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如何判断城市碳达峰?如何确定城市未来峰值?

2021-2-25 11:08

来源:


二氧化碳排放


如何判断城市碳达峰?

如何确定城市未来峰值?


2030       2060




2020年9月22日,习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论中承诺:中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。实现碳达峰成为中国近十年非常重要的环境目标,也是2060年实现碳中和的关键一步。城市贡献了总能源消费量的67% ~ 76%和能源相关二氧化碳排放的71% ~ 76%。城市是中国碳排放控制的核心,城市二氧化碳排放达峰对于2030年前全国实现碳达峰具有重要影响。


01

 什么是城市碳达峰?



城市碳达峰是指城市的二氧化碳排放(以年为单位)在一段时间内达到峰值,之后进入平台期并可能在一定范围内波动,然后进入平稳下降阶段(图1)。由于经济因素、极端气象自然因素等,视情况可以适度允许城市在平台期内出现碳排放上升的情况,但不能超过峰值碳排放量。

图1 城市碳排放达峰示意图




02

如何判断城市是否已经实现碳达峰?



根据统计学方法,基于城市历史碳排放数据,判断城市是否已经实现碳达峰。例如当前(2020年)根据城市2005-2019年15年的二氧化碳直接排放与总排放(直接排放+间接排放)数据,基于条件判断函数和Mann-Kendall趋势分析检验法构建城市二氧化碳排放达峰状态判断模型(图2)。

图2 城市是否已实现碳达峰判断方法


(1)判断排放最大值年份之后城市时间序列的数据量是否大于等于5?


根据国际经验(联合国环境规划署和世界资源研究所)、国内5年规划时间和Gilbert 统计学原则,若最大值年份后城市排放时间序列X的数据量(年数)n<5 ,则认为该城市直接/总二氧化碳排放未达峰。这是因为城市在达峰后仍需要一段时间的检测证明其并非虚假达峰,且当数据量(年数)过小时趋势检验将无法进行。

如果判断2005-2019年碳排放是否达峰,则需要最大值出现在2014年或以前,否则都认为城市没有达峰。


(2)如果满足数据量(年数)n≥5 ,采用Mann-Kendall趋势检验判断峰值年以后排放是否有显著下降趋势?


在显著性水平α=0.05下,当n≥5 时,若相应的n与S所对应的概率p小于显著性水平α,则拒绝零假设,认为趋势显著,即最大值年份后的城市直接/总二氧化碳排放有显著下降趋势,认为该城市已达峰;若概率p大于等于显著性水平α,即最大值年份后的城市直接/总二氧化碳排放没有显著变化趋势,则认为处于平台期。

Mann-Kendall趋势分析检验法,其统计量S的计算公式如下:


其中,xj为最大值年份后城市排放时间序列X的第j个数据值;n为最大值年份后城市的数据量(年数);sgn是符号函数;统计量S大致地服从正态分布,其均值为0,方差为:


其中,ti是第i组的数据点的数目,本文中每组的数据量为1(即每年碳排放)。

标准化统计量,按照如下公式计算:


(3)根据条件函数,综合判断直接排放和总排放,最终确定城市是否碳排放达峰,以深圳、北京、苏州为例

注:绿色折线代表城市二氧化碳总排放,红色折线代表二氧化碳直接排放。

图3 典型城市碳达峰判断结果




03

对于尚未达峰的城市,如何设定城市碳达峰时间和峰值?



设定城市碳达峰目标(达峰时间和峰值)的流程见图4。结合国家2060年碳中和目标和2030年前实现碳达峰目标,综合考虑人口、GDP等因素,对城市未来的二氧化碳排放趋势(增加、减少、达峰或者平台期等)进行判断,设定城市达峰时间和峰值。同时,需要满足2030年碳强度比2005年下降65%的目标以及《IPCC全球升温1.5℃特别报告》提出的2030年二氧化碳排放量比2010年下降约60%的目标。在此基础上,各城市还可以根据自身条件提出更早的达峰年份以及更激进的总量目标。

图4 城市碳达峰规划图




作者:张立,蒋含颖,谢紫璇,张哲,杜梦冰,蔡博峰


参考文献

张立, 谢紫璇等. 中国城市碳达峰评估方法初探. 环境工程, 2020, 38(11).

蒋含颖, 段祎然, 张哲等. 中国典型大城市二氧化碳排放达峰实证研究(2005-2019). 气候变化研究进展 (投稿中).

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