目前欧盟、中国、日本、韩国、加拿大,以及南非等国家或地区,已经公布了温室气体中和或者碳中和的目标,如果加上很可能很快也会提出碳中和目标的美国,全球有可能近70%的CO₂排放的国家或地区提出碳中和的目标。由于这些国家或地区是全球技术主导和经济主导地,因而全球2050年左右实现碳中和具有可行性。2050年左右实现碳中和,即和《巴黎协定》2℃目标,甚至和其1.5℃温升目标下的减排路径相一致。研究表明实现2050年左右碳中和有其可行性,实现该目标需要更多的技术创新,未来将是各个国家技术竞争和经济竞争阶段。

《巴黎协定》提出1.5℃目标以及中国2060年前达到碳中和的目标背景下,为研究实现1.5℃目标的技术路径,构建了综合性的能源-经济-环境系统模型,研究中国在2℃情景基础上实现1.5℃目标的额外减排要求、部门贡献和关键减排措施。结果显示,1.5℃情景要求到2050年CO₂排放量减少到6亿t。一次能源消费总量2045年达峰,峰值控制在68亿tce。能源结构实现大幅度优化,非化石能源占比达到67%,煤炭比例下降到16%。与2℃情景相比,2015—2050年1.5℃情景需要额外累积减排380亿t CO₂,额外减排量主要来自电力部门。在减排措施方面,额外减排主要来自新型低碳能源与生物质能结合碳捕集与封存(BECCS)技术。不同部门的主要减排措施存在差异,电力部门更多依赖BECCS等减排技术以实现较大幅度负排放,是实现1.5℃目标路径的关键因素。工业部门主要依赖能效提高。建筑和交通部门则更多依赖终端能源结构调整,氢能在其中发挥了较大作用。

为理清应对气候变化约束下推动电力系统转型中面临的挑战和潜力,形成有效精准抓手,研究从气候变化约束对电力需求的影响出发,系统梳理温升目标下电力系统转型路径相关研究,并通过综述在低碳转型过程中与电力系统密切相关的煤电退出问题、可再生能源并网问题以及电网优化问题提出相应政策建议。研究发现,温升约束下煤电规模需快速下降,可再生能源发电大规模并网及远距离输送将成为最显著的特征,气电将承担比现在更重大的责任,核电需抛开争议加速发展。加快完善市场化机制、严控煤电规模、着力提升能效、统筹加强灵活性资源管理以及优化跨区负荷管理应成为监管部门重点推进的方向。

为实现2℃全球温升控制目标,中国交通部门亟待低碳转型。分析了当前交通部门的温室气体排放现状和发展趋势,结合已有减排措施的减排潜力和减排成本,探究中国交通部门未来低碳发展的可能路径。在未来若干年,中国交通部门碳排放将长期保持较快增长,其中道路运输在总排放中的占比仍然较高,而民航运输碳排放增速最快。现有减排措施主要可分为交通运输结构优化、颠覆性交通技术、替代燃料技术和交通工具能效提升四类。为实现交通部门低碳转型,需采用更加严格的燃料经济性标准,推广替代燃料技术,并引导交通运输向低碳运输方式转变,实现结构优化。

作为全球煤电装机规模最大且仍在扩张的国家,中国需要慎重评估兑现《巴黎协定》温室气体减排承诺带来的潜在煤电资产搁浅问题。研究运用“上下交互”的碳锁定曲线模型,识别不同产能扩张情景下（无新增、新增200、300和400 GW）的搁浅煤电机组。首先,从“自上而下”角度匡算中国煤电行业2℃温升目标下的碳配额。然后,从“自下而上”角度,根据高精度的燃煤电站信息核算煤电累积CO₂排放量。最后基于“上下交互”模式筛选出搁浅燃煤电站,在此基础上运用现金流量法估算其潜在的搁浅价值,并对其关键因素进行敏感性分析。结果表明,在无新增情景下,煤电搁浅资产规模约为0.38万亿元;若继续增加200~400 GW煤电装机,则搁浅价值将较无新增情景增加3.7~8.2倍。因此,建议“十四五”期间应树立煤电规模峰值意识,严控煤电新增产能,避免错过最佳减排时机。

利用耦合单层城市冠层模型的中尺度数值模式WRF/UCM,选取8组不同反照率和绿化比例的屋顶冷却方案进行敏感性试验,模拟研究不同冷却屋顶方案对长三角城市群2013年夏季城市热环境的影响,并分析其影响机制。结果表明：不同冷却屋顶方案对城市群热环境的缓解效果与屋顶参数之间呈很强的线性关系。高温热浪天气下,HR4（反照率为1.0）和GR4（屋顶绿化率为100%）方案的制冷度日数分别降低了14.7%和10.9%,节约的能源比普通夏日更多。同时,高温热浪天气会增强热岛强度,高反照率屋顶方案在白天对热岛起到更有效的缓解,热浪天气下日平均热岛强度最大可降低1.36℃。相同方案下,在高温热浪天气下的缓解效果均胜于普通夏日,平均而言,高反照率屋顶和屋顶绿化的降温效果分别增大38.5%和34.9%,增湿效果分别增大29.5%和21.9%,这主要是由于在高温热浪天气下,高反照率屋顶方案能够减少更多的净辐射通量,屋顶绿化方案能够释放更多的潜热通量。此外,城市格点密集区域的降温效果优于分散的城市区域,处于城市群中的常州区域较单独的杭州区域的降温幅度平均高32%。

