城市系统碳管理

7．4．3　城市系统碳管理

全球碳计划（GCP）于2005年发起了城市与区域碳管理（URCM）研究计划，是“科学主题3”的首要内容。

1）城市碳管理的内涵

URCM是基于区域、且与政府政策密切相关的科学计划，其核心是城市和区域水平的能源使用和土地利用变化⁽⁹⁸⁾，首要目标是支持区域碳管理和城市的可持续发展。URCM基于区域碳收支的角度对城市、区域和全球碳足迹、决定因素、发展模式和管理机会等采用比较的和历史的方法来研究⁽⁹⁹⁾。要对城市和区域进行合理的碳管理，必须要有城市、区域、全球的综合视角，将碳管理和城市发展、城市部门、地方实际结合起来。

2）基本理论和框架

为便于碳管理的实施，URCM提供了一个完整的方案，而不仅仅局限于城市和区域的部门研究。其研究层次及主要内容包括⁽¹⁰⁰⁾：

（1）全球尺度。碳管理和人类社会的可持续性；城市化碳排放对碳汇功能的影响；空前的城市化率。

（2）区域尺度。城市的扩展和新城市的产生，不断侵占传统生态系统的边界。

（3）城市尺度。影响碳排放的因素包括城市规模和密度、城市蔓延、对汽车的依赖度、消费水平及生活方式。

城市与区域碳管理研究框架见表7．23（由原文献的图转化而来）⁽¹⁰¹⁾。从大尺度到小尺度的研究，体现了从诊断方法到具体解决办法的递进。

表7．23　城市与区域碳管理研究框架⁽¹⁰²⁾

3）主要科学问题

城市碳管理要解决的主要科学问题包括⁽¹⁰³⁾：

（1）在全球尺度上，城市化和全球碳循环是如何通过人口、富裕程度、能源及其他生物物理和社会经济机制相互作用的？

（2）如果定量分析当前和过去城市及区域的碳源／汇？低碳型城市和区域未来发展情景是什么？

（3）不同城市的不同碳模式的基本驱动因子（如地理条件、社会经济因素、历史遗存／模式等）及其潜在结构是什么？

（4）影响城市碳减排的管理策略有哪些？区域高效碳管理中的权衡和协作有哪些？在城市及区域碳管理中，碳管理制度和结构的作用是什么？

4）城市化对区域碳收支的影响

城市化过程直接影响了区域能源消费格局、生活方式和城市扩展的速率，因此对区域碳循环具有较大的影响，这也是全球及区域气候变化的重要影响因素。Canan P⁽¹⁰⁴⁾认为，城市化过程对区域碳收支的影响体现两个方面：

（1）直接驱动力。一方面城市化带来土地利用变化，造成了森林、农地减少，并带来了碳排放；另一方面城市建筑、交通运输、工业等领域的能源使用也带来了碳排放。

（2）潜在驱动力。包括人口（组成、分布）、组织（团体、组织）、生态环境（生态系统、气候、土地利用／覆被）、技术（能源、交通运输）、制度（经济、政策、健康、教育和宗教）及文化（信仰、价值观、习俗和道德）等六个方面。潜在驱动力是认识“碳－气候－人类”系统循环的区域差异的关键要素，因为这六个人类因素及其之间的耦合关系是造成不同城市碳模式差别的主要原因，也是解决上述碳管理科学问题的关键。因此，碳管理的关键是在社会和人文方面。

5）碳管理措施

城市主要通过功能、格局和作用的相互结合来影响碳排放，而城市功能的发挥直接决定了碳排放的类型和规模。因此，城市碳管理可以从改变城市功能发挥的方式入手。表7．24提供了一个城市去碳化发展道路的框架⁽¹⁰⁵⁾。表中，城市的四项主要功能都存在碳排放的负面效应，如果把加强去碳化管理作为城市战略的话，对城市功能来说既面临着机遇，又面临着挑战。

表7．24　城市去碳化发展面临的机遇和挑战⁽¹⁰⁶⁾

去碳化（decarbonization）是指采用低碳强度能源甚至无碳能源，以减少碳排放，这是工业生态学长期的研究主题⁽¹⁰⁷⁾。城市的去碳化即实现城市的U型反转：从城市发展初期的低碳到现在的高碳，再到未来的去碳⁽¹⁰⁸⁾。实施城市碳管理的目的是为了实现去碳化的城市化发展道路⁽¹⁰⁹⁾，以缓解城市化对全球变暖的影响。

