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我国提出的2060碳中和目标推进了绿色低碳转型步伐，绿色转型措施的有力实施在一定程度上改善了空气质量。然而气溶胶污染依然存在，它不但会直接损害人体健康，还会引发不利气象条件，从而影响可再生能源资源潜力，这将为我国实现碳中和目标带来额外挑战。因此，了解气溶胶辐射效应的影响机理、双碳目标下空气质量-人群健康-清洁能源协同效应的反馈机制会为我国及全球降碳减污协同治理提供巨大动力。
研究团队设计了2015基线情景、2060基线情景和2060碳中和情景，搭建了气象-化学在线耦合综合评估模型，应用GCAM-China气候变化综合评估模型模拟碳中和目标下省级尺度的未来能源消耗和能源结构，DPEC中国未来排放动态评估模型提供特定情景下多种大气污染物和CO2排放量动态变化，以及WRF-Chem模型研究气溶胶和气象条件间的反馈机制，以模拟不同情景的污染物浓度，随后评估了风能、太阳能潜力及健康效应。
气溶胶辐射效应的环境影响
模拟结果表明，在2015基线情景下，气溶胶辐射效应导致地面温度降低、上层大气温度升高，从而削弱近地层温度差，造成不利的通风条件，进而阻碍空气污染物的垂直扩散和稀释；使污染物在近地面聚集，对人体健康产生负面影响。此外，垂直扩散减弱导致污染区域近地面风速减小，而气溶胶吸收和散射太阳辐射，使得到达近地面的年均太阳辐射减少约11W/m²，从而对可再生能源的利用产生负面影响；尤其是高污染和人口密集地区，这种负面影响更为显著(图1)。
二
碳中和目标下的空气质量和可再生能源的正向强化反馈
在碳中和目标下，由于可再生能源代替化石燃料可达到污染减排的效果，空气污染物的减排和气溶胶气象反馈效应的降低会带来显著的空气质量改善。相较于2060年基线情景，到2060年实现中国碳中和目标将使全国面积加权PM2.5地面浓度降低约14.6μg/m³，人口加权PM2.5浓度降低约38.8μg/m³(图2，3)；空气质量改善主要发生在人口密度大的地区，从而避免57%过早死亡人数(113万人；95%置信区间：0.97-1.29百万人)。其中，降低的气溶胶气象反馈效应在京津冀地区能分别带来7.1(6.5%), 5.6 (6.9%), 4.3(6.6%)μg/m³的人口加权PM2.5浓度降低，并相应减少23,000(21,000-26,000) 由于PM2.5导致的过早死亡人数。
图2. 碳中和目标下的空气质量与人群健康改善
气溶胶辐射效应减弱所带来的有利扩散条件可强化可再生能源的潜力和稳定性。碳中和情景下，太阳辐射和风速的增强，可使可再生能源潜力增长且稳定性增加(图4)。太阳能和风力发电容量因子分别增加约2.6%和0.6%，且变异系数分别减少约1.2%和0.4%。在全国范围内，中部、南部和东部电网的太阳能和风能容量因子将显著提高，且变异性降低，可一定程度上缓解中国能源需求与能源供应中心地理空间不匹配的问题。
三
研究展望与建议
实现碳中和目标并不代表可以彻底消除空气污染问题。根据世卫组织最新的空气质量指导值，在我国碳中和情景下暴露在PM2.5年均浓度超过5μg/m³的人口仍为99%。另外，我国人口老龄化问题可能会抵消碳中和的健康效益，而随着医疗水平和生活条件提升带来的基线死亡率的降低，可以有效缓解老龄化对健康效益的抵消。
碳中和目标下能源转型主要聚焦于空气污染严重和人口密度大的地区，由此带来的空气质量提升和健康效应也主要发生在最需要得到改善的地区。引入我国碳中和目标下空气质量-人群健康-清洁能源协同效应的正反馈机制的系统分析，可促进对于双碳行动下多目标协同的理解，从而进一步为全球其他面临空气污染的发展中国家逐步实现甚至超越碳中和目标提供额外动力。（注：本文有删减）
参考资料
[1] Qin, Y., Zhou, M., Hao, Y. et al. (2024). Amplified air quality, health, and renewable energy under China's carbon neutral target. Nature Geoscience, 17, 411-418.
[2] Cheng, J., Tong, D., Zhang, Q. et al. (2021). Pathways of China's PM2.5 air quality 2015–2060 in the context of carbon neutrality. National Science Review, 8, nwab078.
[3] Tong, D., Cheng, J., Liu, Y. et al. (2020). Dynamic projection of anthropogenic emissions in China: methodology and 2015–2050 emission pathways under a range of socio-economic, climate policy, and pollution control scenarios. Atmospheric Chemistry and Physics, 20, 5729–5757.
发布日期：2024年07月12日
原标题：专家观点 | 覃栎：中国碳中和目标下空气质量-人群健康-清洁能源的协同效应
