近年来，低碳城乡规划已成为研究重点。大量研究者基于一些碳排放测算标准方法开展了低碳城乡规划探索，可以说测算方法结果理所当然地成为了研究的“大前提”。但这个“大前提”真是那么“理所当然”么？是低碳城市实践的稳固基础么？笔者在长期研究中发现，城市碳排放测算方法的“故事”并不简单。如不对这个关键性问题进行“批判”与“澄清”，那么以此构建的低碳城市研究“大厦”体现的可能不是“真理”而是“谬误”。
自20 世纪90 年代始，城市碳排放测算方法如“雨后春笋”般涌现，产生了诸多原理不同、视角不一的方法。客观而言，当前各类城市碳排放测算方法远未称得上“完美成熟”。可以说，当前各类方法都只是反映宏大城市碳排放图景的“局部”现实。如对此无清晰认知，那想以此推动城市低碳发展，将无异于是“缘木求鱼”。在当前的低碳城乡规划研究中，多数研究基本立足于生产视角，存在视角单一、局限性大的问题。因此，有必要全面审视各类城市碳排放测算研究成果。本文将明晰各方法的特点和“能力边界”，形成更全面的城市碳排放图景样貌。人类关于碳排放测算的研究已有百余年历史。但直至20世纪90年代，人们才意识到城市在全球“减碳”实践中的重要作用，碳排放研究才进一步聚焦于城市而迎来了大发展。城市碳排放测算研究目标是建立“城市活动”与“碳”气体的量化关系。经过多年研究，形成了基于“城市活动端”和基于“气体观测端”的两大测算框架（图1）。服务低碳城市实践是开展城市碳排放测算的根本意义。城市碳排放测算研究更应立足于低碳实践需求来形成研究视角。回顾过去研究，基于不同实践需求的侧重点，城市碳排放测算研究基本可以概括为“生产消费”“时空分配”和 “实测”三大视角。
▲ 图1 | 城市碳排放测算框架与研究视角
城市既是“碳”的“生产者”也是“消费者”。城市究竟是要为哪类碳排放负责，以及怎么进行定量化测算，这是“生产消费”视角测算研究的焦点。该视角对于能否“公平”分配减碳责任具有重要影响（图2）。
▲ 图2 | 生产视角碳排放与消费视角碳排放测算关系示意
注：生产视角排放=碳排放1+碳排放2；消费视角碳排放=碳排放2+碳排放3；混合视角碳排放=碳排放1+碳排放2+碳排放3。
（1）“生产”视角下的城市碳排放测算研究。生产视角下的城市碳排放测算是只对城市边界内人类活动直接产生的碳排放进行核算的方法（图2中范围一，下同），在多数实践中纳入了城市因购买外部电力而产生的碳排放（范围二）。该方法是当前运用范围最广的方法，但其将城市作为一个“封闭孤立”系统，产生了所谓的 “碳泄露”问题。在该视角下，欧美发达国家城市碳排量远低于以中国为代表的发展中国家城市（图3），该现象是“碳泄露”的具体表现。从全局看，这一视角方法事实上会进一步加剧全球的不平等。
▲ 图3 | 生产视角下全球主要发达国家和发展中国家城市碳排放测算结果特征比较
注：中国城市碳排放数据来源于中国城市二氧化碳排放数据集(2020)各城市的直接碳排放数据，http://www.cityghg.com/；国外城市数据来源于C40温室气体排放面板中的基础(Basic)层面数据，主要数据年份为2016—2018年，https://www.c40knowledgehub.org/s/article/C40-cities-greenhouse-gas-emissions-interactive-dashboard?language=en_US。气泡大小代表城市碳排放总量。（2）“消费”视角下的城市碳排放测算研究。消费视角下的城市碳排放测算主要对城市边界内诱发碳排放的活动（并不限定碳排放产生的具体位置）进行测算（范围二和范围三）。消费视角方法相比于生产视角方法具有更公平的特征。从21世纪初开始，不少学者均发现发达国家的城市、甚至发展中国家的大城市均呈现出消费活动碳排放占主导的特征，为人们展现了一幅“迥异”于生产视角下全球城市碳排放的图景（图4）。相比于生产视角，消费视角方法可以更公平地分配减碳责任。然而，该视角由于测算技术复杂、实践协调困难的因素，尚未被大范围运用。
▲ 图4 | C40中79个城市关于消费视角和生产视角碳排放测算结果的相对差异资料来源：根据网站（https://www.thegpsc.org/sites/gpsc/files/consumption-basedghgemissions.pdf）数据绘制。
