中国城市温室气体清单设计和对策选择

城市温室气体排放的快速增长成为全球温室气体排放上升的重要原因[1-2]。城市不仅是温室气体排放的关键源和绝对主体，同时也受到气候变化的严重影响。由于城市人口、资源和基础设施相对集中，气候变化的不利影响最可能出现在城市地区[3-4]。城市是创新与技术的热点，也是制定许多世界性难题解决方法的地方。由于城市人口密集、经济发达，因而城市低碳发展具有很强的示范效应。城市在应对全球气候变化和温室气体减排方面发挥着决定性的作用。发展低碳经济和低碳城市，是全球积极应对气候变化和城市可持续发展的必然选择。低碳城市的前提是清晰、准确地掌握城市各个领域的温室气体排放情况。因而，城市温室气体排放清单是城市低碳发展的基石和参考标尺，通过研究城市温室气体排放清单和排放水平，可以辨识温室气体排放量及其排放特征，跟踪其增减变化及发展趋势，预测未来排放情景，进而确定减排目标，制订和实施行动计划，提出切实、有效的温室气体减排措施和方案，有力推动城市向低碳化方向发展。国内低碳城市规划和建设进展很快，然而城市温室气体清单研究却相对滞后，难以满足城市发展的需求。中国当前城市温室气体清单在方法体系和城市边界上尚存在诸多问题。本文试图综述国际温室气体清单研究进展，并探讨中国城市温室气体清单的问题和不足，提出中国城市清单方法，并且以典型案例对比分析说明。
1　城市温室气体排放
2010年，城市集中了全球50%以上的人口，到2050年，这一比例会达到70%[4]。城市占地球表面不到1%，却消耗世界约75%的能源。城市是人口、建筑、交通、工业、物流的集中地，也是能源消耗的高强度地区(见图1)，因此必然成为温室气体排放的热点和重点地区。大城市气候领导集团(C40)的研究报告认为，城市排放了世界80%的人为温室气体，尽管这一结论存在一定争议(IEA认为约为71%[1])，但是城市温室气体直接排放和受城市地区消费引发的间接排放总量无疑是非常巨大的。
全球城市化进程对全球温室气体排放有着显著影响。图2显示了全球排放和城市化率的关系，两者之间有很强的正相关性。UN-HABITAT认为全球温室气体排放增长和城市化快速进程的一致并非耦合，而是有着深刻的联系，城市聚集了大量人口，经济活动强度大，能源利用量大，因而城市发展对全球温室气体排放有着强劲的驱动[4]。O'Neill等人[5]研究认为城市化仍然会显著影响未来全球排放。一些发展中国家，特别是中国和印度，城市人口增长可能导致高达25%的排放量。这在很大程度上是由于城市劳动力的高生产力和高消耗偏好导致了高的温室气体排放。
2　城市温室气体清单研究综述
城市尺度上温室气体清单研究始于20世纪90年代，由于西方发达国家城市自治性很强，所以城市在碳减排方面非常活跃，清单编制越来越受到重视，并且成为城市积极应对气候变化和低碳发展的关键步骤。温室气体清单对于城市有如下作用：①准确掌握城市能源利用中的低效和不足，发现节能和碳减排空间；②明确自身城市在国际、国内城市低碳经济中的定位和优劣势，确定今后低碳重点发展方向；③制订清晰、明确的低碳城市路线图，确保城市实现碳减排的可测量、可报告和可核查(MRV)；④积极开展教育宣传，引导城市公众和温室气体排放涉及者认识自身活动对于城市温室气体的贡献，提高低碳意识。

图1　2005年世界能源消耗和温室气体排放(城市和非城市)[1]
Fig.1　World energy consumption and carbon emission in 2005(urban and non-urban)
注：图中柱体代表各类能源占总能源消费比例，点代表城市的各类能源利用的温室气体排放。

图2　世界排放和城市化(1965-2009年)[6-7]
Fig.2　World emission and urbanization(1965-2009)
