中國(guó)民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放清單估算

張 田,田 勇

中國(guó)民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放清單估算

張 田,田 勇*

(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院,南京 江蘇 211100)

基于2019～2021年中國(guó)民用航空飛機(jī)起降數(shù)據(jù)?國(guó)際民航組織(ICAO)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)和EUROCONTROL的飛機(jī)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)(BADA)等數(shù)據(jù),自下而上編制了2019～2021年中國(guó)民航飛機(jī)在飛行全過(guò)程的高分辨率大氣污染物和碳排放清單,在此基礎(chǔ)上探究中國(guó)民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放在不同地理區(qū)域的空間分布特征,分析2019～2021年新型冠狀病毒感染疫情對(duì)民航大氣污染物和碳排放的影響.結(jié)果表明,2019年中國(guó)民航飛機(jī)的HC、CO、NO和CO2排放量分別為0.74,6.38,33.98,7785.05萬(wàn)t,飛機(jī)起飛著陸(LTO)循環(huán)階段的HC、CO、NO和CO2排放量分別占總排放量的37.84%、55.02%、18.83%、18.31%,華東地區(qū)的航空碳排放量最高,約占全國(guó)排放總量的27.20%.2019～2021年我國(guó)國(guó)內(nèi)民航飛機(jī)大氣污染物排放總量總體呈下降趨勢(shì).其中,2020年航空碳排放量下降17.26%,2021年的航空碳排放量相比2019年下降10.38%.

LTO循環(huán)；CCD循環(huán)；排放因子；排放清單

在新型冠狀病毒感染疫情暴發(fā)前,國(guó)內(nèi)和國(guó)際航空運(yùn)輸所消耗燃料的二氧化碳排放量約占所有能源相關(guān)二氧化碳排放量的2.5%[1].與地面排放源不同,飛機(jī)尾氣直接排放到對(duì)流層上層和平流層,會(huì)造成更嚴(yán)重的溫室效應(yīng)[2].中國(guó)已經(jīng)正式宣布力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰?2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和[3],并且已將實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的責(zé)任分配給省級(jí)環(huán)境管理部門(mén).各省需結(jié)合實(shí)際情況編制碳達(dá)峰規(guī)劃,將碳達(dá)峰和碳中和相關(guān)指標(biāo)納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展綜合評(píng)價(jià)體系[4].然而中國(guó)大多數(shù)省份和幾乎所有城市卻不明確航空二氧化碳排放的現(xiàn)狀和變化.為了分析未來(lái)航空業(yè)的排放情景?探索最佳排放路徑?實(shí)施精細(xì)化減排措施和制定碳達(dá)峰方案,需要準(zhǔn)確核算航空二氧化碳排放量,制定民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放清單.

航空排放物的計(jì)算一般以國(guó)際民用航空組織(ICAO)定義的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化循環(huán)階段來(lái)劃分階段,ICAO將地面以上3000英尺(914.4m)范圍內(nèi)發(fā)生的飛行活動(dòng)定義為起降(landing and take-off,LTO)循環(huán)階段,3000英尺以上的部分稱為巡航階段(cruise, climb and descent,CCD)[5].由于LTO循環(huán)階段的單位里程排放量最大,且對(duì)近地面的影響更為突出,因此大多數(shù)排放清單只針對(duì)機(jī)場(chǎng)LTO循環(huán)階段,如國(guó)內(nèi)的天津機(jī)場(chǎng)[6]、浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)[7]、長(zhǎng)三角區(qū)域機(jī)場(chǎng)[8]的大氣污染物排放清單.這些研究大多數(shù)采用ICAO標(biāo)準(zhǔn)起降模型來(lái)計(jì)算LTO循環(huán)階段的排放量,由于ICAO標(biāo)準(zhǔn)起降模型規(guī)定了固定的各飛行階段持續(xù)時(shí)間,而實(shí)際的混合層高度會(huì)影響航空器進(jìn)近和爬升階段的運(yùn)行時(shí)間,因此對(duì)大氣混合層高度和飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行修正可以提高計(jì)算精度,如首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)[9]、粵港澳大灣區(qū)機(jī)場(chǎng)群[10]、京津冀機(jī)場(chǎng)群[11]的LTO循環(huán)階段大氣污染物排放清單.另一種更為精確的方法是采用飛機(jī)快速存取記錄器(quick access recorder,QAR)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算污染物排放量[12-13].QAR數(shù)據(jù)中包含存儲(chǔ)飛機(jī)燃油流量、飛機(jī)質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、飛行速度等參數(shù),可以較為精確地計(jì)算航班燃油消耗量和污染物排放量,然而QAR數(shù)據(jù)收集困難且數(shù)據(jù)繁雜,不適合大范圍的排放量計(jì)算.

