第38卷第1期 环境科学学报 VoL 38. No. 1 2018年1月 Acta scientiae circumstantiae Jan.,2018 DOl:10.1367 j. hjkxxb2017.0257 刘欢,商轶,金欣欣,等2018船舶排放清单研究方法及进展[J]环境科学学报,38(1):1-12 Liu H, Shang Y, Jin XX, et al. 2018.Review of methods and progress on shipping emission inventory studies[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 38(1): 船舶排放清单研究方法及进展 刘欢,商轶,金欣欣,付明亮 清华大学环境学院/环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100084 收稿日期:2017-05-24修回日期:2017-06-29用日期:2017-07-01 摘要:远洋船舶在港口和近海范围的排放清单是研究大气复合污染的形成和应对机制的迫 其动态、多源、跨国注册等特点,是源 清单研究中难度较大的部门本文对现有研究在全球、区域、港口尺度的数据需求、方法学和适用性进行了综述,对比评价了各方法的优缺点和 适用范围归纳了能提供高分辨率排放清单的方法体系其中燃油法更适用于全球清单计算,但不适用于区域清单;贸易法对基础数据要求较 低,但不确定度较大;统计法依赖统计数据,更适用于港口范围;动力法准确性最高,但对基础数据有较高要求.此外,从全球、区域港口尺度方 面介绍了船舶清单的研究进展,提出了未来改进清单面临的排放因子和AS数据方面的挑战,并展望子我国船舶排放清单研究的发展方向 关键词:船舶;大气污染;排放清单;排放因子 文章编号:0253-2468(2018)01-01-12 中图分类号:X51 Review of methods and progress on shipping emission inventory studies LIU Huan" SHANG Yi, JIN Xinxin, FU Mingliang State Key Joint Laboratory of EsPC, School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084 Received 24 May 2017 accepted I July 2017 Abstract: There is an urgent demand of developing port and regional shipping emission inventory in recent years. Shipping emission inventory is one of the most difficult issue in the emission inventory research, owing to its characteristics of mobility, multi-sources and transnational. This paper compares the methodology, data requirement and applicab he fuel-base method applies to large and long scale calculation, the trade-based method has lower requirement for data but reflects uncertainties, the statistics-based method applies to port scale and the activity-based method is used for calculation with higher spatial resoluti ogress of shipping emission inventory is reviewed including global regional and port scale. Furthermore, this paper sur g poor ion factor data and Als data, and provides an outlook of shipping emission inventory development in Chi Keywords: ships; air pollution; emission inventory: emission factor 1引言( Introduction) 污染物,例如二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NO2)、颗 粒物(PM)、黑碳(BC)、一氧化碳(CO)、挥发性有机 海运是全球经济的基石虽然海运是公认的相物(VOC)、二氧化碳(CO2)和氨,及在高浓度烟气中 对绿色环保的交通方式之一,但船舶发动机功率普经快速反应过程形成的二次细颗粒物( Corbett and 遍较大,加上船舶普遍采用油品质量较差、高硫含 Fischbeck,1997).绝大部分远洋船使用大型压燃式 量的重油,船舶排放仍然相当巨大此外,相比于机发动机,且大部分船舶没有加装尾气后处理装置 动车和非道路移动机械来说,船舶的排放控制政策尾气中PM、BC、硫氧化物(SO,)和NO等污染物的 与措施仍处于起步阶段,使得船舶排放问题更为排放量很高此外,远洋船主要使用燃料油(也称为 严重 渣油或重油)来提供动力、供热和电力,船用燃料油 船舶排放的物质主要包括气态和颗粒态一次含硫量高(硫含量3.5%),是2018车用柴油标准的 基金项目:国家自然科学基金(No.91544110) Supported by the National Natural Science Foundation of China( No. 91544110 作者简介:刘欢(1983-),女,E-mail:liueny@tsinghua.edu.cn;*责任作者,E-mal:liuent@tsinghua.edu.cr BiographyLIUHuan(1983--),female,E-mail:liu_env(@tsinghua.edu.cn;Correspondingauthor,E-mail;liu_env(@tsinghua.edu.cn
第 ３８ 卷第 １ 期 ２０１８ 年 １ 月 环 境 科 学 学 报 Ａｃｔａ Ｓｃｉｅｎｔｉａｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１ Ｊａｎ．， ２０１８ 基金项目： 国家自然科学基金（Ｎｏ．９１５４４１１０） Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （Ｎｏ． ９１５４４１１０） 作者简介： 刘欢（１９８３—），女，Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｌｉｕ＿ｅｎｖ＠ ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ； ∗责任作者，Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｌｉｕ＿ｅｎｖ＠ ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ： ＬＩＵ Ｈｕａｎ（１９８３—）， ｆｅｍａｌｅ， Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｌｉｕ＿ｅｎｖ＠ ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ； ∗Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ，Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｌｉｕ＿ｅｎｖ＠ ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ ＤＯＩ：１０．１３６７１ ／ ｊ．ｈｊｋｘｘｂ．２０１７．０２５７ 刘欢，商轶，金欣欣，等．２０１８．船舶排放清单研究方法及进展［Ｊ］．环境科学学报，３８（１）：１⁃ １２ Ｌｉｕ Ｈ，Ｓｈａｎｇ Ｙ，Ｊｉｎ Ｘ Ｘ， ｅｔ ａｌ． ２０１８．Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｓｔｕｄｉｅｓ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｓｃｉｅｎｔｉａｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，３８（１）： １⁃ １２ 船舶排放清单研究方法及进展 刘欢∗ ，商轶，金欣欣，付明亮 清华大学环境学院／ 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京 １０００８４ 收稿日期：２０１７⁃ ０５⁃ ２４ 修回日期：２０１７⁃ ０６⁃ ２９ 录用日期：２０１７⁃ ０７⁃ ０１ 摘要：远洋船舶在港口和近海范围的排放清单是研究大气复合污染的形成和应对机制的迫切需求，船舶因其动态、多源、跨国注册等特点，是源 清单研究中难度较大的部门．本文对现有研究在全球、区域、港口尺度的数据需求、方法学和适用性进行了综述，对比评价了各方法的优缺点和 适用范围，归纳了能提供高分辨率排放清单的方法体系．其中燃油法更适用于全球清单计算，但不适用于区域清单；贸易法对基础数据要求较 低，但不确定度较大；统计法依赖统计数据，更适用于港口范围；动力法准确性最高，但对基础数据有较高要求．此外，从全球、区域、港口尺度方 面介绍了船舶清单的研究进展，提出了未来改进清单面临的排放因子和 ＡＩＳ 数据方面的挑战，并展望了我国船舶排放清单研究的发展方向． 