ESE｜以健康为驱动的减排策略优化

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成果简介

近日，北京航空航天大学谢杨课题组、山东大学张玉强课题组和清华大学同丹课题组联合在Environmental Science and Ecotechnology上发表了题为“Optimizing Air Quality and Health Co-benefits of Mitigation Technologies in China: An Integrated Assessment”的论文。文章基于综合评估模型（AIM/enduse, CAM-Chem, IMED|HEL）对中国省级层面空气质量的演变及其对健康和经济的潜在影响进行了深入分析。研究结果显示，通过空气污染末端治理技术、可再生能源的开发利用以及电气化战略，有望显著提升空气质量和改善公众健康，并降低碳排放。与基准情景相比，到2050年，细颗粒物（PM_2.5）预计可以减少34.6 μgm⁻³，臭氧浓度则可减少18.3 ppb。此外，碳捕集与封存（CCS）技术的应用在提升空气质量方面同样展现出一定的积极效果，预计PM_2.5可以进一步降低9.4 μgm⁻³，臭氧浓度下降不显著。在2010年至2050年间累计减少340万例过早死亡。河南、河北、山东和四川等人口密集地区的健康和经济效益最大。研究旨在评估未来空气污染治理和气候减缓政策对空气质量改善和碳减排的影响。

引言

在全球气候变化这一严峻挑战面前，中国作为全球主要的二氧化碳排放国，承诺在2030年达到碳排放峰值，并在2060年实现碳中和。为达成此目标，中国正积极推进多种碳减排技术和路径。本研究基于综合评估模型，评估了不同碳减排技术中国在改善空气质量和提升公共健康方面的作用。重点分析了空气污染末端治理技术、可再生能源利用和交通及建筑电气化，这些技术已被证明能有效减少PM_2.5和臭氧污染。研究进一步探讨了不同技术组合在不同地区的健康协同效益，不同省份对技术应用的敏感度差异。研究强调，在人口密集和污染严重的地区，如河南、河北、山东和四川，有效的碳减排措施不仅能改善空气质量，还能带来显著的健康和经济效益。

图文导读

导读内容一：不同减排情景下的空气质量变化

不同减排技术组合下大气污染物浓度存在显著差异。如图1a和1b所示，2010年至2050年间，PM_2.5和臭氧浓度在不同情景下呈现明显差异。图1c和1d进一步揭示了在增强电气化情景（EES）中，与参考情景（REF）相比，2050年PM_2.5和臭氧浓度的显著下降，特别是在中国中部的河南、河北和四川等省份。在REF情景下，预计中国年均PM_2.5浓度和最大8小时平均臭氧浓度将持续攀升，2010年至2050年PM_2.5浓度预计增加22.8 μg/m³，臭氧浓度小幅上升11.8 ppb。而在EES情景下，通过空气污染末端治理技术和电气化的加强，尤其是在建筑和交通领域，预计PM_2.5和臭氧浓度将分别比REF情景降低34.6 μg/m³和18.3 ppb。

图1  a–b：2010年至2050年中国不同情景下的PM_2.5和臭氧浓度变化；c–d：2050年增强电气化情景（EES）相较于参考情景（REF）PM_2.5和臭氧浓度的降低情况。

导读内容二：不同区域避免过早死亡人数

不同减排情景下健康影响均在显著差异，末端治理技术对空气质量改善最为显著，其次是可再生能源。灰色和棕色条形分别代表REF和EES情景下的早死人数，绿色条形标示两种情景的差异。研究对比了五种情景（REF、EoP、TES、PES和EES），揭示了技术效果的地域差异性。特别是在人口密集的中部和东部地区，EoP情景下预计可避免55千人和76千人的早死，相较于REF情景分别降低了27%和28%。从TES到PES的转变，在中东部地区额外避免了29千人和41千人的死亡，表明可再生能源利用和电气化措施在改善空气质量和降低死亡率方面具有积极作用。尽管CCS技术在减少空气污染方面有优势，但在东北、北部和东部中国等地区，与其他情景相比，它避免的死亡人数较少。

图2  2050年中国七个地区在不同情景下的PM_2.5和臭氧相关死亡率变化。

导读内容三：EoP和EES情景累计避免的死亡人数

东部地区获得的累积健康收益最为显著，其中PM_2.5下降带来的健康收益最大。2010年至2050年间，EoP和EES情景与REF情景相比，中国各省份累计避免了因PM_2.5和臭氧污染导致的大量死亡。图3a显示，EoP情景减少了450万例PM_2.5相关死亡，而EES情景则显著增至1 350万例，突显了在交通和建筑领域推广电气化和可再生能源的减排效果。图3b表明，尽管臭氧污染控制较为复杂，EoP和EES情景仍分别避免了680万和710万例死亡，证实了持续减排的健康益处。在人口密集的省份，如广东和山东，EES情景下PM_2.5污染避免的死亡人数最多，分别为130万和90万。河北、山东和河南等地区在EoP情景下获得更高的臭氧健康效益，可能与地区污染特性和减排措施有关。

