制定本地化的气候减排策略需要了解全球消费如何以精细的空间分辨率驱动局部二氧化碳(CO2)排放。目前尚无研究在同时考虑国际和省际贸易的情况下，对全球碳足迹在中国——世界上最大的CO2排放国——进行空间显式映射。本文使用详细的企业级排放清单，绘制了2012年由全球消费驱动的中国CO2排放的高分辨率地图（10公里×10公里）。
结果显示，国外地区的碳足迹主要集中在长三角、珠三角和华北平原等重要制造中心。约1%的土地面积承载了中国75%的全球碳足迹。中国的碳足迹热点是中国与排放驱动方之间合作减排的关键地点。
第一作者：Yuantao Yao
通讯作者：Shen Qu
通讯单位：密歇根大学，环境与可持续发展学院
获取方式：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15883-9
引 入
中国是全球最大的温室气体排放国，长期以来是各种工业和消费品的主要生产国。鉴于中国约四分之一的国内生产总值（GDP）来自出口，中国的大量温室气体排放可归因于其他国家和地区的最终消费。现有研究已在国家或省级层面探讨了中国的全球碳足迹，但缺乏明确的空间排放分布图。尽管已有研究在全球范围内包括中国在内的国家进行了空间显式的碳足迹热点映射，但并未考虑中国国内的区域间贸易。由于中国区域经济的异质性，同一产品在不同地区的碳足迹可能存在显著差异。
在此研究中，通过国际和省际贸易，将2012年中国大陆内部的二氧化碳（CO2）排放空间显式与全球最终消费者联系起来。首先将中国的省际多区域投入产出（MRIO）模型嵌入全球MRIO模型中。然后将中国最新、最详细的空间显式CO2排放清单链接到嵌套的MRIO模型。这些高质量和精细尺度的清单来自对所有产生CO2排放行业的个体企业的大规模自下而上的调查。所得的碳足迹地图显示了中国各区域碳足迹的位置和规模，空间分辨率为10×10公里。这些详细的碳足迹地图为基于消费的政策制定提供了指导，以避免碳泄漏，并为中国非国家行为者的减排措施识别排放热点。
2012年中国的碳足迹热点
外国消费驱动的总碳足迹为1466百万吨（Mt），占2012年中国与工业相关的CO2排放总量的14.6%。此排放量（1466 Mt）仅次于中国大陆、美国、印度和俄罗斯，居全球第五位。
2012年中国大陆的全球和地区消费碳足迹热点。
图a显示了外国最终消费的碳足迹（CF）热点。
图b至d分别展示了美国、香港和日本的消费碳足迹热点。
美国、香港和日本在中国的消费碳足迹占比为前3，分别为23.0%、10.8%和9.0%。
全球消费驱动的碳足迹热点主要集中在长江三角洲（如上海、宁波、苏州、徐州、南京）、华北平原（如天津、唐山、北京、邯郸）和珠江三角洲（如东莞、广州、佛山）等制造业和出口枢纽。
其他碳足迹热点散布在中国北部、中部和南部的主要制造业地区，如鄂尔多斯、攀枝花、临汾和平顶山。
作为中国最大的出口目的地，美国也对中国的全球碳足迹占比最大。美国在中国的碳足迹热点位于长江三角洲，特别是在上海、苏州、宁波、徐州等城市，珠江三角洲则集中在东莞、广州、佛山、惠州等城市，以及京津冀地区的天津和唐山。所有这些城市都是中国的重要制造基地，大多数城市有港口或靠近海运港口。这些港口的出口推动了这些城市的大量CO2排放。
香港作为中国的特别行政区，其消费高度依赖中国大陆。此外，中国大量的出口通过香港转口，因此香港在中国大陆的碳足迹很大。大约70%的香港碳足迹由家庭最终消费（44.9%）和固定资产形成总额（25.7%）驱动。香港在中国大陆的碳足迹热点主要集中在长江三角洲，尤其是上海、宁波和苏州，以及珠江三角洲的东莞、广州和佛山。其他热点城市包括天津、唐山、北京和鄂尔多斯。
日本是世界第三大经济体，也是中国仅次于美国的第二大出口目的地（不包括香港）。日本在中国的碳足迹热点显著集中在长江三角洲的上海、宁波和苏州，同时散布在华北平原沿海地区。近90%的日本碳足迹由家庭最终消费（63.1%）和固定资产形成总额（26.2%）驱动。
