熊健 張翀 謝湘雅 盧柯 張?zhí)烊? 金昱 王波 時寅

關鍵詞：國土空間規(guī)劃；溫室氣體清單；碳排放；定量分析

0 引言

IPCC（聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會）于2018年發(fā)布《全球升溫1.5℃特別報告》（Global Warming of 1.5℃）以來的系列報告和全球各地的動態(tài)顯示，減緩氣候變化正在從“提高意識”“博弈協(xié)定”“制定目標”加速進入“行動落實”階段[1-3]，碳排放總量和強度已成為未來地方發(fā)展的約束條件。

可靠、連續(xù)地統(tǒng)計、報告和分析碳排放數(shù)據，能夠幫助決策者和相關行業(yè)從業(yè)人員準確掌握歷史和現(xiàn)狀情況，開展碳排放評估和模擬，支持政策制定和行動選擇[4]，[5]23。當前有必要基于減碳增匯基本原理，將定量化思維融入國土空間規(guī)劃全過程[6]。10余年來，我國學者圍繞國土空間規(guī)劃中不同空間尺度、重點專項條線的碳定量分析提出一些思考，但總體來說目前仍處于探索階段。筆者旨在通過系統(tǒng)學習借鑒國內外溫室氣體清單體系方法及其應用延伸經驗，以上海市為例，探索完善國土空間碳定量分析的技術方法，為“碳達峰、碳中和”（以下簡稱“雙碳”）戰(zhàn)略下國土空間規(guī)劃編制技術的創(chuàng)新提供基礎性支撐。

1 溫室氣體清單應用延伸的國際實踐與國內研究

溫室氣體清單作為一定區(qū)域內人類活動排放和吸收的溫室氣體信息的全面匯總，憑借其體系方法科學、覆蓋項目全面、核算方法標準等特點，成為全球各個國家、區(qū)域、城市及社區(qū)等進行碳管理的重要工具[7-10]，[11]3-10。

在國際城市面向“碳中和”的實踐和研究中，始終強調在清單編制的基礎上進行本地化分析和應用（見表1）。包括：（1）根據地方特點和管理需要，對清單核算體系進行調整和細化；（2）溯源分析碳排放數(shù)據，研究其與建筑、產業(yè)、交通等的關系；（3）模擬規(guī)劃政策的減碳效果，支持確定合理的措施安排[22]。其中，空間類型和措施影響作為主要的考慮因素，被納入清單編制、分析和模擬工作，相關的規(guī)劃策略也較好地融入城市減碳路線，為開展國土空間規(guī)劃碳定量分析提供了可借鑒的思路。

2010年前后，我國學者開始關注溫室氣體清單與城市空間規(guī)劃的銜接[23]，探索從規(guī)劃視角對溫室氣體清單的體系方法進行重構、轉譯和應用（見表2）。前期，相關研究主要梳理全球范圍內的溫室氣體清單編制情況，建立碳排放與規(guī)劃政策的匹配框架，并初步開展總規(guī)策略和指標評估[5]28，[24-25]，[26]104-110。隨后，進一步深化空間關聯(lián)機理分析，研究土地利用的碳排放水平及其影響因子，進而開展多情景模擬[27]52-55，[28]74-78。近年來，開始探討形成基于國土空間更為完善的碳核算方法，并關注其與國土空間規(guī)劃從評估、模擬、管控到監(jiān)測的系統(tǒng)銜接[29]356-363，[30]，[31]50-55。

然而，對于國土空間規(guī)劃碳定量分析的內容和思路等尚未完全達成共識。包括：（1）在碳排放類型上，對非二氧化碳、非能源活動碳排的關注不足，在“碳中和”目標內涵下存在漏項；（2）在碳排碳匯項上，從基本原理出發(fā)，對于是否考慮除濕地外的水域碳匯、如何結合地方實際細化調整各項設置等問題仍有待進一步探討；（3）在分析思路上，多數(shù)研究通過將“自上而下”核算的碳排放數(shù)據映射到國土空間并作為分析基礎，雖然在某種程度上能夠反映總體強度特征，但將不同分區(qū)和用地視為均質的排放可能影響規(guī)劃精準施策；（4）在工作銜接上，“雙碳”路線是基于成本效益、技術發(fā)展等多因素考量后的結果，市級國土空間規(guī)劃碳定量分析應進一步加強與城市總體減碳框架的銜接。本文重點圍繞上述4個方面進行探索。

