城市是中国减排政策落地实施的独立行政单元，也是减污降碳协同治理工作的先行者，在城市层面推进减污降碳对促进空气质量改善、推动经济社会全面绿色低碳转型发展具有重要意义。现有研究主要聚焦于中短期目标城市在碳达峰或空气质量目标下的减污降碳协同治理路径，研究对象以案例研究居多，面向全国城市的研究较少，基础数据可比性较差。亟需构建完善的基础数据库和技术方法，建立完整的自下而上中国城市未来排放预测模型，以支撑全国城市开展减污降碳协同治理相关研究。
一、中国城市尺度大气污染物与二氧化碳融合排放清单的构建与应用
研究团队使用多源数据融合方法建立了全国城市排放基础数据库，并根据数据特点和排放机理分别通过点源排放模型、区县尺度机动车排放模型和面源排放降尺度模型进行分部门排放表征，构建了中国城市尺度高分辨率大气污染物与二氧化碳融合排放清单（图）。该方法保证了各城市排放计算参数具有较高的本地化率，能够较为准确地刻画城市行政区划内所有源分类产生的直接排放特征。
基于此，研究团队对2012-2018年城市尺度大气污染物与二氧化碳排放分布及协同减排情况进行分析，得出以下主要结论：
● 我国城市大气污染物和二氧化碳排放整体呈现东高西低的分布格局，城市排放总量显示出空间异质性；2012-2018年，清洁空气行动推动全国95.8%的城市实现了SO2减排，93.5%的城市实现了PM2.5减排。同时期实现碳减排的城市仅占38.2%。
● 二氧化碳排放变化趋势方面：2012-2018年，60%以上的城市（209个）未能实现GDP增长与碳排放增长脱钩，其中有43个城市的碳排放增速超过了GDP增速。
● 协同减排方面：2013-2018年，清洁空气行动产生的累计CO2净减排量达到13.3亿吨，占同时段全国累计CO2排放量的2.3%，淘汰落后产能和淘汰工业燃煤锅炉为碳协同减排量最高的两项措施；2012-2018年，37.4%的城市（127个）实现了SO2、NOx、PM2.5和CO2协同减排；2015-2018年，122个城市实现了碳排放和PM2.5年均浓度同步下降。
二、自上而下的中国城市未来排放预测模型的构建及应用
研究团队通过设计不同治理目标下各类型城市（农业型、综合服务业型、旅游型、偏能源生产加工型、偏重工业型、偏轻工业型）的减排情景，预测活动水平与分部门排放，构建了自下而上的中国城市尺度排放预测模型，可支持纳入不同情景下城市级措施影响，以及动态预测2019-2035年全国城市的主要大气污染物和碳排放变化。
应用上述模型，研究团队构建了污染治理情景、碳达峰情景、提前达峰情景，并分析了城市尺度碳达峰、部门驱动力和主要大气污染物减排情况（表1）。表1. 不同类型城市在不同情景治理目标下的碳达峰和主要大气污染物减排情况研究团队设计了协同目标下的参考情景、强化减污、协同-强化减污三个不同情景（表2），以探究末端措施和协同措施的空气质量改善与碳减排潜力。分析发现，最佳末端治理推动2030年SO2、NOx、PM2.5和VOCs排放相对参考情景下降了26%-40%；通过实施协同减排措施，相对参考情景的下降比例可提升至37%-61%。从末端治理措施来看，电力部门超低排放改造、推广民用洁净煤、机动车排放标准加严、溶剂使用源头替代等措施具有较大减排潜力；从协同减排措施来看，民用部门散煤替代对SO2、PM2.5、VOCs减排具有显著的推动作用。
协同-强化减污情景推动了74%的城市实现“双达”（即实现碳达峰和年均PM2.5浓度达到国家二级标准），24%的城市“达标未达峰”，仅有2%的城市“达峰未达标”。
为进一步挖掘空气质量改善潜力，研究团队构建了PM2.5-O3-CO2协同治理情景。该情景能够实现与碳达峰和PM2.5-CO2协同治理情景相近的碳减排目标，并且由于考虑了臭氧前体物NOx和VOCs的协同减排，可在全国尺度上实现O3浓度改善目标。但由于各地区排放结构、发展程度不一，全国统一的污染物减排方案下重点区域O3污染改善效果有限，若加强重点区域前体物减排，将使得京津冀及周边地区O3浓度进一步下降7μg/m³，实现浓度改善目标。
在碳中和路径约束下，剧烈技术变革将改变社会经济产业结构，人类活动造成的温室气体、大气污染物排放将迅速减少。能源版图、产业布局和人类排放的变化将进一步对生态环境产生重大影响。城市层面，不同类型城市未来实现“双达”的“路线图”应因地制宜、有所侧重。资源型城市应积极采取发展低碳农业与旅游业、资源多层次转化增值等举措；工业型城市应加快实施淘汰高耗能产业、轻工业产业技术升级等措施；服务型城市应加速推进产业结构绿色低碳发展、绿电输送与配电调峰储能等，推动各城市实现碳排放达峰和空气质量“双达”，助力我国碳中和目标实现，空气质量进一步改善。
作者：中国科学院大气物理研究所高级工程师薄宇
发布平台：清华大学碳中和研究院ICON
发布日期：2023年11月1日