全球碳足迹在中国高度集中。中国仅1%的土地面积涵盖了全球消费碳足迹的约75%。在中国仅需略高于2.2%的土地面积即可包含90%的碳足迹。这片相对较小的区域对应中国的制造业中心—长江三角洲、珠江三角洲和华北平原—这些地区的CO2排放源自为出口生产商品。
2012年中国选定区域碳足迹的空间分布。
它显示了容纳区域碳足迹所需的中国最小土地面积比例。横轴代表中国陆地表面的土地面积比例，纵轴代表中国境内碳足迹的比例。
出口驱动的CO2排放的空间分布与从中国高分辨率排放数据库（CHRED）直接获得的14.6%排放比例图明显不同。这些10×10 公里网格中的差异主要集中在长江三角洲的城市，如上海（绝对差值总量为37.9 Mt，实际差值总量为–33.7 Mt）、宁波（16.0和–15.5 Mt）、苏州（12.6和–12.4 Mt），以及珠江三角洲的广州（10.1和–8.6 Mt）、佛山（8.1和–8.0 Mt）、惠州（6.8和–6.3 Mt）。其他明显差异的城市包括北京（7.2和–3.4 Mt）、平顶山（6.0和6.0 Mt）、武汉（4.8和4.8 Mt）等。这些差异热点表明了提高中国碳足迹分析准确性的重要性。
原始CHRED排放图的14.6%与出口驱动的碳足迹图之间的排放差异。
蓝色网格表示这些网格中的原始CHRED排放的14.6%低于出口驱动的碳足迹，而红色网格则表示相反的情况。
中国各行业的碳足迹热点
在所有出口行业中，高耗能产业是主要贡献者，包括电力、蒸汽、燃气及水的生产和供应行业（S22，占42.3%）、金属冶炼及压延加工业（S14，占13.6%）、非金属矿物制品业（S13，占11.5%）、石油加工、炼焦及核燃料加工业（S11，占8.7%）以及化学制品业（S12，占7.9%）。其他行业的贡献相对较小，从其他制造业（S20，0.03%）到煤炭开采和洗选业（S2，3.9%）。
S22（电力、蒸汽、燃气及水的生产和供应行业）是中国最大的CO2排放行业，占2012年工业相关CO2排放的40.2%。由于中国的资源禀赋，煤炭在电力生产的能源结构中占主导地位，导致了显著的排放量。该行业的排放强度（每单位产出的CO2排放量）在31个省中的23个省中是所有25个行业中最高的，范围从北京的0.73 tCO2/kUSD到内蒙古的11.76 tCO2/kUSD。从中国的多区域投入产出（MRIO）表中可以看出，只有广东、云南、广西、内蒙古、北京、吉林、新疆和黑龙江（按出口价值降序排列）这八个省份在2012年出口了电力，且出口价值仅占总出口的0.06%。出口至非中国邻国（如美国和日本）的电力是由于外国飞机或船只在中国使用电力所致。中国某省S22的出口驱动碳足迹不仅直接来自S22产品（电力）的出口，还通过其他产品的出口间接驱动，导致中国大陆范围内大量的碳足迹。S22的碳足迹热点主要分布在环渤海和长三角地区，集中在上海、宁波和镇江等城市。其他热点分布在中国北部，特别是西北和东北地区，那里有许多发电厂。
不同部门中由出口驱动的碳足迹热点。
图a显示了由电力、蒸汽、煤气和水的生产和供应部门出口驱动的碳足迹热点。
图b则展示了由金属冶炼和加工部门出口驱动的碳足迹热点。
中国是全球最大的钢铁生产国和出口国。出口导致S14行业（金属冶炼及压延加工业）的碳足迹热点集中在上海北部，以及河北省的唐山和邯郸，山西省的临汾和运城，辽宁省的鞍山和本溪。这些城市是主要的钢铁制造基地，消耗大量煤炭。与S22行业（电力、蒸汽、燃气及水的生产和供应行业）出口驱动的碳足迹热点不同，S14行业（金属冶炼及压延加工业）的碳足迹热点还分布在中国南方。
S13（非金属矿物制品业）、S11（石油加工、炼焦及核燃料加工业）和S12（化学制品业）行业因出口产品驱动的碳足迹热点显示出不同的空间分布模式。S13的碳足迹热点主要位于黑河-腾冲线以南，特别是广东省的清远、佛山、肇庆和惠州，以及福建省的龙岩。其中，清远、惠州和龙岩是水泥生产的十大起源地之一。出口驱动的S11行业碳足迹热点集中在上海、唐山、天津以及华北平原中部，这些地区有一些大型炼油厂。其他热点分布在大连、广州和宁波。S12行业的出口驱动碳足迹热点位于长三角和珠三角的上海、惠州、扬州和镇江。