2 國土空間規(guī)劃碳定量分析的任務內容與思路要點

在國土空間規(guī)劃中，如何利用溫室氣體清單體系方法，銜接地方清單數(shù)據，使規(guī)劃更好地服務于“雙碳”戰(zhàn)略落實，需要明確碳定量分析的任務內容和思路要點。

2.1 國土空間規(guī)劃碳定量分析的任務內容

國土空間規(guī)劃碳定量分析的任務內容并非精確核算碳排放的絕對值，而是突出減碳目標約束，實現(xiàn)以國土空間視角認識碳排放、基于國土空間要素核算碳排放、通過規(guī)劃手段促進減碳增匯。包括：（1）現(xiàn)狀認識。發(fā)現(xiàn)碳排放總量、強度的空間特征，包括總體分布和不同用地碳強度的差異情況。（2）專題分析。研究碳排放與空間要素的相關性，明確調控思路。（3）方案模擬。預測規(guī)劃方案的碳排放，比照地方減碳目標指標進行反饋和優(yōu)化。（4）規(guī)劃確定。制定規(guī)劃“目標—策略—指標”框架，開展實施監(jiān)測和動態(tài)調整。

2.2 國土空間規(guī)劃碳定量分析的思路要點

要完成上述任務，需抓住4個要點：（1）按照各碳排碳匯項的特點及其相關的空間載體，對溫室氣體清單進行重構，建構完整的碳排放—國土空間關聯(lián)框架；（2）梳理影響碳排放的國土空間活動量值，確定規(guī)劃調控的抓手；（3）分析基于國土空間的基準碳排放特征，建立碳排放與國土空間要素的深度耦合關系；（4）聚焦國土空間規(guī)劃，考慮外部影響因素，預測規(guī)劃碳排放，進而對規(guī)劃策略和指標進行反饋和修正。

綜上，國土空間規(guī)劃碳定量分析貫穿基礎工作、規(guī)劃編制、方案論證和實施監(jiān)督全流程，將其中的技術要點進行整合，研究確定以國土空間碳核算為核心，以國土空間規(guī)劃碳排放多情景模擬為延展的關鍵方法。其中，國土空間碳核算主要解決體系構建、方法制定以及基準排放/吸收因子標定等問題，國土空間規(guī)劃碳排放多情景模擬則重點關注如何對“雙碳”路線中關鍵節(jié)點的國土空間規(guī)劃方案進行碳排放分析評價（見圖1）。

3 國土空間碳核算方法

結合上海市案例，比照我國“雙碳”目標內涵①，銜接國內外權威清單編制標準，界定核算范圍，構建核算體系并提出核算方法。

3.1 核算范圍

（1）核算氣體

本文涵蓋《京都議定書》中規(guī)定需控制的6種溫室氣體，即二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫。近期，銜接我國“碳達峰”目標，重點評估二氧化碳排放。

（2）核算邊界

參考《城市溫室氣體核算國際標準》中設定的3個范圍②，為便于橫向比較和避免重復，重點核算城市范圍一（即直接排放）中除去外送電力和熱能生產外的部分，以及范圍二（即外調電力和熱能）的碳排放[11]15-17，[32]20-24。航空、航海等跨邊界交通碳排可視情況單列。

（3）核算周期

以年度為單位進行核算。除計算城市穩(wěn)定運營中的碳排放外，原則上還應考慮開發(fā)建設過程，即開發(fā)建設活動實施過程中各類活動造成的能耗、廢棄物處理以及土地利用變化產生的碳排放。

