鹿藝，胡登輝，劉國(guó)華

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

一、“碳達(dá)峰碳中和”現(xiàn)實(shí)背景

工業(yè)革命以來(lái)全球經(jīng)濟(jì)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(qiáng)，全球氣候變暖效應(yīng)越來(lái)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(huì)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(duì)全球氣候變化危機(jī)，核心就是減少人為活動(dòng)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(jì)。“碳達(dá)峰”是指一定空間范圍（如全球或某級(jí)行政轄區(qū)）內(nèi)的碳排放年總量在某個(gè)時(shí)間段呈現(xiàn)出工業(yè)化以來(lái)的最高峰值，進(jìn)入平臺(tái)期，之后逐漸降低。“碳中和”是指計(jì)算二氧化碳的排放總量，等于生態(tài)系統(tǒng)吸收的碳總量，即實(shí)現(xiàn)“凈零排放”。

中國(guó)提出在2030年前實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)峰、到2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，這是統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)可持續(xù)發(fā)展與應(yīng)對(duì)全球氣候變化挑戰(zhàn)所做出的戰(zhàn)略決策。中國(guó)是發(fā)展中大國(guó)，碳排放量較大，我們要作出和國(guó)情發(fā)展階段相適應(yīng)的貢獻(xiàn)，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(guó)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

目前上海正在制定碳排放達(dá)峰的行動(dòng)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(jìn)一步提高生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力，積極推進(jìn)全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)建設(shè)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型。

二、目前碳排放數(shù)據(jù)來(lái)源

碳達(dá)峰與碳中和緊密相連，達(dá)峰時(shí)間的早晚和峰值的高低直接影響碳中和實(shí)現(xiàn)的時(shí)長(zhǎng)和難度。只有爭(zhēng)取盡早達(dá)峰，才能盡快轉(zhuǎn)向碳中和目標(biāo)下的減排路徑。

無(wú)論是碳達(dá)峰還是碳中和，都離不開碳數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)這個(gè)前提，只有做好了碳數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)體系，才能科學(xué)有效地支撐“雙碳”行動(dòng)計(jì)劃。利用科學(xué)測(cè)算方法得到的具備超高時(shí)空分辨率的碳排放數(shù)據(jù)價(jià)值潛力巨大，它將幫助政策制定者從行業(yè)、空間、時(shí)間等多個(gè)維度構(gòu)建起對(duì)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(duì)于一個(gè)具體碳排放主體，國(guó)際范圍內(nèi)廣泛使用的碳排放量的測(cè)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(cè)。目前，國(guó)內(nèi)廣泛使用的是基于清單核算的碳數(shù)據(jù)測(cè)算方法。

基于清單核算的方法是指通過(guò)某一區(qū)域清單碳排放主體活動(dòng)水平數(shù)據(jù)乘以排放因子來(lái)核算溫室氣體排放量；基于連續(xù)監(jiān)測(cè)的方法是指通過(guò)直接測(cè)量排放氣體流量和排放氣體中的溫室氣體濃度來(lái)計(jì)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(qiáng)制性、考核性數(shù)據(jù)時(shí)，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(guó)要制定碳達(dá)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(shí)，碳排放數(shù)據(jù)的科學(xué)有效統(tǒng)計(jì)就成為了重要的基礎(chǔ)性、機(jī)制性工作。

根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC) 發(fā)布的國(guó)家溫室氣體清單指南，溫室氣體的人為源匯清單可用3個(gè)層級(jí)的方法編制，其中第一、二層級(jí)是排放因子法，第三層級(jí)是過(guò)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(gè)國(guó)家或地方政府編制溫室氣體清單的通行方法。由于活動(dòng)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(cè)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(dòng)態(tài)變化與空間分布，且數(shù)據(jù)更新周期較長(zhǎng)。相比而言，過(guò)程模型法則可以克服排放因子法的上述不足。但是，過(guò)程模型的構(gòu)建和檢驗(yàn)，以及其驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，難度相對(duì)較大，這導(dǎo)致過(guò)程模型法僅在極少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家及我國(guó)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(duì)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(guò)程模型法的應(yīng)用仍然具有挑戰(zhàn)性。

我國(guó)雖已初步建立了碳排放核算方法，并開展了5個(gè)年份的清單編制工作，但由于我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷升級(jí)，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(fèi)活動(dòng)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(jī)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(shí)問(wèn)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(diǎn)及現(xiàn)存關(guān)鍵問(wèn)題分析

碳達(dá)峰、碳中和是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要通過(guò)多種技術(shù)渠道及各種努力去排碳減碳?！半p碳”計(jì)劃的順利實(shí)施，最重要的是碳數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。IPCC在第四十九次全會(huì)上提出，新一代碳排放數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主要采用衛(wèi)星遙感測(cè)量，“自上而下”方法通過(guò)測(cè)量大氣溫室氣體濃度，結(jié)合氣象場(chǎng)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(gè)行業(yè)對(duì)自己的減碳路線都有所強(qiáng)調(diào)，但對(duì)于整體統(tǒng)籌觀測(cè)，不僅是大眾，不少業(yè)內(nèi)人士對(duì)碳達(dá)峰碳中和的挑戰(zhàn)及認(rèn)知也還存在一定局限，存在幾點(diǎn)誤區(qū)，本文稍作探討。

