《科学通报》：中国碳预算1980-2021

全球大气中二氧化碳（CO₂）从工业化前时期（即1750年）的约277ppm（百万分之一，1 ppm = 0.0001%）增加到2022年的414.71ppm，增长了49.71%。化石CO₂排放贡献了几乎87%的所有的人为CO₂源，在二氧化碳浓度增加中起着最重要的作用。作为最大的发展中国家，中国在经济发展方面取得了巨大成就，这导致了化石CO₂排放的急剧增加。自2006年以来，中国一直是全球最大的CO₂排放国，其碳排放对全球二氧化碳大气浓度产生了巨大影响。陆地生态系统是重要的大气碳汇，并且在调节全球碳平衡方面起着重要作用。特别是自上世纪80年代以来，中国实施了一系列生态工程和保护管理措施，例如三北防护林体系工程、天然林保护工程和退耕还林工程，使中国成为全球植被覆盖持续改善的少数地区之一，这在碳固定方面起着重要作用。因此，急需对中国的碳源和汇进行全面评估，以改善我们对全球碳预算量、变化和趋势的理解。

该研究使用多种最新数据集和模型来量化中国省级范围内碳循环的三个主要过程（1980年至2021年）的规模和趋势，包括：（1）能源、工业过程与产品使用（IPPU）和废物部门的二氧化碳排放；（2）陆地碳汇；以及（3）部分陆地碳汇抵消二氧化碳排放。该研究采用多种数据集和方法来减少估计的不确定性，并将估算的人为CO₂排放和陆地碳汇与当代NGHGIs的官方报告进行比较。该研究调查了中国碳预算的长期趋势，并为实现中国碳中和目标的未来行动提供了见解。

1.国家温室气体清单报告的二氧化碳排放和陆地碳汇

总体而言，在1994年至2005年的前10年里，净二氧化碳排放量增加了109%，但在后10年的增长率（2004年至2014年）大幅下降（即63%）。能源行业是报告的二氧化碳排放的主要来源，占五年报告国家温室气体清单（NGHGI）时期总排放量的86.86%–90.95%（不包括土地利用变化和林业（LULUCF））。工业过程与产品使用（IPPU）部门贡献了9.04%–12.94%的总排放量。废物排放对总二氧化碳排放的贡献很小，不到0.2%。土地利用变化和林业（LULUCF）的碳汇可以抵消来自能源、工业过程与产品使用（IPPU）和废物行业排放的二氧化碳排放的5.82%–13.25%（见表1），展现了较大的年际变异性。

表1. 国家温室气体清单报告的二氧化碳排放量和清除量（Gt CO₂ a^-1）a

2.能源部门的二氧化碳排放

这项研究使用了六个数据集来表示能源部门二氧化碳排放的均值、变化和趋势。这六个数据集在数量和趋势方面与NGHGI具有良好的一致性（如图1a所示）。本文使用了所有六个数据集的均值来表示从1980年到2021年每个能源部门的二氧化碳排放。

图1. 来自国家温室气体清单（NGHGI）和所有数据集的能源（a）、工业过程与产品使用（IPPU，b）以及废物部门（c）的二氧化碳排放的长期变化。

本研究使用CEADs、EDGAR和MEIC数据集的平均二氧化碳排放量来分析31个省份能源部门的空间和时间动态；没有包括香港、澳门和台湾的数据。在调查的31个省份中，能源部门的二氧化碳排放存在较大的差异。在本研究的最后12年（2010年至2021年）中，排放量最大的八个省份占全国总排放量的50%以上，而排放率最低的八个省份仅占7.82%。此外，几乎所有省份的化石二氧化碳排放的时间趋势与中国整个国家的情况相似，2000年代急剧增加，2010年代略有增加。

3.工业过程与产品使用（IPPU）排放的二氧化碳

与能源行业相比，仅有三个数据集报告了来自整个IPPU部门的二氧化碳排放，具体为CEDS、PRIMAP和EDGAR。这三个数据集与NGHGI数据表现出良好的一致性；其平均绝对相对差异分别为9.22%、6.82%和20.32%（见图1b）。