3.2 核算體系

建立從溫室氣體清單到碳核算項再到國土空間用地用海的關聯(lián)，構建國土空間碳核算總體框架，并總結上海核算項細化調整的過程。

3.2.1 國土空間碳核算總體框架

為確保體系完整，以我國2011年發(fā)布的省級清單指南為基礎，銜接2019年修訂完善的IPCC國家清單指南，同步參考世界資源研究所等2014年發(fā)布的城市溫室氣體核算標準和中國建筑能耗相關研究報告等，明確核算框架包括建筑、交通、工業(yè)、廢棄物處理、生態(tài)與農業(yè)以及開發(fā)建設過程6類（見圖2）。（1）建筑碳排由除交通、工業(yè)和公用設施（除集中供熱用地）外所有建設用地上建筑能耗產生。（2）交通碳排除考慮交通工具運營外，由于道路、軌道交通車輛基地等設施在建設用地中占比較高，且軌道交通和快速路等的地下化趨勢使其能耗較地面設施有較大增幅，單列交通設施運營碳排項。其中，交通工具運營碳排與各類建設用地布局相關。（3）工業(yè)碳排指工礦用地和電力、熱能生產公用設施用地上工業(yè)生產過程中能耗和化學物理作用，以及煤炭、石油開采逸散產生的碳排放。（4）廢棄物處理碳排由垃圾填埋、焚燒以及生活和工業(yè)污水處理設施產生。（5）生態(tài)與農業(yè)中，除我國省級指南明確核算的林地碳匯、農田碳排和農業(yè)設施建設用地上畜禽養(yǎng)殖碳排外，在“山水林田湖草沙”生命共同體理念下，納入草地、濕地等碳匯。此外，由于在生態(tài)空間轉變?yōu)榻ㄔO用地的過程中有大量碳排放，而建筑、基礎設施等開發(fā)建設活動本身也會產生能耗，應重視不同歷史時點間、規(guī)劃基期和目標年間因空間變化帶來的碳排放影響，故單列開發(fā)建設過程項。

3.2.2 結合地方實際的框架細化

綜合考慮各碳排碳匯項的總量和占比情況、基于國土空間視角的差異化特征以及數(shù)據可獲得性等因素，結合近遠期工作重點等實際，對核算項進行合理的調整和細化，確定中類和小類。

研究開展近期面向“碳達峰”目標的上海試算時：首先，排除非二氧化碳和其他不在達峰統(tǒng)計口徑中的核算項（包括垃圾填埋、污水處理和農業(yè)碳排以及對外交通工具碳排）；其次，排除部分排放量小的內容（如園區(qū)、校區(qū)內的小交通碳排），同時在目前生態(tài)系統(tǒng)碳匯監(jiān)測和核算體系尚不完善的情況下，對濕地碳匯等核算難度較大的內容進行粗略處理；最后，比照全市清單，針對重點的核算大類進行細分。上海市碳排放總量自2011年階段性達峰后基本穩(wěn)定在2億t左右。其中，工業(yè)碳排長期以來占比最大，交通碳排穩(wěn)步增長，建筑碳排也呈剛性上升態(tài)勢；2019年3個部門（工業(yè)、交通、建筑）碳排占比分別為50%、27%和22%[33]，需重點予以關注。在確定細分項時，工業(yè)碳排聚焦關鍵行業(yè)，結合重點排放行業(yè)情況細分為化學原料與化學制品制造、黑色金屬冶煉與壓延加工、石油、煤炭與其他燃料加工及其他4類。交通碳排中，考慮到其構成以及與政策措施的對應，將交通工具碳排細分為公共交通、私人客運和貨運交通。建筑碳排則盡可能體現(xiàn)本地不同類型、區(qū)位的建筑在能耗強度上的差異，與核算方法中排放/吸收因子的標定同步考慮：首先，獲取并分析現(xiàn)狀建筑能耗數(shù)據與建筑功能、高度、區(qū)位等的耦合關系，參考全市建筑能耗監(jiān)測及分析報告和統(tǒng)計數(shù)據，初步錨定細分項和相應的能耗強度區(qū)間[34]；其次，對接行業(yè)主管部門的建筑碳排細分標準和相應因子，修正完善方法；最后，比照溫室氣體清單中的排放數(shù)據[35]，進一步校核因子，結合數(shù)據可獲得性初步按照浦東、浦西和中心、外圍③進行細分。

