石铁矛:“碳中和”导向下的城市绿地系统碳汇

2021-04-23 15:35:11         来源:风景园林网     浏览次数:

  2021健康人居与未来城市国际论坛暨第十一届园冶高峰论坛于3月28日圆满落幕。在3月27日的公园城市发展战略研讨会上,沈阳建筑大学原校长、中国科学院沈阳应用生态研究所博士生联合导师石铁矛教授发表题为《“碳中和”导向下的城市绿地系统碳汇》的演讲。他从中国是碳排放的主要国家之一入手,阐述了“碳中和”的发展趋势,提出了实现“碳中和”的方式,并介绍了碳汇效能研究最新成果,对城市绿地规划设计和公园城市建设具有重要意义。

石铁矛:“碳中和”导向下的城市绿地系统碳汇

石铁矛教授在公园城市发展战略研讨会上演讲

  一、背景与发展

  1 现实问题

  全球气候变暖既有人为原因也有自然原因。人为原因是指化石燃料的燃烧以及植被的破坏导致二氧化碳总浓度升高,大气逆辐射增强,最终导致全球气候变暖;自然原因是指地球现在处于温暖的间冰期。未来到2100年,全球平均气温将升高1.4-5.8度,海平面将上升0.09-0.88米。

石铁矛:“碳中和”导向下的城市绿地系统碳汇

  中国、美国、欧盟、印度是碳排放的主要国家,碳排放占比超过一半。中国碳排放总量占世界总量27%,总量高于美国,中国的人均碳排放水平低于美国,但与欧盟的水平相当。

  2 低碳城市建设

  传统意义上的城市规划侧重于城市的社会经济功能和空间形态。工业革命后,由人为因素引起的全球气候变化、资源短缺和生态退化日益加剧,低碳生态城市规划逐渐被人们重视起来。低碳生态城市规划的核心是实现减少温室气体排放、更有效地利用资源、保护生物多样性和自然环境三个目标与规划实践的整合。

  低碳生态城市是城市未来发展的必然选择,被称之为“第五次全球产业浪潮”。低碳城市目前已成为世界各地的共同追求,很多国际大都市以建设发展低碳城市为荣。自从英国在2003年发表的蓝皮书中首先提出了“低碳经济”的概念后,又陆续衍生出了“低碳建筑”、“低碳城市”等新概念。丹麦、美国等国家也都提出建设“低碳城市”的口号。当世界联合国气候大会在哥本哈根落下帷幕,“低碳生活”成为全球226个国家和地区共同的声音。

  3 “碳中和”战略

  碳中和(Carbon neutrality)是指企业、团体或个人测算在一定时间内,直接或间接产生的温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,抵消自身产生的二氧化碳排放量,实现二氧化碳“零排放”。

石铁矛:“碳中和”导向下的城市绿地系统碳汇

  2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上郑重宣布,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。

  中国积极实施应对气候变化的国家战略,采取了调整产业结构、优化能源结构、节能提高能效、推进碳市场建设、增加森林碳汇等一系列措施。“十三五”期间,中国在应对气候变化工作方面取得了显著成效。

  2021年3月15日中央财经委员会第九次会议指出, “十四五”是碳达峰的关键期、窗口期,要提升生态碳汇能力,强化国土空间规划和用途管控,有效发挥森林、草原、湿地、海洋、土壤、冻土的固碳作用,提升生态系统碳汇增量。

  二、实现“碳中和”的方式

  1 碳排放来源分析

  联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)体系下,一般将直接碳排放的部门划分为工业、电力、建筑和交通四个行业。而我国大部分研究和讨论中涉及的碳排放则包括了直接与间接碳排放,甚至部分研究和讨论中还涉及了生产过程中产生的碳排放。只有明确了统一的碳排放语境和定义,才可能讨论形成统一的行业碳减排实现路径。并且,不同的碳排放来源,有时需要运用不同的技术路径来实现碳中和。

  2 如何实现“碳中和”

  实现“碳中和”要从减源和增汇两方面入手。目前,六大碳减排路线分别是源头减量、能源替代、节能提效,回收利用、工艺改造、碳捕集。

石铁矛:“碳中和”导向下的城市绿地系统碳汇

  尽管从源头直接降低碳排放是实现碳达峰的重要方式,但为了实现碳中和尚不能止步于此,还需要增加生态碳汇的强度。2010-2016年中国陆地生态系统年均吸收约11.1亿吨碳,吸收了同时期人为碳排放的45%。