早期城市温室气体清单方法都是沿用政府间气候变化专门委员会(IPCC)国家清单方法，此后逐渐出现了专门研究城市温室气体清单的组织和机构。全球地方环境理事会(ICLEI)探索并建立了适合城市特色的温室气体清单编制体系和方法，经过不断完善，当前已经被国际上的城市广为接受，成为主流城市温室气体清单编制方法，但其主要是针对企业层次的，因而涉及温室气体排放链条很长，在城市尺度上很难操作。C40组织选择典型城市作为案例，研究其温室气体清单，并且选择典型的部门、行业进行深入研究，提出具有可操作性的政策和措施，分析措施的有效性。C40在建筑、交通等领域温室气体清单及减排方面具有很多成功经验，逐渐成为全球范围研究城市气候变化和温室气体的重要组织。中国北京、上海、香港等城市先后参加了2005年和2007年C40峰会。
不少研究者也对城市温室气体清单进行了研究和探索。以Kennedy为首的研究团队提出城市与外界物质、能量交换较大而需要采用独立的清单体系[10-11]。Kennedy的城市温室气体清单体系较为完整，不仅包括ICLEI建议的范围，而且包括水运和航空排放(这部分涉及大量的跨境排放)(见图3)，同时对城市道路交通的跨境排放问题提出了解决方案。此外，该清单体系还包括燃料的上游排放(即燃料生产导致排放)。Kennedy选择了10个典型城市进行实证分析，认为气候、资源可获取程度、电力、城市设计、废弃物处理等都对城市温室气体排放有着显著影响；城市的地理位置对其温室气体排放有着至关重要的作用[12]。Dhakal研究了东京、首尔、北京、上海的温室气体排放，采用的清单方法包括外调电力和采暖因素，和ICLEI的方法一致。研究发现4个城市的人均能源利用都有趋同表现(1990-1998年)，约1.3t-1.6t标准油/人，但是北京和上海的人均CO[，2]排放量却明显高于东京和首尔[13]。Glaeser等采用了类似ICLEI的方法体系，核算美国66个大城市温室气体排放，发现城市汽油消费量和城市人口大小的对数有较强的线性相关性；家庭天然气消费量(采暖为主)和1月份温度有较显善的线性相关性；家庭用电量和7月份温度有较显著的线性相关 性。温室气体排放量和土地利用政策之间存在很强的相关性，许多地区建立严格的政策限制一些产业的发展，使得排放朝向高碳排放地区聚集。城市排放水平明显低于城市郊区，城市—郊区之间的碳排放差异在老城市例如纽约更加明显[14]。Norman等认为城市温室气体清单还应该包括建筑材料使用等全生命周期的排放，发现城市交通是最重要的减排温室气体方向，而建筑是降低能耗的重要方向。同时，疏松型城区的人均能源消耗和温室气体排放是密集型城区的2.0-2.5倍[15]。
Ramaswami等人提出了混合型生命周期碳足迹清单体系，并对城市与周边的跨界交通(道路和航空)的温室气体排放分配问题做出了详细论述。
Dodman等对ICLEI的清单方法提出异议，尤其对电力和供热的归属问题提出异议，并且提出了不同的清单方法，其结果是全球城市温室气体排放还不到人为排放的一半，许多城市人均排放量低于其国家人均排放量。
从上述学者的研究可以看出，对于城市碳排放问题，不同的研究方法，研究结果相差很大，尤其城市是一个高度开放的实体，其与外界的能源、物品交换强度很大，因而对于城市排放的不同界定，会导致城市排放水平的很大差异。对比当前国际城市主要采用的方法体系(见图3)，总体趋势是，绝大部分城市在核算自身温室气体排放时，都考虑外部电力和热力供应所导致的温室气体排放，即世界地方环境理事会(The International Council for Local Environmental Initiatives，ICLEI)提出的主要考虑尺度1+尺度2+外部垃圾填埋的温室气体排放。全球已经有68个国家的1 200个城市采用ICLEI方法编制了城市温室气体清单。许多研究基于这种清单方法提出了较为系统的城市碳预算方案[20]。

