□ 民航華東地區(qū)空管局 王藝霖/ 文

當(dāng)前，旅客出行需求和信心快速提升，民航業(yè)整體呈現(xiàn)全面復(fù)蘇局面。根據(jù)國際機(jī)場理事會(huì)（ACI）對(duì)于空中交通流量的最新預(yù)測(cè)，民航業(yè)將在2024 年恢復(fù)至 2019 年同期水平，到2041年，全球機(jī)場運(yùn)輸航空貨物將接近2 億噸，而美國和中國仍將是最大的兩個(gè)市場，共占全球貨運(yùn)總量的40%。而在客運(yùn)方面，預(yù)計(jì)到2041 年全球機(jī)場的飛機(jī)起降將達(dá)到1.538 億架次，美國、中國和印度將成為飛機(jī)起降最為繁忙的市場，分別占全球起降總量的23%、16%和4%，客運(yùn)量排名前十的國家詳見表1。

表1：2021 年和2041 年（預(yù)測(cè)）民航客運(yùn)量排名前十的國家

隨著民航運(yùn)輸量恢復(fù)并快速增長，由此帶來的環(huán)境問題日益嚴(yán)峻。據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的統(tǒng)計(jì)，民用航空運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放量約占人類活動(dòng)碳排放總量的3%，并以年均4%～5%的速度增長，已成為增速最快的溫室氣體排放領(lǐng)域之一。

民航運(yùn)輸碳排放主要來自化石燃料燃燒，其中航空燃油燃燒產(chǎn)生二氧化碳占據(jù)民航碳排放的95%以上。因此，控制民航運(yùn)輸碳排放的關(guān)鍵在于提高能源利用效率，從而降低單位產(chǎn)出碳排放強(qiáng)度。目前，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的舉措主要有三種：一種是提升航空器節(jié)油性能，包括制造更環(huán)保的發(fā)動(dòng)機(jī)、改進(jìn)氣動(dòng)外形等；一種是使用生物燃油替代傳統(tǒng)航空燃料；還有一種是改進(jìn)并優(yōu)化空中交通運(yùn)行狀況。

具體到我國民航業(yè)的碳減排工作，對(duì)于上述三種方案，筆者認(rèn)為，相比前兩種方案，第三種方案在可操作性、碳減排潛力方面更有優(yōu)勢(shì)，具體原因在于：第一，改進(jìn)并優(yōu)化空中交通運(yùn)行狀況有助于提高民航航班運(yùn)行效率，與我國民航“十四五”規(guī)劃契合；第二，通過技術(shù)和管理手段來達(dá)到改進(jìn)和優(yōu)化空中交通運(yùn)行狀況，相比于上述兩種方案更加靈活、實(shí)施成本更低、可操作性更高；第三，據(jù)相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，僅2021 年，我國共有28.97 萬架次航班通過航路優(yōu)化、空域調(diào)整的方式節(jié)省燃油消耗6.65 萬噸，減少二氧化碳排放約20.95 萬噸。根據(jù)歐洲航空安全組織（EUROCONTROL）測(cè)算，改進(jìn)并優(yōu)化空中交通運(yùn)行可節(jié)省8.6%～11.2%的碳排放/架次，最大碳排放降低可達(dá)1863kg/架次，主要節(jié)能減排措施的碳排放減少率如圖1 所示。民航空中交通管理部門負(fù)責(zé)維護(hù)和促進(jìn)空中交通安全，保障航班流的安全高效運(yùn)行。該部門是空中交通運(yùn)輸體系的重要組成部分。因此，改進(jìn)并優(yōu)化空中交通運(yùn)行狀況的研究需要依托民航空管部門開展。

圖1：五種主流措施的碳排放減少率對(duì)比

基于文獻(xiàn)的民航碳排放研究現(xiàn)狀分析

目前，民航領(lǐng)域碳排放的研究主要集中在三方面：即民航運(yùn)輸碳排放測(cè)算；民航運(yùn)輸碳排放績效評(píng)估；民航運(yùn)輸碳排放減排路徑及政策研究。

