覃櫟課題組：在《Nature Geoscience》發(fā)文揭示我國(guó)碳中和目標(biāo)下空氣質(zhì)量-人體健康-清潔能源協(xié)同效應(yīng)的正反饋機(jī)制

發(fā)布日期：2024-04-29

我國(guó)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)需要進(jìn)行深刻的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，尤其是大幅增加風(fēng)光等可再生能源在我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中的比重。由于大氣污染物和溫室氣體的同根同源性，風(fēng)光資源對(duì)化石能源的替代在減緩碳排放的同時(shí)，還能顯著的改善空氣質(zhì)量及其健康影響；與此同時(shí)，污染物減排所帶來(lái)的氣溶膠氣象反饋?zhàn)饔玫南魅蹩蛇M(jìn)一步增加地表太陽(yáng)輻射并形成更好的空氣污染擴(kuò)散條件，提升我國(guó)東部地區(qū)風(fēng)光的資源潛力及其穩(wěn)定性（可再生能源-空氣污染-氣象反饋機(jī)制）。值得強(qiáng)調(diào)的是，風(fēng)光資源潛力和穩(wěn)定性的提升，可進(jìn)一步推進(jìn)可再生能源的利用，為我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型形成正反饋（人類社會(huì)-氣候系統(tǒng)反饋放大機(jī)制）。準(zhǔn)確解析我國(guó)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)下的雙重反饋機(jī)制，并深化其空氣質(zhì)量-人體健康-清潔能源的交互機(jī)制和綜合協(xié)同效益的認(rèn)知，對(duì)我國(guó)科學(xué)規(guī)劃碳達(dá)峰碳中和路徑具有重要的實(shí)際意義。

為解決這一問題，覃櫟課題組與南京大學(xué)、清華大學(xué)、普林斯頓大學(xué)等研究團(tuán)隊(duì)合作，共同構(gòu)建氣象-化學(xué)在線耦合的綜合評(píng)估模型框架（基于GCAM-China和DPEC模型發(fā)展而來(lái)的中國(guó)碳中和路徑；氣象-化學(xué)耦合的空氣質(zhì)量模型WRF-Chem和全球暴露死亡模型GEMM，以及風(fēng)光資源評(píng)估模型）并開展了大量情景的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)評(píng)估了考慮正反饋機(jī)制時(shí)，中國(guó)到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)所帶來(lái)的空氣質(zhì)量、人類健康和可再生能源性能的協(xié)同效應(yīng)。

研究發(fā)現(xiàn)，相較于2060年基線情景，由于污染物排放量的減少以及氣溶膠氣象反饋效應(yīng)的加成，到2060年實(shí)現(xiàn)中國(guó)碳中和目標(biāo)將使全國(guó)人口加權(quán)的PM2.5濃度降低約39 μg/m3，并避免57%過早死亡人數(shù)（113萬(wàn)人；95%置信區(qū)間：0.97-1.29百萬(wàn)人）。老齡化人口往往會(huì)抵消中國(guó)碳中和目標(biāo)的健康效益，但基線死亡率的降低則會(huì)充分補(bǔ)償老齡化帶來(lái)的健康效益損失。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(lái)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)。同時(shí)，大氣中氣溶膠負(fù)荷的減少將增加到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射，并加強(qiáng)垂直方向的動(dòng)量交換，導(dǎo)致太陽(yáng)能和風(fēng)能的容量因子提升且變異性減少。省級(jí)太陽(yáng)能（風(fēng)能）潛力最多提升約10%（~6%），且資源穩(wěn)定性普遍提高。

中國(guó)碳中和目標(biāo)帶來(lái)的空氣質(zhì)量、人類健康和可再生能源協(xié)同效應(yīng)主要集中在中部、北部和東部電網(wǎng)，這些地區(qū)的省級(jí)空氣污染和人口暴露度普遍減少約80%（>40μg/m3），相應(yīng)的省級(jí)避免過早死亡人數(shù)大多超過60%（~50,000），太陽(yáng)能和風(fēng)能容量因子的增加可達(dá)到10%和6%，并降低了小時(shí)變異性。實(shí)現(xiàn)碳中和后，人口加權(quán)PM2.5濃度的降低程度尤為顯著，并且最顯著的可再生能源增加發(fā)生在能源需求最高的東部省份，有助于緩解能源供需之間的地理不匹配?？傮w而言，中國(guó)碳中和目標(biāo)帶來(lái)的空氣質(zhì)量、人類健康和可再生能源協(xié)同效應(yīng)主要集中在空氣質(zhì)量亟需改善和能源需求較大的地域。然而，中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和后的空氣質(zhì)量（約12.1 μg/m3）仍然超出了世界衛(wèi)生組織制定的最新空氣質(zhì)量指南，57%和99%的人口暴露于超過10和5 μg/m3的PM2.5濃度。增加的可再生能源資源潛力可能為實(shí)現(xiàn)碳中和后解決剩余空氣污染和相關(guān)健康損害提供額外助力。研究結(jié)果顯示，全球發(fā)展中和污染國(guó)家對(duì)碳中和的承諾可能會(huì)在氣溶膠減排、空氣質(zhì)量改善和可再生能源資源潛力提升之間產(chǎn)生重要的正反饋效應(yīng)，這些效應(yīng)可以通過減弱的氣溶膠氣象反饋?zhàn)饔煤透玫目諝馕廴緮U(kuò)散條件而被放大。

圖 中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)的氣象條件和風(fēng)光資源變化

以上研究成果以“Amplified positive effects on air quality, health, and renewable energy under China's carbon neutral target”為題發(fā)表在《Nature Geoscience》上。覃櫟研究員為論文共同第一作者及共同通訊作者，普林斯頓大學(xué)博士后研究員周密為論文共同第一作者，南京大學(xué)黃昕教授為論文共同通訊作者。論文其他合作者還包括北京大學(xué)朱彤教授、陳琦副教授、張川研究員，南京大學(xué)丁愛軍教授、周德榮高級(jí)工程師，清華大學(xué)同丹研究員、加州大學(xué)爾灣分校程靜研究員，21世紀(jì)中心何霄佳研究員等相關(guān)領(lǐng)域知名專家，以及南京大學(xué)和北京大學(xué)的研究生郝月婷、黃亮點(diǎn)、顧蔚譯和王立誠(chéng)。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42325506, 42277482）等項(xiàng)目的支持。

論文信息：Qin Y, Zhou M, Hao Y, Huang X, Tong D, Huang L, Zhang C, Cheng J, Gu W, Wang L, He X, Zhou D, Chen Q, Ding A, Zhu T. Amplified positive effects on air quality, health, and renewable energy under China’s carbon neutral target. Nature Geoscience, 2024: 1-8.

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41561-024-01425-1   

部分轉(zhuǎn)引：https://mp.weixin.qq.com/s/cnuNu1X5-hFRKLffSVcFgg   

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