燃煤电厂作为中国最大的CO₂排放源,是中国实现碳中和目标的关键点。CO₂捕集、利用与封存（CCUS）技术是目前煤电行业实现深度减排的唯一途径,碳约束情景下,CCUS技术将在实现煤电碳达峰、碳中和目标中发挥不可或缺的作用。研究中首先使用综合环境控制模型（IECM）对燃煤电厂捕集技术环节的成本构成和经济性进行核算,得到中国燃煤电厂逐厂CO₂捕集成本和捕集量;其次,基于地质利用封存潜力及分布特征,构建CCUS源汇匹配优化模型,得到碳中和目标下的煤电CCUS项目分阶段布局方案;最后,以优化基础设施建设并通过规模经济降低成本为前提,使用聚类分析方法对煤电CCUS项目集群进行识别,进一步构建改进成本最小生成树模型,得到CCUS项目集群最低成本CO₂输送管道网络的路线优化策略。研究表明：碳中和目标约束下,需要对总装机容量约为355 GW的300个燃煤电厂进行CCUS技术改造,2030—2060年间可实现累积减排190.11 亿t CO₂。煤电CCUS项目集群主要分布在华中、华北和西北地区,通过建立CCUS枢纽以实现CO₂运输基础设施共享,在松辽盆地、渤海湾盆地、苏北盆地和鄂尔多斯盆地优先开展CCUS早期集成示范项目,能显著降低运输成本,推动CCUS技术大规模、商业化发展。

当前我国农村仍然面临着经济发展、清洁用能、环境保护、减少碳排放等多重问题,文中对我国农村地区发展屋顶光伏系统的资源潜力、技术方案、融资模式和重要意义进行了深入探讨和定量分析,结果表明,我国农村地区面临着能源、环境、经济发展的多重问题,“双碳”战略给解决“三农”问题提供了新的发展契机。发展以农村屋顶光伏系统为基础的新型农村能源系统是解决“三农”问题、实现乡村振兴的重点工作,也是我国建成新型电力系统、实现能源系统低碳转型的突破口和着力点。

氢能是中国能源系统低碳转型和实现2060年前碳中和目标的重要技术选择之一。根据原料来源可以将氢分为绿氢、蓝氢和灰氢,其制备成本和碳排放强度存在较大差异。文中以中国氢能生产现状为基础,建立基于学习曲线的平准化制氢成本（LCOH）模型,测算不同制氢技术从2020年到2060年的成本变化趋势。结果表明：现阶段灰氢成本最低,绿氢成本最高;到2030年绿氢成本将下降至20~25元/kg;2050年后,绿氢将成为成本最低的制氢方式（含碳排放成本),而且PEM（质子交换膜）电解水制氢的成本将低于AE（碱性）电解水制氢,光伏+PEM电解水制氢成本将下降至12元/kg。电解槽和电力成本下降是未来绿氢成本下降的主要驱动因素。敏感性分析表明,运营维护成本和关键技术学习率是影响绿氢成本下降速度的重要参数。

新疆是我国电力生产的主要地区,同时存在严重的水资源短缺问题。作为综合评价指标,水足迹可以用来量化分析电力生产中的水资源消耗及其水环境影响。文中基于投入产出和生命周期的混合生命周期模型对新疆地区2012年和2017年电力生产水足迹进行了量化研究,并对不同发电技术的水足迹贡献部门进行了分析。结果发现：因电力生产结构的变化和燃煤发电技术革新,新疆电力生产的单位水足迹由2012年的4.26×10^-3 m³/(kW∙h)下降到2017年的3.08×10^-3 m³/(kW∙h)。对不同发电技术的水足迹贡献部门分析发现,煤电和水电的间接水足迹分别主要来自采矿业和重工业,占比分别为60.3%和52.8%。风电和光伏发电的间接水足迹分别主要来自重工业和轻工业,占比分别为38.1%和56.0%。最后针对碳中和目标下新疆电力结构转型带来的水足迹变化进行分析,2017—2050年高比例的可再生能源发电将使新疆电力生产单位水足迹下降75%。

