推荐文献:基于城市自然的优先解决方案分配对碳中和的贡献

学术   2024-04-17 01:48   北京  

(2024年418)

1 在选定的6个欧洲城市中,NBS优先实施的空间分配示例

科学问题
城市是碳中和技术、工具和政策的理想实验和创新枢纽。例如,欧盟承诺到2030(1990年水平相比),净排放减少57%,其中包括土地利用和固碳目标。这一气候行动将由欧盟成员国中承诺到2030年实现碳中和的100个城市主导。同时,使用NBS符合欧盟气候政策和应对气候变化挑战的目标。然而,目前的政策方案没有涉及或确定NBS在直接固碳之外减少碳排放的机会。而且,由于城市土地资源的有限性,为了实现碳减排的最大化,在空间上需要对城市NBS的配置进行优化。
解决方法
文章研究分析基于自然的解决方案在欧洲城市的碳减排潜力,尤其关注通常被忽略的间接路径,比如人类行为干预和资源节约。在文章中评估和量化了欧盟城市不同类型NBS的五种潜在碳减排机制。基于部门碳排放和54个主要欧洲城市的当地背景,我们将这五类NBS分配到每个城市,并估算了每个部门和城市的减排潜力。在每个土地利用网格(30 m × 30 m)上分配了一个NBS实现,但可以在不同类别的(也就是说,GI在节约能源消耗的同时还具有固碳功能)中发挥作用。然后,我们将估计的减排潜力与54个城市的2030年气候中性目标进行比较,以评估优先的NBS对这些目标的潜在贡献。

1 NBS空间分配原理示例

虽然优先NBS的分配主要基于不同NBS如何适应不同的社会经济背景及其文献中估计的减排效果的叙述,但需要应用一些基本原则,以便对54个城市进行分配。表1展示了部分分配原理,以栖息地保护和修复这一NBS为例。固碳的机理所依据的条件是土地覆盖代码1011(人工、非农业植被区),含义是由于城市树木面积较小,城市森林碎片包含城市树木提供的生态系统服务的相对很大一部分,某些类型的土地覆盖/利用最有可能容纳很大一部分城市树木,改善这些城市森林的管理策略将增加树种多样性、产量和碳储存潜力;绿化带通过限制增长边界来减少城市扩张的机理的条件则是土地覆盖代码超过22(森林和半自然区域、湿地、水体)和低密度城市地区(位于前30%),含义就是与无序的发展模式相比,绿化带可以降低温室气体净排放量。它们需要非常严格的低密度分区,例如每40英亩一栋房屋(Han 等人,2022年)。基于此,我们估计密度分区为不同密度城市的30%。其他NBS类型机理的分配条件还包括例如,在所有城市土地利用网格中,交通排放位居前10%,人口密度位居前25%;住宅排放量在前 10 %,土地覆盖代码低于11(人造表面)。具体可见补充材料表A2.4

研究结果
1 NBS减少碳排放的多种途径

首先确定了与碳减排效果和机制相关的 NBS 类型。从NBS 的既定定义中确定了 NBS 减少碳排放的主要机制,即节约资源和成本、减少城市扩张、促进环保行为、微气候调节和固碳。根据公认的 NBS实施与这些碳减排机制之间的联系,文章选择了五种类型的 NBS(GI、行道树和绿色人行道、城市绿地和农业、栖息地保护和修复以及绿色建筑),因为它们被评估为与五种选定的碳减排机制联系最密切。固碳和节约资源和成本是更直接的碳减排机制。NBS减少城市碳排放的潜在途径和效果的元分析总结,见图2所示。b图表示的是在五种NBS的主要方法及其对碳中和的贡献,举措的基本原理,比如对于绿色基础设施来说,他的原理基于城市森林、自然和半自然特征,包含碳储存和封存、抵消了城市碳排放、吸收大气污染物、温度调节作用,对于行道树这类的原理,包含提供遮阴路径,间接增加非汽车出行方式、抵消交通排放、碳封存。c图表示的就是在建筑、社区、城市三个尺度下,不同NBS措施类型对三类碳源,在城市中心、城市其他范围以及农村地区不同的影响值。
2 NBS减少城市碳排放的潜在途径和效果的元分析总结

a. NBS减排的潜在途径;b. NBS的主要方法及其对碳中和的贡献;c. NBS影响评估摘要

2 NBS实施空间分配的优先级

该研究选择了欧洲的54个城市,以模拟优先考虑的NBS实施的空间分配,以最大程度减少碳排放。欧盟54个欧盟城市的位置和碳排放分布见图3

3 54个选定的欧盟城市的位置和碳排放分布

a.城市的位置(代表城市的编号见补充材料1)b.住宅排放分布;c.交通排放分布;d.工业碳分布;e.欧盟不同地区的区域碳排放

NBS的实施在空间上基于两个主要因素进行了分配。首先是在每个城市的土地利用格网中确定的不同部门的碳排放源。第二个因素是每个城市和每个位置的本地环境,包括社会经济特征(人口密度、经济活动和位于市中心的位置)、建筑环境(如当前可接触到的本地公园、道路密度和制造业的存在)和土地利用结构(类型、混合和强度)。在考虑的NBS实施的优先级中,该研究根据城市之间的排放差异,对不同类型的NBS进行了不同的空间分配,以达到匹配的目的,用于分配NBS实现的建模框架见图4

4 用于分配NBS实施的建模框架

a. NBS实施的分配过程;b.巴黎的住宅排放源识别;

c.哥德堡的交通排放源识别;d.柏林的工业排放源识别

根据其排放模式,选择6个典型城市展示NBS分配的不同优先级见图1

3 NBS对减少城市碳排放的贡献

对于所有城市,NBS平均可以减少17.4%的总碳排放,其中住宅部门为8.1%,工业部门为14.0%,在运输行业占9.6%。在剩余的碳排放中,有5.6%可以通过碳封存来补偿。最大的碳减排将发生在工业部门,GI绿色基础设施对减排的贡献最大。