LTO循環(huán)階段的排放只占飛機(jī)總排放的一小部分,大部分排放集中在CCD循環(huán)階段,然而我國(guó)針對(duì)CCD循環(huán)階段排放清單和飛行全過(guò)程排放清單的研究還比較少[14-17].這些研究對(duì)于排放量的計(jì)算通常是由總的燃油消耗量結(jié)合固定的排放系數(shù)得來(lái)的,并沒(méi)有區(qū)分不同發(fā)動(dòng)機(jī)類型的不同排放系數(shù),并且一些方法中使用的數(shù)據(jù)集是專有的,需要高水平的專業(yè)技術(shù)知識(shí)才能理解和使用,使得大多數(shù)人無(wú)法使用這些方法進(jìn)行計(jì)算.

綜上,現(xiàn)有研究對(duì)我國(guó)民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放清單的計(jì)算仍不夠全面,并沒(méi)有對(duì)各省市機(jī)場(chǎng)和航線的大氣污染物和碳排放量進(jìn)行更細(xì)致的劃分和總體估算.本研究通過(guò)收集2019～2021年的航班信息數(shù)據(jù),結(jié)合ICAO的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排放數(shù)據(jù)庫(kù)(EEDB)和歐洲航行安全組織(EUROCONTROL)的飛機(jī)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)(BADA)中已測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)排放相關(guān)數(shù)據(jù),精確估算了2019～2021年間我國(guó)國(guó)內(nèi)民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放清單,包括LTO循環(huán)和CCD循環(huán)階段的排放量,使用空間分配法計(jì)算了全國(guó)各省市的航空碳排放量,并結(jié)合計(jì)算結(jié)果分析新型冠狀病毒感染疫情對(duì)排放量的影響.

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

收集2019～2021全年的國(guó)內(nèi)客運(yùn)航班飛行數(shù)據(jù)(不包括貨運(yùn)航班、國(guó)際航班和港澳臺(tái)航班),數(shù)據(jù)內(nèi)容包括每個(gè)航班的日期、出發(fā)機(jī)場(chǎng)、到達(dá)機(jī)場(chǎng)、飛機(jī)類型、出發(fā)時(shí)間、到達(dá)時(shí)間.研究區(qū)域包括我國(guó)27個(gè)省、自治區(qū)及直轄市(中國(guó)香港、澳門(mén)和臺(tái)灣地區(qū)暫不考慮),2019年共有機(jī)場(chǎng)235個(gè),2020年有236個(gè),2021年有244個(gè).

表2 V2527-A5型發(fā)動(dòng)機(jī)在LTO循環(huán)階段的污染物和碳排放因子(kg/s)

飛機(jī)起降數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)民用航空局;ICAO的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排放數(shù)據(jù)庫(kù)中包括每種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在LTO循環(huán)階段的各種污染物(CO、NO、HC)和碳排放系數(shù).EUROCONTROL的BADA數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄了不同機(jī)型的大氣污染物和碳排放量與CCD循環(huán)階段飛行時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系.根據(jù)2019年的航班信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),超過(guò)94%的航班使用了20種最常用的機(jī)型.為了簡(jiǎn)化計(jì)算,對(duì)于同一機(jī)型,本文為其匹配一種最常用的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)進(jìn)行計(jì)算(表1),其中,A320機(jī)型是國(guó)內(nèi)中短程航線上最受歡迎的機(jī)型之一,本文為A320系列飛機(jī)匹配V2527-A5型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī),并給出其在LTO循環(huán)(表2)和CCD循環(huán)階段的污染物排放因子(表3).