关键词：船舶；大气污染；排放清单；排放因子 文章编号：０２５３⁃２４６８（２０１８）０１⁃ ０１⁃ １２ 中图分类号：Ｘ５１ 文献标识码：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ＬＩＵ Ｈｕａｎ ∗ ，ＳＨＡＮＧ Ｙｉ，ＪＩＮ Ｘｉｎｘｉｎ，ＦＵ Ｍｉｎｇｌｉａｎｇ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｊｏｉｎｔ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ ＥＳＰＣ， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ２４ Ｍａｙ ２０１７； ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｉｎ ｒｅｖｉｓｅｄ ｆｏｒｍ ２９ Ｊｕｎｅ ２０１７； ａｃｃｅｐｔｅｄ １ Ｊｕｌｙ ２０１７ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ｕｒｇｅｎｔ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｐｏｒｔ ａｎｄ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ． Ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｉｓｓｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ， ｏｗｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｏｂｉｌｉｔｙ， ｍｕｌｔｉ⁃ｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ｔｒａｎｓｎａｔｉｏｎａｌ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｐａｒｅｓ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ， ｄａｔａ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔｌｙ ｓｔｕｄｉｅｓ． Ｗｅ ｆｉｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｕｅｌ⁃ｂａｓｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｐｐｌｉｅｓ ｔｏ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｌｏｎｇ ｓｃａｌｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｔｒａｄｅ⁃ｂａｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｌｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｄａｔａ ｂｕｔ ｒｅｆｌｅｃｔｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ， ｔｈｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ⁃ｂａｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ａｐｐｌｉｅｓ ｔｏ ｐｏｒｔ ｓｃａｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ⁃ｂａｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｇｌｏｂａｌ， ｒｅｇｉｏｎａｌ ａｎｄ ｐｏｒｔ ｓｃａｌｅ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｅｎｔ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｏｏｒ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ ｄａｔａ ａｎｄ ＡＩＳ ｄａｔａ， ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａｎ ｏｕｔｌｏｏｋ ｏｆ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｓｈｉｐｓ；ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ；ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ １ 引言（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ） 海运是全球经济的基石．虽然海运是公认的相 对绿色环保的交通方式之一，但船舶发动机功率普 遍较大，加上船舶普遍采用油品质量较差、高硫含 量的重油，船舶排放仍然相当巨大．此外，相比于机 动车和非道路移动机械来说，船舶的排放控制政策 与措施仍处于起步阶段，使得船舶排放问题更为 严重． 船舶排放的物质主要包括气态和颗粒态一次 污染物，例如二氧化硫（ ＳＯ２ ）、氮氧化物（ＮＯｘ ）、颗 粒物（ＰＭ）、黑碳（ＢＣ）、一氧化碳（ＣＯ）、挥发性有机 物（ＶＯＣ）、二氧化碳（ＣＯ２ ）和氨，及在高浓度烟气中 经快速反应过程形成的二次细颗粒物（Ｃｏｒｂｅｔｔ ａｎｄ Ｆｉｓｃｈｂｅｃｋ， １９９７）．绝大部分远洋船使用大型压燃式 发动机，且大部分船舶没有加装尾气后处理装置， 尾气中 ＰＭ、ＢＣ、硫氧化物（ ＳＯｘ）和 ＮＯｘ等污染物的 排放量很高．此外，远洋船主要使用燃料油（也称为 渣油或重油）来提供动力、供热和电力，船用燃料油 含硫量高（硫含量 ３．５％），是 ２０１８ 车用柴油标准的 环境科学学报
环境科学学报 38卷 3500倍船舶燃料油经过发动机的燃烧,其中主要沉降总量增加了约15%( Collins etα.,2009).而北 的硫转化成SO2,另外一小部分被氧化为三氧化硫半球夏季出现的严重海洋酸化现象也被认为是受 (SO3),产生硫酸和硫酸盐气溶胶,直接以颗粒物形船舶排放影响( Hassell et al-,2013).远洋船排放的 式排出质量较差的船舶燃油加上大部分现役船舶SO,在海面上空与水汽结合,成为了云凝结核,从而 均未安装排放后处理设备,导致船舶单位功率的排表现出成云效应,影响大气循环和降雨在气候变化 放远高于机动车 方面,船舶的影响十分复杂.一方面,船舶排放的 船舶排放的NO占全球所有化石燃料源的15%CO2、以BC为主的颗粒物和间接生成的臭氧是航运 左右,SO2排放占所有人为源的4%~9%,CO2的排放导致全球变暖的主要因素;另一方面,船舶排放的 占所有化石燃料燃烧的2%左右( Corbett et al.,其他污染物,如硫酸盐气溶胶、NO,和有机气溶胶则 199 ring et al,2005)船舶排放的颗粒物中,硫会导致气候变冷( Faber and Technica,2009; 酸盐占全球排放的23%-36%,硝酸盐占全球排放 Fuglestvedt et at,20)综上所述,基于船舶排放研 的0.1%~2.3%,BC占全球排放的0.4%~1.4%究其各项影响和生态、气候系统变化是当前国际研 ( Lauer et al.,2007).欧洲环境署2013年报告指出,究的热点问题 船舶排放对PM2浓度的贡献可达25%,其中对二次 船舶排放是我国区域大气污染源排放清单中 硫酸盐的贡献达到40%,而现有观测对于船舶排放重要但长期缺失的一部分,我国对于船舶排放清单 的覆盖严重不足( European Environment Agency,的研究还很不全面我国研究者们针对大气污染源 201)这些污染物与海陆天气气候系统相互作用(排放做了大量的研究各种陆地源的排放清单目渐 和影响,形成细颗粒物和臭氧等二次污染物,并且⌒完善,分辨率逐渐提高、不确定性日益降低,这些研 随着海陆风,能够向大范围的陆地区域输送并进一究工作为大气复合污染的形成和应对机制研究提 步反应对人体健康和生态系统带来严重危害,并供了重要的清单支持( Zheng et al.,200hang 导致不可忽视的气候变化效应 2009; Li et aL., 2014; Huang et aL., 2011). 由于船舶排放区域与人口密集区高度重合,且而与陆地源排放清单相比,船舶排放,特别是对近 大部分时间船舶都是处于近海或近岸航行状态,污海船舶排放清单的系统研究,对于我国是一个从无 染物排放后经风力输送扩散,会对处于港下风向到有填补空白的过程如果清单在空间范围上均局 地区的空气质量和公众健康都造成很大影响即使~限于陆地,而在陆海交界处由高排放突变为零,则 是远洋船舶,59%~86%的排放发生在距离海岸线、会带来以下问题:①排放与观测不符国际上研究表 200海里的范围内( European Environment agency,明同地区卫星反演的柱浓度显示在近海范围的污 2013). Corbett等的研究发现,2001年全球远洋船染物浓度仍然较高( Huang et al.,2011),且船舶排 PM3排放引发的心肺疾病导致的过早死亡人数达放引起的成云效应已经被观测证实( Capaldo et al! 60000中东亚地区(包括中国日本和韩国)的199),说明了近海范围不只是受陆地排放影响,也 过早死亡人数达1500人(Cdm以,207)美受到海面范围的排放影响②空气质量模拟不准由 国环保局(EPA)的研究表明;如果在美国大部分海于空气质量模式依赖于排放清单,且往往使用多层 岸线近岸海域没有对船舶排放进行控制,2030年会嵌套的大空间范围清单,船舶清单的缺失使得沿海 导致31000个居民的过早死亡(EPA,2009);根据地区的模拟准确度受到极大影响③源解析影响 Iiu等的研究,2013年东亚地区远洋船排放导致的2015年4月,环保部公布了9城市的大气颗粒物源 过早死亡人数约为14500~37500人( Liu et al.,解析结果,除上海的首要污染物来源为流动源外, 2016 其余城市,甚至天津、广州等港口城市,均未将船舶 船舶排放还会影响生态系统和全球气候变化.排放列入其中,主要原因是缺乏船舶排放清单,导 船舶排放的硫和氮化合物的沉降导致酸雨、土壤酸致在模型模拟中缺乏整个船舶运输部门,从而无法 化和氮富集等,影响生态系统( greaver et al.,实现全面的源解析 2012).国际航运对全球硫沉降和陆地硫沉降的贡献 我国是全球海运最繁忙、增速最快的区域之 率分别在5%和3%这一比例在船舶交通量大的地 主要航道如泛太平洋、亚欧、南北航道都以我国 区更高,如欧洲地区船舶排放使得硫酸盐和硝酸盐为起点或终点( Asriotis etα.,2014).2016年世界前
