碳交易背景下中国华北地区碳代谢格局变化

碳排放权交易市场作为推进美丽中国建设、实现降碳减污绿色发展的重要手段,成为当前研究的热点问题.为探究碳交易背景下华北地区试点区域及非试点区域碳代谢过程,以城市碳代谢理论为依据,采取投入产出分析和生态网络分析相结合的研究方法.结果表明,北京和天津作为早期交易试点区域,区域从2012年后呈现直接碳排放量稳步下降、隐含碳排放量缓慢增加趋势.试点产业部门直接排放量与隐含排放量变化趋势一致,其中煤炭开采和洗选业、石油和天然气开采业和非金属矿物制品业减排效应明显,而排放量较高的电力、热力的生产和供应业表现为增加趋势.部门隐含碳排放强度与隐含碳排放量变化趋势相似证实部门隐含增加值在交易过程中并未增加.高碳排放部门的隐含碳排放量主要由长度小于6的代谢路径所贡献,因此应重点关注部门间较短路径传递的商品或服务的“清洁化”.在交易政策实施以前,区域产业部门间跨区域贸易较少,表现为低碳排放产品交换;2012年以后,随着京津冀城市群协同发展以及华北地区不断构筑的区域经济发展新格局,促使区域间跨区域和跨部门贸易增加.以碳排放权交易制度为背景,构建识别系统内关键参与者及关键路径的方法体系,可为区域性政策实施及可持续发展提供科学的发展建议.     

基于LEAP模型的临港新片区中长期碳排放预测及减排潜力分析

基于上海临港新片区现有统计数据,结合其未来社会经济发展、产业结构和技术进步等,构建了LEAP-临港模型,分析了基准情景、低碳情景和强化低碳情景下新片区的能源需求和碳排放演化趋势.为增强模型的预测精准度,采用Logistic人口生长模型对临港未来人口数据进行预测,并利用学习曲线模型模拟相关减碳技术的成本发展趋势.同时,构建了碳减排技术的经济性评价模型,通过绘制边际减排成本曲线对典型减碳技术的经济成本及减排潜力进行评估.结果表明,强化低碳情景下,2060年临港新片区一次能源消费中可再生能源占比达69%,电能在终端能源需求中占比达91%;临港新片区可在2030年实现碳达峰,且2060年碳排放量相较基准情景下降94%.就减排贡献度而言,清洁能源替代、产业结构优化和终端能效提升对临港碳减排起到关键作用,中期（至2035年）分别贡献35.1%、27.3%和16.2%的碳减排量,长期（至2060年）分别贡献50.6%、8.75%和7.7%的碳减排量.就具体减碳技术而言,氢能发电、电解水制氢及碳捕获和利用与封存（CCUS）技术对实现净零排放意义重大,但减排成本相对较高.研究成果可为临港及相关地区的低碳绿色发展提供思路和借鉴.     

京津冀地区城市三生空间碳代谢效率特征及演进模式

探究城市三生空间系统的碳代谢效率有助于实现区域要素整合和空间优化.基于城市代谢视角,采用物质流分析法构建了京津冀地区三生空间碳代谢效率评估框架,并运用超效率DEA模型和Malmquist指数分析了2000~2020年三生空间碳代谢效率的时空分布、动态变化及演进模式.结果表明：①2000~2020年,京津冀地区三生空间碳代谢效率呈波动增长趋势,各城市碳代谢效率空间分异明显,碳代谢效率水平整体偏低,呈中部高、南北低的分布格局.②京津冀地区碳代谢效率全要素生产率呈增加趋势,技术进步变化和纯技术效率贡献作用不显著.超过50%的城市全要素生产率呈改善趋势,仅有38.46%的城市在碳代谢效率改善过程中存在技术进步现象,超过1/2地区的纯技术效率呈下降趋势,大部分城市的技术效率和规模效率变化指数大于1.③各城市碳代谢效率呈现不同的类型特征,按照其发展路径划为稳定式、反复式、渐进式和突变式这4种演进模式.各城市应据此采取差异化措施,合理配置三生空间资源,提高技术水平和规模效率,以期提高城市碳代谢效率水平.     