表3 A320機(jī)型在CCD循環(huán)階段的飛行時(shí)間與污染物和碳排放量

1.2 計(jì)算方法

1.2.1 LTO循環(huán)階段排放量 由于不同航班的飛行時(shí)間和飛行狀態(tài)均存在差異,為了方便計(jì)算,ICAO規(guī)定了在標(biāo)準(zhǔn)LTO循環(huán)中各飛行階段的發(fā)動(dòng)機(jī)推力設(shè)置和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(表4).

表4 LTO循環(huán)各階段的推力設(shè)置和持續(xù)時(shí)間

從航班信息數(shù)據(jù)中提取某機(jī)場(chǎng)作為出發(fā)機(jī)場(chǎng)和到達(dá)機(jī)場(chǎng)的全部航班數(shù)據(jù),以不同的飛機(jī)類型進(jìn)行劃分,匹配對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)類型,不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)在LTO循環(huán)階段的大氣污染物和碳排放量的計(jì)算公式如下:

該機(jī)場(chǎng)在LTO循環(huán)階段的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)大氣污染物和碳排放量計(jì)算公式為:

1.2.2 CCD循環(huán)階段排放量 由航班信息數(shù)據(jù)中每個(gè)航班的出發(fā)時(shí)間?到達(dá)時(shí)間以及LTO循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,可以得到飛機(jī)在CCD循環(huán)階段的持續(xù)時(shí)間.EUROCONTROL的BADA數(shù)據(jù)庫(kù)中提供了大多數(shù)商用飛機(jī)的污染物排放量與CCD循環(huán)階段飛行時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系.然而由于不同高度的大氣環(huán)境變化復(fù)雜,難以對(duì)不同的天氣進(jìn)行精確建模,所以BADA數(shù)據(jù)庫(kù)中的表格數(shù)據(jù)是針對(duì)一組特定情況測(cè)算出來(lái)的[18].因此,為了計(jì)算特定航班在CCD循環(huán)階段的排放量,需要對(duì)表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值[19].計(jì)算公式如下:

1.2.3 空間分配法 本研究使用空間分配法將單個(gè)航班在LTO循環(huán)和CCD循環(huán)階段的排放分配給出發(fā)機(jī)場(chǎng)和到達(dá)機(jī)場(chǎng),其中,滑出?起飛和爬升階段的排放屬于出發(fā)機(jī)場(chǎng),下降、進(jìn)近、著陸和滑入階段的排放屬于到達(dá)機(jī)場(chǎng).CCD循環(huán)階段的排放平均分配給出發(fā)機(jī)場(chǎng)和到達(dá)機(jī)場(chǎng)[20],計(jì)算公式如下:

式中:d為出發(fā)機(jī)場(chǎng);a為到達(dá)機(jī)場(chǎng);CCD為該航班在CCD循環(huán)階段的排放量.

基于上述方法,機(jī)場(chǎng)在一定時(shí)間內(nèi)的大氣污染物和碳排放量是所有在該機(jī)場(chǎng)的起飛航班和降落航班的排放量之和.其中,有些城市可能包含不止一個(gè)機(jī)場(chǎng),因此,每個(gè)城市的排放量是該市所有機(jī)場(chǎng)的排放量之和.沒(méi)有機(jī)場(chǎng)的城市沒(méi)有被分配航空排放,因?yàn)檫@些城市對(duì)航空運(yùn)輸不承擔(dān)任何責(zé)任[21].各省份民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放量是該省內(nèi)所有城市的排放量之和.計(jì)算公式如下:

式中:為機(jī)場(chǎng);d為在機(jī)場(chǎng)起飛的所有航班;a為在機(jī)場(chǎng)降落的所有航班;為城市;N為市內(nèi)的所有機(jī)場(chǎng);為省份;N為省內(nèi)所有擁有機(jī)場(chǎng)的城市.

