【碳减排】从空气质量排放看化石燃料二氧化碳的可预测性

原文信息

题   目：Predictability of fossil fuel CO2 from air quality emissions

作    者：Kazuyuki Miyazaki& Kevin Bowman

期    刊：nature communications

时    间：2023.03.23

一作单位：Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37264-8

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研究背景

化石燃料二氧化碳（FFCO2）的排放仍然是人为导致的气候变化的最大驱动因素，而共同排放的空气污染物则是全球最大的发病率因素之一。量化温室气体和空气质量污染物的演化路径，可以为深入了解潜在的人为过程提供信息，从而能够预测它们的排放轨迹。

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研究结果

最初的EKC将环境退化描述为经济增长的函数它隐含地假设GDP随着时间的推移会单调增长。虽然空气质量和温室气体（GHG）都影响环境，但两者之间的时间尺度可能有很大差异。在这里，为了评估AQ和温室气体排放的共同演变，我们提出了一种改进的EKC（MEKC），该方法将FFCO2和NOx排放的演变作为GDP的函数。不同的GHG-AQ共同演化的机制用这种形式表示，记为象限（Q1- Q4）。在经济增长的初始阶段，FFCO2和AQ排放轨迹都遵循BAU阶段（Q1），在这个阶段，FFCO2由GDP增加带来的燃料消耗所驱动，AQ排放受到微弱的监管。随着经济的持续增长，由于AQ的缓解和部门的转移，AQ排放将开始减少，而FFCO2将继续增加（Q2）。在这种情况下，AQ排放可以返回到参考值或以下（例如，AQ排放< 1）。随着经济的持续成熟，FFCO2和AQ的排放量都在减少，其中FFCO2将回到其初始值，而AQ的排放量很可能会低于正常年份（Q3）。最后，随着经济走向脱碳和AQ排放量，FFCO2排放量继续低于参考值（Q4）。

如果AQ和GHG根据MECK演化，那么当排放动力机制在一个特定的制度（即象限）时，我们可以获得一些预测技能。在该制度内，二氧化碳/氮氧化物排放比的变化应比单独排放都要慢，因为在共同活动水平下，部门分布应可以保持相对稳定。为了评估其可预测性，我们实现了一个简单的CO2/NOx排放比的卡尔曼滤波器（图2a）。然后根据CO2/NOx比值预测（图2a)和自上而下的NOx排放估算（图2b)的产物，更新FFCO2排放（图2c)。

2005-2018年，不同国家的温室气体和AQ轨迹的演变呈现出不同的动态模式，可以在MEKC框架中解释（图3a）对中国来说，FFCO2和NOx排放量持续增加，直到2012年，NOx排放轨迹达到高原，然后出现NOx排放量下降，然后回到2005年的排放水平。2014年后，FFCO2指数略有下降。对于美国、中国和印度，2018年的CO2/NOx排放比比2005年更高（图3b），这反映了AQ排放与能源生产的逐步脱钩，这可能反映了清洁空气技术的采用和部门构成的转变。

MEKC轨迹的明显变化不仅提供了对排放过程的见解，而且还提供了预测不同状态下的FFCO2。GHG-AQ排放比的相对平稳的变化表明，在MECK范围内可以预测其演化。图5显示了根据预测CO2/NOx排放比和自上而下的NOx排放量估算出的FFCO2的时间序列。图5中的比较也强调了FFCO2的时间演化强烈依赖于自底向上的方法。在部门定义、解决方案和方法上的差异也可能导致多库存差异。

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编者按

准确和及时的碳排放清单是评估全球碳循环、气候目标的关键。然而，这些清单取决于国家报告，这可能需要花费数年时间。MEKC广泛捕捉了包括美国、中国和印度在内的国家的历史FFCO2-NOx动态机制以及IPCC的情景。所提出的框架与不断增加的卫星群相结合为短期排放情景的发展以及与包括全球清单等国际评估有关的时间尺度上的评价提供了有价值的指导。

转自：“西农RE学术社”微信公众号

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