环 境 科 学 学 报 ３８ 卷 ３５００ 倍．船舶燃料油经过发动机的燃烧，其中主要 的硫转化成 ＳＯ２ ，另外一小部分被氧化为三氧化硫 （ＳＯ３ ），产生硫酸和硫酸盐气溶胶，直接以颗粒物形 式排出．质量较差的船舶燃油加上大部分现役船舶 均未安装排放后处理设备，导致船舶单位功率的排 放远高于机动车． 船舶排放的 ＮＯｘ占全球所有化石燃料源的 １５％ 左右，ＳＯ２排放占所有人为源的 ４％ ～９％，ＣＯ２的排放 占所有化石燃料燃烧的 ２％ 左右 （ Ｃｏｒｂｅｔｔ ｅｔ ａｌ．， １９９９； Ｅｙｒｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２００５）．船舶排放的颗粒物中，硫 酸盐占全球排放的 ２．３％ ～３．６％，硝酸盐占全球排放 的 ０． １％ ～ ２． ３％， ＢＣ 占全球排放的 ０． ４％ ～ １． ４％ （Ｌａｕｅｒ ｅｔ ａｌ．， ２００７）．欧洲环境署 ２０１３ 年报告指出， 船舶排放对 ＰＭ２．５浓度的贡献可达 ２５％，其中对二次 硫酸盐的贡献达到 ４０％，而现有观测对于船舶排放 的覆 盖 严 重 不 足 （ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ａｇｅｎｃｙ， ２０１３）．这些污染物与海陆天气、气候系统相互作用 和影响，形成细颗粒物和臭氧等二次污染物，并且 随着海陆风，能够向大范围的陆地区域输送并进一 步反应，对人体健康和生态系统带来严重危害，并 导致不可忽视的气候变化效应． 由于船舶排放区域与人口密集区高度重合，且 大部分时间船舶都是处于近海或近岸航行状态，污 染物排放后经风力输送扩散，会对处于港口下风向 地区的空气质量和公众健康都造成很大影响．即使 是远洋船舶，５９％ ～ ８６％的排放发生在距离海岸线 ２００ 海里的范围内（ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ａｇｅｎｃｙ， ２０１３）．Ｃｏｒｂｅｔｔ 等的研究发现，２００１ 年全球远洋船 ＰＭ２．５排放引发的心肺疾病导致的过早死亡人数达 ６００００ 人，其中东亚地区（包括中国、日本和韩国）的 过早死亡人数达 １５０００ 人（Ｃｏｒｂｅｔｔ ｅｔ ａｌ．， ２００７）．美 国环保局（ＥＰＡ）的研究表明，如果在美国大部分海 岸线近岸海域没有对船舶排放进行控制，２０３０ 年会 导致 ３１０００ 个居民的过早死亡（ＥＰＡ， ２００９）；根据 Ｌｉｕ 等的研究，２０１３ 年东亚地区远洋船排放导致的 过早死亡人数约为 １４５００ ～ ３７５００ 人 （ Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ．， ２０１６）． 船舶排放还会影响生态系统和全球气候变化． 船舶排放的硫和氮化合物的沉降导致酸雨、土壤酸 化和 氮 富 集 等， 影 响 生 态 系 统 （ Ｇｒｅａｖｅｒ ｅｔ ａｌ．， ２０１２）．国际航运对全球硫沉降和陆地硫沉降的贡献 率分别在 ５％和 ３％．这一比例在船舶交通量大的地 区更高，如欧洲地区船舶排放使得硫酸盐和硝酸盐 沉降总量增加了约 １５％（Ｃｏｌｌｉｎｓ ｅｔ ａｌ．， ２００９）．而北 半球夏季出现的严重海洋酸化现象也被认为是受 船舶排放影响（Ｈａｓｓｅｌｌ ｅｔ ａｌ．， ２０１３）．远洋船排放的 ＳＯｘ在海面上空与水汽结合，成为了云凝结核，从而 表现出成云效应，影响大气循环和降雨．在气候变化 方面，船舶的影响十分复杂． 一方面，船舶排放的 ＣＯ２ 、以 ＢＣ 为主的颗粒物和间接生成的臭氧是航运 导致全球变暖的主要因素；另一方面，船舶排放的 其他污染物，如硫酸盐气溶胶、ＮＯｘ和有机气溶胶则 会 导 致 气 候 变 冷 （ Ｆａｂｅｒ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａ， ２００９； Ｆｕｇｌｅｓｔｖｅｄｔ ｅｔ ａｌ．， ２００９）．综上所述，基于船舶排放研 究其各项影响和生态、气候系统变化是当前国际研 究的热点问题． 船舶排放是我国区域大气污染源排放清单中 重要但长期缺失的一部分，我国对于船舶排放清单 的研究还很不全面．我国研究者们针对大气污染源 排放做了大量的研究，各种陆地源的排放清单日渐 完善，分辨率逐渐提高、不确定性日益降低，这些研 究工作为大气复合污染的形成和应对机制研究提 供了重要的清单支持 （ Ｚｈｅｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２００９； Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２００９； Ｌｉ ｅｔ ａｌ．， ２０１４； Ｈｕａｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２０１１）．然 而与陆地源排放清单相比，船舶排放，特别是对近 海船舶排放清单的系统研究，对于我国是一个从无 到有、填补空白的过程．如果清单在空间范围上均局 限于陆地，而在陆海交界处由高排放突变为零，则 会带来以下问题：①排放与观测不符．国际上研究表 明，同地区卫星反演的柱浓度显示在近海范围的污 染物浓度仍然较高（Ｈｕａｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２０１１），且船舶排 放引起的成云效应已经被观测证实（Ｃａｐａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．， １９９９），说明了近海范围不只是受陆地排放影响，也 受到海面范围的排放影响．②空气质量模拟不准．由 于空气质量模式依赖于排放清单，且往往使用多层 嵌套的大空间范围清单，船舶清单的缺失使得沿海 地区的模拟准确度受到极大影响．③源解析影响． ２０１５ 年 ４ 月，环保部公布了 ９ 城市的大气颗粒物源 解析结果，除上海的首要污染物来源为流动源外， 其余城市，甚至天津、广州等港口城市，均未将船舶 排放列入其中，主要原因是缺乏船舶排放清单，导 致在模型模拟中缺乏整个船舶运输部门，从而无法 实现全面的源解析． 我国是全球海运最繁忙、增速最快的区域之 一，主要航道如泛太平洋、亚欧、南北航道都以我国 为起点或终点（Ａｓｒｉｏｔｉｓ ｅｔ ａｌ．， ２０１４）．２０１６ 年世界前 ２ 环境科学学报
1期 刘欢等:船舶排放清单研究方法及进展 十大和前二十大港口中国分别占据了7个和11个排放变化;③流动性强不同于车辆、施工机械等,船 (包括香港港)( UNCTAD,2016; UNCTAD,2015).舶的流动性更强,在我国注册的船舶与在我国海域 我国港口每年处理全球三成的集装箱、近四成的杂行驶、周转的船舶南辕北辙.建立船舶清单时无法通 散货吞吐(冯淑慧等,2014).尽管这些海运活动构过注册量进行排放估算,也难以获得外籍船舶的相 成了全球经济的基石,但也加剧了港口和周边地区关信息例如Liu等(2016)建立的2013年东亚地区 的空气污染与全球其他重要港口地区相比,我国港远洋船舶排放清单中,不同国籍和不同目的地远洋 口所处地区人口密集度高,船舶活动频繁,且船舶船舶CO2排放占比差异巨大.因此,对于船舶这一污 排放控制政策和措施尚未全面普及,船舶造成的空染源来说,区域尺度的计算难度最大 气污染可能对国内港口城市居民的健康影响更大 总体来说,船舶排放清单是大气污染源清单建 因此,深入了解船舶排放源的排放特征,建立准确、立中难度最大的部门,船舶排放的这些特征对排放 高分辨率的排放清单,对于完善我国多种污染物的清单建立提出了更高的要求,一方面需要大量基础 排放清单、研究大气复合污染的形成和应对机制均工作获得足够可信的数据来描述船舶的流动、动态 有重要作用,既是国际上的学术前沿,又具有关系和多源运行参数,另一方面需要建立合适的技术方 我国国计民生的重要意义 法对这一复杂体系,搭建不同区域尺度的排放清单 2与清单建立相关的船舶排放特点( Shipping3船舶排放清单的建立方法( Methods of developing emission features relative to the establishment of emission Inve 目 前国际上的船舶排放清单研究,从研究尺度 尽管人们对船舶排放重要性的认识不断加深,分为全球区域和局地,从方法体系分为自上而下 但船舶排放研究的难度仍然较大,主要因为船舶排。和自下而上两类,总结为表1的研究矩阵自上而下 放具备以下几个基本特征:①动态排放船舶属于清的方法包括:燃油法、贸易法;自下而上的方法包括 单建立难度最高的非道路移动源,与固定源相比,统计法和动力法一般而言,自下而上的方法在排放 这类源排放时空变化迅速除了受到静态因素影响清单精度和时空分辨率上优于自上而下的方法船 外,还会受到速度发动机功率等动态因素的影响,舶排放计算的基础数据一般可以分为排放因子、动 因此在准确定量、及时更新和高分辨率方面的难度态数据(活动水平)、静态数据(技术参数),由于船 是所有污染源中最高的;②多源排放不同于其他移~舶排放因子在全球范围具有普适性,因此,在以下 动源的单一发动机,船舶排放来自主机、辅机和锅)的研究现状综述中,所涉及的基础数据均指动态和 炉三套系统,无法简单通过船舶行驶速度定量三套静态数据.分别从4种方法综述国内外研究进展 体系运行状况,需要增加更多的函数变量分别模拟 表1船舶排放清单研究矩阵(底色越深代表未知内容越多) Table 1 Matrix of features and applicability of four methods(The darkness of squares indicates the unknown contents) 燃油法 贸易法 动力法 自20世纪90年代,方 熟,不确定性大 较少采用 较少采用 主流方法,但亚洲数据辨 识度差 区域 欧美有先例,受区域燃料油亚洲190-199年案例「美国采用,数据库翔实,但欧美有报道,此外已应用 销售影响,可信度一般 研究 更新困难 在东亚地区 局地 较少采用 未见报道 亚洲港口普通采用 3.1燃油法 的国际海运燃油统计数据,结合不同类型的燃油和 船舶排放清单的燃油计算法类似于机动车排发动机的排放因子计算得到了全球范围内基于燃 放计算,通常是根据燃料油的统计数据乘以估计的油消耗的船舶排放清单;欧洲研究者 Endresen等 平均排放因子得到总排放量,再根据船舶类型将总(2003)、 Eyring等(2005)也通过改进的燃油法建立 排放量进行分配 Corbett等(1999)利用美国能源信全球远洋船排放清单图1以CO2和NO,排放为例 息管理局( Energy Information Administration)等公布总结了全球船舶排放研究,可以看出,在全球尺度
