洪浩強(qiáng)，胡 榮，張軍峰，黃夢(mèng)圓

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，江蘇 南京211106）

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)指出人類活動(dòng)產(chǎn)生的二氧化碳是溫室效應(yīng)最為顯著的貢獻(xiàn)源。 相較于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等部門，對(duì)交通運(yùn)輸行業(yè)二氧化碳排放的研究相對(duì)偏少，其中關(guān)于民航運(yùn)輸業(yè)的研究更是亟待加強(qiáng)[1]。 近五年我國民航全行業(yè)運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量年均增長(zhǎng)達(dá)到12.4%[2]，與之伴生的碳排放增長(zhǎng)問題日益受到重視。

在碳排放核算方面，ICAO 制定了簡(jiǎn)單方法、 高級(jí)方法和復(fù)雜方法， 歐洲也提出了EMEP 1 級(jí)方法、EMEP 2 級(jí)方法和EMEP 3 級(jí)方法。 為滿足具體研究的要求，國際上也提出了SOURDINE 方法、ALAQS 方法以及EDMS、AEDT、APMI 等模型軟件[3]。 其中，Stettler 等（2011）制定了2005 年英國20 個(gè)機(jī)場(chǎng)的航空器LTO循環(huán)階段碳排放清單[4]；Kurniawan 等（2011）采用ICAO 推薦方法、EPA 方法、EEA/EMEP 方法和MEET 方法等對(duì)LTO 階段污染物排放指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算并對(duì)測(cè)算結(jié)果進(jìn)行比較， 研究表明不同模型計(jì)算結(jié)果沒有明顯差異，并指出因?yàn)镮CAO 推薦方法被很多組織和項(xiàng)目應(yīng)用，所以該方法是用于LTO 循環(huán)污染物排放評(píng)價(jià)的最有效的方法[5]。 朱佳琳等（2019）采用ICAO 推薦方法對(duì)2007—2016 年江蘇省機(jī)場(chǎng)LTO 階段碳排放進(jìn)行測(cè)算[6]，等等。

其次，在影響因素分析上，夏卿等（2008）研究發(fā)現(xiàn)對(duì)航空器LTO 循環(huán)碳排放具有顯著影響的因素有：機(jī)型以及機(jī)型-發(fā)動(dòng)機(jī)匹配情況、排放因子、發(fā)動(dòng)機(jī)推力設(shè)置和LTO 循環(huán)數(shù)量[7]。 Song 等（2012）指出航空器排放取決于航空器類型和數(shù)量、航空器發(fā)動(dòng)機(jī)的類型和效率、使用的燃料、飛行距離、功率設(shè)置、運(yùn)行時(shí)間等[8]。Liu 等（2017）認(rèn)為能源強(qiáng)度、純技術(shù)效率、科技進(jìn)步、規(guī)模效率、運(yùn)輸量和運(yùn)輸距離是碳排放量變化背后的主要驅(qū)動(dòng)因素[9]。 徐晨等（2018）將影響碳排放的因素分解為機(jī)場(chǎng)航空性運(yùn)輸收入、機(jī)場(chǎng)吞吐量、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)和耗油量，并指出影響碳排放增長(zhǎng)的主要因素是機(jī)場(chǎng)航空性業(yè)務(wù)收入的增加[10]，等等。

最后，在研究方法選取上，根據(jù)研究方法的不同，可分為經(jīng)濟(jì)計(jì)量分析和分解分析。 肖宏偉等（2013）采用經(jīng)濟(jì)計(jì)量分析的方法考察各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)碳排放規(guī)模和強(qiáng)度的影響[11]。 石鈺婷等（2014）用LMDI 方法（Logarithmic Mean Divisia Index）對(duì)我國航空碳排放的影響因素進(jìn)行分解分析[12]。 鄧吉祥等（2014）指出分解分析法中LMDI 方法具有分解技術(shù)較為成熟、形式較為多樣、計(jì)算方便且無殘差等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于CO2排放效應(yīng)分解領(lǐng)域[13]。楊正東和李京文（2015）指出各種研究方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，當(dāng)研究對(duì)象需要完全分解和需要多層級(jí)的分析時(shí)，在保障沒有負(fù)數(shù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)，LMDI 方法是適用性最廣泛的指數(shù)分解方法[14]。

