“双碳”背景下基于优势分析的提升城市“蓝值”路径

任丽萍

(江苏建筑职业技术学院 公共基础教学学院,江苏 徐州 221116)

0 引言

2012年我国修订和发布GB 3095—2012《环境空气质量标准》,以此开启大气污染防治的“黄金十年”,2013年国务院印发《大气污染防治行动计划》(简称“气十条”),要求将各地级以上城市“优良天数”逐年提高,“细颗粒物(PM2.5)”年均浓度不同程度降低为目标,受到地方政府广泛重视。2015年11月20日,国际环保组织亚洲清洁空气中心发布一份名为《大气中国2015：中国大气污染防治进程》的报告,是对中国城市大气污染防治情况最早最全面最细致的盘点[1]。而在该系列报告关注之后,2021年文献[2-3]借用“蓝值”一词,目的是将大气治理进程及成果科学量化的同时,运用一个面向大众(非专业研究者、治理人员)更具象的概念,从大气污染防治实践中得到一些数值界定。故笔者认为城市“蓝值”通俗理解是某时间段内某地区的“空气质量达到二级以上优良天数的比率”。

2020年,徐州市新城区大气中PM2.5平均质量浓度为 58.7 μg/m3,日均值超过《环境空气质量标准》二级标准限值比例22.5%,1月和 12月超标日共出现 15 d,该区域 PM2.5浓度整体偏高,说明冬季污染较为严重。作为资源型城市的徐州,其经济支柱以煤炭、电力、冶金、建材等为主,消耗煤电比例偏高,PM2.5中含有碳质、水溶性离子和金属离子等,其中碳质与水溶性离子占比达 50%～80%。碳质主要是有机碳(OC)和元素碳(EC),后者主要来源于化石燃料或生物质不完全燃烧,其吸收特性严重影响大气能见度;前者包括有机碳(POC)及有机气体在大气中发生光化学反应氧化成的二次有机碳(SOC)。SO42-主要源于燃煤排放及SO2转化,NO3-主要由机动车尾气及燃煤排放产生NOx转化,而NH4+源于燃料高温燃烧而排放的废气经二次转化、机动车尾气排放、氮肥利用和有机质腐化[4]。

鉴于环境因素对各方面的影响,2021年11月7日,新华社授权发布《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》提出,2035年我国将广泛形成绿色生产生活方式,碳达峰后稳中有降,生态环境将发生根本好转,美丽中国的建设目标基本实现[5]。在碳减排及碳中和愿景下,研究如何提升城市“蓝值”路径是各级领导、管理部门和人民群众关心的重点。徐州市正处在经济发展和环境治理关键时期,深入打好污染防治攻坚战、建设美丽徐州是共同目标。环境污染物与CO2、SO2排放具有高度同源性,该成果既能优化城市治理资金,又能实现“双碳”目标,最终实现经济增长和环境治理的双赢发展。

1 大气污染治理和提升城市“蓝值”关系研究现状

提升城市“蓝值”路径与城市大气污染来源、成因与治理对策有直接关系。易鑫[6]提出完善法律法规、提高执法力度、优化产业结构、提高能源的利用率、控制温室气体排放等方法来减少大气污染。中国经济网评论员臧梦雅[3]认为,空气污染与气候变化同根同源,各级政府如不能实现能源低碳转型,无法正确应对气候变化,“治理模式”困难程度将升级,城市“蓝值”提升也将更加缓慢。赵晗[7]建议采用前端预防和中端控制温室气体与大气污染物协同减排对策,实现经济增长和环境治理的双赢发展。李云燕等[8]从乡村环境治理的困境与出路方面看到了碳达峰、碳中和目标愿景,强调需综合运用行政、经济、技术、文化等措施,实现乡村环境的有效治理。唐亮[9]分析山东省部分城市大气污染原因是产业布局不合理,城市建设、机动车尾气污染严重,因大气污染治理是动态化、多部门联合工作,需从多角度全过程入手,各个环节相互衔接,重视预防、严抓过程、科学监督与奖惩有机结合。