１ 期 刘欢等：船舶排放清单研究方法及进展 十大和前二十大港口中国分别占据了 ７ 个和 １１ 个 （包括香港港） （ＵＮＣＴＡＤ， ２０１６； ＵＮＣＴＡＤ， ２０１５）． 我国港口每年处理全球三成的集装箱、近四成的杂 散货吞吐（冯淑慧等， ２０１４）．尽管这些海运活动构 成了全球经济的基石，但也加剧了港口和周边地区 的空气污染．与全球其他重要港口地区相比，我国港 口所处地区人口密集度高，船舶活动频繁，且船舶 排放控制政策和措施尚未全面普及，船舶造成的空 气污染可能对国内港口城市居民的健康影响更大． 因此，深入了解船舶排放源的排放特征，建立准确、 高分辨率的排放清单，对于完善我国多种污染物的 排放清单、研究大气复合污染的形成和应对机制均 有重要作用，既是国际上的学术前沿，又具有关系 我国国计民生的重要意义． ２ 与 清 单 建 立 相 关 的 船 舶 排 放 特 点 （ Ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ） 尽管人们对船舶排放重要性的认识不断加深， 但船舶排放研究的难度仍然较大，主要因为船舶排 放具备以下几个基本特征：①动态排放．船舶属于清 单建立难度最高的非道路移动源，与固定源相比， 这类源排放时空变化迅速，除了受到静态因素影响 外，还会受到速度、发动机功率等动态因素的影响， 因此在准确定量、及时更新和高分辨率方面的难度 是所有污染源中最高的；②多源排放．不同于其他移 动源的单一发动机，船舶排放来自主机、辅机和锅 炉三套系统，无法简单通过船舶行驶速度定量三套 体系运行状况，需要增加更多的函数变量分别模拟 排放变化；③流动性强．不同于车辆、施工机械等，船 舶的流动性更强，在我国注册的船舶与在我国海域 行驶、周转的船舶南辕北辙．建立船舶清单时无法通 过注册量进行排放估算，也难以获得外籍船舶的相 关信息．例如 Ｌｉｕ 等（２０１６）建立的 ２０１３ 年东亚地区 远洋船舶排放清单中，不同国籍和不同目的地远洋 船舶 ＣＯ２排放占比差异巨大．因此，对于船舶这一污 染源来说，区域尺度的计算难度最大． 总体来说，船舶排放清单是大气污染源清单建 立中难度最大的部门，船舶排放的这些特征对排放 清单建立提出了更高的要求，一方面需要大量基础 工作获得足够可信的数据来描述船舶的流动、动态 和多源运行参数，另一方面需要建立合适的技术方 法对这一复杂体系，搭建不同区域尺度的排放清单． ３ 船舶排放清单的建立方法（Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ） 目前国际上的船舶排放清单研究，从研究尺度 分为全球、区域和局地，从方法体系分为自上而下 和自下而上两类，总结为表 １ 的研究矩阵．自上而下 的方法包括：燃油法、贸易法；自下而上的方法包括 统计法和动力法．一般而言，自下而上的方法在排放 清单精度和时空分辨率上优于自上而下的方法．船 舶排放计算的基础数据一般可以分为排放因子、动 态数据（活动水平）、静态数据（技术参数），由于船 舶排放因子在全球范围具有普适性，因此，在以下 的研究现状综述中，所涉及的基础数据均指动态和 静态数据．分别从 ４ 种方法综述国内外研究进展． 表 １ 船舶排放清单研究矩阵（底色越深代表未知内容越多） Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｔｒｉｘ ｏｆ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆｏｕｒ ｍｅｔｈｏｄｓ （Ｔｈｅ ｄａｒｋｎｅｓｓ ｏｆ ｓｑｕａｒｅｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ｕｎｋｎｏｗｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ） 自上而下 自下而上 燃油法 贸易法 统计法 动力法 全球 自 ２０ 世纪 ９０ 年代，方法成 熟，不确定性大 较少采用 较少采用 主流方法，但亚洲数据辨 识度差 区域 欧美有先例，受区域燃料油 销售影响，可信度一般 亚 洲 １９９０—１９９９ 年 案 例 研究 美国采用，数据库翔实，但 更新困难 欧美有报道，此外已应用 在东亚地区 局地 较少采用 未见报道 亚洲港口普通采用 个别港口采用 ３．１ 燃油法 船舶排放清单的燃油计算法类似于机动车排 放计算，通常是根据燃料油的统计数据乘以估计的 平均排放因子得到总排放量，再根据船舶类型将总 排放量进行分配．Ｃｏｒｂｅｔｔ 等（１９９９）利用美国能源信 息管理局（Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）等公布 的国际海运燃油统计数据，结合不同类型的燃油和 发动机的排放因子计算得到了全球范围内基于燃 油消耗的船舶排放清单；欧洲研究者 Ｅｎｄｒｅｓｅｎ 等 （２００３）、Ｅｙｒｉｎｇ 等（２００５）也通过改进的燃油法建立 了全球远洋船排放清单．图 １ 以 ＣＯ２和 ＮＯｘ排放为例 总结了全球船舶排放研究，可以看出，在全球尺度 ３ 环境科学学报
38卷 上,对于船舶CO2的排放估计相对一致(2010年后度排放清单,并且能够有效地反映出排放的历史变 达到20%误差范围内),而对于NO排放的计算较化趋势;但由于这种方法忽略了船舶技术类型之间 少且不确定性较大(50%差异),这也体现了燃油法的排放差异,所以对于污染物的排放估计不确定性 的优点和弊端燃油法由于基于统计的燃料油消耗会加大 量,因此,可以提供一个数量级相对准确的全球尺 Endresen's 某 Edgar's 0 99019952000200520102015 19910952002005010205 图1全球尺度船舶排放研究比较( Corbett ef a.,199; Endresen et al,2004; Andresen et al.,2007; Endresen 2005: Corbett and Fischbeck, 1997: Wang et aL., 2007: Corbett and Ko Fig 1 Global shipping emissions estimates using fuel-based method 如果将燃油法应用于区域尺度,则会引入较大_C0和PM进行了计算,建立了天津港运输船舶 不确定性Wang等(20)研究指出,采用燃油法这00年的排放清单 样自上而下获得的区域清单往往会低估排放,在北32罗法 美、欧洲等地,仅有采用自下而上方法建立的区域 贸易法是指根据海运货物周转量、货物种类等 清单值的20%~70%通过同一研究者欧美和亚 参数,结合一定的经验设定,计算排放的方法 Streets 的横向比较就会发现,亚洲地区的排放往往远低手等(1997;2000用贸易法计算了1995-199年亚 欧洲,与实际货运量不符因此,全球尺度的排放清洲的船舶SO2排放;深圳市环境保护监测中心的李 单在亚洲地区的分配不合理燃油法在区域尺度存~智恒等(2011)建立了船运数据中客运、货运的吞吐 在较大误差主要是因为在排放计算中如果使用地)量与各污染物排放量之间的相关性模型,并使用了 区燃料油销售量将与实际燃料油消耗缸之间存在香港的氮氧化物的排放量和船运数据计算了公式 差异与机动车不同,大部分的机动车加油地区和消中的参数,然后使用其他污染物的排放量验证了参 耗地区较为一致,但船舶(特别是远洋船舶)由于航数的合理性,最终应用该模型估算了深圳市2003年 行距离长,不同地区燃料油价格波动大,因此,销售船舶污染物排放清单.这类方法的优点和弊端都来 量和消耗量不能匹配例如新加坡常年都是燃料油自于它对基础数据的要求较低,一方面,可以较好 销售排名第一的港口,但从货物吞吐量来看,新加地体现船队活动受经济因素的影响,也能够在数据 坡港仅排第三,低于我国的宁波和上海港因此,燃相对空白的地区使用;另一方面,该方法的大量假 油法更适用于全球尺度上源清单的计算和长时间设增加了排放清单的不确定性,由于贸易数据所 范围纵向比较,不太适用于区域尺度的排放计算.限,非货运船只(如客船、渔船、拖船、作业船等)未 我国尽管在船舶排放计算方面起步较晚,但近被纳入,同时对于一些小型船只的排放可能会低 年来也有一些燃油法的应用例如,张礼俊等(2010)估;并且由于分辨率较低,难以实现基于船舶实际 根据船舶类型,使用了基于燃料消耗的方法和基于航行轨迹的排放地区分配 平均船舶引擎功率、平均载荷等的统计法建立了珠3.3统计法 三角地区的船舶排放清单.南开大学的金陶胜等 统计法是指通过数据的静态统计,例如港口进 (200)对天津港运输船舶的总体情况进行调研,结出港艘次等数据,通过结合船舶分类、引擎功率分 合调研结果和国外机构的数据调整了排放因子,采布、活动模式分类和排放因子估算等数据,最终以 用基于燃油法对天津港运输船舶排放的NO,、HC、船舶引擎功率和活动时间来估算排放量的方法.相