2 結(jié)果與討論

2.1 全國(guó)排放清單結(jié)果

圖1所示為2019～2021年全國(guó)的民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放清單計(jì)算結(jié)果.由2019～2021年的民航行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)了解到,2019～2021年國(guó)內(nèi)航線完成運(yùn)輸起飛架次分別為439.40,355.64,384.28萬(wàn)架次(不包括港澳臺(tái)航班),國(guó)內(nèi)航線完成的旅客運(yùn)輸量分別為57460.43,40725.17,43848.77萬(wàn)人次.從整體上看,民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放量與旅客運(yùn)輸量成正比.2019年中國(guó)民航飛機(jī)的HC、CO、NO和CO2排放量分別為0.74,6.38,33.98,7785.05萬(wàn)t,LTO循環(huán)階段的HC、CO、NO和CO2排放量分別占總排放量的37.84%?55.02%、18.83%、18.31%.2020年新型冠狀病毒感染疫情在全國(guó)暴發(fā),國(guó)內(nèi)民航旅客運(yùn)輸量大幅減少,從而導(dǎo)致由飛機(jī)產(chǎn)生的大氣污染物和碳排放量也大幅減少.其中,2020年的航空碳排放量比2019年降低17.26%.隨著疫情得到一定的控制,2021年旅客運(yùn)輸量有所回升,航空碳排放量比2019年降低10.38%,比2020年增加8.31%.

圖1 2019～2021年中國(guó)國(guó)內(nèi)民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放清單

Fig.1 Inventory of air pollutants and carbon emissions from China’s domestic civil aircrafts from 2019 to 2021

不同的大氣污染物在不同飛行階段的排放占比存在較大差異.其中,HC和CO在LTO循環(huán)階段的排放率較高,2019年的HC和CO在LTO循環(huán)階段的排放量分別占其總排放量的38.10%和55.06%,這主要是由于LTO循環(huán)階段飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷相對(duì)較低,容易導(dǎo)致燃料不完全燃燒,從而產(chǎn)生較高的HC和CO排放.NO和CO2的排放主要集中在CCD循環(huán)階段,這是因?yàn)樵谝淮物w行任務(wù)中,LTO循環(huán)階段的飛行時(shí)間往往在飛行總時(shí)間中占比較小.根據(jù)國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù),LTO循環(huán)階段的單位飛行距離排放量最高[22],短途飛行比長(zhǎng)途飛行對(duì)環(huán)境的危害更嚴(yán)重.

2.2 LTO循環(huán)階段排放結(jié)果

LTO循環(huán)階段的排放對(duì)機(jī)場(chǎng)及其周邊環(huán)境的影響較大,機(jī)場(chǎng)排放清單一般是指該機(jī)場(chǎng)的起落航班在LTO循環(huán)階段的大氣污染物和碳排放清單.2019年民航機(jī)場(chǎng)在LTO循環(huán)階段的大氣污染物和碳排放清單如表5所示,排放總量最高的5個(gè)機(jī)場(chǎng)分別是北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)、上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)、廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)、深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)和成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng).排放總量前20位機(jī)場(chǎng)的HC、CO、NO和CO2的總排放量為8898984t,占全國(guó)排放總量的62.07%.各機(jī)場(chǎng)的單次LTO循環(huán)階段平均排放量也存在一定差異,其中平均排放量最高的機(jī)場(chǎng)是上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng),其單次LTO循環(huán)階段的平均排放量是全國(guó)平均排放量的1.9倍,出現(xiàn)這種情況的原因可能是往返大型國(guó)際機(jī)場(chǎng)的航班多使用干線飛機(jī),單次飛行的排放量更高.