中国碳足迹热点按最终需求类别划分
在六类最终需求中，家庭最终消费约占中国出口总碳足迹的一半（48.4%），其次是固定资本形成总额（28.5%）。中国出口的主要是消费品和用于生产其他地区消费品的中间产品，因此家庭最终消费是全球碳足迹在中国的最大驱动因素。相比之下，由于基础设施建设和城市化迅速发展，中国国内的最终需求以固定资本形成总额为主（65.1%），其次是城市家庭消费（19.5%）和农村家庭消费（6.2%）。
全球家庭最终消费的碳足迹热点主要位于长三角和珠三角的城市，如上海、宁波、苏州、东莞和广州。
全球固定资本形成总额的碳足迹热点主要集中在长三角，包括上海、苏州、宁波和南京。
其他热点可见于鞍山、平顶山、韶关、攀枝花和本溪，这些城市是中国钢铁生产的关键中心。
由出口驱动的两种不同最终需求类别的碳足迹热点图。
图a显示了由出口驱动的家庭消费碳足迹热点。
图b显示了由出口驱动的固定资本形成总额碳足迹热点。
美国的碳足迹热点
2012年，美国是中国二氧化碳排放的最大驱动因素（337百万吨），其中近一半由家庭最终消费驱动（49.2%），其次是固定资本形成总额（17.1%）、服务家庭的非营利机构（11.9%）、政府最终消费（9.1%）、库存变化（7.5%）以及贵重物品的购置减出售（5.2%）。作为高度工业化和全球最大的经济体，美国的基础设施和机械发展更为成熟，其固定资本形成总额占GDP的比例低于其他国家，导致其碳排放比例相对较低。总体来看，资本形成（包括固定资本形成总额和库存变化）驱动的碳足迹比例与香港（25.7% + 1.8%）和日本（26.2% + 0.1%）相近。
2012年，美国主要从高科技和重工业进口了价值223亿美元的产品，包括广东、江苏、上海和浙江的电子设备及仪器仪表行业（S19，占60.6%）以及通用及专用机械行业（S16，占15.9%），用于固定资本形成。同时，美国从广东、江苏、上海、浙江和福建进口了5.5倍的主要来自S19（29.6%）、纺织服装、皮革、毛皮及其制品行业（S8，22.4%）以及造纸、印刷、文具等行业（S10，17.2%）的产品，用于家庭最终消费，这些产品大部分碳密集度较低。然而，由家庭最终消费引起的碳足迹仅是由固定资本形成引起的2.9倍，这意味着用于资本形成的产品生命周期（如基础设施建设和机械）比家庭消费品更具碳密集性。国内生产技术的升级需要资本形成，这可能会导致全球供应链中的显著碳排放。因此，使用改进的信息管理这些碳泄漏至关重要。
美国家庭最终消费引起的碳足迹热点主要出现在上海、宁波、东莞、苏州、嘉兴、平顶山、镇江和台州（浙江）。以上海为例，尽管其GDP的50%以上来自服务业，但该市仍有大量制造业。约50%的工业产出来自碳密集的重工业，使上海成为中国二氧化碳排放最多的城市，占全国总量的2.09%。其他热点城市主要以轻工业或高科技产业为主，为国内消费和出口生产大量消费品。
由美国两种不同的最终需求类别驱动的碳足迹热点图。
图a显示了由家庭消费驱动的碳足迹热点。
图b显示了由固定资本形成驱动的碳足迹热点。
在行业层面上，美国家庭最终消费驱动的最大碳足迹主要来自S22（电力、蒸汽、燃气及水的生产和供应行业）（42.7%）。相关的碳足迹热点主要位于宁波、上海、苏州和徐州。S14（金属冶炼及压延加工业）占美国家庭碳足迹的11.8%，主要热点城市包括上海、唐山、邯郸、南京、苏州、鞍山、韶关和本溪。值得注意的是，S13（非金属矿物制品业）的碳足迹热点（11.2%）包括清远、重庆、龙岩、佛山和肇庆，这些热点在之前的分析中较少出现。
美国固定资本形成驱动的碳足迹热点主要位于上海、苏州、唐山和天津。这些城市是电子设备和机械生产的重要基地，最终出口用于全球资本形成。除了家庭消费热点城市外，鞍山、平顶山和攀枝花等钢铁制造中心也是固定资本形成的碳足迹热点。
