“碳达峰碳中和”背景下的碳数据相关问题分析

wujinlan吴金兰 2021-11-17

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工业革命以来全球经济社会发展，温室气体的排放大幅增加，大气中的温室效应不断增强，导致全球气候变暖。应对全球气候变化危机，核心就是减少人为活动产生的二氧化碳排放。本文剖析目前碳排放数据来源现状，分析碳数据使用观点及现存的三个关键问题，最后提出结论和建议。

“碳达峰碳中和”现实背景

工业革命以来全球经济社会发展，温室气体的排放大幅增加，大气中的温室效应不断增强，导致全球气候变暖。人类生产生活中，煤炭、石油、天然气这类化石能源的燃烧会产生大量二氧化碳，是温室气体当中最主要的成分。应对全球气候变化危机，核心就是减少人为活动产生的二氧化碳排放。

“碳排放”指以二氧化碳（CO2）为代表的人为温室气体排放，其中包括二氧化碳和非二氧化碳气体，但均可通过二氧化碳当量计。“碳达峰”是指一定空间范围（如全球或某级行政辖区）内的碳排放年总量在某个时间段呈现为历史最高峰值。“碳中和”是指计算二氧化碳的排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消人为二氧化碳排放，实现二氧化碳的“净零排放”。

中国提出力争在2030年前实现二氧化碳排放达峰、努力争取到2060年前实现碳中和的目标，这是统筹国内可持续发展与应对全球气候变化挑战所做出的战略决策。中国是发展中大国，碳排放量较大，我们要作出和国情发展阶段相适应的贡献，要在全球的生态文明建设和全人类的共同利益面前，展现出中国的责任担当。

目前上海正在制定碳排放达峰的行动方案。上海将加快产业结构优化调整，深化能源清洁高效利用，进一步提高生态系统碳汇能力，积极推进全国碳排放权交易市场建设，推动经济社会发展全面绿色转型。

目前碳排放数据来源

“碳达峰”与“碳中和”紧密相连，达峰时间的早晚和峰值的高低直接影响碳中和实现的时长和难度。只有争取尽早达峰，并避免追高达峰，才能尽快转向碳中和目标下的减排路径。

无论是“碳达峰”还是“碳中和”，都离不开碳数据监测，只有做好了碳数据监测体系，才能科学有效地支撑“双碳”行动计划。利用科学测算方法得到的具备超高时空分辨率的碳排放数据价值潜力巨大，它将帮助政策制定者从行业、空间、时间等多个维度构建起对碳源、排放路径、排放量等关键因素的系统认知，这是制定科学合理的减排方案的前提和基础。

对于一个具体碳排放主体，国际范围内广泛使用的碳排放量的测量方法主要有两种：一是基于清单统计核算，二是基于大气浓度检测与反演。目前，国内广泛使用的是基于清单核算的碳数据测算方法。

基于清单核算的方法是指通过某一区域清单碳排放主体活动水平数据乘以排放因子来核算温室气体排放量；基于大气浓度检测与反演的方法是指通过直接测量大气温室气体浓度，结合大气化学传输模式，来计算某个区域在一定时间段内的温室气体通量，进一步分离出人为碳排放量。不论哪种方法，若要把碳排放数据作为规划性、强制性、考核性数据时，必须要有科学和权威的部门牵头组织、做好认定。我国要制定碳达峰方案和碳中和路线图并将其分解到不同部门或地方政府时，碳排放数据的科学有效统计就成为了重要的基础性、机制性工作。

根据联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）发布的国家温室气体清单指南，温室气体的人为源汇清单可用 3个层级的方法编制；其中，第一、二层级是排放因子法，第三层级是过程模型法，都统一属于“自下而上”（bottom-up）方法。排放因子法目前还是各个国家或地方政府编制温室气体清单的通行方法。由于活动水平资料难以快速更新，且排放因子数据通常是一些有限条件观测数据的平均值，排放因子法往往不能比较客观地反映温室气体源-汇的空间分布与动态变化。相比而言，过程模型法则可以克服排放因子法的上述不足。但是，过程模型的构建和检验，以及其驱动数据的准备，难度相对较大，这导致过程模型法仅在极少数发达国家及我国的部分排放场景较为简单的区域温室气体源-汇清单编制中得到应用。另外，对于土地覆被和土地利用变化引起的温室气体源-汇变化，以及畜牧业的温室气体排放，过程模型法的应用仍然具有挑战性。

我国虽已初步建立了碳排放核算方法，并开展了5个年份的清单编制工作，但由于我国产业结构调整不断升级，技术更迭迅速，与碳排放相关的参数不断变化，目前核算工作仍存在边界不清、能源消费活动水平数据及部分化石能源碳排放因子选择不合理、不同机构的碳排放核算结果偏差大且缺乏年度连续性等现实问题，影响了不同层面的温室气体排放核算数据的科学性和权威性。

碳数据使用观点及

现存关键问题分析

碳达峰、碳中和是一个非常复杂的系统工程，需要通过多种技术渠道及各种努力去减碳。“双碳”计划的顺利实施，需要对相关减排措施与政策的成效进行快速评估，最重要的是获取高时效的碳监测数据。新一代碳排放数据监测中卫星遥感观测是十分重要的手段，“自上而下”方法通过观测大气温室气体浓度，结合气象场资料和大气传输模式，利用同化技术反演估算区域源-汇及变化状况。