表5 民航機(jī)場(chǎng)2019年飛機(jī)LTO循環(huán)階段大氣污染物和碳排放清單

航空運(yùn)輸以其快速?舒適?空間跨度大的特點(diǎn),成為現(xiàn)代旅游業(yè)的重要支撐,而旅游對(duì)于民航增加客源也起著積極的拉動(dòng)作用.根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù), 2020年是中國(guó)旅游業(yè)受到疫情影響最嚴(yán)重的一年,國(guó)內(nèi)旅游人數(shù)和收入都出現(xiàn)了歷史性的下滑,分別下降了52.1%和61.1%,遠(yuǎn)低于2019年的水平.2020年中國(guó)國(guó)內(nèi)80%以上的機(jī)場(chǎng)在LTO循環(huán)階段的排放量都呈下降趨勢(shì),下降率超過(guò)50%的機(jī)場(chǎng)有23個(gè),這些機(jī)場(chǎng)大多為4C級(jí)的民用或者軍民合用的旅游支線機(jī)場(chǎng)(表6).隨著疫情防控的常態(tài)化和政策的適時(shí)調(diào)整,2021年中國(guó)旅游業(yè)逐步進(jìn)入恢復(fù)階段,國(guó)內(nèi)旅游人數(shù)和收入都有了一定程度的回升,分別增長(zhǎng)了12.8%和31.0%.全國(guó)超過(guò)50%的機(jī)場(chǎng)在LTO循環(huán)階段的排放量都呈上升趨勢(shì),其中上升幅度最大的三個(gè)機(jī)場(chǎng)分別是大興安嶺鄂倫春機(jī)場(chǎng)?濟(jì)寧曲阜機(jī)場(chǎng)和烏蘭察布集寧機(jī)場(chǎng),其增長(zhǎng)率均超過(guò)100%.

表6 2020年LTO循環(huán)階段排放總量下降率超過(guò)50%的機(jī)場(chǎng)及其排放量

2.3 CCD循環(huán)階段排放結(jié)果

從總體上看,2020年航班飛行次數(shù)減少的航線占航線總數(shù)量的75.19%,CCD循環(huán)階段的HC、CO、NO和CO2總排放量減少的航線占航線總數(shù)量的69.88%.2021年民航整體運(yùn)輸情況有所好轉(zhuǎn),航班飛行次數(shù)增加的航線占當(dāng)年航線數(shù)量的45.23%, 45.55%的航線在CCD循環(huán)階段的排放量總量比2020年有所增加.

一條航線上的飛機(jī)飛行次數(shù)越多,其大氣污染物和碳排放量就越高.以CO2為例,對(duì)于不同的航線,CO2排放量不僅取決于飛行次數(shù),還和飛行距離有關(guān).如圖2所示,2019年從北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)到廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)和杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)的航班飛行次數(shù)分別為11382和14596次,而從北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)到廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)和上海虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)的直線距離分別為1170和670英里,因此兩條航線在CCD循環(huán)階段的CO2排放量相差很大,前者排放量更高.

對(duì)于同一條航線,相同的飛行距離,不同的飛機(jī)類型也會(huì)造成大氣污染物和碳排放量的差異.如表7所示,2019年從北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)到廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)的所有飛機(jī)類型共有35種,其中飛行次數(shù)最多的機(jī)型是A333,但該機(jī)型每次飛行的HC、CO、NO和CO2的平均排放總量卻不是最低的.在該航線最常用的幾種機(jī)型中,A333、A332、A359、B789、B788均屬于250座級(jí)的機(jī)型,其中B788的平均排放總量最低;A388、B744、B748同屬于400座級(jí)的機(jī)型,而A388每次飛行的平均排放總量卻遠(yuǎn)高于另外兩種機(jī)型.可見(jiàn),航班數(shù)量、飛機(jī)類型和飛行距離都會(huì)影響CCD循環(huán)階段的大氣污染物和碳排放量.