综上,鲜见学者们把影响城市“蓝值”的多个因素进行优势分析,未考虑CO2和SO2的排放量。在前人研究基础上,鉴于数据可得性把CO2和SO2的排放量作为原始数据序列,探究影响城市“蓝值”的几个因素;并运用灰色关联度进行优势分析,依据关联序次序择优控制,为大气污染防治与环境管理决策提供依据,让市民看到更多的蓝天,最终实现经济增长和环境治理双赢发展。

2 影响城市“蓝值”提升因素的优势分析

2.1 灰色系统理论及应用简介

灰色系统理论是邓聚龙在1982年提出的一种系统科学理论,着重研究“外延明确,内涵不确定”的对象。灰关联分析基本原理是两个相关因素之间的曲线越接近,相应因素序列之间的关联度就越大,反之就越小。该方法对样本量多少和样本数据的规律性未做要求,不会出现定量分析与定性分析不符的情况,故灰色系统理论方法适用于环境卫生系统方面的研究,具体步骤见文献[10]。

2.2 提升城市“蓝值”的优势分析

以江苏省徐州市城市“蓝值”提升路径为主要研究内容,按照GB 3095—2012评价徐州市区环境空气质量达到二级以上优良天数比率为目标,以CO2和SO2排放量为主要的研究指标(见表1)。

表1 2016—2020年徐州市空气质量达到二级以上优良天数比率

鉴于CO2和SO2排放量的不稳定性,利用灰色系统理论优势分析对徐州市CO2和SO2排放量两个因素进行综合分析。

2.2.1 CO2和SO2排放量对“二级以上优良天数比率”灰关联度选徐州市2016—2020年原煤(吨)等主要能源来估算CO2的排放量,数据来源于2017—2021年《徐州市统计年鉴》[11](见表2)。

表2 2016—2020年徐州市规模以上工业企业能源购进、消费及库存

将上述能源转换成吨标准煤计算,转换系数如表3所示。

表3 各种能源转换系数

表4 3种能源的碳排放系数与碳氧化率参考值[12]

计算得2016—2020年徐州市CO2排放量如表5所示,SO2排放量数据来源于2017—2021年《徐州市统计年鉴》[11]。

表5 二氧化碳排放量和二氧化硫排放量

基于灰色系统理论优势分析[10],徐州市“空气质量达到二级以上优良天数比率”关于CO2排放量(万吨标煤)、SO2排放量(吨标煤)的相对关联度为0.845 5和0.689 1。关联度表明“优良天数比率”与CO2排放量(万吨标煤)和SO2排放量(吨标煤)高度相关,提升城市“蓝值”势必要控制CO2和SO2排放量。另一方面说明“CO2排放量(万吨)”对徐州市城市“蓝值”的破坏比“二氧化硫排放量(t)”大。

2.2.2 8个相关因素相对CO2和SO2排放量的灰色关联矩阵

影响CO2和SO2排放量的相关因素,如表6所示。运用灰色系统理论优势分析,借助数据引导财政预算,达到环保资金统筹规划。

表6 2016—2020年影响排放量的相关因素数据

基于灰色系统理论优势分析模型,8个因素相对于二氧化碳和二氧化硫排放量的综合关联矩阵为：

数据表明：ρi8>ρi1>ρi3>ρi4>ρi2>ρi7>ρi6>ρi5,i=1,2,即上述各相关因素对“CO2和SO2排放量”影响最大的是“工业废气排放量(亿立方米)X8”;其次是“园林绿地面积(公顷)X1”,下面依次为“每万人拥有公共汽车 (标台)X3”“环卫机械总数(台)X4”“生活垃圾清运量(万吨)X2”“私人车辆(汽车)拥有量(辆)X7”“ 废气治理设施(套)X6”;而“除尘设施X5”对“CO2和SO2排放量”贡献最少,除尘设施只是降低局部污染物的排放量。