结合Lebel⁽¹¹⁰⁾的研究，要实现去碳化的城市发展目标，可采取如下措施：

（1）采用低碳强度的交通系统，比如尽量采用大容量的公共交通体系，以减少私人机动车的发展，这可以在很大程度上减少交通领域的碳排放。同时，尽量采用清洁能源和新能源；在新的城市化区域降低对化石燃料的依存度。

（2）积极推进行业的技术革新，以提高能源使用效率、减少碳排放。

（3）调节城市规划、土地和交通基础设施。城市化及其规划是将碳管理与城市发展相整合的关键过程，未来几十年的城市设计和管理方法将对未来碳循环产生巨大影响⁽¹¹¹⁾。比如，在建筑设计和布局中可以考虑提高居住的节能和效率、考虑紧凑的块状格局使城市功能更有效的发挥、增加城市树木和绿地空间以增加碳吸收并降低城市热岛效应等，这些都应该在规划中进行调节。

（4）部分改变人们的饮食习惯。基于科学合理的营养搭配和农业规划措施来生产并提供人们所需的食物，这不仅有利于人体健康，还可以减少碳排放、增加土壤碳固定。

（5）通过对过度消费的调控来降低碳排放。比如为低收入阶层提供廉价、清洁和安全的出行方式、居住环境、工作和饮食等，同时向消耗大量资源并排放大量碳的群体征税⁽¹¹²⁾。

区域发展途径是社会、经济和政治系统一系列相关变化的结果，随着时间和地点的不同而变化，一方面对于碳沉积和流通可能产生不同的结果，另一方面碳沉积和流通反过来对发展过程产生反馈⁽¹¹³⁾。城市是生产和消费系统的汇合点，也是大量碳流动和汇集的地方，这为管理和调整碳排放提供了机会。可以通过政策调控、技术升级、塑造标准和消费者文化等措施来实现碳减排和碳管理⁽¹¹⁴⁾。更好的理解城市化中生产、消费系统的碳排放的含义，有助于在不同空间尺度上实现碳管理。

确定和评估可能影响碳循环过程未来演变的具体干预点和干预途径十分重要，这也是GCP碳管理的行动计划之一⁽¹¹⁵⁾。城市系统的碳管理是一个不同尺度的多层次体系，不仅局限于节约能源、提高能源效率和减少排放等方面，而且涉及到复杂的城市社会和经济的各个方面；不仅是一个自然和技术问题，还是一个复杂的社会问题。碳管理和去碳化也不一定阻碍经济发展，完全可以在提高人们生活水平的同时实现碳减排⁽¹¹⁶⁾。

城市碳循环是基于物质流通和生活消费过程的，是包括人工和自然过程、水平和垂直过程、经济和社会过程在内的复杂系统，受城市功能、格局和作用的交互影响。因此，了解城市系统碳循环过程的方向、规模、内部机理及其影响因素，并采取切实有效的碳管理措施，减少碳排放，促进碳的循环利用，对于实现低碳城市目标、减缓全球变暖具有重要意义。但目前对于城市碳过程的研究还很欠缺，真正的城市碳循环系统整体模型研究尚未出现，对于城市碳过程的机理和影响机制还不十分了解，因此，未来应注意以下方面的研究：

①必须考虑人文要素在城市碳过程中的作用。城市是一个复杂的人类—社会—经济巨系统，城市碳通量过程涉及到人类活动的各个方面，并且受经济、制度、行为和生活方式等因素的影响，因此，应积极开展人为过程的水平碳通量的定量研究。

②构建城市碳循环模型。从城市系统碳通量的角度，结合自然和人文因素来构建城市碳循环模型，进一步认识和了解城市碳循环的影响机理，是今后该领域研究的重点。

③揭示城市不同用地类型碳循环特征及地类转换的碳排放效应。城市土地利用变化是碳排放的重要人为因素。城市化过程最终要体现在土地利用及其方式的变化上，因此分析和研究不同土地利用方式的碳储量、碳通量以及不同地类及其转化的碳排放效应，对于更大尺度的碳过程研究和区域之间的对比研究具有重要的意义。

④加强城市碳过程的经济及社会驱动机制研究。城市碳过程具有较强的空间异质性，不同区域的城市、城市的不同功能区的碳通量的规模和速率存在差异。加强不同经济条件的城市、城市不同功能区碳过程的机制研究，对于研究更大范围内的城市碳循环规律至关重要。

⑤实施切实可行的碳管理措施，以实现低碳城市的目标。城市碳管理必须基于科学的碳循环过程研究结论。采取合理措施，促进城市碳减排，实现去碳化发展目标和城市的可持续发展是研究的最终目的。