城市温室气体排放清单编制研究进展

李 晴，唐立娜，石龙宇

(中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室，厦门 361021)

全球气候变化已成为当前科学界和国际社会普遍关注的热点问题［1］，“发展低碳经济”作为协调社会经济发展、保障能源安全及应对气候变化的基本途径，已经得到各国政府的普遍共识［2］。当前全球广泛开展的温室气体减排谈判、减排活动及减排贸易等行动，均需依赖于对人为温室气体排放量的精确评估。城市具有人口集中、产业集中、物流集中、资源与能源消耗集中的特点，其温室气体排放量占人类活动总排放量80%以上［3］。城市化和城市扩展过程会对生态系统碳循环和气候变化产生深远影响;反过来，碳循环过程和气候变化也会影响城市生态系统的结构及功能。因此，在城市尺度上研究温室气体减排具有重要的理论和现实意义。

然而，作为多要素、多层次的社会、经济复合系统和人工生态系统，城市生态系统内部的碳过程与自然生态系统大不相同。因此，需要从整体上了解城市生态系统的碳排放特征与规模，认识城市系统温室气体排放的潜在驱动力和影响因素，从而明确城市生态系统内部的碳循环过程及其与社会经济过程的相互作用，有利于采取切实有效的管理措施，促进低碳城市发展目标的实现。

温室气体排放清单是目前较常用的温室气体核算方法，能够清晰地反映温室气体排放水平、排放结构和排放特征。2008年，国家发展和改革委员会启动中国省级应对气候变化方案项目，其基础工作就是要求各省(自治区、直辖市)对城市温室气体排放量进行核算。然而，中国城市温室气体清单研究刚刚起步，研究成果还不多，缺乏系统、规范的城市温室气体研究方法和指标体系。本文概述了城市温室气体排放清单的主要参考编制方法，介绍了现有城市温室气体清单的编制案例，概括了国内外城市温室气体清单、城市温室气体清单与国家温室气体清单在关键排放源、编制模式、方法体系等方面的差异;在此基础上结合我国城市实际，对适合中国城市的温室气体清单编制方法进行了探索，并针对清单编制过程中存在的具体问题提出了建议，以期推动我国温室气体清单编制进程。

1 城市温室气体排放清单编制方法

目前国际城市的温室气体清单编制方法主要参考联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)有关温室气体清单编制的指南和方法论(IPCC)、地方环境举措国际理事会(ICLEI)方法学以及《城市温室气体排放测算国际标准》等。

1．1 IPCC 方法学

IPCC指南提供了编制国家温室气体排放清单的通用方法、计算公式和可供参考的基本参数，对城市温室气体清单编制具有较高的参考价值和指导意义。指南将温室气体核算分为四大部分，即:能源，工业过程和产品使用，农业、林业和其他土地利用，以及废弃物。从基本方法出发，使用参考方法和部门方法两种核算方法进行不同层次的温室气体清单核算。其中，参考方法采用自上而下的核算思路，而部门方法采用自下而上的核算思路。

(1)IPCC基本方法

IPCC指南中计算温室气体排放量的基本方法为:

E=AD×EF

式中，E代表温室气体排放量;AD为活动水平，即有关人类活动发生程度的信息;EF为排放因子，即量化单位活动排放量或清除量的系数。

(2)IPCC参考方法

参考方法是IPCC指南和优良做法指南都推荐的缺省方法，可表示为:

E=(F×Ca-Fx)×O

式中，E代表燃料燃烧的CO2排放量;F指燃料表观消费量，即生产量与净进口量的和;Ca指单位燃料含碳量;Fx代表固碳量，即燃料中没有被氧化或被固定的碳;O为燃烧过程中的碳氧化率。

(3)IPCC部门方法

IPCC部门方法基于各能源消费部门或行业进行分类核算，计算公式如下:

式中，Es为部门排放的CO2总量;F为部门燃料消费量;EF为排放因子;a、b、c、d分别代表燃料属性、氧化率、含碳量和技术设备条件;ET为城市CO2总排放量。

1．2 ICLEI方法学

ICLEI探索并建立了城市温室气体清单编制体系，提供了一种简单、标准化的温室气体排放量计算方法和监测、衡量方法［4］，并开发了CACP软件工具，供加入ICLEI组织和城市气候保护行动(CCP)运动的城市使用。

ICLEI采用的核算方法与IPCC自下而上的核算方法相似，温室气体排放量同样由排放源的活动水平与相对应的排放因子相乘得到，其排放因子也基本由IPCC排放因子修改或衍生得来。CACP软件收集城市中能源使用的化石燃料的主要排放源数据，利用能源消费量和碳排量之间的直接相关关系以及对应的排放因子，精确计算出每种能源的CO2排放量。CACP软件还能够把温室气体排放量转化为CO2当量，以实现各部门之间的直接比较［5］。

1．3 城市温室气体排放测算国际标准

2010年3月23日，在里约热内卢举行的第五届世界城市论坛上，联合国环境规划署(UNEP)、联合国人居署(UN-HABITAT)及世界银行联合发布了《城市温室气体排放测算国际标准(草)》，人口在100万以上的城市可参考此标准进行温室气体排放测算。该标准的核算方法与IPCC及ICLEI组织的温室气体核算方法相一致，但对城市温室气体排放测算尺度进行了详细划分，将城市温室气体排放过程具体分为3个尺度，如表1所示［6］。

标准规定:尺度2和尺度3中的温室气体排放过程涉及城市消费的主要材料、能源、产品等多个领域，活动水平数据不易获得，核算难度较大;但城市温室气体清单对这部分的计算至少应包括城市发电和区域供暖产生的边界外排放(包括传输损失)、航空和水运产生的碳排放以及城市产生的废弃物在边界外处理引起的碳排放。城市消费的燃料、建材、食物、水等物质中隐含的碳排放也应核算并以附加信息形式公布，不需包含在城市总排放量当中。城市由于输出电力、热力以及输入废弃物产生的排放应该从总排放量之中扣除。

表1 城市温室气体排放清单尺度划分Table 1 Scale division of urban greenhouse gas emission inventories

2 现有城市温室气体排放清单编制案例及分析

国内外大部分城市温室气体清单多分部门核算温室气体的时间序列排放，以较直观地分析各部门的排放量及变化趋势，更有效地评估减排效果。但城市层面上的温室气体清单研究尚不完善，城市温室气体清单编制还没有统一的规范和方法学。一些城市直接采用国家清单编制方法核算温室气体排放量，如巴塞罗那采用IPCC自下而上的方法建立了1987—1996年的城市温室气体清单［7］;牛津城市气候变化行动计划综合采用IPCC自上而下和自下而上的方法，精确构建了2002年牛津市几大部门的CO2排放清单，并制定了减排策略［8］。加入了CCP行动的部分城市采用ICLEI组织的标准化计算方法对城市温室气体排放量进行核算，如纽约［9-10］、多伦多［11］、布鲁明顿［5］、丹佛［12］等。上述城市温室气体排放清单编制主要内容见表 2。

表2 国外部分城市温室气体排放清单主要内容Table 2 Major contents of GHG emission inventories in some foreign cities

可以看出，各城市温室气体清单核算的内容范围、详细程度、部门划分、核算方法均存在区别，即使核算时对温室气体核算采用IPCC或ICLEI统一框架，也仍然在电力、跨界交通等排放源的归属方面存在差异，子部门的划分及涵盖范围也不尽相同，导致城市之间的温室气体排放量核算结果难以进行客观对比。

我国部分省市也陆续出台了地区性质的应对气候变化方案。这些研究主要集中于利用IPCC指南、基于政府能源统计数据对较大城市［13-16］各部门或者各行业能源消费的CO2排放量进行估算，或者利用各种模型对能源系统CO2排放的现状、趋势及减排潜力进行模拟。但由于城市定义及范围上的差异［17］，我国与西方城市的温室气体清单核算结果还较难进行比较。