在上述三个数据集中，EDGAR提供了网格化的二氧化碳排放数据，可用于计算IPPU部门的省级二氧化碳排放。我们的结果显示，在所有省份中，IPPU的二氧化碳排放存在较大差异。IPPU排放量最大的九个省份贡献了中国所有IPPU排放量的50%以上，而排放率最低的九个省份仅占中国全部排放量的约9.34%。几乎所有省份的IPPU排放都显示出相似的时间变化趋势，在2000年代快速增长，在2010年代略微增长。

4.废物排放的二氧化碳

废物排放的二氧化碳仅占总二氧化碳排放的一小部分。根据五年的NGHGI，废物基础的二氧化碳排放占中国总二氧化碳排放量的0.05%–0.19%（包括能源、IPPU和水利行业）。只有三个数据集报告了废物基础的二氧化碳排放，包括CEDS、EDGAR和PRIMAP数据集。但是，EDGAR和PRIMAP仅包括固体废物焚烧排放的二氧化碳，因此本研究仅包括CEDS数据集来研究废物排放二氧化碳的趋势和数量。尽管与NGHGI数据相比，CEDS的平均绝对相对差异为50.16%，但CEDS很好地再现了废物排放二氧化碳的长期变化趋势（见图1c）。在最近的时期（2010年至2019年），平均排放量为0.016十亿吨CO₂ a⁻¹，几乎是1980年至1989年的117倍（见图1c）。

5.陆地生态系统的碳汇

本研究使用两个基于过程的生态系统模型IBIS和ORCHIDEE，这两个模型模拟的陆地生态系统净生物量生产（NBP）非常接近，本研究使用两个模型产生的NBP的平均模拟值来分析陆地碳汇。平均而言，中国的陆地生态系统在1980年至2021年期间吸收了1.02 ± 0.67 GT CO₂。NGHGI数据中的五年平均NBP比NGHGI数据高出76%（见图2）。陆地碳汇显示出在1990年代以每年0.11十亿吨CO₂的速率增加的趋势，但在其他几个时期保持稳定（见图2）。

图2. 中国陆地净生物圈生产的时间变化，由整合生物圈模拟器（IBIS）和动态生态系统中的碳和水文组织（ORCHIDEE）模拟。

6.土地碳汇对抵消化石CO₂排放的贡献

我们量化了中国净陆地碳汇（包括由土地利用变化引起的土地碳汇）对抵消能源和IPPU行业CO₂排放的贡献。平均而言，中国的陆地碳汇在1980年至2021年期间抵消了能源和IPPU行业的CO₂排放的16%。然而，值得注意的是，这些贡献在过去四十年中差异很大。在1980年代，陆地碳汇仅抵消了4.11%±15.10%的CO₂排放量，而在1990年代，这一贡献增加到了30.97%±12.51%（图3）。2000年后，陆地碳汇的贡献急剧下降至2005年的11.74%。从2010年到2021年，陆地碳汇对抵消CO₂排放的贡献保持了稳定水平（14.69%±2.49%）。

我们的结果还突出显示了土地碳汇对抵消CO₂排放的贡献存在很大的空间异质性。在所有调查的31个省份中，两个地区（即西藏和青海）已经实现了碳中和，这意味着土地碳汇成功地抵消了这些地区的所有CO₂排放。特别是在西藏，土地碳汇是CO₂排放的660多倍（图3）。然而，在14个省份中，土地碳汇仅抵消了不到当地CO₂排放的10%（图3）。

图3. 陆地碳汇抵消能源以及工业过程和产品使用行业CO₂排放的百分比：（a）中国的长期趋势；（b）2010年至2021年31个省份的平均值。

自1980年至2021年，中国的人为CO₂排放量增长了7.39倍，达到2021年每年12.77 GT CO₂。在受益于生态项目（例如，三北防护林体系工程）的同时，中国的陆地碳汇在2010年至2021年间达到了每年1.65 GT CO₂，几乎是1980年代碳汇的15.81倍。平均而言，中国的陆地生态系统在2010年至2021年期间抵消了人为CO₂排放的14.69%±2.49%。据我们估算，中国的西藏和青海两个省级行政区已经实现了碳中和，但中国近一半的行政区的陆地碳汇抵消量不足人为CO₂排放的10%。该研究表明，用于估算化石燃料CO₂排放的各种数据集与NGHGIs之间存在较高的一致性，但在陆地碳汇方面存在显著差异。未来对NGHGIs陆地碳汇的估算迫切需要通过综合碳循环过程的过程模型进行验证。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927323007703

本文转自微信公众号：气候变化经济学。