粤港澳大湾区气候协同的空气质量改善战略研究报告

粤港澳大湾区气候协同的空气质量 改善战略研究报告 AirQualityImprovementStrategiesforClimateSynergyintheGuangdong-HongKong- MacaoGreaterBayArea 北京大学2023.5.12 PekingUniversityMay12,2023 ! "g$%&'()*+,.%/01234562789 ACKNOWLEDGEMENT ThisreportisaproductofPekingUniversityandisfundedbyEnergyFoundationChina. !" 目录I 第一章粤港澳大湾区污染物浓度水平与减排空间分析1 1.1研究背景1 1.2方法与数据2 1.2.1数据来源2 1.2.2背景浓度计算方法2 1.3污染物历史减排效果分析3 1.3.1CO减排效果分析3 1.3.2NO2减排效果分析4 1.3.3PM2.5浓度削减效果分析5 1.3.4O3浓度削减效果分析5 1.4粤港澳大湾区未来一次污染物减排空间预测6 1.5粤港澳大湾区臭氧背景浓度分析7 第二章粤港澳大湾区CO2及污染物排放分析12 2.1大湾区一次污染物排放总量变化趋势12 2.2大湾区大气污染物和温室气体减排源贡献结构分析17 2.3大湾区大气污染物和温室气体减排协同效应分析21 2.3.1SO2和CO2减排协同效应分析21 2.3.2NOx和CO2减排协同效应分析22 2.3.3PM10和CO2减排协同效应分析23 2.3.4PM2.5和CO2减排协同效应分析24 2.3.5VOCs和CO2减排协同效应分析25 2.3.6CO和CO2减排协同效应分析25 第三章粤港澳大湾区未来温度目标减排情景构建27 3.1引言27 3.2方法与数据28 3.2.1能源经济模型：IMED|CGE28 3.2.2碳减排驱动因素分解：LDMI与SPA分解29 3.2.3空气污染物减排边际效应分析：回归模型31 3.2.4情景设置与数据32 3.3未来温度目标减排情景模拟34 3.3.1能源消费和碳排放趋势34 3.3.2产业结构变化与经济影响35 3.3.3碳减排关键驱动因素分解37 3.3.4气候政策对于大气污染物的影响39 3.3.5讨论与政策建议44 第四章粤港澳大湾区未来多情景下排放及O3浓度路径分析46 4.1未来多种情景下大湾区排放及O3浓度变化路径46 4.2空气质量模型对大湾区O3浓度模拟的改善与实验设置47 4.3未来情景下大湾区分部门排放变化52 4.4未来情景下大湾区臭氧及颗粒物浓度变化路径55 4.4.1O3浓度变化路径55 4.4.2PM2.5浓度变化路径57 4.4.3空气质量模拟路径不确定性分析59 4.5未来情景下大湾区臭氧对前体物的敏感性变化60 第五章粤港澳大湾区未来大气氧化性与温室气体变化分析64 5.1研究方法64 5.2排放控制与大气氧化性64 5.3减排路径与EKMA分析66 5.4减排路径与温室气体寿命分析67 第六章结论69 参考文献71 ø$%&'()*+,-./012fi456789 1.1"ø$ 粤港澳大湾区（Guangdong-HongKong-MacaoGreaterBayArea,GBA）是指中国广东省中南部城市群（广州市、深圳市、珠海市、佛ft市、惠州市、东莞市、中ft市、江门市、肇庆市）、香港特别行政区和澳门特别行政区构成的一个经济地理区域，总面积5.6万平方公里，2020年末总人口约7000万人，经济总量约11万亿元，是我国开放程度最高、经济活力最强的区域之一。建设粤港澳大湾区是中国政府的一项国家战略，也是推动“一国两制”事业发展的新实践，旨在通过加强合作和整合，提高该地区的全球竞争力。 过去，该地区的空气质量普遍不佳，主要原因是工业化和城市化的迅速发展，以及缺乏有效的环保措施。