（一）民航運(yùn)輸碳排放測(cè)算

對(duì)于民航運(yùn)輸碳排放的測(cè)算的研究主要集中在測(cè)算民航運(yùn)輸能源消耗量、二氧化碳排放量、二氧化碳排放強(qiáng)度以及動(dòng)態(tài)演化特征等方面。IPCC是推進(jìn)碳減排研究和實(shí)踐的國際權(quán)威機(jī)構(gòu)。該組織提出了碳排放量測(cè)算范式與框架，發(fā)布了溫室氣體排放源的指導(dǎo)性清單和計(jì)算方法。民航運(yùn)輸領(lǐng)域的許多碳排放測(cè)算方法基于IPCC 提供的清單。He 利用IPCC 提供的計(jì)算方法測(cè)算了1996 至2009 年之間的年度碳排放量、碳排放強(qiáng)度等指標(biāo)，并得出了中國民航運(yùn)輸碳排放強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)且降幅趨緩的結(jié)論。該學(xué)者采用的定量計(jì)算方法為后續(xù)研究提供了理論依據(jù)。Fan 等根據(jù)全國航班時(shí)刻表、國際民航組織（ICAO）發(fā)動(dòng)機(jī)排放數(shù)據(jù)庫顆粒物基準(zhǔn)排放指數(shù)和飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)組合信息，測(cè)算了2010 年度國內(nèi)航班燃油消耗量和二氧化碳排放量。與Fan采用的方法不同，曹惠玲等人選用波音燃油流量法2（BFFM2）進(jìn)行測(cè)算，他們基于北京首都機(jī)場運(yùn)行數(shù)據(jù)和航空器機(jī)載飛行數(shù)據(jù)，計(jì)算了飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)碳排放量，并分析了北京首都機(jī)場航班碳排放特征。Quadros 等則提出了一種新的測(cè)算方法，該方法綜合使用了航空器ADS-B 數(shù)據(jù)、BADA 飛機(jī)性能模型（Base of Aircraft Data 3.15 aircraft performance model）和國際民航組織的航空器發(fā)動(dòng)機(jī)排放數(shù)據(jù)庫（ICAO Aircraft Engine Emissions Databank），為驗(yàn)證測(cè)算方案的有效性，Quadros 評(píng)估了2017 ～2020 年全球飛機(jī)運(yùn)營的燃油消耗和二氧化碳、水、NOx 等排放情況以及航班平均排放量隨時(shí)間的演變。從上述研究中可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)質(zhì)量和選用的測(cè)算方法是建立測(cè)算模型的兩個(gè)關(guān)鍵問題。

（二）民航運(yùn)輸碳排放績效評(píng)價(jià)

安全和高效是民航運(yùn)輸?shù)暮诵囊x。因此，圍繞飛行安全和經(jīng)濟(jì)高效的民航績效評(píng)價(jià)一直是較熱門的研究方向。近年來，許多學(xué)者采取定量方法研究民航碳排放績效評(píng)價(jià)，其中較為主流的研究方法是基于非參數(shù)的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）。Lee 等認(rèn)為在衡量民航部門績效時(shí)，除了要考慮期望產(chǎn)出，還要考慮生產(chǎn)經(jīng)營過程中的非期望產(chǎn)出（二氧化碳排放）。基于此觀點(diǎn)，Lee 等人運(yùn)用Malmquist-Luenberger 生產(chǎn)率指數(shù)評(píng)價(jià)了35 家航空公司的績效。魏中許則綜合采用了Malmquist-Luenberger 生產(chǎn)率指數(shù)和SBM 模型，對(duì)我國航空公司碳排放效率進(jìn)行了針對(duì)性研究。Cui 等提出了一個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)境DEA 模型并測(cè)算了歐盟排放權(quán)交易制（EU-ETS）對(duì)于大型航空公司的影響程度；Seufert 等將二氧化碳排放納入計(jì)量范圍從而提出Luenberger-Hicks-Moorsteen 生產(chǎn)率指數(shù)，選取并測(cè)算了多家航空公司的運(yùn)行效率。文軍等在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)DEA 中加入合作博弈，并利用Shapley 值分配效率收益，對(duì)我國部分航空企業(yè)碳排放效率進(jìn)行了實(shí)證分析。具體到空管部門的研究，劉子昂等構(gòu)建了一個(gè)市場化碳排放約束下的航班飛行成本模型，并發(fā)現(xiàn)該約束將導(dǎo)致空中交通流量管理系統(tǒng)總延誤增大，周轉(zhuǎn)能力降低。

