發(fā)布時(shí)間：2020-03-27 23:36

【摘要】：能源消費(fèi),特別是化石能源的消費(fèi),是大氣污染物(包括化學(xué)物質(zhì)及人為熱)排放的主要來(lái)源。在過(guò)去幾十年以及未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),中國(guó)及全球的能源消費(fèi)總量、結(jié)構(gòu)、方式與空間布局等都已經(jīng)或?qū)⒊掷m(xù)發(fā)生顯著變化,與此同時(shí),大氣污染物的排放格局也隨之改變。因此,全面認(rèn)識(shí)過(guò)去幾十年及未來(lái)中國(guó)及全球尺度能源消費(fèi)所引起的大氣污染物排放時(shí)空特征及演變趨勢(shì),可以更好地理解大氣污染物的來(lái)源以及有關(guān)環(huán)境問(wèn)題的演變規(guī)律,同時(shí)對(duì)于制定科學(xué)的能源政策以及大氣污染控制措施具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本研究針對(duì)能源消費(fèi)導(dǎo)致的人為熱和大氣化學(xué)污染物的排放,重點(diǎn)開(kāi)展了以下三個(gè)方面的工作:(1)基于“能源清單法”,構(gòu)建了 1953-2016年中國(guó)及1965-2016年全球人為熱排放清單,分析了不同尺度人為熱排放的演變特征,討論了不同地區(qū)、行業(yè)、能源結(jié)構(gòu)與利用方式對(duì)人為熱排放的影響;(2)依據(jù)IPCC等關(guān)于全球尺度未來(lái)能源消費(fèi)的預(yù)測(cè)情景,預(yù)測(cè)了 2017-2100年全球人為熱在時(shí)間和空間上的演變趨勢(shì);(3)針對(duì)中國(guó)地區(qū),基于能源消費(fèi)現(xiàn)狀以及未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)劃與政策,利用“排放因子法”,分別構(gòu)建了 2015、2020和2030 年大氣化學(xué)污染物(包括 S02、NOx、CO、PM10、PM2.5、BC、OC 和 NH3)高分辨排放清單,分析了不同大氣化學(xué)污染物排放的地區(qū)差異性、行業(yè)來(lái)源及其時(shí)空演變特征,探討了未來(lái)大氣污染物排放控制的重點(diǎn)與方向。另外,本研究運(yùn)用Monte-Carlo模擬,對(duì)有關(guān)結(jié)果的不確定性進(jìn)行了評(píng)估。本研究主要結(jié)果如下:(1)過(guò)去幾十年里中國(guó)及全球能源消費(fèi)在總量、結(jié)構(gòu)和空間分布等方面都發(fā)生了顯著變化,并且未來(lái)仍將持續(xù)改變。從1953至2016年,中國(guó)一次能源消費(fèi)量從1.6 EJ/yr增長(zhǎng)到127.9 EJ/yr。煤炭始終占主導(dǎo)地位,但其貢獻(xiàn)率從1953年的94.3%下降到2016年的61.8%。工業(yè)是最大的能源消費(fèi)行業(yè),其占比始終保持在70%左右。2010年前,華南地區(qū)的增長(zhǎng)最為突出,隨后西北地區(qū)表現(xiàn)出強(qiáng)勢(shì)的增長(zhǎng)。從當(dāng)前到2020和2030年,中國(guó)能源消費(fèi)總量仍將持續(xù)增長(zhǎng)。其中,火電和交通運(yùn)輸部門的增長(zhǎng)較為明顯,民用部門略有增長(zhǎng),工業(yè)行業(yè)則表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。從1965至2016年,全球一次能源消費(fèi)量從156.2 EJ/yr增加到555.9 EJ/yr,其中化石能源一直是最主要的能源類型。石油和煤炭占總消費(fèi)量的比重持續(xù)下降。中東、亞太地區(qū)、非洲和中南美洲地區(qū)的能源消費(fèi)增長(zhǎng)較快,北美洲、歐洲和歐亞大陸則相對(duì)緩慢。到2100年,全球一次能源消費(fèi)總量在高、中、低三種發(fā)展情景下預(yù)計(jì)將分別達(dá)到1700、1430和1070 EJ/yr,消費(fèi)的增長(zhǎng)主要來(lái)源于非OECD國(guó)家。(2)過(guò)去幾十年及未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi),中國(guó)人為熱排放量持續(xù)增長(zhǎng)且表現(xiàn)出明顯的階段性和時(shí)空分布的差異性。