3 城市温室气体排放清单编制方法特点分析

城市温室气体清单编制借鉴了国家温室气体清单编制的方法，但在原则、技术路线和方法体系上有自身特点，如表3所示。

可见，多数城市温室气体核算没有完全涵盖IPCC基本排放源［17］，清单的核心核算内容多为电力、供暖、交通以及废弃物处理。同时由于HFCs、PFCs和SF6的数据获取较难，且其排放量在城市温室气体排放总量中比重较小，大多数城市温室气体清单仅核算CO2、CH4和N2O这3种主要温室气体。

表3 国家温室气体清单与城市温室气体清单对比Table 3 Comparison between national and urban GHG emission inventories

国家清单多采用基于生产的编制模式，使用自上而下方法进行核算。即收集整个研究区域的排放强度和排放源活动水平，核算所有位于区域行政管制边界内的排放源直接产生的温室气体。而城市作为开放型的经济系统，城市内部、城市与城市外部不断进行大量的能源和物质流动，其中的间接碳排放不容忽视［18;19］。从排放责任的角度出发，基于生产的编制模式不能反映城市进口的二次能源(如电力、成品油等)中隐含的一次能源加工、转换、运输等过程中的温室气体排放量，而间接排放在评估温室气体排放责任上相对公平，因此城市多采用消费模式核算区域内最终消费的产品和服务中蕴含的排放量。同时，自下而上方法基于国民经济各门类或行业划分进行分类和计算，依据行业、技术、燃烧条件及燃料属性等计算特定的排放因子，计算精度较高，能充分反映不同部门及行业温室气体排放的特点和趋势，应该是城市温室气体核算采用的主要方法。但此方法模型公式的复杂程度较高，由于统计和技术上的原因，有时无法获得详尽的部门活动水平及相对应的排放因子数据，因此城市温室气体清单核算多以自下而上的方法为主，并以自上而下的方法作为补充，以确保核算结果的全面性。

4 我国城市温室气体清单编制建议

参照国家清单及其他城市清单的编制情况，基于我国城市特点，结合清单编制工作中面临的实际问题，探索对适合中国城市的温室气体清单编制方法。

4．1 编制范围

中国城市统计体系一般覆盖行政市域，从全面涵盖城市各部门和行业的温室气体排放状况、同时降低活动水平数据获取难度的角度出发，温室气体清单核算的地理范围应为城市行政市域，核算气体为3种主要的温室气体(CO2、CH4和 N2O)。

4．2 核算方法

中国城市温室气体清单核算使用基于消费的编制模式，对城市所有产生温室气体的直接过程和间接过程进行核算。直接排放过程的核算可分为能源活动、工业生产过程、农业活动、土地利用变化和林业、废弃物处理几大部分;间接排放过程包括电力调入(或调出)以及城市物质流需求(即城市消费的主要材料在城市边界之外的上游生产、加工、运输等过程)。

4．2．1 直接排放过程的核算方法

中国城市未加入ICLEI的CCP运动，无法获得ICLEI计算工具;而且目前中国城市的统计口径与国际上通用的排放清单存在差别，无法满足ICLEI的统计要求［20］。因此，中国城市温室气体清单不适合采用ICLEI方法学进行核算。

考虑到IPCC方法学是目前国际较为权威和公开的清单编制方法，且其他温室气体清单编制方法学也多从IPCC基本方法出发进行改进和核算，因此，建议中国城市温室气体清单对温室气体直接排放量的核算参考IPCC指南，以自下而上的方法为主，并以自上而下的方法作为补充。对关键排放源尽可能选用高级别的计算方法进行详细核算，对非关键排放源可采用低级别的计算方法。

