)略部署需求，也有助于上海在碳監(jiān)測與評估技術(shù)體系方面超前布局，助力上?？苿?chuàng)中心長遠(yuǎn)發(fā)展。

四、結(jié)論和建議

一是開展二氧化碳監(jiān)測與通量估算理論方法與系統(tǒng)技術(shù)研究。構(gòu)建分布式二氧化碳監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對二氧化碳濃度的長期高精度監(jiān)測，為碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)提供科學(xué)基礎(chǔ)。動態(tài)評估全球氣候狀況，兼顧區(qū)域碳排放數(shù)據(jù)科學(xué)監(jiān)測，為應(yīng)對氣候變化提供科學(xué)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。要實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，需要全面加強全球及區(qū)域碳匯格局、時間尺度、演化趨勢及其與氣候系統(tǒng)的互饋機理等方面的重要基礎(chǔ)科學(xué)研究。

二是自主研發(fā)溫室氣體監(jiān)測與核查技術(shù)和平臺，為碳中和目標(biāo)提供先進的科技支撐。目前，我國缺乏溫室氣體源匯評估的自主核查校驗方法和技術(shù)平臺。 建議：在監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取能力方面，推進城市碳監(jiān)測平臺建設(shè)，形成天空地一體化的溫室氣體監(jiān)測能力；在方法體系方面，研發(fā)基于天地一體化觀測的多尺度溫室氣體清單校核方法，融合“自上而下”反演方法與高分辨率“自下而上”動態(tài)清單方法，為國家相關(guān)政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。

三是全局考量“雙碳”行動，全鏈條進行降碳減碳。實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)是一項極具挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)工程，中國從碳達峰到碳中和只有短短30年，即碳達峰后需要快速下降，走向碳中和。歐盟承諾的碳達峰到碳中和的時間為60～70年，緩沖時間是中國的2倍，因此我國面臨著更大的挑戰(zhàn)。要研究規(guī)劃最優(yōu)碳中和路徑的方法論，評估生態(tài)工程可能的方案和轉(zhuǎn)換能源結(jié)構(gòu)的最優(yōu)途徑，整體考量，以降碳為總抓手，調(diào)整優(yōu)化環(huán)境治理模式。