每个行业对自己的减碳路线都有所强调，但整体统筹观测，不仅是大众，不少业内人士对碳达峰碳中和的挑战及认知还存在一定局限，存在几点误区，本文稍作探讨：

1.全局考虑“碳中和”问题，碳数据的使用应针对整个大气圈，而不局限于某一点某一块。

碳中和，是指二氧化碳等温室气体排放与吸收正负相抵，实现“净零排放”，从而使得排放到大气中的二氧化碳等温室气体净增量为零。其基本逻辑是通过温室气体源排放和清除（碳汇和捕获）达到温室气体排放量等于清除量的数量平衡。可见，碳中和的目标导向圈层是大气圈，问题导向圈层是岩石圈、水圈和生物圈。

尽量让碳在生物圈、岩石圈和水圈之间循环，有利于控制大气圈中二氧化碳等温室气体的总量。由此可见“碳中和”是面向全局、面向全球的整体问题，针对整个大气圈，应立足整体看问题，而不应是某一产业链或某一生态圈完成了部分碳中和。

对于碳数据监测来说，无论是天基监测还是地面监测，都是针对于大气圈的数据监测。碳数据的客观反映，也是反映整个地球或某个特定区域的碳排放情况，不会反映某一产业链或生态圈的碳达峰碳中和情况。因而，碳中和问题的考量一定需要针对整个大气圈。

2.传统环保问题在双碳背景下需要重新审视，减污不一定减碳。

“碳达峰”“碳中和”本身就是环境目标，对环保产品会有巨大的刺激作用，将对整个环保产业产生变革甚至重置。“十四五”期间生态环境保护步入减污降碳协同治理新阶段，环保产业或将产生三点趋势：从末端治理向源头控制转变；从过去的单因子控制向协同控制转变；从常规污染物控制向特殊污染物控制转变。一些传统意义上的环保产业，在双碳背景下就需要整体考量，要以降碳为总抓手，调整优化环境治理模式。

例如目前较为火热的“垃圾制氢”，氢能源应用广泛、方便储存运输、零排放，几乎是完美能源。然而，全球目前超过95%的氢气都是由化石燃料制备，商业化制氢存在严重污染。数据显示，以化石燃料为基础获得的氢气每生产1吨，就会同时增加9-12吨二氧化碳排放。

例如可降解塑料袋，“可降解”并不能说明这款塑料制品可以被简单的无害处理，它依旧会引发一系列的能量消耗，碳排放，食物短缺等等问题。按照目前的科技水平，“可降解塑料”是一种减缓垃圾问题的办法，还并不是一个解决问题的办法，反而因为其制造过程中的大量能源消耗而引发新的碳排放问题。

3.区域碳数据监测不仅是浓度监测，通量监测也同样是难点。

鉴于二氧化碳并不算传统意义上的污染气体，地面监测建站无基础，无论是通量塔、浓度观测地面站、浓度观测高塔站均建站稀少。全球二氧化碳监测可以只涉及浓度监测，区域二氧化碳监测因为考虑到温室气体在大气中的流动，考虑到其他区域温室气体漂移到本区域的影响，必然涉及通量观测与估算。目前，二氧化碳通量估算涉及到卫星天基监测、地面观测验证，同时地面通量塔现有布局少，建站经费大，覆盖范围不高，这些因素叠加造成目前区域碳排放数据监测与通量计算将是需要进行重点科技攻关的领域。

开展基于大气监测的“自上而下”二氧化碳通量估算方法研究，目前基于卫星单一数据的监测对于城市区域重访周期长，通量评估精度较低。因此，需针对特大城市二氧化碳排放的特点，结合城市及周边区域大气环流的特点，开展天空地一体化二氧化碳监测与通量估算体系研究。长三角地区作为中国经济发展最活跃、工业化程度最高的区域之一，针对工业排放的管控与溯源，借助前沿技术手段，率先开展天空地一体化二氧化碳浓度监测与通量估算，研发碳信息综合应用平台，形成区域高精度二氧化碳监测与通量评估的全链路技术能力，既符合我国“碳达峰”、“碳中和”战略部署需求，也有助于上海在碳监测与评估技术体系方面超前布局，助力上海科创中心长远发展。

结论和建议

1.开展二氧化碳监测与通量估算理论方法与系统技术研究。

构建分布式二氧化碳监测网络，实现对二氧化碳浓度的长期高精度监测，为碳中和目标的实现提供科学基础。动态评估全球气候状况，兼顾区域碳排放数据科学监测，为应对气候变化提供科学数据基础。要实现碳中和目标，需要全面加强全球及区域碳汇格局、时间尺度、演化趋势及其与气候系统的互馈机理等方面的重要基础科学研究。

2.自主研发温室气体监测与核查技术和平台，为碳中和目标提供先进的科技支撑。

目前，我国缺乏温室气体源汇评估的自主核查校验方法和技术平台。建议在监测数据获取能力方面，推进城市碳监测平台建设，形成天空地一体化的温室气体监测能力；在方法体系方面，研发基于天地一体化观测的多尺度温室气体清单校核方法，融合“自上而下”反演方法与高分辨率“自下而上”动态清单方法，为国家相关政策的制定提供科学依据。

3.全局考量“双碳”行动，全链条进行降碳减碳。

实现“碳达峰”“碳中和”目标是一项极具挑战的系统工程，中国从“碳达峰”到“碳中和”只有短短30年，即碳达峰后需要快速下降，走向“碳中和”。欧盟承诺的“碳达峰”到“碳中和”的时间为60～70年，缓冲时间是中国的2倍，因此我国面临着更大的挑战。研究规划最优碳中和路径的方法论，评估生态工程可能的方案和转换能源结构的最优途径，整体考量，以降碳为总抓手，调整优化环境治理模式。