圖2 2019年飛行次數(shù)最多的30條航線的在CCD循環(huán)階段的CO2排放量

Fig 2 CO2emissions of the 30most frequently flown routes ( CCD cycle phase, year 2019)

表7 2019年北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)到廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)的常用機(jī)型和每次飛行的污染物平均排放量

2.4 航空碳排放量的空間分布

將飛機(jī)在CCD循環(huán)階段的排放量按照空間分配法分配到各機(jī)場(chǎng),分別按照機(jī)場(chǎng)、城市、省份和地理大區(qū)四個(gè)級(jí)別統(tǒng)計(jì)分析航空碳排放量的空間分布.2019～2021年中國(guó)民航飛機(jī)CO2排放量分布地圖如圖3所示.擁有機(jī)場(chǎng)的城市絕大多數(shù)分布在中國(guó)的中部和東部地區(qū),2019年CO2排放量前10的城市分別是北京、上海、廣州、成都、深圳、西安、昆明、重慶、杭州、烏魯木齊,其中,上海的航空碳排放量是浦東和虹橋兩個(gè)國(guó)際機(jī)場(chǎng)的排放量之和,北京的航空碳排放量包括首都機(jī)場(chǎng)?南苑機(jī)場(chǎng)和大興機(jī)場(chǎng)的碳排放量,重慶的航空碳排放量是江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)、萬(wàn)州五橋機(jī)場(chǎng)、武陵山機(jī)場(chǎng)和巫山機(jī)場(chǎng)的排放量之和.值得注意的是,只考慮LTO循環(huán)階段排放量的機(jī)場(chǎng)排名與將CCD循環(huán)階段排放量進(jìn)行空間分配之后的機(jī)場(chǎng)排名有所差別.例如,當(dāng)只考慮LTO循環(huán)階段的排放量時(shí),南京祿口國(guó)際機(jī)場(chǎng)的碳排放量高于烏魯木齊地窩堡國(guó)際機(jī)場(chǎng)的碳排放量,但是由于每個(gè)機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的航線不同,在將CCD循環(huán)階段的排放量進(jìn)行空間分配之后,烏魯木齊的航空碳排放量比南京更多.

(a)2019年中國(guó)民航飛機(jī)CO2排放量(t)分布地圖

(b)2020年中國(guó)民航飛機(jī)CO2排放量(t)分布地圖

(c)2021年中國(guó)民航飛機(jī)CO2排放量(t)分布

2019年航空碳排放量最高的5個(gè)省級(jí)行政區(qū)域分別是廣東省?北京市?上海市?四川省和浙江省,各地區(qū)的年航空碳排放量占全國(guó)的比例分別為11.29%、8.04%、7.22%、5.45%和5.14%.寧夏、青海和西藏是我國(guó)西部的三個(gè)人口小省(區(qū)),也是2019年機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量和航空碳排放量最低的3個(gè)地區(qū),其年航空碳排放量分別占全國(guó)排放總量的0.89%、0.65%和0.63%.而新疆作為邊疆省區(qū),省域面積大,修建公路和鐵路的成本過(guò)高,為了保障新疆的民用交通和國(guó)防運(yùn)輸能力,2021年新疆共有23個(gè)民用機(jī)場(chǎng),是全國(guó)擁有機(jī)場(chǎng)數(shù)量最多的省級(jí)行政區(qū),其航空污染物排放量位居全國(guó)中列.

除西藏自治區(qū)以外,2020年全國(guó)各省(區(qū)?市)的航空碳排放量均有所下降,其中,降幅在0～10%的省(區(qū)?市)有4個(gè),降幅在10%～20%的省(區(qū)?市)有16個(gè),降幅在20%～30%的省(區(qū)?市)有8個(gè),新疆維吾爾自治區(qū)和湖北省的降幅超過(guò)30%,分別為35.93%和35.55%.2021年除河北?河南和福建省以外,大部分省份的民航飛機(jī)CO2排放量都開(kāi)始增長(zhǎng),其中漲幅最大的省份是湖北省,其航空碳排放量比上年增長(zhǎng)50.62%.這說(shuō)明隨著新型冠狀病毒感染疫情得到控制,一些航班開(kāi)始恢復(fù),大部分省份的民航旅客運(yùn)輸量開(kāi)始增加.按照中國(guó)地理大區(qū)劃分,2019年華東地區(qū)的航空碳排放量最高,約占全國(guó)排放總量的27.20%,華南?西南和華北區(qū)域的碳排放量相當(dāng),分別占全國(guó)排放總量的16.98%、16.64%、14.61%,華中和東北地區(qū)的航空碳排放量最低,分別占全國(guó)排放總量的7.32%和6.54%.西北地區(qū)雖然有很多機(jī)場(chǎng),但大多數(shù)機(jī)場(chǎng)都是4C級(jí)的支線機(jī)場(chǎng),機(jī)場(chǎng)起降架次少,所以飛機(jī)污染物排放量并不多,約占全國(guó)排放總量的10.71%.