綜上所述，在機(jī)場(chǎng)航空器碳排放的驅(qū)動(dòng)因素識(shí)別及分解研究方面取得了諸多研究成果，但仍有如下幾點(diǎn)需進(jìn)一步拓展與深入：①在研究對(duì)象方面，現(xiàn)有研究更多聚焦于整個(gè)行業(yè)的分析，針對(duì)機(jī)場(chǎng)這一民航主體的研究較少。 ②在驅(qū)動(dòng)因素分解方面，現(xiàn)有研究中與運(yùn)行直接相關(guān)的驅(qū)動(dòng)因素尚不豐富，比如鮮有考慮單位LTO 能耗和客均排放強(qiáng)度等，值得進(jìn)一步研究。 因此，本文以江蘇省9 個(gè)民用機(jī)場(chǎng)為例，采用ICAO 推薦方法計(jì)算各機(jī)場(chǎng)航空器碳排放總量， 然后使用LMDI 方法對(duì)航空器碳排放演變的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分解分析，最后給出相應(yīng)的減排建議，以期為綠色民航建設(shè)提供參考。

1 模型與數(shù)據(jù)

1.1 ICAO 推薦方法

ICAO 將航空器在機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的活動(dòng)劃分為進(jìn)近、滑行、起飛和爬升四個(gè)運(yùn)行階段（即LTO 循環(huán)）。 ICAO根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商提供的LTO 循環(huán)下不同機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)排放數(shù)據(jù)庫，其中包含發(fā)動(dòng)機(jī)在不同運(yùn)行階段的基準(zhǔn)燃油流量以及若干排放物的排放因子。 碳排放因子指能源燃燒或使用過程中單位能源所產(chǎn)生的碳排放數(shù)量，根據(jù)IPCC 建議航空煤油的CO2排放因子可取3.115（kg/kg）[5]。

因此，機(jī)場(chǎng)航空器單個(gè)LTO 循環(huán)碳排放量可以由LTO 循環(huán)過程中的燃油消耗量與CO2排放因子求得其中：C 為單個(gè)LTO 循環(huán)中CO2的排放量，kg；n 為航空器的發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)，個(gè)；ti為航空器在運(yùn)行階段i 的運(yùn)行時(shí)間，s；fi為航空器在運(yùn)行階段i 的單發(fā)燃油流量，kg/s；I 為能源的CO2排放因子，kg/kg；i=1，2，3，4 分別表示進(jìn)近，滑行，起飛和爬升4 個(gè)運(yùn)行階段。

只需將某一時(shí)間內(nèi)機(jī)場(chǎng)所有類型航空器的每一次LTO 循環(huán)碳排放進(jìn)行加總即可得到該時(shí)間段內(nèi)的機(jī)場(chǎng)航空器的碳排放總量。

1.2 LMDI 方法

考慮到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)沒有負(fù)數(shù)、LMDI 方法具有因素可逆、部分效應(yīng)之和與總效應(yīng)一致和形式多樣化的特點(diǎn)以及這一方法在能源效應(yīng)以及環(huán)境影響研究中的廣泛應(yīng)用，本文選取LMDI 方法進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因素分解分析。

以往研究表明，機(jī)場(chǎng)航空器碳排放主要受LTO 循環(huán)數(shù)量、航空器類型、發(fā)動(dòng)機(jī)類型、運(yùn)行時(shí)間和能源排放因子等因素直接影響[6-7]。此外，從機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的角度，機(jī)場(chǎng)換算旅客吞吐量和航空器LTO 循環(huán)油耗也是重要驅(qū)動(dòng)因素。 因此，綜合以上考慮，本文將機(jī)場(chǎng)航空器碳排放演變驅(qū)動(dòng)因素分解為運(yùn)行規(guī)模、排放強(qiáng)度、單位收入吞吐量、單位能耗收入以及單位LTO 能耗5 個(gè)因素，如表1 所示。