注：正向数值表明消费视角碳排放大于生产视角碳排放。负向数值代表生产视角碳排放大于消费视角碳排放。其中，相对差异数值=(消费视角碳排放值-生产视角碳排放值)/生产视角碳排放值。
（3）“混合”视角下的城市碳排放测算研究。混合视角下城市碳排放测算主要指在对城市边界内活动核算的基础上（范围一和范围二），纳入了部分城市消费的外部重要物资和服务碳足迹的方法（范围三）。不少学者认为纯粹生产视角和消费视角均代表了两个极端，双方共同分担减排责任才是更合理的选择。2008 年后，不少学者探索构建了融入“生产”与“消费”视角的更全面的测算方法，成为低碳城市实践的重要支撑。混合视角的方法提供了一个相对全面的视角。然而，让人困扰的碳重复计算和有效数据的缺乏成为限制该类方法应用的重要问题。
城市碳排放时空分布特征相关研究，主要可以归纳为“自上而下”和“自下而上”两大类碳排放网格地图。
（1）“自上而下”型网格地图研究视角。该类研究通常是在一定区域范围内先完成碳排放总量测算，再依托空间代理参数 “自上而下”完成碳排放的时空分配。从20 世纪80 年代开始，涌现了FFADS、PKU-CO2、ODIAC等数据库，时空精度在不断提高，成为全球诸多城市低碳研究的重要参考。该类视角研究实现了在全球或国家尺度下的全覆盖，对于很多碳排放数据缺乏的城市具有重要价值。然而，该视角方法终究只是一种近似算法，任何单一的空间代理参数无法全面代表人类复杂的碳排放活动，结果误差会随着时空尺度的变小而变大。
（2）“自下而上”型网格地图研究视角。该类视角研究优先开展分部门碳排放测算，依据不同规则分别完成不同部门点状、线状和面状碳排放数据的时空分配，“自下而上”叠合形成全面的碳排放网格地图。目前，在中国、美国、波兰等国，已出现了CHRED、MEIC、Hestia等模型系统（图5）。“自下而上”型网格地图通常具有更高的“时空”精度，已成为一些国家城市低碳实践的重要信息支撑工具。但该类研究需要汇集庞大的底层数据，围绕多领域制定碳排放分配规则，客观上对人力与物力资源提出了极高的要求，尚无法在全球进行普及。资料来源：GURNEY K R，RAZLIVANOV I，SONG Y，et al. Quantification of Fossil Fuel CO2 Emissions on the Building/Street Scale for a Large US City[J]. Environmental Science & Technology，2012，46(21): 12194-12202。
注：左图为印第安纳波利斯市不同区域的碳排放强度。右图为4个不同区域碳排放强度的三维视图，其中柱子高度代表碳排放强度。
实测视角研究获得的是城市碳排放存在及活动情况的直接证据，是一种独立于“城市活动”测算框架的方法，对于保证城市碳排放测算的科学性和真实性具有无可替代的作用（图6）。资料来源：TURNER A J，KIM J，FITZMAURICE H，et al. Observed Impacts of COVID‐19 on Urban CO2 Emissions[J]. Geophysical Research Letters，2020，47(22): e2020GL090037、MAYS K L，SHEPSON P B，STIRM B H，et al. Aircraft-Based Measurements of the Carbon Footprint of Indianapolis[J]. Environmental Science & Technology，2009，43(20): 7816-7823、WU D，LIN J C，ODA T，et al. Space-Based Quantification of Per Capita CO2 Emissions from Cities[J]. Environmental Research Letters，2020，15(3):035004。