3 提升城市“蓝值”的路径

3.1 加强工业废气排放量的控制

徐州市是苏北地区经济发展最好的城市,也是污染较严重的城市,在节能减排中面临着一个两难的局面,不仅要发展工业带动经济增长,更要减少能源消耗和污染排放。“工业废气排放量(亿立方米)X8”在CO2和SO2排放量影响因素中关联度分别是0.861 9和0.679 0,明显较其他因素的关联度更大。工业废气是对城市大气造成污染的重要直接污染源之一,工业生产过程中排放到大气中的污染物种类繁多,有烟尘、硫的氧化物和氮氧化物等。另外,冬天人民生活与采暖中需要消耗大量煤炭,煤炭燃烧中释放大量灰尘、CO2、SO2、CO等物质,使部分地区烟雾弥漫,这是一种不容忽视的污染源。为了减少大气污染,政府应制定政策措施,控制工业废气的排放量;还需改变燃料构成,实行燃料性燃气的转化,同时,加紧研究和应用绿色清洁能源,如太阳能、氢燃料、生物质能等资源。

3.2 提高城市园林绿地面积和绿化覆盖面积的占比

由优势分析可知,“园林绿地面积 (公顷)X1”在影响城市“蓝值”因素中位于第二。在其他条件不变的情况下,园林绿地面积和绿化覆盖面积占比每提高一个百分点,能使 PM2.5质量浓度下降 0.05～0.06 μg/m3[13],为进一步改善城市环境,多措并举增加城市的绿量,促进城市绿地均衡分布。2020年徐州市空气质量达到二级以上优良天数261 d,人均公园绿地面积16.6 m2,已达到近5年来最高,人民群众获得感、幸福感进一步增强,绿水青山就是金山银山,助力推进生态文明和美丽徐州建设。

3.3 加快交通领域新能源替代步伐

由表7可知：烟(粉)尘产生量最高,但是其排放率最低;SO2的产生量位居第2,排放率达到2.4%,说明两种污染物治理水平提高了;氮氧化物的产生量位居第3,但排放率最高,说明非电行业和交通运输行业氮氧化物排放仍有很大的下降空间,亟需管理部门开展精准减排。另外,优势分析中影响城市“蓝值”第三因素是“每万人拥有公共汽车 (标台)X3”,也说明移动源排放对PM2.5浓度影响占比较高。因此,推进重点行业深度减排和机动车尾气治理,是降低PM2.5浓度的必然路径。因此,全面提高新能源车使用,推动燃油车队清洁化、低碳化[14]是提升城市“蓝值”最为经济和合理的途径。

表7 徐州市2020年4类污染物的产排量及排放率指标

3.4 合理配备环卫机械数量和生活垃圾分类处理

2020年,徐州市环卫机械总数975台,道路清扫保洁面积为3 587万m2,生活垃圾清运量117.65万吨,清扫保洁率达到73.8%,较前两年稍有减少。各类环卫机械化车辆的投入,大大减少了环卫工人工作业面和作业量,提高了环卫清扫保洁效率,有效降低了道路含尘量,让城市空气更清新,城市环境更加干净舒适,让高颜值的“徐州蓝”刷爆朋友圈。

3.5 扩大清洁能源的使用领域,提高能源利用的效率

清洁能源的使用,不仅能够有效减少空气污染,提升空气质量,让公众收获更多“蓝天”,也能从源头上改善大气状况,降低极端天气的发生概率,助力气候变化问题的解决。开发太阳能、天然气和液体燃料、生物质能、地热能取暖、光伏发电等新型的多能互补可再生能源系统,助力“碳达峰”愿景实现[15]。

3.6 科技是解决“双碳”问题,实现城市“蓝值”提升的必然途径

科学技术是解决可持续发展的重要保证,虽无法完全杜绝雾霾天,但随着科技的进步,生态环境部门监管和治理能力的提高,公众关注度的不断攀升,徐州市的蓝天越来越多已成为一个不争的事实。随着大数据和人工智能等高科技飞速发展与广泛应用,各类高新技术手段被越来越多地运用于国内的减排降碳中,为大气污染治理工作提供了便利,也为城市“蓝值”的提升保驾护航。

4 结语

基于灰色系统理论优势分析方法对徐州市城市“蓝值”提升路径进行研究发现,徐州市城市“蓝值”提升与CO2和SO2的排放量高度相关。

由关联序数据说明,提升城市“蓝值”的6条路径需要管理部门逐步建立和完善管理措施,加强规范和监管,把绿色低碳纳入制度规则中,纳入顶层设计中,纳入工作开展中,在继续打好污染防治攻坚战的同时,健全绿色低碳循环可持续的发展体系。