图3　城市温室气体清单体系范围比较[8-10]
Fig.3　Comparison of measures for city greenhouse gases inventory
中国城市温室气体清单研究起步较早，但发展缓慢。1994年，中国与加拿大政府开展了北京市温室气体排放清单研究，并较为全面地核算了北京市1991年温室气体排放清单[21]，但此后一直缺乏城市清单的研究文献。近几年城市清单研究逐渐增加，蔡博峰等人初步提出了城市温室气体清单研究方法，并且针对重点排放领域推荐了排放因子[22]。张晚成等人利用城市清单体系核算了上海排放[23]。陈操操等人对城市温室气体清单方法做了较为详细的评价和总结，并且对比了城市清单和国家清单的异同[24]。蔡博峰探讨了中国城市温室气体清单研究存在的不足和困难，并提出了初步建议[25]。
3　城市温室气体清单研究特点
城市温室气体清单相比国家温室气体清单而言，从编制模式、覆盖领域和针对性等方面都具有自身特色，这些特色也意味着国家清单方法体系(IPCC方法学指南)并不能适用城市温室气体清单编制的需要。
城市温室气体清单方法学早期借鉴了大量国家温室气体清单编制的方法，尽管后期在清单基础方法学、排放因子等方面很难有突破和创新，但在原则、技术路线和方法体系上却体现了城市的自身特点。当前，城市温室气体清单方法学和国家温室气体清单方法学的差异主要体现在如下几点。在编制模式上，由于城市和外界有着大量的能量和物质交流，城市往往采用消费模式，区别于国家清单的生产模式。国际城市清单中往往包括了由于外调电力和供暖带来的间接排放，即发生在城市地理边界以外生产城市用电和热力的温室气体排放。在覆盖范围上，城市清单往往比较简单，特别是发达国家城市，几乎没有农业问题，工业比例也很小，所以能源供应、建筑和交通以及废弃物处理往往是城市清单的主要内容。在针对性和灵活性方面，城市温室气体清单编制灵活、针对性强。国家温室气体清单编制的一个重要目的是为国家宏观制定减排政策提出科学支持和国际温室气体排放对比与谈判，因而国家清单相对比较规范和严格。而城市清单为了提高针对性，往往在组织结构上更加灵活。其提出的政策直接到技术层面，可核查性、可测量性和可报告性都很强，其温室气体减排的实现依赖于城市公众的参与和监督[25]。但城市清单的灵活性某种意义上影响了国际城市之间温室气体排放的可对比性。
4　国内城市温室气体清单研究的不足
中国当前的低碳城市发展很快，但城市温室气体排放清单研究却相对滞后，主要是存在着两个核心问题。其一，城市排放清单方法体系不完善，其中边界、范围等关键问题尚未解决。绝大部分城市尚未编制较为全面的城市温室气体排放清单。许多城市依然沿用IPCC的方法核算温室气体排放，而IPCC方法不适用于城市尺度已经是国际共识。此外，发达国家城市排放清单都包括尺度1和尺度2水平，而我国当前已经编制的城市清单基本相当于尺度1水平，城市清单内容相比国际规范有较多残缺。由于核算方法的混乱，导致中国同一城市出现多种温室气体排放量，极不利于科学研究和政府决策。其二，无法核算真正城市意义的温室气体排放水平。中国城市和西方国家城市有较大差别，后者是专为城市而设立的一种建制类型，同行政区划并无必然联系。它突出了人口聚集点的概念，核心部分是城市建成区。而中国城市是一种行政区划建制，包含大量的农村、林地等非城市建设用地。因而中国城市更类似一种区域概念。对中国城市的特征，Montgomery也提出其不同于西方城市，并且建议将以建成区为核心的地区作为城 市加以重点研究[26]。这种城市排放清单很大程度上失去了城市特色，变为与省/区域排放清单性质一致，因而无法有效支持中国低碳城市的积极发展。同时也使得中国城市温室气体排放水平很难直接与发达国家城市排放做直接比较，也不利于最大限度地借鉴西方城市低碳化发展的成功经验。发达国家估算的城市温室气体排放占国家排放比例约在70%-80%，而在我国当前的情况，城市温室气体排放总量等于全国排放总量，城市这一极为重要的低碳发展因素无法突出其应有特色。