注：(a)近地表监测视角：BECO2N在旧金山湾区的近地表监测点设施分布情况；(b)航空监测视角：飞行器平台在对印第安纳波利斯市开展监测的飞行轨迹与实测情况；(c)空间卫星监测视角：OCO-2卫星途径拉斯维加斯(2018年8月2日)上空开展的碳排放实测轨迹。（1）近地表监测视角研究。该类方法主要是指通过在近地面的塔、建筑乃至车辆上的仪器实现对空气中碳含量的测量，结合各地大气运动及扩散模型进行数据反演。近年来，欧美一些城市建立了城市碳排放监测网络，探索运用了近地表监测与反演法，开展对于城市碳排放特征的研究。总体而言，近地表监测法是实测视角方法中运用相对较多且较为成熟的方法。但该法也同时存在成本高、人力耗费多、门槛高的问题，多见于发达国家城市。
（2）航空监测视角研究。该视角方法通常指使用航空器搭载大气碳浓度观测设备，在所在城市边界层的特定断面，按照一定路径和高度进行持续采样飞行，获得断面碳浓度分度数据，计算出某一时间内所研究区域的碳排放总量或者通量。目前，德国、美国的一些实践表明了航空监测法虽然精确度还不够高，但已可作为重要的校核方法。该方法具有高效性的特点，可以短时间内完成对几十乃至数百平方公里城市尺度的碳排放测算。但该类方法不宜在周边碳源复杂的城市使用，也不宜在自然碳循环相对强烈的时间段使用。
（3）空间卫星监测视角。该视角方法是利用人造卫星，识别人类活动造成的碳排放浓度及变化情况，结合大气传输模型测算城市的碳排放量。自2009 年开始，中、美、日、欧先后发射了多颗专职开展碳排放监测活动的卫星，成为相关测算法的物理基础。目前，已有不少学者利用空间卫星数据开展了对于城市空间碳排放特征的研究，甚至实现了对一批城市人均碳排放量的测算。空间卫星监测视角的研究具有全球覆盖度高、数据样本量大、观测周期长的特征。但该视角研究通常只能开展非连续的监测。此外，卫星数据通常需要经过地面观测站的矫正，具有研究门槛高的特征。纵观城市碳排放测算发展历程，大量研究者为了“看不见、摸不着”的碳排放投入大量的精力，持续探索构建精度高、操作易、可靠性好、成本低的“理想”方法。经研究，笔者认为城市尺度的碳排放数值不是一个“绝对”“唯一”“理想”的概念，更像是一个为了推动低碳发展而形成的“因时、因势、因地”而异的量化抽象概念，具有浓厚实践导向的特征。形成了“生产消费”“时空分配”和“实测”三大视角的方法（表1），为人们展示了多样而全面的城市碳排放图景，将是开展多元、全面低碳城市实践的重要方法依据，有助于全球“碳中和”目标的实现。因此，在更全面认识城市碳排放测算方法的基础上，笔者认为需要加强城乡规划方法与测算方法的结合。（1）注重低碳城市实践的公平性，加强消费视角导向的城乡规划方法研究。（2）构建基于多元视角的城市碳排放测算方法的低碳城乡规划工具组。（3）加强基于城市碳排放测算方法的低碳空间规划策略的研究。
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【doi】10.11819/cpr20241702a
王乙喆，东南大学建筑学院博士研究生，230228028@seu.edu.cn。
王兴平，东南大学建筑学院教授，博士生导师，东南大学可持续产业园区发展与规划国际合作研究中心主任，中国城市规划学会理事，本文通信作者。
陈秋伊，东南大学建筑学院硕士研究生。
【基金项目】国家社科基金重点项目“推动共建‘一带一路’沿线中国境外产业园区高质量发展研究”(编号：22AZD052)；江苏省研究生科研与实践创新计划项目(项目批准号：KYCX23_0313)；中央高校基本科研业务费专项资金“以人民为中心的城市老城区空间更新及治理对策研究”(2242023S30023)。【全文下载】文章已在知网发布，复制并搜索下方网址，或点击下方“阅读原文”，即可下载阅读全文。
https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=aHgEko1xHjhZFjKWLM1YAPWgdgIA7MWQal1fjE26MP6OWBkWUJFaGOopsypQREhSNl8viX2Ki5yl04amKEp0BbXwZTTpx8HBSFBjV1qJRW2kAKJTO6yuCllhP9fgOomqwZ1ktWGKNPI=&uniplatform=NZKPT&language=CHS
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