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我國提出的2060碳中和目標推進了綠色低碳轉(zhuǎn)型步伐，綠色轉(zhuǎn)型措施的有力實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，它不但會直接損害人體健康，還會引發(fā)不利氣象條件，從而影響可再生能源資源潛力，這將為我國實現(xiàn)碳中和目標帶來額外挑戰(zhàn)。因此，了解氣溶膠輻射效應(yīng)的影響機理、雙碳目標下空氣質(zhì)量-人群健康-清潔能源協(xié)同效應(yīng)的反饋機制會為我國及全球降碳減污協(xié)同治理提供巨大動力。
研究團隊設(shè)計了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)在線耦合綜合評估模型，應(yīng)用GCAM-China氣候變化綜合評估模型模擬碳中和目標下省級尺度的未來能源消耗和能源結(jié)構(gòu)，DPEC中國未來排放動態(tài)評估模型提供特定情景下多種大氣污染物和CO2排放量動態(tài)變化，以及WRF-Chem模型研究氣溶膠和氣象條件間的反饋機制，以模擬不同情景的污染物濃度，隨后評估了風能、太陽能潛力及健康效應(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，造成不利的通風條件，進而阻礙空氣污染物的垂直擴散和稀釋；使污染物在近地面聚集，對人體健康產(chǎn)生負面影響。此外，垂直擴散減弱導(dǎo)致污染區(qū)域近地面風速減小，而氣溶膠吸收和散射太陽輻射，使得到達近地面的年均太陽輻射減少約11W/m²，從而對可再生能源的利用產(chǎn)生負面影響；尤其是高污染和人口密集地區(qū)，這種負面影響更為顯著(圖1)。
二
碳中和目標下的空氣質(zhì)量和可再生能源的正向強化反饋
在碳中和目標下，由于可再生能源代替化石燃料可達到污染減排的效果，空氣污染物的減排和氣溶膠氣象反饋效應(yīng)的降低會帶來顯著的空氣質(zhì)量改善。相較于2060年基線情景，到2060年實現(xiàn)中國碳中和目標將使全國面積加權(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%過早死亡人數(shù)(113萬人；95%置信區(qū)間：0.97-1.29百萬人)。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)致的過早死亡人數(shù)。
圖2. 碳中和目標下的空氣質(zhì)量與人群健康改善
氣溶膠輻射效應(yīng)減弱所帶來的有利擴散條件可強化可再生能源的潛力和穩(wěn)定性。碳中和情景下，太陽輻射和風速的增強，可使可再生能源潛力增長且穩(wěn)定性增加(圖4)。太陽能和風力發(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%。在全國范圍內(nèi)，中部、南部和東部電網(wǎng)的太陽能和風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能源需求與能源供應(yīng)中心地理空間不匹配的問題。
三
研究展望與建議
實現(xiàn)碳中和目標并不代表可以徹底消除空氣污染問題。根據(jù)世衛(wèi)組織最新的空氣質(zhì)量指導(dǎo)值，在我國碳中和情景下暴露在PM2.5年均濃度超過5μg/m³的人口仍為99%。另外，我國人口老齡化問題可能會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的基線死亡率的降低，可以有效緩解老齡化對健康效益的抵消。
碳中和目標下能源轉(zhuǎn)型主要聚焦于空氣污染嚴重和人口密度大的地區(qū)，由此帶來的空氣質(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)。引入我國碳中和目標下空氣質(zhì)量-人群健康-清潔能源協(xié)同效應(yīng)的正反饋機制的系統(tǒng)分析，可促進對于雙碳行動下多目標協(xié)同的理解，從而進一步為全球其他面臨空氣污染的發(fā)展中國家逐步實現(xiàn)甚至超越碳中和目標提供額外動力。（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
原標題：專家觀點 | 覃櫟：中國碳中和目標下空氣質(zhì)量-人群健康-清潔能源的協(xié)同效應(yīng)