3.3 核算方法

以清單編制的主要方法——排放因子法為參考，首先，根據各碳排碳匯項的產生機理和影響因素，考慮國土空間規(guī)劃成果內容和深度，將基本公式“碳排放量=活動水平數(shù)據×排放/吸收因子”中的活動水平數(shù)據盡可能轉換為國土空間相關量值（見圖3）。這一轉換并非都使用用地數(shù)據，部分需采用用地和設施的衍生數(shù)據，如建筑面積和交通周轉量；還有少量則需向相關行業(yè)主管部門收集獲取，如畜禽存欄量、農作物產量等，這是國土空間規(guī)劃編制中的常見流程。其次，通過文獻、調研和實驗等方法標定基準排放/吸收因子④，因子可能是單個參數(shù)，也可能由一系列參數(shù)構成。最后，將核算結果與清單數(shù)據或相關行業(yè)主管部門數(shù)據進行交叉驗證，修正完善方法，降低不確定性。在現(xiàn)狀因子的基礎上，考慮未來發(fā)展趨勢，進一步標定用于規(guī)劃模擬的排放/吸收因子。

（1）建筑碳排

不同類型的建筑在用能需求、結構和強度上存在差異[36]。研究基于建筑面積，結合單位面積能耗水平核算碳排；對于城市總規(guī)中沒有明確建筑面積的，可結合強度分區(qū)通過平均容積率進行估算。由于建筑能耗受綠建技術、人群習慣、空間形態(tài)等多因素的影響，因此不同地區(qū)、年代、使用人群和建設水平的建筑能耗存在顯著差異，很難使用一套通用因子，需基于調研和分析加以明確。

（2）交通碳排

針對交通工具和交通設施的能耗特征，分別采取基于交通活動量和設施量兩種思路進行核算。前者主要以交通周轉量來表征活動，后者以交通設施的用地面積、建筑面積、設施量或運輸量作為活動水平數(shù)據。

交通工具運營碳排是依附于交通工具的運輸行為產生的。結合交通工具運輸量的分析方法，按照源頭、過程、終端3個環(huán)節(jié)分步核算：源頭階段生成交通需求，估算客貨運輸量；過程階段形成交通周轉量，劃分交通方式結構，細分交通工具類型，估算交通工具周轉量；終端階段結合能源結構等計算能耗，進而核算碳排。其中，各類交通工具年周轉量是核算的核心，應根據不同工具的運營特點區(qū)別對待：如定時定點服務的公共交通，其周轉量主要由網絡規(guī)模和車輛服務頻率等決定；私人客運交通和各類貨運交通周轉量則更多與個體交通需求直接相關。有條件的情況下建議利用交通規(guī)劃模型輔助核算。

交通設施運營碳排主要來源于動力設備、照明設備、弱電設備和檢修設備的能耗，與設施的使用特性相關。對于運營作業(yè)相對簡單的設施，如城市道路、軌道交通車站等，可將設施用地規(guī)模、長度等作為活動水平數(shù)據，參考現(xiàn)狀單位設施量能耗或行業(yè)用能標準核算碳排[37]；對于機場、港口等運營作業(yè)相對復雜的對外交通設施，可以建筑面積或作業(yè)量為活動水平數(shù)據。

（3）工業(yè)碳排

工業(yè)用地的碳排十分復雜，不僅不同行業(yè)間情況千差萬別，同行業(yè)不同企業(yè)間也會因工藝設備等的差異有所不同。

研究以工業(yè)用地面積為活動水平數(shù)據，相關因子的標定需將重點用能單位能耗、經普等行業(yè)數(shù)據與用地進行耦合分析，建立“用地/設施—產值/產量—能耗”量化關聯(lián)。對于鋼鐵、水泥等生產中的化學物理作用會產生碳排的行業(yè)，還需建立“用地—產量—碳排”關聯(lián)，后者較前者更為復雜。目前，上海等地已經體現(xiàn)了跨部門聯(lián)合管理工業(yè)碳排的導向，《上海產業(yè)能效指南（2018版）》和《上海產業(yè)用地指南（2019版）》中的一系列指標可為標定因子提供參考。另外，在建立了穩(wěn)定的重點企業(yè)碳排數(shù)據統(tǒng)計報送制度的背景下，可采用實驗法進行樣本分析，但是由于涉及企業(yè)能耗等敏感信息，需在銜接渠道和機制方面進一步探索。