中国城市温室气体排放清单的不足严重制约了我国低碳城市发展，甚至可能误导城市低碳发展方向。研究解决上述两个中国城市碳排放清单核心问题，有利于规范我国城市温室气体排放核算方法，准确把握我国真正城市意义的温室气体排放水平和特征，澄清城市温室气体排放的一些误区和错误观点，并为低碳城市发展和政府决策奠定坚实基础。同时，清晰、明确的城市温室气体排放清单方法体系，便于城市之间以及城市自身时序上的比较分析，支持政府出台有效的政策措施，并建立相应的核查机制。
5　中国城市温室气体清单编制方法
鉴于中国城市温室气体清单存在的问题和不足，以及当前的研究现状，本研究提出中国城市温室气体清单编制方法，以供研究者和决策者参考。方法介绍侧重城市清单的特色内容，排放因子等技术要素与IPCC一致，所以不作介绍。
5.1　清单边界
中国城市清单边界问题是城市清单体系中较为重要的一个问题。主要原因是中国城市地理边界不明确。西方城市的核心和主要部分是城市建成区，其强调的是城市自治，而不是行政区划等级。由于中国城市的特殊性，本文提出狭义城市的清单边界，以区别于我国当前城市市域范围(城市行政区域)的清单。狭义城市是指包括城市建成区90%面积的最小市辖区/县范围。许多研究城市的学者把市辖区作为狭义城市的概念，但县升区的参考标准主要是整体经济水平，因而会把一些经济体量很大的农业县包括进来，例如北京市怀柔、平谷、门头沟、房山等区，其包括了大量的农村地区和非城市建成区。所以依据市辖区很容易高估狭义城市的面积。事实上，城市建成区是城市的最佳表征，然而城市建成区同城市行政区划并不完全重合，导致数据口径无法统一，难以完成数据收集和积累。
中国城市温室气体清单体系中，可以同时核算城市市域范围内(城市行政区域)的温室气体排放，和狭义城市温室气体排放。我国地级以上城市基本都有较为完整的市域范围内的公开统计数据，因而可以支持城市市域排放清单的编制。着重考虑狭义城市温室气体清单，可以突出城市意义和特色，真正指导中国城市低碳发展，同时也提高中国城市与西方城市温室气体清单的可比性，有利于中国最大限度地借鉴西方城市低碳化发展的成功经验。
排放源的归属问题在西方城市比较显著，因为西方城市中的私人公司或者是私人入股公司占据绝大多数。因而西方城市处理排放源归属问题往往分为运行控制(Operational Control)和金融控制(Financial Control)两类。运行控制是受市政府各项政策法规直接管理的，但其经营和财务关系未必完全受当地市政府控制。而金融控制符合国际财务会计标准，即对于一个排放源实体具有完全的金融管理权利。中国城市温室气体清单可以以行政管辖为边界，即相当于西方城市的运行控制，符合我国城市对企业的管理和统计口径。此外，由于西方城市的行政自治和民主管理的特点，城市温室气体清单都分为全市排放清单(Citywide Inventory)和政府排放清单(Government Inventory)，后者属于前者，但单独列出。政府排放清单主要包括政府部门的用电、采暖、用水、交通、废弃物等，之所以单独列出，是因为全市和政府部门减排的措施有很大不同。对于政府部门的温室气体排放，完全可以采取强制手段进行减排，而对于城市水平的排放，政府只能通过政策鼓励或者财税刺激等市场方法，要想采取强制手段，必须通过地方立法，其操作和实施都较为困难[25]。这一点和我国倡导和实施的绿色政府比较相近，可以充分借鉴。
5.2　清单范围