近年来，随着一系列污染防控措施的推行，大湾区空气质量有明显改善。2013年以来，该地区细颗粒物（PM2.5）浓度得到快速削减，氮氧化物 （NOx）浓度缓慢下降，一次污染物总量控制成效显著。2021年香港、澳门、广东九市的PM2.5平均浓度已分别降至20μg/m3、23μg/m3、32μg/m3，但距离世界卫生组织规定的年均PM2.5空气质量指导值（5μg/m3）仍有较大差距，这表明粤港澳地区PM2.5污染问题依然不容乐观。同时，长期的观测结果发现该地区城市臭氧污染呈波动上升态势，意味着二次污染问题日益突出。粤港澳地区的大气污染治理从一次污染物总量控制逐渐趋向于以空气质量为导向的多污染物协同治理，二次污染物防控才开始逐渐得到重视。 与此同时，中国在2015年提交了《巴黎协定》国家自主贡献，在2020年提出了国家碳中和目标，未来的治理措施将逐渐转变为减污降碳协同治理，以源头治理为主，末端治理为辅。实际上，空气污染与气候变化同根同源，相互联系。一方面，气候变化驱动未来气象要素变化，改变大气光化学反应速率、天然源排放速率、空气污染长距离输送特征；另一方面，大气污染物也可以对气候气象产生一定程度的影响，例如气溶胶的辐射效应可以改变大气辐射收支，甲烷、臭氧等温室气体能吸收长波辐射，导致对流层增温效应。因此，未来落实气候变化与空气污染的协同治理，必须谨慎设 计多污染物跨介质、多尺度跨区域、多学科跨行业、多目标协调统筹的精细化调控策略。 尽管现在粤港澳大湾区的空气质量有了一定的改善，但仍存在诸多挑战。展望未来，为了持续改善粤港澳大湾区的空气质量，各级政府和社会各界需要继续加紧努力，通过各种环保政策和措施的实施来减少污染排放，从而更好地推动大湾区经济-能源-环境高质量协同发展。因此，在“十四五”规划初期，编写一份高质量的《粤港澳大湾区气候协同的空气质量改善战略研究报告》显得尤为重要和迫切。本报告旨在通过对大湾区气候和空气质量的研究，提出一套有效的气候协同的空气质量改善战略。 本章重点关注粤港澳大湾区臭氧（O3）、PM2.5和一氧化碳（CO）的现有浓度水平、历史管控效果和未来削减空间，为粤港澳大湾区未来逐步落实气候变化与空气污染协同应对提供理论依据和数据支撑。 1.2%&fi() 1.2.1!g#$ 广州、深圳、珠海、佛ft、东莞、中ft、江门、惠州、肇庆等广东省20市的空气质量监测数据来自中国环境监测总站的全国城市空气质量实时发布平台 （http://106.37.208.233:20035/），时间跨度为2015~2021年，时间分辨率为1小时，监测物种包括PM2.5、PM10、O3、CO、NO2、SO2。香港特别行政区的监测数据来自香港环保署（https://www.epd.gov.hk/epd/tc_chi/top.html），监测物种包括O3、CO、NO2、NOx、SO2、 气象数据来源为美国国家气候数据中心（NCDC）(https://www.ncei.noaa.gov/)，气象数据要素包括气温、气压、露点、风向风速、云量、降水量，时间跨度为2015~2021年，时间分辨率为1小时。 1.2.2%&'()*+, 本章着重分析CO和O3的城市及区域背景浓度，使用的方法为NO2箱线图法，即以NO2浓度为横坐标，CO、O3或NO2+O3浓度为纵坐标作箱线图，当NO2浓度接近于0时，对应的O3浓度或NO2+O3浓度即可认为是当地O3背景值；同样地，对应的CO浓度即可认为是当地的CO背景值。 臭氧背景值的定义并不唯一，其定义随研究目的的变化而改变。本章采纳的定义如下：某一地区人为源排放为0时对应的臭氧浓度。由于O3浓度存在显著的日变化，因此O3小时浓度均值不能反映其对生态系统和人体健康的影响，故在管理和研究中常采用O3日最大8小时浓度均值(O3MDA8)作为评估指标，本章讨论的O3背景浓度也是指O3MDA8的背景浓度(O3MDA8Baseline)。 本章采用NO2截距法来计算O3MDA8背景值。