（三）民航運(yùn)輸碳減排路徑

現(xiàn)有的關(guān)于民航運(yùn)輸碳減排路徑的研究主要為碳排放交易體系的構(gòu)建。具有代表性的是Grote 等所作的研究，該研究認(rèn)為民航碳減排路徑包括兩類：法律法規(guī)和技術(shù)革新。法律法規(guī)包含設(shè)定減排目標(biāo)、通過ICAO 設(shè)立普適性減排計(jì)劃、制定民航減排標(biāo)準(zhǔn)等。技術(shù)革新則包含使用清潔能源、優(yōu)化民航運(yùn)輸管理部門運(yùn)行等。Andreas W 等認(rèn)為，在實(shí)際運(yùn)行過程中，采取哪種碳減排手段還應(yīng)考慮碳減排的經(jīng)濟(jì)成本，基于此觀點(diǎn)，該學(xué)者選取了20 種碳減排手段，基于美國民航窄體客機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析了各種二氧化碳減排手段的成本效益。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在油價(jià)介于50 ～100 美元/桶的假設(shè)前提下，采取機(jī)型更新、空中交通管制技術(shù)革新等綜合手段可使平均二氧化碳排放強(qiáng)度降低約2%，從而使邊際成本接近為零。若提高可持續(xù)燃油使用率，雖然可能更大幅度減排，但將會(huì)帶來額外的成本。楊緒彪等研究了基于市場措施的碳減排方案，提出短期應(yīng)實(shí)施抵消措施，中期有歧視性的分階段的實(shí)施排放權(quán)交易計(jì)劃，最后建立全球單一基于市場的措施方案即全球性排放權(quán)交易計(jì)劃。

（四）空中交通運(yùn)行改進(jìn)與優(yōu)化

除了以上三方面，具體到民航空管領(lǐng)域，許多學(xué)者還從空中交通運(yùn)行改進(jìn)和優(yōu)化的目標(biāo)出發(fā)進(jìn)行了研究。

在排除極端天氣、軍方活動(dòng)等非正常因素干擾的前提下，民航飛行的進(jìn)、離場（以下簡稱“進(jìn)離場”）航段最容易發(fā)生擁堵，進(jìn)而引發(fā)航班延誤、備降等?？梢哉f，進(jìn)離場航段是限制空中交通運(yùn)行效率、造成航班延誤的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來，眾多學(xué)者研究了進(jìn)離場航段空中交通優(yōu)化問題。從優(yōu)化目標(biāo)的角度分析，早期的進(jìn)離場空中交通優(yōu)化主要目標(biāo)是減少航班延誤。相比而言，將碳減排作為優(yōu)化目標(biāo)的研究目前處于發(fā)展期，何修奇等以環(huán)境運(yùn)營成本和時(shí)間成本總和最小為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建了綠色軌跡優(yōu)化模型，利用該模型選擇航空器巡航高度和巡航速度可獲得較小的環(huán)境運(yùn)營成本和時(shí)間成本總和。李超等在考慮樞紐航線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸成本目標(biāo)和二氧化碳排放目標(biāo)的基礎(chǔ)上建立了樞紐航線網(wǎng)絡(luò)綠色優(yōu)化模型。

基于技術(shù)及運(yùn)行層面的空管碳減排研究前景分析

通過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的回顧與總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)關(guān)于民航運(yùn)輸領(lǐng)域碳排放的研究已取得較為豐碩的成果，但在該課題下的細(xì)分研究領(lǐng)域仍存在需要深究的問題，筆者認(rèn)為具體包含以下四點(diǎn)：

（一）設(shè)計(jì)更為精準(zhǔn)的民航運(yùn)輸碳排放測(cè)算方法

通過對(duì)碳排放數(shù)據(jù)的測(cè)算及預(yù)測(cè)，更有針對(duì)性地制定碳減排的行動(dòng)方案，對(duì)促進(jìn)空管行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。如何在動(dòng)態(tài)模型下考察空管碳排放的影響因子，以及科學(xué)的預(yù)測(cè)未來碳排放的基本趨勢(shì)，這些問題都需進(jìn)一步探討。