一是要全局考慮碳中和問(wèn)題，碳數(shù)據(jù)的使用應(yīng)針對(duì)整個(gè)大氣圈，而不局限于某一點(diǎn)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(shí)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(guò)溫室氣體源排放和清除（碳匯和捕獲）達(dá)到溫室氣體排放量等于清除量的數(shù)量平衡?？梢姡贾泻偷哪繕?biāo)導(dǎo)向圈層是大氣圈，問(wèn)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(wèn)題，針對(duì)整個(gè)大氣圈，應(yīng)立足整體看問(wèn)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(duì)于碳數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是天基監(jiān)測(cè)還是地面監(jiān)測(cè)，都是針對(duì)于大氣圈的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。碳數(shù)據(jù)的客觀反映，也是反映整個(gè)地球或某個(gè)特定區(qū)域的碳排放情況，不會(huì)反映某一產(chǎn)業(yè)鏈或生態(tài)圈的碳達(dá)峰碳中和情況。因而，碳中和問(wèn)題的考量一定需要針對(duì)整個(gè)大氣圈。

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

碳達(dá)峰、碳中和本身就是環(huán)境目標(biāo)，對(duì)環(huán)保產(chǎn)品會(huì)有巨大的刺激作用，將對(duì)整個(gè)環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生變革甚至重置?！笆奈濉逼陂g生態(tài)環(huán)境保護(hù)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(diǎn)趨勢(shì)：從末端治理向源頭控制轉(zhuǎn)變；從過(guò)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(chǔ)存運(yùn)輸、零排放，幾乎是完美能源。然而，全球目前超過(guò)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(huì)同時(shí)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(shuō)明這款塑料制品可以被簡(jiǎn)單地?zé)o害處理，它依舊會(huì)引發(fā)一系列的能量消耗、碳排放、食物短缺等等問(wèn)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(wèn)題的辦法，但并不是一個(gè)解決問(wèn)題的辦法，反而因?yàn)槠渲圃爝^(guò)程中的大量能源消耗而引發(fā)新的碳排放問(wèn)題。

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

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(cè)建站無(wú)基礎(chǔ)，無(wú)論是通量塔、濃度觀測(cè)地面站、濃度觀測(cè)高塔站均建站稀少。全球二氧化碳監(jiān)測(cè)可以只涉及濃度監(jiān)測(cè)，區(qū)域二氧化碳監(jiān)測(cè)因?yàn)榭紤]到溫室氣體在大氣中的流動(dòng)，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(cè)與估算。目前，二氧化碳通量估算涉及到衛(wèi)星天基監(jiān)測(cè)、地面觀測(cè)驗(yàn)證，同時(shí)地面通量塔現(xiàn)有布局少，建站經(jīng)費(fèi)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(cè)與通量計(jì)算將是需要重點(diǎn)進(jìn)行科技攻關(guān)的領(lǐng)域。

開展基于大氣監(jiān)測(cè)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(cè)對(duì)于城市區(qū)域重訪周期長(zhǎng)，通量評(píng)估精度較低。因此，需針對(duì)特大城市二氧化碳排放的特點(diǎn)，結(jié)合城市及周邊區(qū)域大氣環(huán)流的特點(diǎn)，開展天空地一體化二氧化碳監(jiān)測(cè)與通量估算體系研究。長(zhǎng)三角地區(qū)作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最活躍、工業(yè)化程度最高的區(qū)域之一，針對(duì)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(cè)與通量估算，研發(fā)碳信息綜合應(yīng)用平臺(tái)，形成區(qū)域高精度二氧化碳監(jiān)測(cè)與通量評(píng)估的全鏈路技術(shù)能力，既符合我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略部署需求，也有助于上海在碳監(jiān)測(cè)與評(píng)估技術(shù)體系方面超前布局，助力上海科創(chuàng)中心長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

四、結(jié)論和建議

一是開展二氧化碳監(jiān)測(cè)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(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳濃度的長(zhǎng)期高精度監(jiān)測(cè)，為碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)基礎(chǔ)。動(dòng)態(tài)評(píng)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(cè)，為應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，需要全面加強(qiáng)全球及區(qū)域碳匯格局、時(shí)間尺度、演化趨勢(shì)及其與氣候系統(tǒng)的互饋機(jī)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(cè)與核查技術(shù)和平臺(tái)，為碳中和目標(biāo)提供先進(jìn)的科技支撐。目前，我國(guó)缺乏溫室氣體源匯評(píng)估的自主核查校驗(yàn)方法和技術(shù)平臺(tái)。 建議：在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取能力方面，推進(jìn)城市碳監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)，形成天空地一體化的溫室氣體監(jiān)測(cè)能力；在方法體系方面，研發(fā)基于天地一體化觀測(cè)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(dòng)態(tài)清單方法，為國(guó)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(dòng)，全鏈條進(jìn)行降碳減碳。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)工程，中國(guó)從碳達(dá)峰到碳中和只有短短30年，即碳達(dá)峰后需要快速下降，走向碳中和。歐盟承諾的碳達(dá)峰到碳中和的時(shí)間為60～70年，緩沖時(shí)間是中國(guó)的2倍，因此我國(guó)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(píng)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。