NBS的碳排放节约在不同城市和地区之间存在差异,表2列出了15个典型城市的结果。欧盟东部城市的碳减排潜力最大,其中,NBS能够减少20.3 %的碳排放总量,欧盟北部地区紧随其后(18.2%)。西欧城市的碳减排潜力最低,其次是欧盟中部城市,NBS可分别减少13.0 %13.2 %的碳排放。城市之间减排潜力的差异很大程度上归因于固碳潜力的差异。在三个部门实施NBS后的剩余减排潜力中,碳汇可以抵消欧盟北部和东部城市47.6 %10.7 %的碳排放,但在中欧城市只有6.7 %

2 NBS的主要类型和重点城市的碳减排效果

4 到2030年实现碳中和城市之路的启示

该研究比较了不同NBS战略在不同共享社会经济路径(SSP)和气候行动和发展路径(RCP)下的碳排放减少效果以及碳封存潜力,见图5

5 优先NBS对欧盟城市不同SSPRCP碳中和的贡献

NBSSSP1中最有效,其中在代表性浓度路径( RCP1.9 )情景下,最大限度地实施NBS,与SSP1基准相比,总碳排放量平均减少57.3 %,与RCP 1.9情景相比,NBS通过包括人类行为干预在内的间接途径边际减少22 %。在SSP5中效果最差,在RCP 1.9情景下,最大限度地增加NBS的实施和所有可用地块的碳汇,将比SSP1基准情景平均减少62.5 % 的碳排放总量,并进一步捕获13.3 %的碳排放。在RCP 8.5情景下,最大限度地在所有可用地块上实施NBS的减排措施,与SSP5基准情景相比,将使碳排放总量平均减少19.9 % ,与RCP 8.5情景相比,实现了进一步3.6 %的边际减排。

在不同RCP情景下,针对性政策碳减排在欧盟12国的效果更为明显,而NBS和碳封存效果在欧盟15国更为明显。在最大程度实施NBS和碳封存的情况下,有三个城市预计在2030年之前实现碳中和。这三个城市分别是塞浦路斯的首都NIC尼科西亚(在所有情景中)、西班牙城市ZAR萨拉戈萨(RCP 1.9RCP 2.6)和保加利亚城市普罗夫迪夫(RCP 1.9RCP 2.6RCP 4.5)。其他城市,包括一些在气候行动方面处于领先地位的城市如阿姆斯特丹、哥本哈根、赫尔辛基和斯德哥尔摩,预计到2030年每人每年的碳排放量将低于0.5吨,几乎实现了碳中和目标。结果表明,理想条件下,住宅、交通和工业部门基于自然的解决方案最多可以减少25%的城市碳排放。将这一方法结合到RCP情景中,在2030年通过间接作用和碳封存可使碳排放总量减少57.3%。文章的研究结果表明,到2030年,对于先锋城市而言,实现碳中和是完全有可能的。

个人评价

文章详细介绍了基于自然的解决方案(NBS)对于欧盟54个主要城市的碳中和目标的具体潜在贡献。文章从NBS的间接碳减排路径——人类行为干预和替代人造基础设施的资源节约效应等方面入手,分析了这些解决方案在减少城市碳排放方面的作用。文章指出,实现碳中和的战略目标,不仅可以考虑自然生态系统对碳的吸收和固定,也可以从NBS出发,实现更友好的碳中和路径。本研究的结果对于NBS的分配和实施以减缓气候变化的目标具有重要的政策意义。

对于碳排放内容的研究也可以通过社会政策的影响角度进行评估,提供了新的角度。不同尺度下,不同NBS措施类型对三类碳源,在城市中心、城市其他范围以及农村地区不同的影响值可以借鉴。但是由于NSB的高效实施需要理解不同城市的社会经济、工业和文化背景,以及与生物物理因素的相互作用,对于欧盟主要城市以外的研究推广难度较高。
原文
Title:

Contribution of prioritized urban nature-based solutions allocation to carbon neutrality

Abstract

Nature-based solutions (NBS) are essential for carbon-neutral cities, yet how to effectively allocate them remains a question. Carbon neutrality requires city-led climate action plans that incorporate both indirect and direct contributions of NBS. Here we assessed the carbon emissions mitigation potential of NBS in European cities, focusing particularly on commonly overlooked indirect pathways, for example, human behavioural interventions and resource savings. Assuming maximum theoretical implementation, NBS in the residential, transport and industrial sectors could reduce urban carbon emissions by up to 25%. Spatially prioritizing different types of NBS in 54 major European Union cities could reduce anthropogenic carbon emissions by on average 17.4%. Coupling NBS with other existing measures in Representative Concentration Pathway scenarios could reduce total carbon emissions by 57.3% in 2030, with both indirect pathways and sequestration. Our results indicate that carbon neutrality will be near for some pioneering cities by 2030, while three can achieve it completely.

Citation

Pan H, Page, J, Shi R. et al. Contribution of prioritized urban nature-based solutions allocation to carbon neutrality. Nat. Clim. Chang. 13, 862–870 (2023).


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景观可持续科学与地理设计
在何春阳教授带领下,北京师范大学“景观可持续科学与地理设计”研究小组坚持可持续科学理念,聚焦人与环境/土地系统,开展不同尺度的景观/区域可持续性研究。自2024年1月起,本号同时发布中国自然资源学会资源持续利用与减灾专业委员会的相关通知。
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