从行业角度来看，S22（电力、蒸汽、燃气及水的生产和供应行业）占美国固定资本形成驱动碳足迹的41.3%。这些出口产品主要来自S19（电子设备及仪器仪表行业）和S16（通用及专用机械行业），高科技和重型设备的生产需要大量电力，热点主要集中在华北平原和长三角地区，包括上海、苏州、徐州和宁波。S14（金属冶炼及压延加工业）和S13（非金属矿物制品业）分别贡献17.0%和16.4%，其热点分布与家庭消费驱动的碳足迹分布相似。
中国出口的大部分碳足迹（CF）集中在少数几个占地面积较小的枢纽区域。2012年的结果表明，中国工业相关的二氧化碳排放中有14.6%是由国外最终消费驱动的。
碳足迹热点主要位于长江三角洲、珠江三角洲和华北平原，尤其是在上海、宁波、苏州（江苏）、天津、唐山、徐州、南京和东莞等城市。
美国、香港和日本是中国碳足迹最大的三个地区。总体而言，中国1%的土地面积能承担约75%的全球碳足迹，而90%的全球碳足迹仅需略多于2.2%的土地面积。
中国出口驱动的二氧化碳排放约42%来自电力行业，其中上海、宁波、苏州和徐州等城市具有显著的碳足迹热点。
同时，中国碳足迹的10%以上来源于钢铁和水泥行业。钢铁行业的出口驱动碳足迹热点主要出现在上海、唐山、邯郸、南京和鞍山等城市，而水泥行业的出口则主要在珠江三角洲地区产生碳足迹热点。
中国出口驱动的1466百万吨CO2排放的责任应在国际供应链中分担，而不是仅仅由中国的排放行业或全球最终消费者承担。碳足迹地图比总排放量的比例排放地图更具操作性，对于中国的生产者和国外的消费者，启动针对碳足迹热点的合作减排行动。
考虑到当前的中美贸易争端，预计受到美国关税影响的中国出口商品将减少。因此，中国对美国出口的碳足迹热点图将相应变化。目前对中国进口商品施加的关税中，约50.2%与机电设备相关；对家具和照明、基础金属和运输设备的关税分别占12.0%、6.9%和6.2%。因此，美国在中国的碳足迹可能会相应减少，主要在重庆、宁波、上海、廊坊等城市。
中国的“一带一路”倡议预计将加强中国与“一带一路”国家（截至2020年1月约140个国家）的贸易关系，这些国家大多位于欧亚大陆，特别是东盟（东南亚国家联盟）。2012年的结果显示，“一带一路”国家的碳足迹热点广泛分布在中国东部、中部和北部地区。近年来，中国对“一带一路”合作伙伴国家的出口主要集中在机械和电气设备以及交通基础设施（如高速公路、铁路、港口等）和能源基础设施的材料上。未来，这些出口可能会转向高端制造业、信息技术、互联网应用等高质量生产能力的出口。因此，这些预计的出口增长将增加对电气机械、电子设备等的需求，碳足迹可能会在昆明、南京、宁波等城市相应增加。需要制定减排策略来应对这些地方预期的排放增加。
展 望
由于MRIO模型的固有假设，存在不确定性。中国是一个广阔的国家，拥有多个工业集群和经济区，其中一些由外国直接投资（FDI）支持以生产出口商品。因此，各国可能在中国拥有不同的区域供应链，导致相同类别的出口商品的排放热点空间分布不同。在本研究中，我们假设每个省的每种产品类别的出口分布与国家级别的分布相同，这可能与实际情况不一致，这是方法的一项限制，源于数据不可用。另一方面，中国的出口主要通过东部沿海地区，这些地区配备了许多世界级的港口。国际贸易的主要驱动力是低运输成本，来自中国沿海地区的进口运输成本应该差别不大。从这个角度来看，我们对省级出口分布份额的假设似乎是合理的。未来，按目的地的省级出口和按来源的进口的国际贸易数据可以大大改善结果。即使将中国的省际MRIO模型与全球MRIO模型整合，也代表了对中国空间显式碳足迹的重大改进，但基于城市间投入产出模型的更准确估算仍然是理想的。目前，这样的模型尚不存在，其发展可以为全球碳足迹的测量提供关键贡献。
采用相同的方法，还可以识别其他空气污染物和更广泛的环境影响的空间显式热点。未来的工作还可以研究中国全球环境足迹热点的时间和空间动态。这类信息对非国家行为体参与全球各种环境影响的减排变得越来越必要。
原标题：由全球消费驱动的中国CO2排放地图
作者：Yuantao Yao
来源：生态环境Advance（Nature Communications）
编辑：陈美珊
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