环 境 科 学 学 报 ３８ 卷 上，对于船舶 ＣＯ２的排放估计相对一致（２０１０ 年后 达到 ２０％误差范围内），而对于 ＮＯｘ排放的计算较 少且不确定性较大（５０％差异），这也体现了燃油法 的优点和弊端．燃油法由于基于统计的燃料油消耗 量，因此，可以提供一个数量级相对准确的全球尺 度排放清单，并且能够有效地反映出排放的历史变 化趋势；但由于这种方法忽略了船舶技术类型之间 的排放差异，所以对于污染物的排放估计不确定性 会加大． 图 １ 全球尺度船舶排放研究比较（Ｃｏｒｂｅｔｔ ｅｔ ａｌ．， １９９９； Ｅｎｄｒｅｓｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２００４； Ｅｎｄｒｅｓｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２００７； Ｅｎｄｒｅｓｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２００３； Ｅｙｒｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２００５； Ｃｏｒｂｅｔｔ ａｎｄ Ｆｉｓｃｈｂｅｃｋ， １９９７； Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２００７； Ｃｏｒｂｅｔｔ ａｎｄ Ｋｏｅｈｌｅｒ， ２００３； Ｅｄｇａｒ； ＩＭＯ， ２０１５） Ｆｉｇ．１ Ｇｌｏｂａｌ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｅｓｔｉｍａｔｅｓ ｕｓｉｎｇ ｆｕｅｌ⁃ｂａｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ 如果将燃油法应用于区域尺度，则会引入较大 不确定性．Ｗａｎｇ 等（２００８）研究指出，采用燃油法这 样自上而下获得的区域清单往往会低估排放，在北 美、欧洲等地，仅有采用自下而上方法建立的区域 清单值的 ２０％ ～ ７０％．通过同一研究者欧美和亚洲 的横向比较就会发现，亚洲地区的排放往往远低于 欧洲，与实际货运量不符．因此，全球尺度的排放清 单在亚洲地区的分配不合理．燃油法在区域尺度存 在较大误差主要是因为在排放计算中如果使用地 区燃料油销售量，将与实际燃料油消耗量之间存在 差异．与机动车不同，大部分的机动车加油地区和消 耗地区较为一致，但船舶（特别是远洋船舶）由于航 行距离长，不同地区燃料油价格波动大，因此，销售 量和消耗量不能匹配．例如，新加坡常年都是燃料油 销售排名第一的港口，但从货物吞吐量来看，新加 坡港仅排第三，低于我国的宁波和上海港．因此，燃 油法更适用于全球尺度上源清单的计算和长时间 范围纵向比较，不太适用于区域尺度的排放计算． 我国尽管在船舶排放计算方面起步较晚，但近 年来也有一些燃油法的应用．例如，张礼俊等（２０１０） 根据船舶类型，使用了基于燃料消耗的方法和基于 平均船舶引擎功率、平均载荷等的统计法建立了珠 三角地区的船舶排放清单． 南开大学的金陶胜等 （２００９）对天津港运输船舶的总体情况进行调研，结 合调研结果和国外机构的数据调整了排放因子，采 用基于燃油法对天津港运输船舶排放的 ＮＯｘ、ＨＣ、 ＣＯ 和 ＰＭ１０ 进行了计算，建立了天津港运输船舶 ２００６ 年的排放清单． ３．２ 贸易法 贸易法是指根据海运货物周转量、货物种类等 参数，结合一定的经验设定，计算排放的方法．Ｓｔｒｅｅｔｓ 等（１９９７； ２０００） 用贸易法计算了 １９９５—１９９９ 年亚 洲的船舶 ＳＯ２排放；深圳市环境保护监测中心的李 智恒等（２０１１）建立了船运数据中客运、货运的吞吐 量与各污染物排放量之间的相关性模型，并使用了 香港的氮氧化物的排放量和船运数据计算了公式 中的参数，然后使用其他污染物的排放量验证了参 数的合理性，最终应用该模型估算了深圳市 ２００３ 年 船舶污染物排放清单．这类方法的优点和弊端都来 自于它对基础数据的要求较低，一方面，可以较好 地体现船队活动受经济因素的影响，也能够在数据 相对空白的地区使用；另一方面，该方法的大量假 设增加了排放清单的不确定性，由于贸易数据所 限，非货运船只（如客船、渔船、拖船、作业船等） 未 被纳入，同时对于一些小型船只的排放可能会低 估；并且由于分辨率较低，难以实现基于船舶实际 航行轨迹的排放地区分配． ３．３ 统计法 统计法是指通过数据的静态统计，例如港口进 出港艘次等数据，通过结合船舶分类、引擎功率分 布、活动模式分类和排放因子估算等数据，最终以 船舶引擎功率和活动时间来估算排放量的方法．相 ４ 环境科学学报
1期 刘欢等:船舶排放清单研究方法及进展 5 比于燃油法和贸易法,这种方法包含了更多的船只的排放因子,进而建立排放清单这种方法由于依赖 统计信息,可以体现出活动时间与排放的关联,并于实时船舶动态信息的获取,因此直到近年才开始 且大大提升了排放清单的时空分辨率.这一方法对发展起来,目前多通过与统计法结合,使用集计的 于基础数据的要求较高,特别适用于港口范围内的动力信息计算排放 污染源清单建立由于统计法主要依赖于静态数据 动力法使用的船舶动态数据主要有以下几个 (特别是港口统计数据),对于动态数据,例如船舶来源:美国船只自动化互助救助系统( Automated 运行速度、运行轨迹等采用的是估计值,在离港海 Mutual- Assistance Vessel Rescue System,简称 域的排放估算不确定性很高,因此更适用于港口范 AMVER),国际综合海洋大气数据集( International 围内的排放清单建立 omprehensive Ocean Atmosphere Data Set,简称 美国最开始应用统计法自200年起,由于向 ICOADS),国际海事组织的远程识别与跟踪系统 国际海事组织(IMoO)申请建立船舶排放控制区( Long range ldentification and tracking,简称IRr) (ECA),美国环保署对所有主要港口开展了大规模和船舶自动识别系统( Automatic identification 的数据统计工作,极为详尽的提供了船舶分类、引 System,以下简称As).前三个系统建立时间较早 擎功率分布、活动模式分类和排放因子估算等重要对大西洋船只的覆盖程度更高,欧美均有学者对其 信息,建立了当时最先进的自下而上的排放清单数据质量进行了评估,并比较了利用其建立的船舶 (EPA,2009)之后美国国家排放清单(NE)几次更排放清单的准确性美国EPA的船舶排放计算模式 新的船舶排放清单都是基于上述清单进行外推得SUEM也是基于 AMVER和 ICOADS进行了大量数 到美国加州空气资源管理委员会(CARB,2006)和据统计,建立的基于船舶航行轨迹分布概率的排放 ICF咨询公司( Independent Consulting Firm)(LCF一清单系统( Wang et al,.2007b)然而这3个数据系 Consulting,00)0也分别在2008200年开展过统对于亚洲地区并不适用,主要原因是系统对亚洲 针对局地的远洋船舶调研,获取船舶的特征信息和、地区船舶的渗透率较低AS系统诞生于20世纪90 活动水平资料,有效地填补了过去在船舶特征信息、年代,是一种新型的集通讯技术和电子信息显示技 和活动水平资料上的空缺,为了进一步提高船舶清术为一体的数字化助航系统设备MO要求大于300 单准确度和可靠性提供了可能除美国外,英国也为T的船舶必须安装AS系统,因此,截至2013年 统计法的发展做出了较大贡献英国Eme公司做 72000艘船舶安装了AIS系统AS系统包括一套 了一份关于量化欧盟国家港口船舶相关污染物排、CPS来提供实时的经纬度,和一套VHF信号发送器 放的研究报告( ENTEC,205),不仅比较了统计法/定期发送GPS信息和船舶信息在岸边,通常有岸 与其它方法(多数为自上而下)之间的优缺点,而且边基站进行数据交通;在海上,则通过卫星收集ABS 通过增加船舶特征数据的主要来源,降低了清单整数据AS系统的出现,一方面极大的提高了船只覆 体的不确定性 盖率,另一方面也使得数据质量大大提高 我国一些研究者也利用统计法进行了港口船 2009年,美国研究者 Perez等(2009)介绍了 舶排放清单的建立青岛市环境监测中心的刘静等AI在美国德克萨斯州的应用案例,利用高分辨率 (201)将船舶的运行状态划分为5个阶段,估算各船舶活动数据计算船舶处于不同运行状态的时间 类型船舶在各阶段的燃料日消耗量、运行天数及排并在空间上对船舶进行精确定位.2010年, Entec公 放因子,并对青岛市各个港口统计了一些特征信息.司利用AS系统,采用基于船舶引擎功率的估算方 他们在电子地图上描绘了各个类型的船舶的航线,法,建立英国水域2007年船舶排放清单,并使用统 结合这些航线上的航行速度、距离等数据及这些估计法外推19902009年的港口船舶历史排放源清单 算数据,建立了2004年青岛港口船舶大气污染排放此外,还分析了各类船舶活动水平数据及排放因子 清单 的不确定性来源,并对其高低程度做出了评估 1.4动力法 (ENTEC, 2010) 动力法的核心是通过对船舶运行情况的实时 我国也有一些研究者结合AIS数据建立港口和 监测,获取高分辨率的船舶动力信息,确定发动机区域的船舶排放清单.港口清单方面,主要集中在上 负荷和工况,针对船舶发动机的运行工况使用不同海港(伏晴艳等,2012;Song,2014a)、深圳港(Yang
１ 期 刘欢等：船舶排放清单研究方法及进展 比于燃油法和贸易法，这种方法包含了更多的船只 统计信息，可以体现出活动时间与排放的关联，并 且大大提升了排放清单的时空分辨率．这一方法对 于基础数据的要求较高，特别适用于港口范围内的 污染源清单建立．由于统计法主要依赖于静态数据 （特别是港口统计数据），对于动态数据，例如船舶 运行速度、运行轨迹等采用的是估计值，在离港海 域的排放估算不确定性很高，因此更适用于港口范 围内的排放清单建立． 美国最开始应用统计法．自 ２００９ 年起，由于向 国际海事组织 （ ＩＭＯ） 申请建立船舶排放控制区 （ＥＣＡ），美国环保署对所有主要港口开展了大规模 的数据统计工作，极为详尽的提供了船舶分类、引 擎功率分布、活动模式分类和排放因子估算等重要 信息，建立了当时最先进的自下而上的排放清单 （ＥＰＡ， ２００９）．之后美国国家排放清单（ＮＥＩ）几次更 新的船舶排放清单都是基于上述清单进行外推得 到．美国加州空气资源管理委员会（ＣＡＲＢ， ２００６）和 ＩＣＦ 咨询公司 （ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｆｉｒｍ） （ ＩＣＦ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ， ２００９）也分别在 ２００６ 和 ２００９ 年开展过 针对局地的远洋船舶调研，获取船舶的特征信息和 活动水平资料，有效地填补了过去在船舶特征信息 和活动水平资料上的空缺，为了进一步提高船舶清 单准确度和可靠性提供了可能．除美国外，英国也为 统计法的发展做出了较大贡献．英国 Ｅｎｔｅｃ 公司做 了一份关于量化欧盟国家港口船舶相关污染物排 放的研究报告（ＥＮＴＥＣ， ２００５），不仅比较了统计法 与其它方法（多数为自上而下）之间的优缺点，而且 通过增加船舶特征数据的主要来源，降低了清单整 体的不确定性． 我国一些研究者也利用统计法进行了港口船 舶排放清单的建立．青岛市环境监测中心的刘静等 （２０１１）将船舶的运行状态划分为 ５ 个阶段，估算各 类型船舶在各阶段的燃料日消耗量、运行天数及排 放因子，并对青岛市各个港口统计了一些特征信息． 他们在电子地图上描绘了各个类型的船舶的航线， 结合这些航线上的航行速度、距离等数据及这些估 算数据，建立了 ２００４ 年青岛港口船舶大气污染排放 清单． １．