市域碳收支核算方法

 

2.1市域碳收支核算方法框架

 

 

基于市域碳收支理论模型，以及其中所含的各类地表覆被类型在碳源、碳汇循环过程中的作用关系，构建市域总体碳收支核算方法框架（图2）。

 

1）分别采集反映市域碳源情况的地表覆被、电力能耗和工业用地所涉及的化石能源消费数据。

 

2）叠加反映生态碳汇情况的地表覆被数据，构成以地表覆被类型为基础，关联直接、间接能源消耗数据的市域碳收支核算依据，并分别明确市域碳收支系统所含要素各自的碳排放与碳汇系数。

 

3）针对市域碳收支过程中的直接碳排放、间接碳排放和碳汇作用机制，分别采用地表覆被类型碳排放系数法、直接碳排放系数法和间接碳排放系数法，对各类地表覆被类型的碳汇量和市域碳汇总量，碳源端的直接、间接碳排放量和市域碳排放总量进行相应的测算，并通过相互之间的抵消转换关系得到市域总体碳收支的核算结果。

 

4）通过将碳排放核算结果与相应的城市地理位置进行关联，分析市域尺度上碳源与碳汇的空间分布情况，作为后续低碳导向城市规划的参考依据。

 

2.2数据选择与数据属性

 

构建地表覆被与能源消耗相结合的计算数据，是开展市域总体碳收支核算的基础。根据市域碳循环过程所含的直接和间接碳排放地表覆被类型，以及具有直接碳汇作用的主导地表类型，本研究共获取了地表覆被类型数据、电力能源消费数据和工业活动能源消费数据3类计算数据集（表2）。

 

其中，市域地表覆被类型数据，主要用以反映市域尺度所包含的林地、草地、水体、耕地、工业用地和非工业用地6种主要地表覆被类型的范围、面积和边界。研究采用自然资源部研制的GlobeLand30全球地表30m精度覆盖遥感数据集（其中地表覆被类型数据主要为GeoTiff格式的多光谱影像），并采用WGS1984坐标系。

该数据集包含林地、冰川、人造地表等10类地表覆被类型，结合所选案例城市的地理位置以及整体地表覆被条件，本研究在进行市域总体碳收支核算时使用了其中6类城市所含的主要地表类型。在此基础上，选择电力能源消费数据用以反映城市运行过程中所产生的能耗状态，主要对市域碳源端的直接和间接碳排放进行校正测算。

本研究采用的电力能耗数据为Chen等[21]发布的网格化修正的城市电力消耗数据，数据精度为1km×1km，采用WGS1984坐标系。工业活动能源消费数据反映的是工业生产活动过程中使用化石类能源的情况，主要用于对市域范围内的工业用地类型在生产活动过程中所产生的直接碳排放进行测算。对此，研究采用了官方发布的能源使用统计数据，并依据能源平衡表选取原煤、焦炭、原油等27种能源（单位：kgce）消费量，对工业生产的直接碳排放进行补充测算。

 

2.3市域碳收支计算模型

 

当前国内、国际上对于碳排放的计算存在多种应用模型。其中，由世界气象组织和联合国环境规划署所共同建立的政府间气候变化专门委员会制定的IPCC模型，以及发布的包含能源、工业过程以及土地利用等在内的温室气体清单，具有相对较高的兼容性以及权威性[7]。

 

因此，本研究采用IPCC模型作为进行市域碳收支核算的基础参照。前已述及，市域总体碳收支的核算主要基于6类地表覆被类型，以及在市域碳收支系统中碳源和碳汇两端在循环抵消过程中所具有的直接碳排放、间接碳排放和直接碳汇3种作用方式。针对不同地表覆被类型的碳排放和碳汇特征，在市域碳排放和碳汇计算时主要使用3种不同的计算方法。

 

1）基于地表覆被类型的直接碳排和碳汇测算。市域范围内的碳排放和碳汇计算主要基于耕地、林地、草地和水体4类地表覆被类型。由于城镇建设用地覆被类型的主要碳排放来源于城镇日常活动过程中使用各类能源所产生的直接与间接排放，因而选择其他更加准确的碳排放计算方法。

在市域地表覆被类型方面，由于耕地、林地、草地和水体的碳排放及碳汇在长时间内具有稳定的状态[22]，因此针对该类要素的测算采用基于地表覆被类型碳排放系数反演方法进行测算，计算式为Eecology其中，为生态用地碳排放总量，ei为各类生态用地要素碳排放，i为生态用地要素种类代码，Si为林地、耕地、草地、水体的面积，αi为各地表覆被类型碳排放因子，碳排放用地系数为正，碳汇用地系数为负。参考既往研究，确定市域中各地表覆被类型的碳排放系数（表3）。

 

2）基于能源消耗的工业用地直接碳排放测算。对市域范围内的工业用地碳排放进行测算，主要是对工业用地在生产和运行活动过程中的各类化石能源消耗所产生的直接碳排放进行核算。依据工业生产活动的主要化石能源消耗类型，选取包括煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气、天然气等在内的能源消耗量以及工业生产过程中的电力能耗作为计算基础，计算式为Eindustry=∑Ni=1Ci×Di×EFi，（2）Eindustry其中，为工业碳排放总量，i为能源类型代码，N为城市消耗能源类型的数量，Ci为各类能源消耗量，Di为各类能源标准煤折标系数，EFi为各类能源碳排放系数，碳排放系数取自《省级温室气体清单编制指南》和IPCC模型，各类能源标准煤折算系数参考《中国能源统计年鉴》。

 

3）基于电力能耗的建筑用地间接碳排放测算。在工业用地之外，市域城镇建筑用地包含居住用地、商业商务用地等非工业建筑用地类型。此类用地的碳排放主要来源于其所承载的人类活动在生产生活过程中产生的能耗数据，其中电力能耗是最主要的类型。根据用地类别及使用途径的不同，国家电网公司将电力能耗类型划分为居民生活用电、一般工商业用地用电、大工业用电和农业生产用电。其中，在市域尺度的非工业城市建成区域，电力能耗可细分为居住建筑用电、商业商务建筑用电以及公共服务建筑用电。

在消费端的使用过程中，由于电力能耗本身并不产生直接碳排放，因此测算此类用地碳排放主要采用间接排放系数法，计算式为Earchitecture其中，为建筑用地碳排放总量，Ce为建筑总用电量，CR为居住建筑用电量，CB为商业建筑用电量，CA为公共服务建筑用电量，EFe为电力能耗排放因子。其中，按照国家生态环境部规定电力能耗碳排放因子为0.5810tCO2/MWh。

 

在对市域不同地表覆被类型的碳排放和碳汇测算的基础上，依据市域尺度下碳源端的碳排放与碳汇端的碳固汇之间的转化抵消作用，实现市域总体碳收支核算。