3 結(jié)論

3.1 2019～2021年我國(guó)國(guó)內(nèi)民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放量整體呈下降趨勢(shì).2020年航空碳排放總量下降17.26%,2021年的航空碳排放總量比2019年下降10.38%,比2020年增加8.31%.HC和CO的排放主要集中在LTO循環(huán)階段.

3.2 各機(jī)場(chǎng)在LTO循環(huán)階段的排放量差別較大,平均排放量高的機(jī)場(chǎng)對(duì)周邊地區(qū)的環(huán)境影響更為嚴(yán)重.2020年新型冠狀病毒感染疫情對(duì)旅游業(yè)造成嚴(yán)重打擊,排放量下降率高的機(jī)場(chǎng)多為旅游業(yè)繁榮的支線機(jī)場(chǎng).

3.3 飛機(jī)的大部分排放集中在CCD循環(huán)階段,該階段的飛機(jī)大氣污染物和碳排放量與航班數(shù)量、飛機(jī)類型和飛行距離有關(guān),不同飛機(jī)類型在同一條航線上的排放量不同.

3.4 LTO循環(huán)階段的機(jī)場(chǎng)排放量排名與將CCD循環(huán)階段排放量進(jìn)行空間分配之后的機(jī)場(chǎng)排放量排名有所不同.廣東省是航空碳排放量最高的行政區(qū)域,華東地區(qū)是航空碳排放量最高的地理大區(qū).

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Estimation of both air pollutants and carbon emission inventories from civil aircrafts in China.

ZHANG Tian, TIAN Yong*

(College of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211100, China)., 2023,43(10)：5614-5623

Based on the take-off and landing data of Chinese civil aviation aircrafts from 2019 to 2021, the aircraft engine emission factor database of International Civil Aviation Organization (ICAO), and Aircraft Data Base database (BADA) of EUROCONTROL, the high-resolution air pollutants and carbon emission inventories during the entire flight process of Chinese civil aviation aircrafts from 2019 to 2021 were developed from bottom to up. Next, their spatial distribution characteristics in different geographical regions in China were analyzed, where the emerging impacts of the novel coronavirus infection from 2019 to 2021 was further explored. According to the results, the total HC, CO, NO, and CO2emissions of China’s civil aviation aircrafts in 2019 were 0.74, 6.38, 33.98, and 7785.05million tons, respectively. Also, during the take-off and landing (LTO) cycle stage, the HC, CO, NO, and CO2emissions made up 37.84%, 55.02%, 18.83%, and 18.31% of the total emissions, respectively. Specially, Eastern China region had the highest aviation carbon emissions, accounting for 27.20% of the whole country’s emissions. Last, the total air pollution emissions decreased from 2019 to 2021, where the CO2emissions in 2020 and 2021 were reduced by 17.26% and 10.38%, respectively.

LTO cycle；CCD cycle；emission factor；discharge inventory

X511

A

1000-6923(2023)10-5614-10

2023-03-22

南京航空航天大學(xué)科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(xcxjh20220731)

* 責(zé)任作者, 教授, tianyong@nuaa.edu.cn

張 田(2000-),女,安徽宿州人,南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院碩士研究生,主要從事航空碳排放研究.zhangtian@nuaa.edu.cn.

張 田,田 勇.中國(guó)民航飛機(jī)大氣污染物和碳排放清單估算 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2023,43(10):5614-5623.

Zhang T, Tian Y.Estimation of both air pollutants and carbon emission inventories from civil aircrafts in China [J]. China Environmental Science, 2023,43(10):5614-5623.