４ 动力法 动力法的核心是通过对船舶运行情况的实时 监测，获取高分辨率的船舶动力信息，确定发动机 负荷和工况，针对船舶发动机的运行工况使用不同 的排放因子，进而建立排放清单．这种方法由于依赖 于实时船舶动态信息的获取，因此直到近年才开始 发展起来，目前多通过与统计法结合，使用集计的 动力信息计算排放． 动力法使用的船舶动态数据主要有以下几个 来源：美国船只自动化互助救助系统 （ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍｕｔｕａｌ⁃Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｒｅｓｃｕｅ Ｓｙｓｔｅｍ， 简 称 ＡＭＶＥＲ），国际综合海洋大气数据集（ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｏｃｅａｎ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ Ｄａｔａ Ｓｅｔ， 简 称 ＩＣＯＡＤＳ），国际海事组织的远程识别与跟踪系统 （Ｌｏｎｇ Ｒａｎｇｅ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｃｋｉｎｇ，简称 ＬＲＩＴ） 和船 舶 自 动 识 别 系 统 （ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，以下简称 ＡＩＳ）．前三个系统建立时间较早， 对大西洋船只的覆盖程度更高，欧美均有学者对其 数据质量进行了评估，并比较了利用其建立的船舶 排放清单的准确性．美国 ＥＰＡ 的船舶排放计算模式 ＳＴＥＥＭ 也是基于 ＡＭＶＥＲ 和 ＩＣＯＡＤＳ 进行了大量数 据统计，建立的基于船舶航行轨迹分布概率的排放 清单系统（Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２００７ｂ）．然而这 ３ 个数据系 统对于亚洲地区并不适用，主要原因是系统对亚洲 地区船舶的渗透率较低．ＡＩＳ 系统诞生于 ２０ 世纪 ９０ 年代，是一种新型的集通讯技术和电子信息显示技 术为一体的数字化助航系统设备．ＩＭＯ 要求大于 ３００ ＧＴ 的船舶必须安装 ＡＩＳ 系统，因此，截至 ２０１３ 年， 有 ７２０００ 艘船舶安装了 ＡＩＳ 系统．ＡＩＳ 系统包括一套 ＧＰＳ 来提供实时的经纬度，和一套 ＶＨＦ 信号发送器 定期发送 ＧＰＳ 信息和船舶信息．在岸边，通常有岸 边基站进行数据交通；在海上，则通过卫星收集 ＡＩＳ 数据．ＡＩＳ 系统的出现，一方面极大的提高了船只覆 盖率，另一方面也使得数据质量大大提高． ２００９ 年，美国研究者 Ｐｅｒｅｚ 等（ ２００９） 介绍了 ＡＩＳ 在美国德克萨斯州的应用案例，利用高分辨率 船舶活动数据计算船舶处于不同运行状态的时间， 并在空间上对船舶进行精确定位．２０１０ 年，Ｅｎｔｅｃ 公 司利用 ＡＩＳ 系统，采用基于船舶引擎功率的估算方 法，建立英国水域 ２００７ 年船舶排放清单，并使用统 计法外推 １９９０２００９ 年的港口船舶历史排放源清单， 此外，还分析了各类船舶活动水平数据及排放因子 的不确 定 性 来 源， 并 对 其 高 低 程 度 做 出 了 评 估 （ＥＮＴＥＣ， ２０１０）． 我国也有一些研究者结合 ＡＩＳ 数据建立港口和 区域的船舶排放清单．港口清单方面，主要集中在上 海港（伏晴艳等， ２０１２； Ｓｏｎｇ， ２０１４ａ）、深圳港（Ｙａｎｇ ５ 环境科学学报
38卷 etul.,2015)和香港港( Yau et al,2012; Ng et al.,中统计数据不全面导致油耗计算结果偏低.此外,部 2013)等区域清单方面,2012年思汇政策研究所、分污染物(如PM和CH4等)相比于其他污染物,在 香港科技大学和香港大学共同发表了珠三角地区不同研究中的计算结果存在更大差异,不确定度更 船舶减排政策的报告( Civic exchange,2012),建立大( Eyring et al..,2010).近年来全球航运贸易保持 了2007年香港附近海域及珠三角地区船舶排放清了4%左右的年增长( UNCTAD,2016;2015;2014 单.2016年,多名国内研究者分别发表了基于AIS数2013),使得全球船舶排放逐年增长,这也体现在不 据的船舶清单研究I等(2016)、Chen等(2016)、同年份清单计算结果中 Li等(2016)、刑辉等(2016)和Fan等(2016)分别估 表2采用燃油法得到的全球船舶清单 算了2013年东亚地区、2014年天津港、2013年珠三 Table 2 Global shipping fuel-based 角地区、2014年环渤海地区和2010年长三角地区 method 及离海岸线400海里的东海地区船舶排放其中Liu 文献来源 0/ PM/ 等在结合现有动力法研究基础上,通过探索基于单 )年份 TgTg Tg Tg 船的逐时动力排放计算方法,将船舶排放清单方法(oa,19y 998481012 发展到非集计动力法建立了高分辨率的东亚地区0=0 19965.8010.30 437.5 远洋船排放清单,在清单精度和时空分辨率取得了 Corbett and Fischbeck, 1997) 1997 8.48 10.12 ( Endresen et al.,20)200682119095s0 重要突破 20017.40 不同清单方法在各尺度上的排放计算结果存Ama,ms 2001120321.401 813.0 在较大差异.根据Wang(2007)的研究,采用基于 AIS系统的动力法、采用燃油法并依据 CODAS系( Corbett and kochi,20)2010029 913.0 统做排放分配和各港口清单对于美国各港口的排、(10ms 0079.4022901.407812 放计算结果差异较大因此需要根据清单范围的大 小选取合适的清单方法,以减少排放计算的不确 表3采用动力法得到的全球船舶清单 Table 3 Global shipping emissions inventories using activity 定性 based method 4船舶排放清单研究进展( The research progress of 文献来源 清单S0yMO/PM ON shipping emission inventory 年份 Tg Tg Tg ( Wang et al., 2007d) 近年来国内外研究者在清单方法和基础数据)(Dwma,2082049 等方面做了大量工作,大大提高了清单质量.下面从(Pima,20020691513069500 不同研究尺度进行介绍: 00711.6022801.601100.10 在全球清单方面,表2和表3分别展示了采用(a,20)1021302450 燃油法和采用动力法得到的全球船舶清单的结果. 不同方法得到的全球船舶排放结果存在差异.根据 在东亚地区,近年来该地区船舶排放在全球范 采用燃油法的研究,全球船舶排放SO,为5.8~13 围内的贡献率明显增长,如图2所示( Liu et al Tg,NO,为10.12~2293Tg,PM为0,912-1.4Tg 2016)传统基于燃油法的研究认为,该地区的船舶 CO2为437.5-913Tg;根据采用动力法的研究,全球排放约占全球船舶排放的4.5%-6.6%之间2016年 船舶排放SO2为9.081~13.7Tg,NO,为15.5~24 清华大学的Iiu等(2016)使用基于卫星和岸边基站 Tg,PM为13-16Tg,CO2653.875-1011从A数据的动力法结合本士化的船舶静态数据库, 表中可以看出,采用动力法得到的结果大多高于采首次在东亚地区区域尺度上实现了逐船模拟排放, 用燃油法的结果如2014年M0(Mo,2015)发布建立了该地区远洋船排放清单研究结果显示,2013 的远洋船舶绿色气体排放报告中,分别采用了燃油年东亚地区远洋船舶排放了(1.85±0.07)Tg(百万 法和基于AB数据的动力法估算了2007年全球船吨)SO2(2801)TgNO,和(1264)TgCO2,分别 舶排放除NO,外,其他主要污染物的结果均是动力贡献了全球船舶排放的19%、17%和16%(全球清 法高于燃油法可能的原因一是不同方法计算的系单来自O报告(IO,2015) 统误差( Moreno-Gutierrez et al.,2015),二是燃油法
环 境 科 学 学 报 ３８ 卷 ｅｔ ａｌ．， ２０１５）和香港港（Ｙａｕ ｅｔ ａｌ．， ２０１２； Ｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２０１３）等．区域清单方面，２０１２ 年思汇政策研究所、 香港科技大学和香港大学共同发表了珠三角地区 船舶减排政策的报告（Ｃｉｖｉｃ Ｅｘｃｈａｎｇｅ， ２０１２），建立 了 ２００７ 年香港附近海域及珠三角地区船舶排放清 单．２０１６ 年，多名国内研究者分别发表了基于 ＡＩＳ 数 据的船舶清单研究．Ｌｉｕ 等（２０１６）、Ｃｈｅｎ 等（２０１６）、 Ｌｉ 等（２０１６）、刑辉等（２０１６）和 Ｆａｎ 等（２０１６）分别估 算了 ２０１３ 年东亚地区、２０１４ 年天津港、２０１３ 年珠三 角地区、２０１４ 年环渤海地区和 ２０１０ 年长三角地区 及离海岸线 ４００ 海里的东海地区船舶排放．其中 Ｌｉｕ 等在结合现有动力法研究基础上，通过探索基于单 船的逐时动力排放计算方法，将船舶排放清单方法 发展到非集计动力法，建立了高分辨率的东亚地区 远洋船排放清单，在清单精度和时空分辨率取得了 重要突破． 不同清单方法在各尺度上的排放计算结果存 在较大差异． 根据 Ｗａｎｇ （ ２００７） 的研究，采用基于 ＡＩＳ 系统的动力法、采用燃油法并依据 ＩＣＯＤＡＳ 系 统做排放分配和各港口清单对于美国各港口的排 放计算结果差异较大．因此需要根据清单范围的大 小选取合适的清单方法，以减少排放计算的不确 定性． ４ 船舶排放清单研究进展（Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ） 近年来国内外研究者在清单方法和基础数据 等方面做了大量工作，大大提高了清单质量．下面从 不同研究尺度进行介绍： 在全球清单方面，表 ２ 和表 ３ 分别展示了采用 燃油法和采用动力法得到的全球船舶清单的结果． 不同方法得到的全球船舶排放结果存在差异．根据 采用燃油法的研究，全球船舶排放 ＳＯ２ 为 ５． ８ ～ １３ Ｔｇ，ＮＯｘ为 １０． １２ ～ ２２． ９３ Ｔｇ，ＰＭ 为 ０． ９１２ ～ １． ４ Ｔｇ， ＣＯ２为 ４３７．