（4）廢棄物處理碳排

參考溫室氣體清單核算方法，以處理量和人口規(guī)模為活動水平數(shù)據，結合甲烷回收量、人均蛋白質消費量等參數(shù)組成的因子進行核算。其中，垃圾和廢水處理量原則上可基于人口規(guī)模進行推算，相關參數(shù)參考地方均值或省級清單指南中的默認值予以標定。

（5）生態(tài)與農業(yè)碳匯與碳排

該大類中核算項較多，各項的核算思路也因基本原理不同而有較大差異。其中，生態(tài)碳匯以用地面積為活動水平數(shù)據，但是由于自然生態(tài)系統(tǒng)在碳庫構成、碳匯效率、碳量飽和等方面存在較高的復雜性[38-39]，溫室氣體清單核算方法與國土空間規(guī)劃中生態(tài)用地的分類口徑并不完全一致，需梳理對應關系后進行核算。如林地應區(qū)分喬木林和其他林地，濕地應區(qū)分海洋和內陸濕地等，各類生態(tài)和農業(yè)空間的吸收因子參考相關文獻標定。農業(yè)碳排可參照清單方法核算。

（6）開發(fā)建設過程碳排

土地利用變化的碳排需建立不同用地間的轉化矩陣，以轉化面積為活動水平數(shù)據，結合相應因子核算。對于開發(fā)建設活動的碳排，既有研究主要通過小樣本量實例標定排放因子，需進一步通過文獻研究，確定以建設規(guī)模為活動水平數(shù)據的排放因子。

3.4 方法應用

將碳核算模塊嵌入國土空間基礎信息平臺，整合人口、用地等多源時空數(shù)據，形成國土空間碳排“一張圖”，支持開展相關分析（見圖4）。

以上海市為例，以交通小區(qū)為單元開展現(xiàn)狀核算，實現(xiàn)對全領域和分項、全市域和分區(qū)的碳排總量、強度分析，結合空間規(guī)劃建設趨勢，能夠識別減碳關鍵區(qū)域。如中心城建筑碳排總量和占比明顯高于其他地區(qū)，應重視局部氣候改善和存量建筑節(jié)能改造，同時避免大拆大建帶來的額外碳排放；主城區(qū)交通碳排約占全市總量的50%，應關注高碳排單元的功能布局和交通網絡優(yōu)化，考慮在中央活動區(qū)等重點地區(qū)設置“零排放區(qū)”；工業(yè)碳排除在南北兩側寶山區(qū)、金山區(qū)呈高度集聚特征外，五個新城的工業(yè)碳排占比也高于全市平均水平，應探索結合行業(yè)規(guī)范將碳排指標納入園區(qū)、用地準入標準，拓展工業(yè)用地空間效益評價維度。此外，還可基于核算結果，深入分析碳排與國土空間要素，包括交通碳排與常住人口和就業(yè)崗位密度、路網密度、公交可達性和土地利用混合度，建筑碳排與建筑高度、建筑密度等的關系，為空間施策提供一定的參考。

4 國土空間規(guī)劃碳排放多情景模擬方法

4.1 基本思路

碳排放情景模擬的核心是確定在城市規(guī)模與發(fā)展特質的影響下，活動水平數(shù)據和排放/吸收因子在基準年和情景年變化的數(shù)值集合，常見的方法包括“自上而下”和“自下而上”兩種[27]51，[31]50-52，[40]。研究參考LEAP等典型的“自下而上”模型，基于國土空間碳核算方法，提煉影響碳排放的“國土空間規(guī)劃指標”和“重要外部指標”。前者是國土空間規(guī)劃的重要抓手，通過對“方案”進行統(tǒng)計或模擬解析獲得；后者即為“情景”，是能源、交通等領域的關鍵外部假設，根據地方“雙碳”路線中的相關指標和數(shù)值確定（見圖5）。國土空間規(guī)劃中的碳排放模擬既需長期的規(guī)劃理論和實踐積累作為數(shù)量模型基礎，也要順應“雙碳”工作長時間尺度的不確定性，銜接各階段特點，體現(xiàn)政策制度、產業(yè)結構、能源結構、工藝技術和消費行為等的重大變化。