  城市生态系统也是陆地生态碳汇的重要组成部分,通过对城市生态系统碳储存能力的研究,测算城市各自然生态要素碳储量及总碳储量,明确各自然生态要素在整个城市碳储存过程中的贡献度,可以帮助人们了解城市中碳储存的实际情况,明确区域碳收支,对制定合理碳储存、改善生态环境的政策具有重要意义,为我国配合世界各国提出的温室气体减排计划以及碳交易提供参考数据,在城市的低碳生态规划建设中提供决策参考和科学借鉴。

  3 技术路径

  牛津大学的Ella Adlen 和Cameron Hepburn列出了涵盖从工业(如CO2-EOR、合成燃料)到生物(如林业、土壤固碳)的碳捕集方法。他们认为,现在有六种方法很快就能具有成本竞争力和盈利能力:CO2化工合成、混凝土建筑材料、CO2驱油提高采收率、森林碳汇、土壤固碳、生物碳汇。另外四种方法还没有成本竞争力和盈利能力:二氧化碳燃料、微藻、生物质能源CCS(BECCS)、增强风化(即强化自然界碳酸盐岩等吸收大气中CO2的过程)。

  要想提升生态碳汇能力,需要强化国土空间规划和用途管控,有效发挥森林、草原、湿地、海洋、土壤、冻土的固碳作用,提升生态系统碳汇增量。

石铁矛:“碳中和”导向下的城市绿地系统碳汇

  三、 碳汇效能研究

  1 城市绿地碳储量估算及空间分布研究

  城市绿地碳储量包括地上碳储量(Above-Ground Carbon, AGC)和土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)储量两个部分。二者分别代表了绿地地表植被和土壤的碳储量,以沈阳三环内区域为研究区域,利用遥感影像和实地调查相结合,设立了154个样方。提取了沈阳市归一化植被指数(NDVI)、差值植被指数(DVI)等数据,对样方的生物量、土壤化学性质进行分析。研究建立了沈阳城市绿地AGC估算模型计算沈阳市地上碳储量,采用土壤有机碳密度计算公式计算沈阳市土壤有机碳储量。

  研究结果表明,沈阳城市绿地AGC总量为143.7万吨,沈阳三环内绿地SOC储量为64.38万吨,城市绿地及土壤总碳储量为208.08万吨。相关研究表明,沈阳市2014年能源消耗的碳排放量大约为3875万吨(Tang et al.,2019),城市绿地总碳储量占城市碳排放量的5.37%。沈阳作为北方典型老工业城市,受气候条件和历史因素的影响,其城市绿地的生态效应相较南方城市要低很多。即便如此,从研究结果可以看出,沈阳市城市绿地对于城市碳排放也有重要的、不可忽视的固定作用。

石铁矛:“碳中和”导向下的城市绿地系统碳汇

  2 提升绿地碳汇能力优化空间布局

  合理平衡碳源碳汇分布空间,达到增加城市碳汇固碳量的目的。林地的碳汇能力最强,因此,规划的重点在于增加林地的面积。“氧源绿地”模式是指主要为城市碳源提供释氧固碳、滞尘等功能的大型绿地分布模式,主要分布在城市中心区周边,地理位置处于城市上风向,分布面积较大,分布种类多为乔灌木。“近源绿地”模式主要指分布在城市中心地区,采取点状-带状相结合的方式布置绿地的模式,其分布特点是“大范围分散,小范围积累” ,规模大小依照城市中心区变化而变化。“碳源绿地”即专门吸收临近碳源的碳汇绿地,主要是指在靠近碳排放较大的功能区周边分布固碳能力强的植被的布局模式,其特点是紧邻城市功能区,地理位置处于下风向,分散布置。

  城市绿地碳储量与绿地面积直接相关,绿地面积越大碳储量越高。合理布局绿地空间形态,建立绿地系统网络,即能够调节城市微气候,减少地表径流,又实现了增汇的功能。

石铁矛:“碳中和”导向下的城市绿地系统碳汇

  提升绿地碳密度对于增加城市整体固碳能力非常重要。在植被群落层次上,提升群落密度、丰富群落层次、提高植被群落多样性;在土壤层次上,通过增加草本植被的覆盖面积、保持土壤上方的凋落物以及提高乔木群落郁闭度等措施来提高土壤的覆盖,增加土壤碳储量。

编辑:liqing

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