５～９１３ Ｔｇ；根据采用动力法的研究，全球 船舶排放 ＳＯ２为 ９．０８１ ～ １３．７ Ｔｇ，ＮＯｘ 为 １５．５ ～ ２４．５ Ｔｇ，ＰＭ 为 １．３～１．６ Ｔｇ，ＣＯ２为 ６５３．８７５～１１０１．１ Ｔｇ．从 表中可以看出，采用动力法得到的结果大多高于采 用燃油法的结果．如 ２０１４ 年 ＩＭＯ（ＩＭＯ， ２０１５）发布 的远洋船舶绿色气体排放报告中，分别采用了燃油 法和基于 ＡＩＳ 数据的动力法估算了 ２００７ 年全球船 舶排放．除 ＮＯｘ外，其他主要污染物的结果均是动力 法高于燃油法．可能的原因一是不同方法计算的系 统误差（Ｍｏｒｅｎｏ⁃Ｇｕｔｉｅｒｒｅｚ ｅｔ ａｌ．， ２０１５），二是燃油法 中统计数据不全面导致油耗计算结果偏低．此外，部 分污染物（如 ＰＭ 和 ＣＨ４等）相比于其他污染物，在 不同研究中的计算结果存在更大差异，不确定度更 大（Ｅｙｒｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２０１０）．近年来全球航运贸易保持 了 ４％左右的年增长（ＵＮＣＴＡＤ， ２０１６； ２０１５； ２０１４； ２０１３），使得全球船舶排放逐年增长，这也体现在不 同年份清单计算结果中． 表 ２ 采用燃油法得到的全球船舶清单 Ｔａｂｌｅ ２ Ｇｌｏｂａｌ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｉｎｖｅｎｔｏｒｉｅｓ ｕｓｉｎｇ ｆｕｅｌ⁃ｂａｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ 文献来源 清单 年份 ＳＯ２ ／ Ｔｇ ＮＯｘ ／ Ｔｇ ＰＭ／ Ｔｇ ＣＯ２ ／ Ｔｇ （Ｃｏｒｂｅｔｔ ｅｔ ａｌ．， １９９９） １９９３ ８．４８ １０．１２ （ＩＭＯ， ２０００） １９９６ ５．８０ １０．３０ ４３７．５ （Ｃｏｒｂｅｔｔ ａｎｄ Ｆｉｓｃｈｂｅｃｋ， １９９７） １９９７ ８．４８ １０．１２ ４４０．０ （Ｅｎｄｒｅｓｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２００３） ２０００ ６．８２ １１．９２ ０．９１ ５５７．０ （Ｅｎｄｒｅｓｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２００５） ２００１ ７．４０ （Ｅｙｒｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２００５） ２００１ １２．０３ ２１．４０ １．２７ ８１３．０ （Ｅｎｄｒｅｓｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２００７） ２００２ ８．５０ ６３４．０ （Ｃｏｒｂｅｔｔ ａｎｄ Ｋｏｅｈｌｅｒ， ２００３） ２００３ １３．００ ２２．９３ ９１３．０ （ＩＭＯ， ２０１５） ２００７ ９．４０ ２２．９０ １．４０ ７８１．２ 表 ３ 采用动力法得到的全球船舶清单 Ｔａｂｌｅ ３ Ｇｌｏｂａｌ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｉｎｖｅｎｔｏｒｉｅｓ ｕｓｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｙ⁃ ｂａｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ 文献来源 清单 年份 ＳＯ２ ／ Ｔｇ ＮＯｘ ／ Ｔｇ ＰＭ／ Ｔｇ ＣＯ２ ／ Ｔｇ （Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２００７ｄ） ２００２ ９．２０ １６．４０ （Ｄａｌｓøｒｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２００８） ２００４ ９．０８ １５．８５ ６５３．８８ （Ｐａｘｉａｎ ｅｔ ａｌ．， ２０１０） ２００６ ９．９０ １５．５０ １．３０ ６９５．００ （ＩＭＯ， ２０１５） ２００７ １１．６０ ２２．８０ １．６０ １１００．１０ （Ｃｏｒｂｅｔｔ ｅｔ ａｌ．， ２００７） ２０１２ １３．７０ ２４．５０ 在东亚地区，近年来该地区船舶排放在全球范 围内的贡献率明显增长，如图 ２ 所示（ Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ．， ２０１６）．传统基于燃油法的研究认为，该地区的船舶 排放约占全球船舶排放的 ４．５％ ～６．６％之间．２０１６ 年 清华大学的 Ｌｉｕ 等（２０１６）使用基于卫星和岸边基站 ＡＩＳ 数据的动力法，结合本土化的船舶静态数据库， 首次在东亚地区区域尺度上实现了逐船模拟排放， 建立了该地区远洋船排放清单．研究结果显示，２０１３ 年东亚地区远洋船舶排放了（１．８５±０．０７） Ｔｇ（百万 吨）ＳＯ２ 、（２．８±０．１） Ｔｇ ＮＯｘ和（１２６±４） Ｔｇ ＣＯ２ ，分别 贡献了全球船舶排放的 １９％、１７％和 １６％（全球清 单来自 ＩＭＯ 报告（ＩＭＯ， ２０１５））． ６ 环境科学学报
1期 刘欢等:船舶排放清单研究方法及进展 最为密集,我国前十大港口全部分布在上述地区 ( UNCTAD,2016;2015),且三大区域为第一批排放 ■PM 控制区实施地区,这些区域清单的建立具有重要意 义.目前针对3个区域的船舶清单研究均采用基于 AIS数据的动力法,如表4所示从表中可以看出,长 角地区虽然港口数量偏少,但其核心港口上海港 和宁波舟山港吞吐量分居世界港口吞吐量前两位, 导致长三角船舶排放高于京津冀和珠三角思汇政 策研究所( Civic exehange,2012)和L等(2016)分 2001 别计算了珠三角地区2007年及2013年船舶排放 量,但后者的计算结果低于前者可能的原因在于Li 图2不同研究中东亚地区船舶排放对比 等研究范围更小(约离岸20海里),且未包括香港 Fig2 Comparison of this study and other studies analyzed for the same East Asia region 港的船舶排放除了京津冀、长三角和珠三角等区域 范围的清单研究,还有辽宁省(邢辉等,2016)和广 在我国区域清单方面,京津冀、长三角和珠三东省(叶斯琪等,2014)等针对单一省份的船舶清单 角区域清单的研究逐渐成为了近年来的研究热点.研究 我国京津冀、长三角和珠三角三大城市群港口分布 表4我国区域船舶排放清单(表中清单均只包含海运的排放) Table 4 Regional ories analyzed for chi 研究区域 来源 清单年份 NO./10 PM/10.t CO,/103t 环渤海 (邢辉等,2016) 173.8 7208.9 Fan et aL., 2016) 380.0 710.0 57.0 珠三角(离岸100海里)( Civic exchange,2012) 15.l 珠三角 ( Li et al.,2016) 103 在港口清单方面,早期港口清单的研究多以统用基于燃油法对天津港运输船舶排放的NO、HC 计法和燃油法为主(表5),如南开大学的金陶胜等)CO和PM进行了计算,建立了天津港运输船舶 (200)对天津港运输船舶的总体情况进行调研,结′2006年的排放清单近年基于AS数据的动力法逐 合调研结果和国外机构的数据调整排放因,采渐成为港口清单的主流计算方法,如2017年尹佩玲 表5我国港口般舶排放清 A Table 5 Port inventories analyzed for China 研究区域 来源 清单方 清单年份 O,/10t PM/103tCO,/103t 天津港 金陶胜等,2009) 天津港 Chen et aL., 2016) 动力法 大连港 (谭建伟等,2014) 动力法 28854 上海洋山港 动力法 2009 (伏晴艳等,2001) 统计法 上海港 (伏晴艳等,2012b) 统计法 宁波-舟山港 (尹佩玲等,2017) 动力法 深圳港 (李智恒,何龙,2011) 统计法 香港港 Ng et al., 2013) 动力法 香港港 (Yau et al., 2012) 统计法 2007
１ 期 刘欢等：船舶排放清单研究方法及进展 图 ２ 不同研究中东亚地区船舶排放对比 Ｆｉｇ．２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ Ｅａｓｔ Ａｓｉａ ｒｅｇｉｏｎ 在我国区域清单方面，京津冀、长三角和珠三 角区域清单的研究逐渐成为了近年来的研究热点． 我国京津冀、长三角和珠三角三大城市群港口分布 最为密集，我国前十大港口全部分布在上述地区 （ＵＮＣＴＡＤ， ２０１６； ２０１５），且三大区域为第一批排放 控制区实施地区，这些区域清单的建立具有重要意 义．目前针对 ３ 个区域的船舶清单研究均采用基于 ＡＩＳ 数据的动力法，如表 ４ 所示．从表中可以看出，长 三角地区虽然港口数量偏少，但其核心港口上海港 和宁波舟山港吞吐量分居世界港口吞吐量前两位， 导致长三角船舶排放高于京津冀和珠三角．思汇政 策研究所（Ｃｉｖｉｃ Ｅｘｃｈａｎｇｅ， ２０１２）和 Ｌｉ 等（２０１６）分 别计算了珠三角地区 ２００７ 年及 ２０１３ 年船舶排放 量，但后者的计算结果低于前者．可能的原因在于 Ｌｉ 等研究范围更小（约离岸 ２０ 海里），且未包括香港 港的船舶排放．除了京津冀、长三角和珠三角等区域 范围的清单研究，还有辽宁省（邢辉等， ２０１６）和广 东省（叶斯琪等， ２０１４）等针对单一省份的船舶清单 研究． 表 ４ 我国区域船舶排放清单（表中清单均只包含海运的排放） Ｔａｂｌｅ ４ Ｒｅｇｉｏｎａｌ ｉｎｖｅｎｔｏｒｉｅｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｏｒ Ｃｈｉｎａ 研究区域 来源 清单年份 ＳＯ２ ／ １０ ３ ｔ ＮＯｘ ／ １０ ３ ｔ ＰＭ／ １０ ３ ｔ ＣＯ２ ／ １０ ３ ｔ 环渤海 （邢辉等， ２０１６） ２０１４ １２０．７ １７３．８ １５．３ ７２０８．９ 长三角 （Ｆａｎ ｅｔ ａｌ．， ２０１６） ２０１０ ３８０．０ ７１０．０ ５７．０ 珠三角（离岸 １００ 海里） （Ｃｉｖｉｃ Ｅｘｃｈａｎｇｅ， ２０１２） ２００７ １４１．９ １８１．３ １５．１ 珠三角 （Ｌｉ ｅｔ ａｌ．