1953-2016年,中國(guó)能源消費(fèi)人為熱排放量從1.6 EJ/yr增長(zhǎng)到127.9 EJ/yr,平均熱通量從0.01 W/m2增長(zhǎng)到0.42 W/m2。2015年,全國(guó)工業(yè)、交通運(yùn)輸和建筑部門的人為熱排放總量為107.9 EJ/yr,其中工業(yè)是第一貢獻(xiàn)源,其次為建筑、交通運(yùn)輸。人為熱排放總量最高的地區(qū)分別為山東、廣東和江蘇,但平均熱通量最高的則為上海、天津和北京,其平均熱通量分別為16.8、5.7和4.7 W/m2。東部地區(qū)的熱通量主要集中在0.5-20 W/m2,西部地區(qū)在0-0.05 W/m2之間。交通運(yùn)輸和建筑的排放具有明顯的日變化特征,火電行業(yè)具有明顯的季節(jié)特征。到2020和2030年,全國(guó)人為熱排放總量將分別達(dá)到146.5和175.8 EJ/yr,平均熱通量將分別達(dá)到0.48和0.58 W/m2。高值區(qū)仍為山東、廣東和江蘇,但城市區(qū)域內(nèi)的人為熱通量將更為集中。未來(lái)火電和交通運(yùn)輸部門的增長(zhǎng)較大,而工業(yè)和建筑部門的增長(zhǎng)并不明顯。(3)1965-2100年,全球人為熱排放量持續(xù)增長(zhǎng),亞太地區(qū)的貢獻(xiàn)越來(lái)越顯著,美洲和歐洲增長(zhǎng)緩慢。1965-2016年,全球來(lái)自能源消費(fèi)的人為熱排放總量從147.4 EJ/yr增加到500.2 EJ/yr,全球陸地平均熱通量從0.03 W/m2增加到0.10 W/m2。北美洲、歐洲和亞歐大陸以及亞太地區(qū)貢獻(xiàn)了全球大部分的人為熱排放。不同能源類型對(duì)人為熱排放的貢獻(xiàn)存在顯著的區(qū)域差異。在亞太地區(qū),人為熱排放的最大貢獻(xiàn)源為中國(guó)主導(dǎo)的煤炭消費(fèi),其他地區(qū)的排放主要來(lái)自石油和天然氣消費(fèi)。區(qū)域間人為熱排放量和平均通量的差異均十分顯著。2016年,人為熱通量高值主要集中在亞洲(中國(guó)華東地區(qū)、日本、韓國(guó)、泰國(guó)和印度),歐洲(俄羅斯西部和大多數(shù)其他國(guó)家),中東(伊朗和沙特阿拉伯),美國(guó)東部以及南美洲和非洲的部分地區(qū)。2100年,高、中、低三種情景下,全球人為熱排放總量將分別達(dá)到1360、1160和920 EJ/yr,全球陸地平均熱通量分別達(dá)到0.28、0.24和0.19 W/m2。未來(lái)人為熱排放大部分的增長(zhǎng)將來(lái)自非經(jīng)合組織國(guó)家,全球人為熱排放將從美洲和歐洲轉(zhuǎn)向亞洲、中東地區(qū)以及非洲。(4)過(guò)去三十多年來(lái),中國(guó)能源消費(fèi)主要大氣化學(xué)污染物的排放總體經(jīng)歷了先上升后下降的過(guò)程,未來(lái)排放總體下降的趨勢(shì)更為明顯,但部分因子有較大波動(dòng),甚至小幅上升。1985-2016年,SO2和煙(粉)塵的排放表現(xiàn)出波動(dòng)中下降的趨勢(shì),NOx在2010-2016年表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),各類污染物單位GDP的排放量均保持顯著下降趨勢(shì)。華東和華北始終是排放的主要貢獻(xiàn)地區(qū),1985-2016年,兩大地區(qū)對(duì)SO2、煙(粉)塵和NOx總排放量的貢獻(xiàn)率均在41-51%。2015年全國(guó)能源消費(fèi)主要大氣污染物排放量分別為:22.8 TgS02,19.8 Tg NOx,140.7TgCO,8.6TgPM10,5.4TgPM2.5,1.5TgBC,2.1TgOC 和 0.3Tg NH3。工業(yè)是最主要的貢獻(xiàn)源行業(yè),煤炭是最主要的貢獻(xiàn)能源,其次為柴油。各類污染物排放的高值區(qū)主要集中在華北、東北、長(zhǎng)三角地區(qū)、珠三角地區(qū)、四川盆地及黃河沿線等區(qū)域。預(yù)測(cè)結(jié)果表明,從2016到2030年,SO2、CO、PM10、PM2.5、BC和OC的排放量將逐漸降低,NH3逐漸升高,NOx的排放量將呈現(xiàn)“先降后升”的趨勢(shì),且由點(diǎn)污染向面污染轉(zhuǎn)變。各類污染物的工業(yè)行業(yè)的貢獻(xiàn)比重都持續(xù)降低,未來(lái)交通運(yùn)輸行業(yè)將成為我國(guó)大氣污染的主要貢獻(xiàn)源。