对5组区域气候模式集合模拟的中国径流深进行评估,并且预估了温室气体高排放情景RCP8.5下的未来变化。结果表明：多区域气候模式集合结果能够基本模拟出径流深的观测特征,对年径流深的空间分布特征模拟较好,但量值存在一定的系统偏差,特别是黄河中游、海河和松辽河存在明显的正偏差,且对全国9个流域片中东南、西南和西北诸河的年内分配总体模拟效果相对较差。未来到21世纪末,全国平均年径流深在各个时段都以增加为主,增加幅度多在5%以内。未来变化存在明显的空间差异,大致表现为“北增南减”的分布特征,但不会改变中国水资源南多北少的空间格局;其中,黄河、西南和西北诸河流域片呈显著的增加趋势,淮河、长江和东南诸河流域片呈现显著的减少趋势,海河、松辽和珠江流域的变化趋势不显著。21世纪末期各地的变化多在±30%以内,且多模式预估的正负变化一致性较高。到21世纪末期,各流域片平均的径流深季节分配总体特征没有明显变化,径流深的最大月份基本维持不变,分配比例的数值有±2%以内的变化,且各季节的增减变化存在明显流域间差异。

2009/2010年云贵地区（YGR）和2013年夏季中南地区（CSC）发生了近几十年以来最严重的干旱事件。文中对比了两次干旱事件的发展速度,基于水分收支原理,诊断影响干旱发展的物理过程。结果显示,CSC干旱发展前,温度升高,蒸散发增加,土壤湿度减少,高温和降水减少对干旱有触发作用;而YGR的降水减少使干旱开始发展。CSC干旱事件发展迅速,YGR干旱事件发展缓慢,同时前者干旱的维持和恢复时间也短于后者,这些差异与蒸散发过程强弱有关。CSC干旱事件发展阶段,蒸散发过程强,平均为4.7 mm/d,8 d时间,土壤湿度从45%减少到20%,促使干旱快速形成（典型骤发干旱）。YGR干旱发展阶段,蒸散发过程弱,平均为1.7 mm/d,土壤湿度从45%减少到20%历时2个多月（传统干旱）。蒸散发的强弱主要与区域大气柱的水汽净辐散有关。CSC干旱发展阶段,其大气柱水汽净辐散达每天3.1 kg/m²,增强了陆气水分交换,使蒸散发远大于降水,土壤湿度快速下降,加快干旱发展速度。YGR的区域大气柱水汽净辐散为每天1.1 kg/m²,只有CSC的1/3,使干旱发展缓慢。两个干旱事件的大气柱水汽净辐散主要发生在经向方向,即由区域北界相对较强的经向水汽输送引起。

梅里雪山地区是中国地形起伏最大的地区之一,其气候环境复杂多变、空间分异特征显著,对区域气温和降水的系统分析有助于揭示区域内冰川变化的原因和水文循环过程。站点观测的缺乏和再分析资料的低空间分辨率是精细刻画该地区气象条件的主要制约因素。研究中首先基于有限站点观测,采用尺度因子法和月尺度的回归校正对ERA5-Land产品进行校准;然后,考虑气温和降水的海拔效应,采用Anusplin插值的方式对校准后的结果进行统计降尺度。最终获得了梅里雪山地区近30年(1990—2020年）1 km空间分辨率的气温、降水数据,并以此分析了这一地区降水、气温的时空异质性及其在不同海拔梯度上的表现特征。结果表明,区域气温以0.15℃/(10 a)的速率呈显著上升趋势,且各季节升温的幅度及分布范围各异;降水则以-41.19 mm/(10 a)的速率呈显著下降趋势,整个区域呈“变暖变干”的倾向。区域增温具有明显的海拔依赖性,海拔低于4000 m和>5000 m时,增温不随海拔变化而变化,当海拔处于4000~5000 m时,增温幅度随海拔升高而增加。区域降水也具有显著的海拔梯度效应,当海拔<5000 m时,西坡降水随海拔的升高而减少,当超过该海拔后降水随海拔升高而增加;东坡降水始终随海拔升高而增加。梅里雪山气候变化的时空分异特征是大气环流背景和复杂地理环境共同作用的结果。区域持续的变暖及降水的减少可能会进一步加重该区冰川水资源的流失。

