beat3652021年10月8日電 劉歡副教授團隊首次實現了海運排放與全球貿易的定量關聯，通過整合經濟、交通和大氣科學領域的大數據和多學科方法，創新性地開發了包含兩個“自下而上”海運貿易排放評估模型的複合技術框架（VoySEIM-GTEMS），将國際海運排放表征由船隊結構追溯到百萬級雙邊貿易流，以貿易國家和商品維度解析了海運排放構成及排放效率，并挖掘了貿易夥伴優化中隐藏的可觀海運減排潛力，數字賦能推進海運全球減排框架的新設計，為引導國際合作促進海運碳減排提供方法學基礎和量化模型支撐。
海運作為國際貿易和全球經濟的支柱，占世界貿易量的80%以上。然而，繁榮的海上貿易每年帶來數十億噸溫室氣體（GHG）排放，給全球氣候變化帶來持續威脅。為此，國際海事組織宣布了一項減少海運GHG排放的“初步戰略”，設定了到2050年與2008年相比減排50%以上的目标。實現該目标不僅要依靠全球船隊技術疊代，還需要建立有效和穩定的減排機制。數十年來，政府組織、學術界、産業界等做出了諸多努力來探索海運排放責任分配方法，但由于國際船舶的流動性和運營的複雜性，單一強制的責任分配難以保證氣候、環境和法律等多方面的公平性，也因此，國際海運GHG排放尚并未納入《巴黎協定》。海運GHG減排的宏偉目标和責任分配的不可行性對尋求新的減排框架提出了迫切需求。
該研究首先基于全球船舶自動識别系統（AIS）大數據和國際航程出發國-到達國（OD）識别技術，開發基于航次的海運排放清單模型（VoySEIM），估算了79萬個國際船舶航程的CO2排放和單程船舶能效運營指數（EEOI），并建立具有高空間分辨率的全球排放清單（圖1a）。基于航程級别的船舶EEOI，研究進一步耦合國際雙邊貿易數據、建立國際标準化海運航線數據庫，開發全球貿易海運排放矩陣（GTEMS）模型，實現了全球約120萬精細規模全球雙邊貿易流驅動的國際海運排放量的評估（圖1b）。模型結果均表明，在環赤道走廊，特别是在東亞、東南亞、中東和歐洲水域，船舶排放量密集，航線CO2的最高排放強度高達每海裡22.1 Gg，位于連接東亞和歐洲的主要通道——馬六甲海峽附近。
圖1 基于VoySEIM和GTEMS模型估算的國際海運排放空間分布
（a）基于船舶識别航程的VoySEIM模型所估算的海運CO2排放，（b）基于雙邊貿易流量的GTEMS模型估算的海運CO2排放。圖b中船舶排放強度（單位為gCO2NM-1）表示通過各航線段的所有貿易運輸船舶的累積排放量，而TEEI-W（貿易排放效率指數，單位為gCO2ton-1NM-1）表示該航線的海運排放強度與其運輸的所有商品重量之比。
GTEMS以雙邊貿易數據為基礎建模，能夠有效克服基于AIS數據的OD航程中存在的轉運難題和空載航段的不确定性，在國家層面上實現了與貿易關聯的海運排放量表征（圖2）。在數千個國家級的貿易排放流中，前10個高排放流累計貢獻了全球海運排放量的17.2%，而以上十大貿易流對海運排放比例的貢獻約為其海運貿易總額（9.4%）貢獻的兩倍，這種差異表明了貿易發展帶來的經濟利益和對氣候的負面影響貢獻的不對等。然而，在海運責任分配中需要考慮的因素遠遠超出與雙邊貿易國直接關聯的海運排放。受貿易商品直接驅動的海運排放量需要歸因于遠多于其直接相關雙邊貿易商的國家，因為受益者還包括供應鍊中的上遊和下遊國家。可以預見，與直接貿易出口國和進口國相比，按照初始生産者或最終消費者進行的海運排放分配可能在國家一級産生不同的責任，表明按貿易分配海運排放責任方面的潛在不公平性。而GTEMS模型标志着将全球海運排放分解為貿易夥伴、出口國和進口國的方法更為合理，它可以作為一個評估框架，支持貿易夥伴在減排方面的合作。
圖2 國際海運二氧化碳排放和貿易排放效率矩陣
（a） 海運排放矩陣，（b）以重量計的貿易排放效率指數矩陣（TEEI-W），（c）以價值計的貿易排放效率指數矩陣（TEEI-V）。
該研究首次在全球尺度實現了海運排放與貿易驅動力的定量關聯，構建了GTEMS-VoySEIM模型系統作為基準工具，将對國際海運排放的理解從運輸載體維度擴展到了貿易驅動力。而這一擴展帶來了重要的新認識和應用前景。
首先，提升了貿易關聯的海運排放效率的透明度，有助于加速行業技術減排。傳統運輸載體視角的國際海運排放評估僅反映船隊效率，對決策者的管控支撐作用弱，也無法撬動貿易國這一利益相關方在海運減排上的積極性；而國家貿易視角的海運排放效率，将評估對象從船舶轉移為貿易國，有助于推進各國積極尋求高效低排的海運技術方案，為先進技術營造了市場需求，從而促進海運行業減排技術的發展和應用。
其次，揭示了優化貿易對于海運減排的巨大潛力，點燃由末端治理向驅動力調控轉變的星星之火。近年來船舶脫碳主要以船舶技術和運營措施為手段，削減量難以抵消海運需求增量，海運業實現2050減排50%目标依然困難重重。該研究的模拟情景表明，在不改變各國進出口基本量的情況下，僅優化國際貿易夥伴一項措施就可以取得38%的總減排效益，潛力巨大。該定量結果有助于提振海運業脫碳信心，更重要的是，在行業内部調控策略之外，展示了驅動力調控的光明前景，促進國際社會尋求多角度系統性的海運減排。
最後，構建基準工具，促進設計基于雙邊貿易能效的全球船舶減排框架體系。外部性調控對學科融合要求高，研究耦合經濟、交通、大氣科學方法建立GTEMS-VoySEIM模型系統。面對國際海事組織設立的海運減排宏偉目标，該模型系統可以作為基準工具，長期評估耦合經濟和技術減排情景的綜合減排效益，支持海運業和全球貿易網共同努力應對全球氣候變化。
10月7日，該項研究成果以“貿易關聯的海運二氧化碳排放”（Trade-linked shippingCO2emissions）為題發表在《自然·氣候變化》（Nature Climate Change）上。beat365劉歡副教授為論文通訊作者和共同第一作者，beat365博士研究生王小桐為該文的第一作者，博士研究生呂兆豐、鄧梵淵分别為第二和第三作者，賀克斌院士為共同作者。本研究受到國家自然科學基金優秀青年基金的資助。
論文鍊接：
https://www.nature.com/articles/s41558-021-01176-6
信息來源：清華新聞網