清单范围是指清单所包括的温室气体排放过程，主要指本地排放和异地排放，即直接排放过程(本地排放)和间接排放过程(异地排放)。具体可分为三个尺度(见图3)。①尺度1：所有直接排放过程，主要是指发生在清单地理边界内的温室气体排放过程。②尺度2：由于电力、供热的购买和外调发生的间接排放过程。以用电为例，大部分城市的电力依靠购买或外调，所以并不直接产生温室气体排放，但可能所购电力来自火力发电，而火力发电产生温室气体，所以这部分温室气体算为城市间接排放。③尺度3：未被尺度2包括的其他所有间接排放。这一尺度所包括的范围很广，包括城市从外部购买的燃料、建材、机械设备、食物、水资源、衣物等等，生产和运输这些原材料和商品都会排放温室气体[25]。
建议中国城市温室气体清单需要同时包括尺度1和尺度2，暂不考虑尺度3排放。这样中国城市编制清单相当于采用了生产+消费的混合模式，即在核算清单时，首先核算城市直接排放(生产模式)，然后将外调电力和供暖导致的温室气体排放计入城市本身排放(消费模式)。国际上绝大部分城市都是采用这一“混合”模式编制温室气体清单。
6　案例对比研究
选择北京市和纽约市，基于前文所述的城市温室气体清单原则和方法体系，对比分析两个城市的温室气体排放特征。根据前面所述的狭义城市，北京市包括城市建成区90%面积的区/县共6个，分别为东城区、西城区、海淀区、朝阳区、石景山区和丰台区。
本研究对比了2个城市的排放水平。北京市市域的碳排放清单可以基于能源统计年鉴核算，但狭义城市的碳排放清单却缺乏数据支持，没有公开出版的北京市各区县的能源利用情况。因此，只能采用其他数据途径。欧盟和荷兰环保局联合开发了全球0.1°×0.1°(中纬度地区约10km)温室气体排放空间网格数据库，当前已经更新至EDGAR version 4.1版本(2005年)，该数据库是迄今为止全球水平上空间精度最高的温室气体排放数据库。EDGAR排放源数据主要来源于IEA的排放点源数据库，比较全面地核算了区域空间排放信息，非常有利于我们利用该数据计算狭义城市直接排放水平。因此，基于EDGAR数据库，直接核算北京市2005年狭义城市的直接(尺度1)碳排放量为4 473万t。然而北京市 狭义城市间接(尺度2)排放量的估算较为困难，只能基于北京市市域直接排放和间接排放的比例来推算。
根据中国能源统计年鉴[27]、北京市统计年鉴[28]和IPCC排放因子[29]，2005年北京市域排放量为1.413亿t，其中直接排放1.012亿t，间接排放(电力调入量为357.69亿KWh时，2005年无热力输入)0.401亿t，间接排放占直接排放的39.62%。其中，外调电力排放因子取值为1.1208 t /MWh，该值来源于国家2007中国区域电网基准线排放因子中的华北区域电网电量边际排放因子OM(其计算数据基于2004-2006年《中国能源统计年鉴》)。根据北京市市域间接排放和直接排放的比例关系，以及北京狭义城市直接排放量，可以推算北京市狭义城市的间接(尺度2)碳排放量为1 772万t。北京市和纽约市的温室气体排放对比见表1。

从表1可以看出，狭义城市的温室气体清单体系下，北京市和纽约市具有较好的可比性。纽约市的总排放量(尺度1+尺度2)略低于北京市排放量，人均排放量略高于北京市。较为显著的一点是，纽约市尺度2排放占总排放比例明显高于北京市的这一数值，这主要是因为纽约市内工业很少，主要能源消耗是电力和交通燃料。这也是西方发达国家城市的典型特征，即其低碳发展的主要方向都是建筑、交通、城市废弃物处理等明显具有城市特色的方向。北京市尽管在逐渐搬迁市内的重工业，但2005年依旧存在着不少工业企业。
7　结论
城市温室气体清单体系的不完善和无法核算真正意义的城市温室气体排放，是我国城市温室气体排放研究的重要不足，直接影响我国低碳城市的积极、健康发展。借鉴和对比分析当前国际城市排放清单研究的主要方法，并对其进行梳理和筛选。选择主流和较为全面的方法体系，结合我国城市实际情况，确定我国城市温室气体排放清单的方法体系，是我国城市温室气体排放清单研究的首要工作。同时，考虑当前数据的可获取性，基于城市市域排放和理论模型，研究狭义城市的温室气体排放水平是一个重要的研究方向。