通過指標拆解，能夠著眼于規(guī)劃方案模擬碳排放情況，進而比照城市總體或分領域減碳階段目標自查，進行調整優(yōu)化。考慮設置基準情景以及加強規(guī)劃和政策引導的3種情景（見圖6）：基準情景根據既有國土空間規(guī)劃和現(xiàn)狀外部指標趨勢外推模擬，是對不增加新的干預情況下城市碳排放發(fā)展的基本認識；情景一保持既有國土空間規(guī)劃方案不變，參照“雙碳”路線中對于達峰、中和等關鍵時點的要求對外部指標進行修正，是考慮非空間規(guī)劃類政策引導下的碳排放預期結果；將情景一的結果與減碳目標進行比對，如有差距，考慮通過優(yōu)化調整空間規(guī)劃進一步減碳，此為情景二，是對減碳目標約束下采取進一步空間規(guī)劃措施的碳排情況評估；由于空間規(guī)劃減碳有其間接性和局限性，情景三在既有“雙碳”路線要求的基礎上考慮更積極的政策調控，綜合考慮各種可行行動的影響，模擬更廣泛的影響。

4.2 方法應用

從已發(fā)布的上海市碳達峰實施方案來看，作為進入存量發(fā)展階段、高度依賴外來能源輸入且產業(yè)經濟仍將繼續(xù)增長的高密度超大城市，上海達峰目標的實現(xiàn)主要依靠能源結構綠色化以及產業(yè)結構調整和技術改造，規(guī)劃模擬中的外部指標變量主要與此相關；同時，面對不斷加大的建筑和交通碳排壓力，需盡早引導建筑和交通領域消費側低碳轉型，這是國土空間規(guī)劃干預的重點[33]。

以交通碳排模擬為例，基準情景基于“上海2035”空間方案提煉國土空間規(guī)劃指標，得到規(guī)劃年全社會交通（包括居民城市交通出行、對外公路和鐵路客貨運交通，不含航空和水運，以下同）碳排。情景一根據《上海市碳達峰實施方案》 《上海市交通領域碳達峰實施方案》中全社會用電量碳排放強度、小客車電動化比例等相關指標對重要外部指標進行修正，交通碳排較基準方案降低7.4%。比照交通領域碳達峰實施方案中至2030年營運交通工具單位換算周轉量碳排強度較2020年下降9.5%左右的要求，客運周轉量碳排強度能夠滿足要求，但貨運方面存在一定差距。

為進一步推動貨運減碳，同時降低交通領域峰值碳排，情景二在“上海2035”方案的基礎上，優(yōu)化主城區(qū)和新城功能分布和用地布局，完善鐵路樞紐客站對人口崗位密集地區(qū)的有效覆蓋，提高大中運量公共交通站點周邊城市功能、人口和崗位的集聚度，強化產城融合、產銷融合的布局，交通碳排較情景一減少約9.7%，體現(xiàn)了優(yōu)化用地布局和交通網絡布局對于交通減碳具有較好的效益。盡管如此，貨運周轉量碳排強度仍未能滿足上位要求。對此，情景三納入零碳管控區(qū)、提高貨車電動化比例等空間和交通管理政策，強化更為綜合的低碳政策引導（見表3）。

5 結語與討論

隨著國家和地方“雙碳”路線的陸續(xù)制定與實施，碳排放數(shù)據必將更加廣泛地應用于決策研究中。筆者在明確國土空間規(guī)劃碳定量分析目標和要點的基礎上，構建了較為完整的基于國土空間的碳核算體系方法，結合上海實踐梳理本地化應用路徑，并提出基于碳核算方法的規(guī)劃模擬技術思路。展望未來，可重點從3方面進行深化完善，以推廣應用于更多的規(guī)劃實踐：（1）對碳排放和空間數(shù)據進行持續(xù)跟蹤，通過更深入的實證分析，發(fā)現(xiàn)背后復雜的關聯(lián)，準確掌握基準特征；（2）“碳中和”目標的實現(xiàn)有賴于更廣領域、更多維度和更深層次的轉型，應加強對“雙碳”路線的解析，完善規(guī)劃模擬的技術架構，支撐方案比選和優(yōu)化；（3）研究提出的方法主要適用于城市尺度的碳定量分析，更小尺度的規(guī)劃分析原則上可參考其中的思路，但活動水平數(shù)據和排放/吸收因子的確定需更加精準。