4．2．2 间接排放过程的核算方法

由于电力消耗产生的温室气体排放量在中国城市温室气体排放总量中所占比例较大，而电力可能来源于异地生产。为准确反映城市实际排放情况，需要核算这部分产生的温室气体。具体核算方法可以利用城市境内电力调入(或调出)电量乘以该调入(或调出)电量所属区域电网的平均供电排放因子。对城市物质流需求采用生命周期法或碳足迹法进行核算，以更完整地体现城市实际消费产生的排放。

4．3 数据收集

温室气体排放量核算需要收集各排放源的活动水平数据和排放因子数据。在城市温室气体排放源活动水平数据收集方面，通常应将官方统计资料(如统计年鉴、普查及调查数据等)作为最权威的数据来源，此外还应通过多种渠道进行补充，如部门与企业的实地调研、企业排放报告、问卷调查数据及公开发表的文献等。排放因子的确定方法主要包括:IPCC指南中推荐的缺省排放因子、国际排放因子数据库、实际调研数据或实测数据及公开发表的文献等。

4．4 清单不确定性分析

中国城市温室气体清单编制方面的统计数据基础薄弱，部分活动水平指标尚未纳入统计体系，现有的能源统计缺乏详细的分部门、分设备、分燃料品种的活动水平数据。同时，由于城市边界的开放性，一些物质和能源的流动缺乏相应的统计记录，导致部分温室气体排放源信息较难获取，不得不通过其他途径进行推算或估测，降低了计算精度。其次，由于地区性排放因子获取工作的难度较大，多数部门的核算直接采用IPCC或ICLEI排放因子数据库，其排放因子不能准确反映当地的排放特点。为降低清单不确定性，排放因子的选择应最优先考虑地方实测数据，其次是国内同类或相似地区数据和中国国家数据;最后为IPCC指南等推荐的缺省值。

5 结论及展望

在全球气候变化的大背景下，城市生态系统在温室气体减排活动中发挥着越来越重要的作用。编制城市温室气体排放清单是中国进行低碳城市建设的基础要求，也是城市承担国际、国内碳减排任务的出发点。然而，我国城市温室气体排放清单的编制工作面临方法标准不一致、基础数据获取难度较大、可比性较低等实际困难，亟需大力开展适合中国城市特色的温室气体清单研究，在理论和方法方面加强探索，在实际操作中发现问题、总结经验，从而推动我国城市温室气体清单研究，进而促进城市低碳化进程。

温室气体排放清单的研究方向可着眼于生命周期排放、空间分布特征及比较、时间动态变化和可比性几方面。首先，生命周期排放能够完整清晰地评估产品及服务在全生命周期内排放的温室气体，分辨在区域内生产但供给外部消费产生的温室气体排放量，有助于公平区分区域之间碳排放责任，城市温室气体清单应加强此方面的研究。其次，目前城市温室气体排放清单多着眼于核算分析同一城市不同部门之间的温室气体排放情况，较少进行城市之间的对比分析。未来应加强对东西方城市及同一国家不同规模城市温室气体排放清单的比较研究，研究城市级别、发展程度、形态变化等对温室气体排放量的影响，开展不同发展模式、发展水平、经济文化背景下温室气体排放与区域发展的关系研究等。第三，现有温室气体排放清单多按时间序列进行逐年核算，对数据的需求量较高，有时难以得到逐年的排放因子。因此，未来应加强温室气体排放数据获取(活动水平及排放因子)的研究，建立温室气体排放分部门、分燃料品种的详细数据库;同时着眼于揭示主要排放源、排放部门温室气体排放量和排放强度的动态变化特征，分析温室气体排放与区域经济、人口等发展演化过程的内在互动机制和耦合关系。第四，目前温室气体清单核算及编制的方法学尚不统一，导致温室气体核算结果很难进行比较。因此，未来研究应加强城市温室气体清单核算工作中范围确定、数据获取、核算方法和报告格式等方面的标准化工作，力求建立温室气体排放的统一指标体系和分析框架，增强区域间温室气体排放清单的规范性和可比性。

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