“双碳”目标下城市形态对碳排放的影响:以长江经济带为例

明晰城市形态对于碳排放的影响机制,是实现城市碳减排的重要前提.以长江经济带为例,在阐述城市形态对于碳排放作用机制的基础上,利用多源数据定量评估城市形态,并分别采用空间计量模型和地理探测器在全局和分区域尺度评估2005~2020年城市形态对于碳排放的影响.结果表明:①2005~2020年,碳排放量由2365.31 Mt上升至4230.67 Mt,但增速呈逐渐放缓的趋势.其在空间上呈现两极分布格局,高值区主要集中在上海和重庆等核心城市,低值区集中在四川和云南西部地区.②建设用地面积在15年间整体扩张,建设用地人口密度呈下降趋势;城市破碎度不断降低且各市之间差异逐渐缩小;城市形状的平均规则程度有所提升,且各市紧凑度显著增加.③城市规模在全局尺度对碳排放有显著的正向作用,城市破碎度在2005年对碳排放有显著负向效应,但在随后年份负效应减弱,城市紧凑度指标在研究时段内与碳排放呈显著负相关性.④斑块类型面积、斑块密度和有效网格大小对上游城市碳排放的影响最为显著;有效网格大小、平均周长面积比和斑块类型面积在中游城市影响程度较高;有效网格大小、同类邻接百分比和最大斑块指数则是促进下游城市碳减排的关键因素.不同区域城市应当综合考虑各城市形态指标对于碳排放的影响,继而优化其城市形态以推动可持续发展.     

关中平原城市群土地利用变化对碳储量的影响

研究城市群地区土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响,对城市群地区土地利用结构优化及可持续发展具有重要意义.基于PLUS模型和InVEST模型,模拟预测了不同情景下关中平原城市群2040年土地利用变化与碳储量,并进一步分析了土地利用变化对碳储量的影响.结果表明:①关中平原城市群土地利用类型以耕地、林地和草地为主,占研究区总面积的90 %以上.②2000~2020年,关中平原碳储量呈持续下降的趋势,耕地、林地和草地是关中平原碳储量的主要来源,总体碳储量下降了15.12×10⁶ t,空间分布呈现“南北高,中间低”的分布特征.③到2040年,城镇发展情景下碳储量减少最多,共减少27.08×10⁶ t,生态发展情景下碳储量减少最少,共减少4.14×10⁶ t.研究结果可为关中城市群地区高质量发展和土地利用合理规划提供数据支撑.     

中国交通运输碳排放强度时空交互特征及跃迁机制

采取多种空间分析的方法,对2002～2020年交通运输业碳排放强度的时空交互特征进行剖析,通过得到的时空跃迁类型与面板分位数模型进行嵌套来探究其跃迁机制,最后根据不同的跃迁机制引入地理探测器模型来考察影响交通运输业碳排放强度的不同因素之间的交互作用效应.结果表明: ①中国30个省区的交通运输业碳排放强度整体呈波动下降态势,在空间上的聚集水平也相对稳定.②ESTDA的时空交互特征表明,西北地区和周边邻接空间单位的关系不稳定,变化和波动较大.而东部沿海城市等经济发达地区已经形成了成熟的交通运输网络,因此局部空间格局也相对稳定,但仍有部分地区存在时空竞争性.③交通运输业碳排放强度时空跃迁可分为4类驱动或制约模式（人口-经济-城镇化制约模式;人口-经济-城镇化-设施制约模式;技术-消费-产业驱动模式和技术-产业-规制驱动模式）.大部分省份受低分位制约和高分位驱动两种模式的影响,仅有少部分省份受高分位制约和低分位驱动的作用影响,且绝大多数属于西北或西南地区.④根据得出的交通运输业碳排放强度跃迁机制进一步引入地理探测器模型,注重多因子的协调发展,加强区域间协同治理.     

基于多行业DSGE模型的中国碳减排政策效应

碳达峰和碳中和目标的提出,标志着中国低碳减排进入新的阶段,从国家层面的宏观政策包括各个行业的行业政策都在推行各种低碳减排政策,从行业异质性视角动态分析碳减排政策的效应具有重要的学术和实践意义。为此,构建一个包含环境外部性和碳减排政策的多行业动态随机一般均衡模型,研究许可证交易和碳税两种政策情景下,行业技术冲击、税收政策和减排政策调整冲击对宏观经济、环境和行业排放的动态效应。模拟发现:许可证交易政策情景下,行业技术冲击具有明显的结构性效应,覆盖行业企业减排率上升,排放下降,而未覆盖行业排放随产出上升而上升,而在碳税政策情景下,这种差异并不明显。政府采用盯住总排放波动的碳减排政策能够有效地减少冲击带来的福利损失,提高对维持排放水平的关注程度能够减少相应的福利损失。建议政府有效地权衡经济增长和改善环境二者之间的关系,在不造成大的负面经济影响的前提下,加大减排政策力度,推广和扩大碳交易试点范围,尽快在全国建立统一的碳市场。制定碳减排政策时,考虑碳减排政策收入的返还机制,配以减税的财政政策以刺激经济,缓和减排政策的负面影响。政府应根据排放水平顺周期地动态调整碳减排政策的强度,适当提高对维持排放水平的关注程度。     