图3  2010年至2050年末端治理情景（EoP）和增强电气化情景（EES）与参考情景（REF）相比，各省因PM_2.5和臭氧累计避免的死亡人数。

导读内容四：2050年不同情景下的经济影响

人口规模大、污染较重的地区在减排情景下获得的经济效益显著。图4a显示了在2050年不同情景下，中国各省份因过早死亡产生的统计生命价值（VSL）经济损失。REF情景下的总损失高达1.03万亿美元，而EoP情景平均降低了这一损失25%。EES情景进一步将损失减少50%，从1.03万亿美元降至5.0万亿美元。在省级层面，山东和河南两省在EES情景下避免了最高的VSL经济损失，分别减少了49%和42%。图4b细化了省级在REF、EoP和EES情景下的医疗支出。REF情景下，健康支出随时间增加，而EoP、PES和EES情景下，减排措施的实施导致2050年医疗支出减少。EES情景下，与REF情景相比，医疗支出减少了117亿美元，体现了减排措施在降低健康损害方面的经济效益。图4c评估了EES情景下与REF情景相比，各省份因减少工作时间损失而避免的经济损失。到2050年，EES情景可能避免全国经济损失达330.9亿美元。河南、山东、四川和河北四省在经济效益方面领先，占国家总经济效益的41.4%，凸显了中国因空气污染导致的地区经济损益差异。

图4  2050年PM_2.5和臭氧污染造成的经济损失。

结论

空气污染末端治理技术、可再生能源利用以及交通和建筑领域的电气化等，展现出在提升空气质量方面的巨大潜力。多种技术组合预计将使PM_2.5浓度降低34.6 μg/m³，臭氧浓度下降18.3 ppb，并累计减少340万例过早死亡案例，效果远超单一末端处理或碳捕集与储存技术。研究揭示了不同省份对减排技术的敏感度差异，特别是在污染严重、人口密集的河南、河北、山东和四川等地区，有效减排措施将带来显著的健康和经济效益。

研究结果强调了中国在应对空气污染和气候目标双重挑战时，需综合考虑气候政策和末端减排技术。本研究细化了从减排技术选择及其影响，并为未来气候政策的制定提供了定量化的依据。未来研究应更加注重对不同减排技术组合中长期影响的量化评估。

作者简介

通讯作者：谢杨，北京航空航天大学经济管理学院副教授，博士生导师。2013年获北京大学医学博士，2017年获东京工业大学管理科学与工程专业博士。主要从事空气污染和气候变化对人群健康和宏观经济影响的定量分析。主持国家自然科学基金青年项目、面上项目和重点项目课题、科技部国家重点研发计划课题等项目，入选北航“青年拔尖人才支持计划”、北航“卓越百人计划”等。以第一或通讯作者在Environmental Science and Ecotechnology，Nature Communications，One Earth，Lancet Regional Health，Global Environmental Change，Environmental Science & Technology等环境与健康领域权威期刊发表50余篇，Web of Science 总引用6 200余次，ESI前1%高被引论文累计10篇。担任Energy、Ecology and Environment领域编辑，Carbon Footprints领域编辑，Global Environment Outlook-7 (GEO-7) 评审人，中国优选法统筹法与经济数学研究会青年委员，IPCC报告评审人，《中国碳中和与清洁空气协同路径》《柳叶刀健康与气候变化倒计时2020：中国报告》执笔作者，《全球疾病负担》Collaborator。

通讯作者：张玉强博士，山东大学环境研究院教授、博士生导师，入选国家青年海外高层次人才计划。主要研究方向是利用全球与区域气候模型（GCM）以及空气质量模型(CTM)，以及高精度卫星资料，研究碳减排与空气质量协同控制路径，污染物的跨界传输，城市化进程对空气质量以及健康的影响。相关主要成果发表在Environmental Science and Ecotechnology，Nature Geoscience (IF=21.5, Zhang et al., 2016), Nature Climate Change (IF=28.7, West et al., 2013), Lancet Planetary Health (IF=28.8, He et al., 2022), Nature Communications (IF=17.7, Parsons et al., 2021; He et al., 2022), Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (IF=12.8, Shindell et al., 2021; Xing et al., 2020)，Environmental International (IF=13.4, Zhang et al., 2021; Huang et al., 2021) 等高水平期刊杂志发表SCI论文38篇，其中SCI他引1 900余次，并应邀为Nature Climate Change，Nature Communication，Lancet Planetary Health，Environmental International，Atmospheric Chemistry and Physics等40多个领域高水平杂志审稿120余次。研究成果在国际知名学术会议上，如美国地球物理学会（AGU）等进行40余次展示，其中有17次是受邀请报告。研究成果曾被多家媒体报道，包括BBC，The Guardian CBC等。作为组委会成员组织了第五届北美华人青年学者论坛（2018），以及第一届区域空气质量模型亚洲-太平洋会议（2018）, 第7届至第9届ABaCAS空气污染控制成本效益与达标评估国际学术研讨会（2019，2020，2021）。并于2019年做为共同承办人之一，在杜克大学成功举办了美国国家海洋和大气管理局第44届Climate Diagnostics and Prediction研讨会。

第一作者：赵梦丹，北京航空航天大学经济管理学院硕士研究生。

论文信息

原文标题：Optimizing Air Quality and Health Co-benefits of Mitigation Technologies in China: An Integrated Assessment

引用信息：Zhao, M., Xie, Y., Xu, M., Weng, Z., Hanaoka, T., Zhang, Y., & Tong, D. (2024). Optimizing Air Quality and Health Co-benefits of Mitigation Technologies in China: An Integrated Assessment. Environmental Science and Ecotechnology: 100454.

doi: 10.1016/j.ese.2024.100454

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