危险性、暴露度、脆弱性是极端低温事件风险评估的关键因素。基于1961—2015年中巴经济走廊地区逐日最低气温、人口和耕地等数据,选取极端低温事件强度、频次、持续时间,人口密度,耕地面积占比,植被覆盖度,数字高程模型（DEM),脆弱人口比重和性别比重9个指标,采用层次分析法和熵权法确定各指标组合权重,对中巴经济走廊地区极端低温事件进行风险评估,实现了中巴经济走廊极端低温事件不同风险等级（低、较低、中、较高、高风险）的区划。研究表明,中巴经济走廊内极端低温事件风险分布具有显著的空间差异,极端低温事件风险受极端低温事件强度、人口密度和地形影响较大。区域内绝大部分地区属于低风险地区,高风险地区有巴基斯坦的阿扎德克什米尔地区、吉尔吉特-巴尔蒂斯坦地区、开普省地区、联邦直辖部落地区和中国的喀什地区。其中,阿扎德克什米尔高风险面积占比最高（约35%),联邦直辖部落地区较高风险面积占比最高（约7.7%),吉尔吉特-巴尔蒂斯坦地区中风险地区面积占比最高（约24.6%);中风险地区占比超过10%的还有开普省（12.5%)、阿扎德克什米尔（20%)、联邦直辖部落地区（10.2%)、中国喀什地区（14.3%)。评估结果与历史灾情吻合,可为区域气象灾害风险评估和防灾减灾提供参考。

城市的低碳发展对于应对气候变化及实现我国“碳达峰、碳中和”目标起着至关重要的作用。在新的国土空间规划体系下,国土空间总体规划对城市的低碳发展影响重大。为解决现有的城市温室气体核算中存在的问题,使总体规划促进城市低碳发展,构建了国土空间总体规划温室气体核算模型。该模型基于“空间布局—用地类型—部门划分—模型方法”的框架,采用自上而下与自下而上相结合的方法,与国土空间规划要素紧密结合;建立了市域和中心城区两个层次的碳排放核算方法,并解决了中心城区的碳排放核算问题,可进行国际间比较;解决了总体规划能源预测不完善的问题,提出了不同的核算方法供灵活选择,与完全基于用地类型的方法相比,降低了不确定性。最后基于模型提出了评估总体规划低碳发展水平的核心指标与参考指标。

2011年以来,我国碳排放权交易市场建设不断加快,碳排放权交易机制不断健全完善,其中基准线法被确定为全国碳交易初始配额分配的主要方法。电解铝行业是我国能源消耗和碳排放的重点部门,尽早将该行业纳入碳市场对于行业减排、纵深推进全国碳市场交易以及应对国际碳边境调节机制政策均有重要意义。基于2018年电解铝行业直报的碳排放相关数据,确定了我国电解铝行业开展全国碳交易的基准线方案。结果显示,电解铝行业宜选取8.12~8.15 t CO₂/t铝作为基准线取值,不需设置区域差异调整系数。同时为保证电解铝行业碳交易的顺利开展,还需尽快确定行业配额方案,进一步完善企业排放量的监测、报告和核查以提高核查填报数据质量,以及进一步研究电解铝行业碳排放核算的范围。

干法制粉是陶瓷行业重要的节能减排技术之一,但目前并未得到广泛应用。文中以南、北方各一家代表企业作为案例,针对干法制粉开展减污降碳协同增效评估。通过文献调研和实地考证,采用产排污系数法计算了干、湿法制粉技术大气污染物和CO₂减排量,并进行了对比分析。结果表明,与湿法制粉工艺（天然气）相比,同样生产1 t粉料,干法制粉可以减少51%的CO₂排放;同时大气污染物明显下降,其中颗粒物降低了42%,NO_X下降了45%,SO₂降低了42%。协同控制交叉弹性分析结果进一步表明干法制粉在减排大气污染物的同时可以实现较好的温室气体减排效果。由于南、北方原料含水率的差异,北方干法制粉能耗与南方相比下降51%,在原料含水率较低的北方应用干法制粉减污降碳效果更好。