基于第六次耦合模式比较计划（CMIP6）,使用新一代全球模式BCC-CSM2-MR的历史试验和未来共享社会经济路径（SSPs）数据,依据Hadley中心的海表面温度和海冰密集度数据及NCEP/NCAR I再分析资料,评估了BCC-CSM2-MR模式对北极海冰及北极气候的模拟能力,并对未来变化进行了预估。结果表明：BCC-CSM2-MR模式可以较好再现北极海冰密集度、近地层大气平均温度和海表温度的多年平均空间分布特征。但模式对北极局地大气平均温度模拟存在一定偏差,可能在一定程度上导致相应地区海冰的模拟存在差异。21世纪,北极海冰范围持续减少,9月减少趋势显著,3月减少趋势相对较弱。3月北极大部地区表现为一致的增温,仅在北大西洋局部出现一定程度的降温,9月北极大气增温幅度弱于3月。与地表平均温度不同,3月和9月的北极大部地区海表温度均出现增加,且9月海表温度的增幅大于3月,仅拉布拉多海海温出现下降。

中国是煤转化的技术引领者,已建、拟建和审批了大量煤转化企业;随之带来了严峻的CO₂排放和水资源缺乏的问题。CO₂强化深部咸水开采（CO₂-EWR）技术是大规模CO₂减排和水资源开采的方法,特别适合缺水区域的煤化工行业。煤化工企业工艺排放的高浓度CO₂结合CO₂-EWR技术可以较低成本实现CO₂减排,并部分解决工业缺水的问题。研究首先建立了行业尺度的包括源汇匹配、技术经济评价、CO₂排放量评估和封存场地适宜性评价等方法的全流程碳捕集、利用和封存技术经济评估方法（ITEAM-CCUS),然后采用该方法对2018年的煤化工企业排放的高浓度CO₂开展全流程CO₂-EWR项目的源汇匹配、成本范围及减排潜力进行评价并得到：大部分的源汇组合分布在中国西北、华北及北部等干旱地区;基于煤化工厂2018年的实际产量和100%总产能计算,高浓度CO₂年排放量分别是190 Mt和1726 Mt;当全流程CO₂-EWR项目的平准化成本低于200元/t CO₂时,累计CO₂减排量分别为160 Mt/a与1569 Mt/a,地下水产量分别为241 Mt/a与2353 Mt/a。研究结果表明煤化工CO₂-EWR技术是中国煤化工行业低碳可持续发展的关键技术,也为中国部署大规模CCUS提供了低成本机会。

为快速掌握区域内全部水泥企业的碳排放情况,在部分企业实际生产数据未知时,也能建立其生产碳排放清单,文中基于熟料生产特征,构建了可根据设备设计产能和运行时长两种参数来核算企业CO₂排放的数值模型。以京津冀地区59条典型水泥熟料生产线的生产数据作为统计样本,借助Eviews对生产线的实际产能、熟料烧成煤耗与设计产能间的关系进行回归分析,并引入了生产时间修正系数,完成了CO₂核算模型的建立。将其应用到京津冀地区全部106条水泥熟料生产线中,得出 2018年度京津冀地区水泥熟料总产量,该核算值与数字水泥网发布的统计数据之间的相对误差均值为7.81%。通过核算,CO₂直接排放系数为0.93 t CO₂/t熟料,与国内均值相差7.27%。构建的核算模型与实际生产契合良好,更重要的是可以通过此数值模型自下而上建立区域内全部企业的CO₂排放清单,实现较高时空精度的清单网格化,并可与现有卫星遥感探测、移动监测设备所得的数据形成比对,使水泥行业的碳监测和减排政策的制定更具针对性。

中国在第75届联合国大会一般性辩论上提出2060碳中和目标。考虑到已有研究较少关注碳中和或缺少对其国际形势的认识,文中梳理分析了全球31个碳中和承诺国的目标内容和政策法规文件。通过对国际碳中和行动的趋势分析和评述,认为碳中和正在成为全球气候行动关注的重要内容,对于推进全球应对气候变化具有积极意义;而欧盟等发达国家/地区目前在碳中和行动中起到关键引领作用。对于国际碳中和行动,建议敦促美国、印度等排放大国加入全球碳中和目标愿景;各国应加强碳中和技术战略和政策路径设计,并通过国际合作平台扩展碳中和行动和气候合作内容。对于中国碳中和承诺,建议加强典型国家碳中和策略的研究分析,借鉴碳中和行动引领国家的技术路径、政策措施,以及在低碳复苏、社会公平转型等方面的先进经验;开展国际碳中和行动的追踪研究,寻求国际气候合作交流机遇,积极应对国际气候治理形势的变化。

三方合作是与传统的南南合作和南北合作模式互补的国际合作新模式。由于具有可充分调动多方资源、发达国家和新兴捐助国的互补效应强、形式灵活等优势,三方合作目前得到了越来越多国家和国际组织的关注和参与。2016年全球已有838个三方合作项目,经济发展与合作组织(OECD)发展援助委员会成员的2/3都在不同程度地参与三方合作项目,其中德国、日本、西班牙和美国参与的项目最多。新兴捐助国中参与三方合作项目最多的国家是智利和墨西哥。目前三方合作项目执行期较短、项目额度小,29%的项目提到了绿色目标。目前虽然气候变化三方合作的案例还不多,但是截至2018年底32个发展中国家和5个发达国家都提出要开展气候变化三方合作的兴趣。由于起步较晚,气候变化三方合作目前面临着资金不足、沟通协调过程复杂、合作成本高等问题。中国应积极探索气候变化三方合作,推动不同部门南南合作、三方合作和其他多边双边合作的资源统筹,并应增强项目管理的规范性,提高项目效果和影响。