中西部地區(qū)的發(fā)展?jié)搫?shì)更為明顯,未來(lái)污染物排放將由東向西進(jìn)行轉(zhuǎn)移。(5)基于Monte-Carlo的不確定性分析表明,全國(guó)和全球人為熱排放量估算的總體不確定性分別為-9.0-9.8%和-16.0-15.7%;大氣化學(xué)污染物SO2、NOx、CO、PM10、PM2.5、BC、OC和NH3基準(zhǔn)年排放總量的不確定性分別為-45-82%、-39-58%、-44-80%、-48-101%、-45-80%、-38-69%、-45-82%和-25-33%。研究結(jié)果表明,中國(guó)及全球的人為熱排放總量在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)仍將持續(xù)增長(zhǎng)。雖然人為熱的平均排放通量相比于溫室氣體的輻射強(qiáng)迫還小得多,但由于其地表直接加熱效應(yīng)以及顯著的時(shí)空變化,隨著溫室氣體減排力度的加強(qiáng),未來(lái)人為熱排放可能對(duì)氣候和環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生更加顯著的作用。在氣候變化等科學(xué)研究中以及相關(guān)政策的制定過(guò)程中,更加關(guān)注人為熱排放具有重要意義。未來(lái)中國(guó)能源消費(fèi)仍是大氣化學(xué)污染物排放最主要的來(lái)源,隨著煤炭比例的下降以及能源清潔利用水平的提高,交通運(yùn)輸行業(yè)的能源消費(fèi)(特別是柴油消費(fèi))對(duì)大氣污染物排放的貢獻(xiàn)將顯著提高。受交通運(yùn)輸行業(yè)排放增強(qiáng)的影響,未來(lái)NOx將出現(xiàn)上升趨勢(shì),呈現(xiàn)由點(diǎn)污染向面污染的轉(zhuǎn)變。隨著未來(lái)中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,這些地區(qū)污染物的排放潛勢(shì)將更為突出。因此,加強(qiáng)交通行業(yè)的污染控制、推進(jìn)NOx等污染物的減排,重視中西部地區(qū)以及非城市地區(qū)的污染蔓延,將是未來(lái)中國(guó)能源消費(fèi)大氣污染控制需要進(jìn)一步關(guān)注的重點(diǎn)。
【圖文】：

題和不足進(jìn)行總結(jié)、分析，討論本研宄的主要結(jié)果在污染物控制和減排政策制定逡逑方面的指示作用，，并對(duì)未來(lái)的研究方向進(jìn)行了積極的展望。逡逑根據(jù)本研究的研宄內(nèi)容及章節(jié)安排，本文的框架結(jié)構(gòu)如圖１．１所示。逡逑８逡逑

每個(gè)柵格的值為該平方公里的人口／ＧＤＰ數(shù)。該網(wǎng)格數(shù)據(jù)打破縣級(jí)／市級(jí)行逡逑政統(tǒng)計(jì)單元的限制，將人口／ＧＤＰ數(shù)據(jù)展布到每個(gè)單元柵格上，為污染物排放的逡逑空間分布研究提供了更精細(xì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。圖３．２分別為本研究所用的２０１０年全逡逑國(guó)人口和ＧＤＰ空間分布圖。全球污染物的排放選擇人口分布作為分配因子，全逡逑球的人口空間分布數(shù)據(jù)采用的是ＮＡＳＡ社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和應(yīng)用中心提供的２．５邋＇邋ｘ逡逑２．５邋＇的人口分布柵格數(shù)據(jù)（ｈｔｔｐ：／／ｓｅｄａｃ．ｃｉｅｓｉｎ．ｃｏｌ＿ｂｉａ．ｅｄｕ／ｇｐｗ），每個(gè)柵格的值為逡逑該單元格的人口數(shù)，如圖３．３所示。在第五至七章分析大氣污染物排放的空間演逡逑變分布時(shí)，會(huì)根據(jù)相應(yīng)的歷史或預(yù)測(cè)階段的人口和ＧＤＰ信息對(duì)當(dāng)前的空間分布逡逑圖進(jìn)行更新。逡逑Ｄｍ逡逑圖３．２邋２０１０年全國(guó)人口和ＧＤＰ空間分布圖逡逑Ｆｉｇ．邋３．２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ＾ｓ邋ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ＧＤＰ邋ｉｎ邋２０１０逡逑４１逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X51

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2603556