表1 驅(qū)動(dòng)因素表Tab.1 Driving factors

其中：ΔCL為運(yùn)行規(guī)模的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，kg；ΔCM為排放強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，kg；ΔCI為單位收入吞吐量的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，kg；ΔCN為單位能耗收入的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，kg；ΔCJ為單位LTO 能耗的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，kg；ΔC 為碳排放增量，kg。

采用LMDI 加法公式進(jìn)行計(jì)算分析，各因素驅(qū)動(dòng)效應(yīng)如式（7）所示

1.3 數(shù)據(jù)來源

本文選取江蘇省南京祿口國際機(jī)場(chǎng)（IATA 三字碼：NKG）、蘇南碩放國際機(jī)場(chǎng)（WUX）、常州奔牛國際機(jī)場(chǎng)（CZX）、揚(yáng)州泰州國際機(jī)場(chǎng)（YTY）、南通興東國際機(jī)場(chǎng)（NTG）、淮安漣水機(jī)場(chǎng)（HIA）、鹽城南洋國際機(jī)場(chǎng)（YNZ）、徐州觀音國際機(jī)場(chǎng)（XUZ）和連云港白塔埠機(jī)場(chǎng)（LYG）九個(gè)機(jī)場(chǎng)2007—2016 年相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。 數(shù)據(jù)來源如下：

1） OAG 數(shù)據(jù)庫。 獲取江蘇省機(jī)場(chǎng)2007—2016 年的LTO 循環(huán)數(shù)量，包含了客貨運(yùn)航空器的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2） ICAO 發(fā)動(dòng)機(jī)排放數(shù)據(jù)庫。 獲取不同類型航空器發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量數(shù)據(jù)。

3） 航空器制造商網(wǎng)站及研究文獻(xiàn)。 獲取航空器發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)以及機(jī)型-發(fā)動(dòng)機(jī)匹配數(shù)據(jù)。 假設(shè)同一機(jī)型裝備的發(fā)動(dòng)機(jī)類型相同，依據(jù)以往學(xué)者的相關(guān)研究對(duì)所列出的機(jī)型進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)-航空器匹配處理[5]。

4） 2007—2016 年民航機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)公報(bào)。 獲取機(jī)場(chǎng)旅客及貨郵吞吐量數(shù)據(jù)，得到換算旅客吞吐量。

5） 2008—2017 年《從統(tǒng)計(jì)看民航》。 獲取機(jī)場(chǎng)服務(wù)收入數(shù)據(jù)。

基于上述數(shù)據(jù)來源與相關(guān)假設(shè)， 本文采用ICAO 推薦方法進(jìn)行碳排放核算， 主要計(jì)算結(jié)果見表2。2007—2016 年江蘇省機(jī)場(chǎng)年均換算旅客吞吐量、 起降架次及碳排放增長(zhǎng)率分別約為14.1%、13.2%和13.4%，碳排放增長(zhǎng)率略低于機(jī)場(chǎng)換算旅客吞吐量增長(zhǎng)率，表明江蘇省機(jī)場(chǎng)處于良好的低碳發(fā)展態(tài)勢(shì)。

表2 江蘇省機(jī)場(chǎng)航空器碳排放表Tab.2 Aircraft carbon emissions of airports in Jiangsu

2 結(jié)果與討論

2.1 驅(qū)動(dòng)因素的累計(jì)效應(yīng)

2007—2016 年江蘇省9 個(gè)機(jī)場(chǎng)的航空器碳排放驅(qū)動(dòng)因素的累計(jì)效應(yīng)如圖1 所示。

從總體上來看， 運(yùn)行規(guī)模起到90%的正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)， 是碳排放增長(zhǎng)最為重要的驅(qū)動(dòng)因素；單位LTO 能耗次之，約為10%；此外，單位收入吞吐量的變化總體上促進(jìn)了8%的碳排放增長(zhǎng)；單位能耗收入引起的碳排放變化較小， 僅為1%； 而排放強(qiáng)度的變化對(duì)碳排放的增長(zhǎng)起到較為顯著的抑制作用，抑制效應(yīng)為9%。

2.2 驅(qū)動(dòng)因素的逐年效應(yīng)