根据大气化学经典理论，NO2光解是对流层O3唯一的天然来源，而近地面NO2主要来自人为源排放，因此可以认为当某一气团的日间NO2浓度接近零时，该气团基本不受人为源的影响，气团中O3浓度为该区域的背景O3浓度，对应的O3MDA8亦即其背景值。以2022年8月广州市九龙镇站点为例(图1-1)，以NO2浓度为横坐标，O3MDA8为纵坐标作箱线图，O3MDA8均值随NO2浓度先升高后下降，当NO2浓度接近0时，可以得到该站点的O3MDA8背景值(约27.0±2.0ppb)。由于NO2、O3在日间和夜间的化学行为存在较大差异，本章仅采用每日6：00~18：00的监测值进行分析。 图1-1广州市监测中心NO2-O3MDA8箱线图(2022) 1.3*+,-./01234 1.3.1CO-./012 CO主要来源于化石燃料燃烧，其排放过程包括工业源、电力、热力的生产和供应、道路源及其他非道路源。根据我国《环境空气质量标准》(GB3095—2012)，CO小时均值的一级、二级标准均为10mg/m3，根据该标准，2021年粤港澳大湾区共有2个站点超标。 如图1-2（左）所示，2021年，粤港澳大湾区所有站点测得的平均近地面CO浓度为54777ppb，最高年均浓度可达715ppb，高值出现在广州市白云区。如图1-2（右）所示，2015~2021年间大湾区CO减排效果显著，7年间，粤港澳地区近地面大气CO浓度平均下降了256110ppb(3111%)，佛ft市CO浓度平均降幅最大，最高可达66%。一般而言，近地面CO浓度与挥发性有机物(Volatileorganiccompounds,VOCs)浓度具有良好的线性关系，因此一定程度上近地面CO浓度的空间分布能够体现VOCs浓度的相对情况。 图1-22021年粤港澳大湾区CO年均浓度(左)与2015~2021年CO浓度削减情况(右) 1.3.2NO2-./012 近地面大气中NOx主要来源于道路源排放和电力、热力的生产和供应，其中二氧化氮（NO2）则主要源于NO的氧化过程。根据我国《环境空气质量标准》(GB3095—2012)，NO年均浓度的一级、二级标准均为40μg/m3，根据该标准，2021年粤港澳大湾区所有站点均达到一级标准。 如图1-3（左）所示，2021年，粤港澳大湾区近地面大气年均NO2浓度为12.64.4ppb，年均最小值为5.1ppb，出现于香港塔门，最高值为23.9ppb，出现于广州市黄埔区。如图1-3（右）所示，2015~2021年间，粤港澳大湾区近地面NO2浓度削减较缓慢，七年间NO2浓度平均下降了2.52.8ppb(14.1%14.0%)，佛ft市NO2削减力度最大，最大浓度削减量为12.6ppb(47.3%)。 图1-32021年粤港澳大湾区NO2年均浓度(左)与2015~2021年NO2浓度削减情况(右) 1.3.3PM2.5'(3-/012 我国《环境空气质量标准》(GB3095—2012)规定，PM2.5年均一级标准为15μg/m3，二级标准为35μg/m3。根据这一标准，2021年粤港澳大湾区共有134个站点的年均PM2.5浓度高于一级标准，超标率为6.6%；所有站点年均PM2.5浓度均低于二级标准。 图1-42021年粤港澳大湾区PM2.5年均浓度(左)与2015~2021年PM2.5浓度削减情况(右) 如图1-4所示，2021年粤港澳大湾区PM2.5年均浓度为21.43.5μg/m3，PM2.5浓度高值主要集中在广州、佛ft、揭阳、江门四市，最高值（29.5μg/m3）出现在揭阳市新兴站点，最低值则出现在东莞市南城元岭站点（11μg/m3）。2015~2021年，粤港澳大湾区PM2.5浓度得到迅速削减。相比2015年，2021年大湾区PM2.5浓度平均降低了12.0 4.5μg/m3，其中广州、东莞、佛ft地区PM2.5控制力度最大，其中PM2.5年均浓度下降 幅度最大的站点是东莞市东城主ft，PM2.5年均