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我國(guó)提出的2060碳中和目標(biāo)推進(jìn)了綠色低碳轉(zhuǎn)型步伐，綠色轉(zhuǎn)型措施的有力實(shí)施在一定程度上改善了空氣質(zhì)量。然而氣溶膠污染依然存在，它不但會(huì)直接損害人體健康，還會(huì)引發(fā)不利氣象條件，從而影響可再生能源資源潛力，這將為我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)帶來(lái)額外挑戰(zhàn)。因此，了解氣溶膠輻射效應(yīng)的影響機(jī)理、雙碳目標(biāo)下空氣質(zhì)量-人群健康-清潔能源協(xié)同效應(yīng)的反饋機(jī)制會(huì)為我國(guó)及全球降碳減污協(xié)同治理提供巨大動(dòng)力。
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了2015基線情景、2060基線情景和2060碳中和情景，搭建了氣象-化學(xué)在線耦合綜合評(píng)估模型，應(yīng)用GCAM-China氣候變化綜合評(píng)估模型模擬碳中和目標(biāo)下省級(jí)尺度的未來(lái)能源消耗和能源結(jié)構(gòu)，DPEC中國(guó)未來(lái)排放動(dòng)態(tài)評(píng)估模型提供特定情景下多種大氣污染物和CO2排放量動(dòng)態(tài)變化，以及WRF-Chem模型研究氣溶膠和氣象條件間的反饋機(jī)制，以模擬不同情景的污染物濃度，隨后評(píng)估了風(fēng)能、太陽(yáng)能潛力及健康效應(yīng)。
氣溶膠輻射效應(yīng)的環(huán)境影響
模擬結(jié)果表明，在2015基線情景下，氣溶膠輻射效應(yīng)導(dǎo)致地面溫度降低、上層大氣溫度升高，從而削弱近地層溫度差，造成不利的通風(fēng)條件，進(jìn)而阻礙空氣污染物的垂直擴(kuò)散和稀釋；使污染物在近地面聚集，對(duì)人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，垂直擴(kuò)散減弱導(dǎo)致污染區(qū)域近地面風(fēng)速減小，而氣溶膠吸收和散射太陽(yáng)輻射，使得到達(dá)近地面的年均太陽(yáng)輻射減少約11W/m²，從而對(duì)可再生能源的利用產(chǎn)生負(fù)面影響；尤其是高污染和人口密集地區(qū)，這種負(fù)面影響更為顯著(圖1)。
二
碳中和目標(biāo)下的空氣質(zhì)量和可再生能源的正向強(qiáng)化反饋
在碳中和目標(biāo)下，由于可再生能源代替化石燃料可達(dá)到污染減排的效果，空氣污染物的減排和氣溶膠氣象反饋效應(yīng)的降低會(huì)帶來(lái)顯著的空氣質(zhì)量改善。相較于2060年基線情景，到2060年實(shí)現(xiàn)中國(guó)碳中和目標(biāo)將使全國(guó)面積加權(quán)PM2.5地面濃度降低約14.6μg/m³，人口加權(quán)PM2.5濃度降低約38.8μg/m³(圖2，3)；空氣質(zhì)量改善主要發(fā)生在人口密度大的地區(qū)，從而避免57%過(guò)早死亡人數(shù)(113萬(wàn)人；95%置信區(qū)間：0.97-1.29百萬(wàn)人)。其中，降低的氣溶膠氣象反饋效應(yīng)在京津冀地區(qū)能分別帶來(lái)7.1(6.5%), 5.6 (6.9%), 4.3(6.6%)μg/m³的人口加權(quán)PM2.5濃度降低，并相應(yīng)減少23,000(21,000-26,000) 由于PM2.5導(dǎo)致的過(guò)早死亡人數(shù)。
圖2. 碳中和目標(biāo)下的空氣質(zhì)量與人群健康改善
氣溶膠輻射效應(yīng)減弱所帶來(lái)的有利擴(kuò)散條件可強(qiáng)化可再生能源的潛力和穩(wěn)定性。碳中和情景下，太陽(yáng)輻射和風(fēng)速的增強(qiáng)，可使可再生能源潛力增長(zhǎng)且穩(wěn)定性增加(圖4)。太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電容量因子分別增加約2.6%和0.6%，且變異系數(shù)分別減少約1.2%和0.4%。在全國(guó)范圍內(nèi)，中部、南部和東部電網(wǎng)的太陽(yáng)能和風(fēng)能容量因子將顯著提高，且變異性降低，可一定程度上緩解中國(guó)能源需求與能源供應(yīng)中心地理空間不匹配的問(wèn)題。
三
研究展望與建議
實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)并不代表可以徹底消除空氣污染問(wèn)題。根據(jù)世衛(wèi)組織最新的空氣質(zhì)量指導(dǎo)值，在我國(guó)碳中和情景下暴露在PM2.5年均濃度超過(guò)5μg/m³的人口仍為99%。另外，我國(guó)人口老齡化問(wèn)題可能會(huì)抵消碳中和的健康效益，而隨著醫(yī)療水平和生活條件提升帶來(lái)的基線死亡率的降低，可以有效緩解老齡化對(duì)健康效益的抵消。
碳中和目標(biāo)下能源轉(zhuǎn)型主要聚焦于空氣污染嚴(yán)重和人口密度大的地區(qū)，由此帶來(lái)的空氣質(zhì)量提升和健康效應(yīng)也主要發(fā)生在最需要得到改善的地區(qū)。引入我國(guó)碳中和目標(biāo)下空氣質(zhì)量-人群健康-清潔能源協(xié)同效應(yīng)的正反饋機(jī)制的系統(tǒng)分析，可促進(jìn)對(duì)于雙碳行動(dòng)下多目標(biāo)協(xié)同的理解，從而進(jìn)一步為全球其他面臨空氣污染的發(fā)展中國(guó)家逐步實(shí)現(xiàn)甚至超越碳中和目標(biāo)提供額外動(dòng)力。（注：本文有刪減）
參考資料
[1] Qin, Y., Zhou, M., Hao, Y. et al. (2024). Amplified air quality, health, and renewable energy under China's carbon neutral target. Nature Geoscience, 17, 411-418.
[2] Cheng, J., Tong, D., Zhang, Q. et al. (2021). Pathways of China's PM2.5 air quality 2015–2060 in the context of carbon neutrality. National Science Review, 8, nwab078.
[3] Tong, D., Cheng, J., Liu, Y. et al. (2020). Dynamic projection of anthropogenic emissions in China: methodology and 2015–2050 emission pathways under a range of socio-economic, climate policy, and pollution control scenarios. Atmospheric Chemistry and Physics, 20, 5729–5757.
發(fā)布日期：2024年07月12日
原標(biāo)題：專家觀點(diǎn) | 覃櫟：中國(guó)碳中和目標(biāo)下空氣質(zhì)量-人群健康-清潔能源的協(xié)同效應(yīng)