各驅(qū)動(dòng)因素逐年驅(qū)動(dòng)效應(yīng)計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

因計(jì)算結(jié)果以kg 為單位時(shí)數(shù)值過大， 故此處將單位換算為t。 圖2 中：ΔCL代表運(yùn)行規(guī)模的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，t；ΔCM代表排放強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，t；ΔCI代表單位收入吞吐量的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，t；ΔCN代表單位能耗收入的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，t；ΔCJ代表單位LTO 能耗的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，t；ΔC 代表碳排放增量，t。

2.2.1 運(yùn)行規(guī)模的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)

運(yùn)行規(guī)模的逐年效應(yīng)均為正值且明顯高于其他因素， 說明由于運(yùn)行規(guī)模增長(zhǎng)導(dǎo)致的碳排放增長(zhǎng)效應(yīng)最為顯著，因此，運(yùn)行規(guī)模因素是機(jī)場(chǎng)航空器碳排放演變最主要的驅(qū)動(dòng)因素。 其中2012—2013 年與2015—2016 年驅(qū)動(dòng)效應(yīng)最為顯著，分別為47 900 t 與53 058 t。 2007—2016 年江蘇省機(jī)場(chǎng)航空器起降架次和換算旅客吞吐量年均增長(zhǎng)率在13%以上，可以看出運(yùn)行規(guī)模的增長(zhǎng)是市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的必然結(jié)果，由此帶來的溫室氣體排放的增長(zhǎng)十分顯著。

2.2.2 單位LTO 能耗的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)

單位LTO 能耗逐年效應(yīng)均為正值但均不顯著，即使在年效應(yīng)最大的2013—2014 年，其驅(qū)動(dòng)效應(yīng)也僅為7 996 t，這說明江蘇省航空器單位LTO 能耗正在緩慢上升。通過對(duì)江蘇省機(jī)場(chǎng)大型航空器（相對(duì)于支線飛機(jī)）燃油消耗占比分析發(fā)現(xiàn)，大型航空器的能耗占比呈上升趨勢(shì)（圖3）。 可以看出，單位LTO 能耗的不斷增加是機(jī)型變大的體現(xiàn)，這是近年來民航行業(yè)大發(fā)展而不斷投入大型航空器所致。

圖1 各因素累計(jì)驅(qū)動(dòng)效應(yīng)圖Fig.1 The cumulative effect of driving factors

圖2 各驅(qū)動(dòng)因素逐年驅(qū)動(dòng)效應(yīng)圖Fig.2 The annual effect of driving factors

2.2.3 排放強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)

圖2 可以看出在2007—2016 年中，排放強(qiáng)度這一指標(biāo)僅在其中兩年有所上升， 但上升幅度較小，其余時(shí)間均處于下降階段，排放強(qiáng)度的降低可以有效抑制碳排放的增長(zhǎng)，其中2014—2015 年負(fù)向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)最大，為-17 263 t。 排放強(qiáng)度的降低一方面得益于大型航空器的廣泛應(yīng)用（規(guī)模效應(yīng)），另一方面得益于載運(yùn)率和客座率的上升（圖4）。

2.2.4 單位收入吞吐量的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)

單位收入吞吐量逐年驅(qū)動(dòng)效應(yīng)波動(dòng)較大且正負(fù)波動(dòng)較為明顯，但累計(jì)效應(yīng)不顯著（約8%）。原因是單位收入吞吐量這一指標(biāo)值存在增減交替的情況。

從機(jī)場(chǎng)服務(wù)收入構(gòu)成來看，機(jī)場(chǎng)核心收入由旅客自身的安檢費(fèi)、服務(wù)費(fèi)以及均攤到各個(gè)旅客身上的航空性費(fèi)用。 其中航空性費(fèi)用與機(jī)型、停場(chǎng)時(shí)長(zhǎng)、客橋占用時(shí)長(zhǎng)等密切相關(guān)，而時(shí)間長(zhǎng)短等因素并沒有逐年增長(zhǎng)的必然趨勢(shì)，這就造成了機(jī)場(chǎng)服務(wù)收入的波動(dòng)特點(diǎn)。