（二）建立空管部門碳排放績效評(píng)估模型

有效的碳績效評(píng)價(jià)體系不僅能系統(tǒng)地評(píng)價(jià)空管碳績效水平，還能增強(qiáng)空管核心競爭力，有助于更好地實(shí)現(xiàn)其戰(zhàn)略目標(biāo)。目前對(duì)于民航的碳排放績效評(píng)估對(duì)象主要為各航空公司，由于各個(gè)航空公司掌握的飛行數(shù)據(jù)分散且不完整，故以此為依據(jù)建立的碳排放績效評(píng)估模型并不能真實(shí)反映民航的整體碳排放情況?？展懿块T可依托自身的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用定量方法（如基于非參數(shù)的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、成本函數(shù)法、基于計(jì)量的回歸分析方法等）開展碳排放績效評(píng)價(jià)研究，有利于構(gòu)建一個(gè)更貼合我國民航實(shí)際的碳排放績效評(píng)估模型。

（三）開展空管新技術(shù)環(huán)境效益評(píng)估研究

目前，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B），基于平視顯示器（HUD）的運(yùn)行、基于性能導(dǎo)航（PBN）等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用顯著提升了民航運(yùn)行效率和質(zhì)量。作為空管部門，有必要評(píng)估各項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)對(duì)民航節(jié)能減排的貢獻(xiàn)度，對(duì)于新技術(shù)實(shí)施前后的碳排放績效水平，識(shí)別新技術(shù)的碳減排潛力大小。

（四）碳減排目標(biāo)下的民航空中交通優(yōu)化方法研究和實(shí)證分析

經(jīng)過上述研究，空中交通碳排放體系的優(yōu)化機(jī)理將得以明確。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建低碳目標(biāo)下的空中交通技術(shù)路線選擇和決策的組合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，針對(duì)我國各地區(qū)空中交通體系現(xiàn)狀進(jìn)行量化研究，包括該地區(qū)空中交通體系碳排放量實(shí)證測(cè)算和碳減排目標(biāo)下該地區(qū)空中交通體系優(yōu)化。以滿足該地區(qū)空中交通碳排放量最低化等條件作為約束，在考慮該地區(qū)空域結(jié)構(gòu)和限制因素的基礎(chǔ)上獲得最優(yōu)的空中交通運(yùn)行方案，從而為政策實(shí)施提供數(shù)據(jù)支持?？傊诶碚搶用孢M(jìn)行分析和探討的同時(shí)，運(yùn)用案例分析法可以更好地對(duì)理論研究進(jìn)行驗(yàn)證。通過對(duì)比碳減排路徑實(shí)施前后的碳排放量，可以驗(yàn)證相關(guān)理論的實(shí)用性和可操作性。

總結(jié)與建議

空管部門是實(shí)施民航碳減排的主要參與者和重要貢獻(xiàn)者。本文從空管視角出發(fā)，梳理了國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并從空管技術(shù)和運(yùn)行層面提出了下一步的潛在研究方向。

以碳減排為代表的“零碳理念”必將對(duì)人的行為方式和社會(huì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。總體來看，當(dāng)前對(duì)于空管碳減排的研究尚處于“全面摸排”階段，需要學(xué)界聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界從目標(biāo)設(shè)立、精準(zhǔn)核算、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和績效評(píng)估等多方面進(jìn)行研究。同時(shí)，對(duì)于空管碳減排的研究需要以多維度的實(shí)踐推動(dòng)，并在實(shí)踐過程中進(jìn)一步深化碳減排研究。

從空管碳減排實(shí)踐角度，筆者建議：一是樹立碳減排理念，使空管部門從業(yè)者對(duì)碳排放及其對(duì)國民生活水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等諸多方面的影響有全面的認(rèn)識(shí)，從而在生產(chǎn)生活、工作決策時(shí)將節(jié)能減排納入考核體系。例如，空管部門可將碳減排納入運(yùn)行管理的衡量標(biāo)準(zhǔn)，采取改善建筑隔熱、安裝可再生能源系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)加熱、通風(fēng)和冷卻系統(tǒng)的效率，購買低排放或零排放車輛等節(jié)能措施；二是行業(yè)管理部門可從提升碳排放統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)能力入手，構(gòu)建空管行業(yè)碳排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)，加強(qiáng)碳排放統(tǒng)計(jì)核算能力，提升信息化實(shí)測(cè)水平；三是厘清空管碳排放監(jiān)督職責(zé)的歸屬，完善空管碳排放從監(jiān)測(cè)到監(jiān)督的管理過程。