A procedure to design a Permeable Adsorptive Barrier (PAB) for contaminated groundwater remediation

A procedure to optimize the design of a Permeable Adsorptive Barrier (PAB) for the remediation of a contaminated aquifer is presented in this paper. A computer code, including different routines that describe the groundwater contaminant transport and the pollutant capture by adsorption in unsteady conditions over the barrier solid surface, has been developed. The complete characterization of the chemical–physical interactions between adsorbing solids and the contaminated water, required by the computer code, has been obtained by experimental measurements. A case study in which the procedure developed has been applied to a tetrachloroethylene (PCE)-contaminated aquifer near a solid waste landfill, in the district of Napoli (Italy), is also presented and the main dimensions of the barrier (length and width) have been evaluated. Model results show that PAB is effective for the remediation of a PCE-contaminated aquifer, since the concentration of PCE flowing out of the barrier is everywhere always lower than the concentration limit provided for in the Italian regulations on groundwater quality.     

基于DNDC模型评估水位变化对滨海湿地净生态系统CO2交换的影响

水位是影响滨海湿地生态系统蓝碳功能的重要因素。气候变化引起的海平面上升以及极端气候事件的频发,可能加快水位的变化,从而改变生态系统碳交换的过程。然而,滨海湿地碳汇功能响应水位变化的机制尚不清楚。为了评估水位对滨海湿地净生态系统CO₂交换(NEE)特征的影响,以及验证DNDC(denitrification-decomposition)模型对模拟预测滨海湿地生态系统碳交换的适用性,该研究设计了野外水位控制试验(自然水位,地下20 cm水位、地表10 cm水位),并利用DNDC模型模拟和预测水位变化对滨海湿地NEE的影响。结果表明:(1)不同水位处理之间NEE差异显著,地表10 cm水位处理促进CO₂吸收,地下20 cm水位则抑制CO₂吸收;(2)经过校准和验证的DNDC模型可以准确模拟水位变化对黄河三角洲湿地NEE的影响,NEE模拟值的日动态与田间观测结果显著相关(R²>0.6);(3)通过改变气候、土壤和田间管理等输入参数对DNDC模型进行灵敏度检验,生态系统碳交换过程对日均温、降雨和水位改变的响应最为显著,其中,水位对NEE的影响主要作用于土壤呼吸(Rs)。未来气候情境下,不同水位变化下的生态系统碳交换过程随年份增长呈现不同的规律,因此未来的模拟研究应关注DNDC中水文模块和植被演替过程的完善。该研究可为预测水文变化情境下滨海湿地碳汇功能的未来发展以及政策制定提供参考。     

Catalytic fast pyrolysis of walnut shell for alkylphenols production with nitrogen-doped activated carbon catalyst

• N-doped activated carbon was prepared for catalytic pyrolysis of walnut shell. • Alkylphenols were selectively produced from catalytic pyrolysis process. • The alkylphenols yield increased by 8.5 times under the optimal conditions. • Formation mechanism of alkylphenols was proposed. Alkylphenols are a group of valuable phenolic compounds that can be derived from lignocellulosic biomass. In this study, three activated carbons (ACs) were prepared for catalytic fast pyrolysis (CFP) of walnut shell to produce alkylphenols, including nitrogen-doped walnut shell-derived activated carbon (N/WSAC), nitrogen-doped rice husk-derived activated carbon (N/RHAC) and walnut shell-derived activated carbon (WSAC). Pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS) experiments were carried out to reveal the influences of AC type, pyrolytic temperature, and AC-to-walnut shell (AC-to-WS) ratio on the product distributions. Results showed that with nitrogen doping, the N/WSAC possessed stronger capability than WSAC toward the alkylphenols production, and moreover, the N/WSAC also exhibited better effects than N/RHAC to prepare alkylphenols. Under the catalysis of N/WSAC, yields of alkylphenols were significantly increased, especially phenol, cresol and 4-ethylphenol. As the increase of pyrolytic temperature, the alkylphenols yield first increased and then decreased, while high selectivity could be obtained at low pyrolytic temperatures. Such a trend was also observed as the AC-to-WS ratio continuously increased. The alkylphenols production achieved a maximal yield of 44.19 mg/g with the corresponding selectivity of 34.7% at the pyrolytic temperature of 400°C and AC-to-WS ratio of 3, compared with those of only 4.67 mg/g and 6.1% without catalyst. In addition, the possible formation mechanism of alkylphenols was also proposed with the catalysis of N/WSAC.