2.2.5 單位能耗收入的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)

雖然該指標(biāo)累計(jì)效應(yīng)僅為1%，但從每一年的效應(yīng)值來看，單位能耗收入指標(biāo)波動(dòng)較大，呈現(xiàn)明顯的正負(fù)交替現(xiàn)象，導(dǎo)致促進(jìn)效應(yīng)與抑制效應(yīng)相互抵消、累計(jì)效應(yīng)不顯著。相關(guān)研究表明機(jī)場(chǎng)服務(wù)收入的增長(zhǎng)對(duì)機(jī)場(chǎng)航空器碳排放的增長(zhǎng)起到顯著的促進(jìn)作用[9]，但將機(jī)場(chǎng)服務(wù)收入與能源指標(biāo)綜合考量，指標(biāo)的波動(dòng)說明單位能耗收入的演變與機(jī)場(chǎng)服務(wù)收入的演變存在差異，因此可以認(rèn)為在不同機(jī)場(chǎng)，單位能耗所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是不一樣的，即使在同一機(jī)場(chǎng)，不同航班之間的單位能耗產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也不盡相同。

2.3 減排措施

基于上述有關(guān)機(jī)場(chǎng)航空器碳排放驅(qū)動(dòng)因素的分析結(jié)果，提出如下減排建議：①優(yōu)化場(chǎng)面運(yùn)行。 通過機(jī)坪管制對(duì)場(chǎng)面運(yùn)行資源的統(tǒng)籌，合理規(guī)劃場(chǎng)面運(yùn)行路線，在運(yùn)行規(guī)模不斷增長(zhǎng)的情況下，減少因場(chǎng)面低效運(yùn)行而導(dǎo)致的額外能源消耗與碳排放。②機(jī)型指派精細(xì)化管理。鼓勵(lì)航空公司在進(jìn)行機(jī)型指派決策時(shí)將溫室氣體排放考慮在內(nèi)，實(shí)現(xiàn)大小機(jī)型在不同航線指派的總體最優(yōu)；如果必要，局方可以通過類似排放費(fèi)/稅的經(jīng)濟(jì)手段進(jìn)行宏觀調(diào)控，促使航空公司將排放作為成本因素進(jìn)行考慮。 ③新技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用。 鼓勵(lì)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新與生物能源的開發(fā)利用，從源頭上減少化石燃料消耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減排的目的。 ④提高航班客座率。 對(duì)于客座率較低的航班，可以通過航班共享、合并航班或增加經(jīng)停點(diǎn)的方式化零為整，在旅客便利性與客座率之間進(jìn)行綜合權(quán)衡，減少因低客座率造成的高排放強(qiáng)度。

圖3 大型航空器燃油消耗占比圖Fig.3 Proportion of fuel consumption of large aircraft

圖4 載運(yùn)率和客座率變化趨勢(shì)圖Fig.4 Trend of load factor and passenger load factor

3 結(jié)論

基于江蘇省機(jī)場(chǎng)2007—2016 年運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用ICAO 推薦方法與LMDI 方法進(jìn)行機(jī)場(chǎng)航空器碳排放驅(qū)動(dòng)因素的定量分析，主要結(jié)論如下：①江蘇省機(jī)場(chǎng)2007—2016 年均碳排放增長(zhǎng)率約為13.4%。 其中南京祿口機(jī)場(chǎng)貢獻(xiàn)率最高，占50%以上，無錫碩放機(jī)場(chǎng)次之，約為16%。②運(yùn)行規(guī)模增長(zhǎng)是碳排放增長(zhǎng)最主要的驅(qū)動(dòng)因素，正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng)約為90%；其次為單位LTO 能耗約為10%。 相對(duì)而言，單位收入吞吐量、單位能耗收入的累計(jì)驅(qū)動(dòng)效應(yīng)不顯著。 ③排放強(qiáng)度的降低有效抑制了碳排放增長(zhǎng)，累計(jì)效應(yīng)為-9%。 從運(yùn)行的角度來看，在繁忙航線采用大機(jī)型、客座率低的航線采用小機(jī)型以及提高客座率是減排效果較為顯著的可行方案。