， ２０１６） ２０１３ ６１．５ １０３．７ １０．６ 在港口清单方面，早期港口清单的研究多以统 计法和燃油法为主（表 ５），如南开大学的金陶胜等 （２００９）对天津港运输船舶的总体情况进行调研，结 合调研结果和国外机构的数据调整了排放因子，采 用基于燃油法对天津港运输船舶排放的 ＮＯｘ、ＨＣ、 ＣＯ 和 ＰＭ１０ 进行了计算，建立了天津港运输船舶 ２００６ 年的排放清单．近年基于 ＡＩＳ 数据的动力法逐 渐成为港口清单的主流计算方法，如 ２０１７ 年尹佩玲 表 ５ 我国港口船舶排放清单 Ｔａｂｌｅ ５ Ｐｏｒｔ ｉｎｖｅｎｔｏｒｉｅｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｏｒ Ｃｈｉｎａ 研究区域 来源 清单方法 清单年份 ＳＯ２ ／ １０ ３ ｔ ＮＯｘ ／ １０ ３ ｔ ＰＭ／ １０ ３ ｔ ＣＯ２ ／ １０ ３ ｔ 天津港 （金陶胜等， ２００９） 燃油法 ２００６ ４．３ ０．２ 天津港 （Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２０１６） 动力法 ２０１４ ２９．３ ４１．３ ４．０ 大连港 （谭建伟等， ２０１４） 动力法 ２０１２ ４９．４ ５１．５ ５．８ ２８８５．４ 上海洋山港 （Ｓｏｎｇ， ２０１４ｂ） 动力法 ２００９ １１．５ １３．０ １．５ 上海港 （伏晴艳等， ２００１） 统计法 １９９８ １３．１ 上海港 （Ｙａｎｇ， ２００７） 统计法 ２００３ ５１．２ ５８．２ ７．０ ３０１２．８ 上海港 （伏晴艳等， ２０１２ｂ） 统计法 ２０１０ ３５．４ ５７．３ ４．６ ２８８５．５ 宁波⁃舟山港 （尹佩玲等， ２０１７） 动力法 ２０１０ ２１．６ ３５．０ ２３．５ 深圳港 （李智恒， 何龙， ２０１１） 统计法 ２００３ ６．７ ０．２ １．６ 深圳港 （杨静等， ２０１５） 动力法 ２０１０ １３．５ ２３．３ １．９ 香港港 （Ｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２０１３） 动力法 ２００７ １２．４ １４．５ １．４ 香港港 （Ｙａｕ ｅｔ ａｌ．， ２０１２） 统计法 ２００７ ８．２ １７．１ １．０ ７ 环境科学学报
8 环境科学学报 38卷 等(2017)通过AS数据获得船舶活动轨迹,结合劳 氏船级社的船舶特征信息,建立了2010年宁波舟5面临的挑战( Chanllenges) 山港船舶排放清单,并得到船舶排放的空间分布和 经过多年发展,船舶排放清单方法日渐完善 小时变化特征谱这些研究均未考虑港口实施岸电分辨率逐渐提高、不确定性日益降低.然而船舶基础 措施后对排放的影响未来随着中国地区AIS数据数据质量仍待提升,特别是排放因子和AS数据质 覆盖率的提高,加上船舶基础数据的优化,基于AIS量成为了提高船舶清单精确度的瓶颈,成为了后续 系统动力法在我国港口清单计算中会更具优势 研究需要攻克的难题 在研究船舶清单的基础上,不少研究者将清单 首先是排放因子质量的挑战船舶清单的不确 数据引入化学传输模式,深入分析船舶排放对大气定性很大程度来源于排放因子的不确定性远洋船 环境的影响.如在全球尺度, Corbett等(2007)在全舶种类繁多,行驶工况复杂,不同船型、不同行驶状 球船舶清单基础上,分别利用 ECHAM5/MESS态( Winnes and.-Eridenl,2010; Fu et al.,2013)和负 MADE模型和 GEOS-Chem模型估算了船舶排放荷( Petzold et a.,2010条件的船舶排放因子变化 PM2浓度的模拟结果,得到了全球范围内船舶排放巨大然而目前已有的排放因子测试研究相对有 导致的过早死亡人数在区域尺度,Lm等(2016)基限,无法提供足够精细的排放因子数据,因此排放 于东亚地区船舶排放清单,使用 GISS ModelE2气候因子数据质量成为了制约清单质量的关键因素图3 模型估算了船舶各污染物的辐射强追;叶思琪提供了不同船舶清单中使用的排放因子及主要的 (2014)建立了珠三角地区2010年船舶排放清单 放因子测试数据对比.除了针对低硫油场景的 并利用CMAQ模型模拟了船舶排放对珠三角地区 MO MGO外(硫含量0.15%),其余清单中船舶燃油 空气质量的影响化学传输模式具备完整的化学反均为重油(硫含量2.43%左右),所用排放因子较为 应体系并能充分考虑区域传输影响,然而仍存在 致且接近于测试结果其中NO,排放因子与船舶 些固有缺陷,如空间分辨率不高、对颗粒物二次组发动机年龄和转速等直接相关,不确定度较大;SO 分和臭氧的模拟效果欠佳等,制约了模型结果的准~排放因子由船舶燃油硫含量直接决定;CO2和PM排 确性( Eyring et al.,2010) 放因子差异不大 ■排放因子测试值 日请单中使用的排放因子 16 小小心小 小°ss9 图3船舶清单所用排放因子与测试值对比( Edgar; Dalsoren ef al.,2008; Corbett and Koehler,2003; Erring et al.,2010;IMO,2015; Liu et all 2016: ENTEC, 2002; ICF Consulting, 2006: EPA, 2000; Levelton Consultants Ltd, 2012; CELO et aL., 2015: Moldanovd ef al., 2009) Fig 3 Comparison of emission factors with emission test results
环 境 科 学 学 报 ３８ 卷 等（２０１７）通过 ＡＩＳ 数据获得船舶活动轨迹，结合劳 氏船级社的船舶特征信息，建立了 ２０１０ 年宁波⁃舟 山港船舶排放清单，并得到船舶排放的空间分布和 小时变化特征谱．这些研究均未考虑港口实施岸电 措施后对排放的影响．未来随着中国地区 ＡＩＳ 数据 覆盖率的提高，加上船舶基础数据的优化，基于 ＡＩＳ 系统动力法在我国港口清单计算中会更具优势． 在研究船舶清单的基础上，不少研究者将清单 数据引入化学传输模式，深入分析船舶排放对大气 环境的影响．如在全球尺度，Ｃｏｒｂｅｔｔ 等（２００７） 在全 球船舶清单基础上，分别利用 ＥＣＨＡＭ５ ／ ＭＥＳＳｙ１⁃ ＭＡＤＥ 模型和 ＧＥＯＳ⁃Ｃｈｅｍ 模型估算了船舶排放 ＰＭ２．５浓度的模拟结果，得到了全球范围内船舶排放 导致的过早死亡人数．在区域尺度，Ｌｉｕ 等（２０１６）基 于东亚地区船舶排放清单，使用 ＧＩＳＳ ＭｏｄｅｌＥ２ 气候 模型估 算 了 船 舶 各 污 染 物 的 辐 射 强 迫； 叶 思 琪 （２０１４）建立了珠三角地区 ２０１０ 年船舶排放清单， 并利用 ＣＭＡＱ 模型模拟了船舶排放对珠三角地区 空气质量的影响．化学传输模式具备完整的化学反 应体系并能充分考虑区域传输影响，然而仍存在一 些固有缺陷，如空间分辨率不高、对颗粒物二次组 分和臭氧的模拟效果欠佳等，制约了模型结果的准 确性（Ｅｙｒｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２０１０）． ５ 面临的挑战（Ｃｈａｎｌｌｅｎｇｅｓ） 经过多年发展，船舶排放清单方法日渐完善， 分辨率逐渐提高、不确定性日益降低．然而船舶基础 数据质量仍待提升，特别是排放因子和 ＡＩＳ 数据质 量成为了提高船舶清单精确度的瓶颈，成为了后续 研究需要攻克的难题． 首先是排放因子质量的挑战．船舶清单的不确 定性很大程度来源于排放因子的不确定性．远洋船 舶种类繁多，行驶工况复杂，不同船型、不同行驶状 态（Ｗｉｎｎｅｓ ａｎｄ Ｆｒｉｄｅｌｌ， ２０１０； Ｆｕ ｅｔ ａｌ．， ２０１３）和负 荷（Ｐｅｔｚｏｌｄ ｅｔ ａｌ．， ２０１０） 条件的船舶排放因子变化 巨大，然而目前已有的排放因子测试研究相对有 限，无法提供足够精细的排放因子数据，因此排放 因子数据质量成为了制约清单质量的关键因素．图 ３ 提供了不同船舶清单中使用的排放因子及主要的 排放因子测试数据对比． 除了针对低硫油场景的 ＩＭＯ ＭＧＯ 外（硫含量 ０．１５％），其余清单中船舶燃油 均为重油（硫含量 ２．４３％左右），所用排放因子较为 一致且接近于测试结果．其中 ＮＯｘ排放因子与船舶 发动机年龄和转速等直接相关，不确定度较大；ＳＯ２ 排放因子由船舶燃油硫含量直接决定；ＣＯ２和 ＰＭ 排 放因子差异不大． 图 ３ 船舶清单所用排放因子与测试值对比（Ｅｄｇａｒ； Ｄａｌｓøｒｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２００８； Ｃｏｒｂｅｔｔ ａｎｄ Ｋｏｅｈｌｅｒ， ２００３； Ｅｙｒｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２０１０； ＩＭＯ， ２０１５； Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ．， ２０１６； ＥＮＴＥＣ， ２００２； ＩＣＦ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ， ２００６； ＥＰＡ， ２０００； Ｌｅｖｅｌｔｏｎ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ Ｌｔｄ， ２０１２； ＣＥＬＯ ｅｔ ａｌ．， ２０１５； Ｍｏｌｄａｎｏｖá ｅｔ ａｌ．， ２００９） Ｆｉｇ．３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ８ 环境科学学报
1期 刘欢等:船舶排放清单研究方法及进展 近年来国内研究者纷纷针对我国本土船舶不布在世界各地港口、河道、岛屿的基站采集有效信 同船舶类型、发动机种类和工况条件开展排放因子号范围内的船舶AIS广播消息得到,在港口内和近 测试研究.2013年,和u等(2013)测试了7艘中国内港口海域数据质量较好.AIS数据覆盖密度和更新 河不同发动机类型的船舶,得到了基于油耗和基于频率受多项因素影响,不同区域间分布不均匀,数 船舶行驶距离的CO、HC、NO和PM排放因子;2015据质量存在较大差异(IMO,2015)相比于欧洲和美 年,Song(2015)利用车载排放测试系统(PEMS)开国等岸基网络更发达、AIS低轨道卫星数量更多的 展了国内内河船舶的排放测试,并用得到的排放因地区,亚洲地区AIS信号明显偏少,直接影响了清单 子数据,结合AIS系统,对渤海湾4个港口排放进行计算的质量.一方面,船舶信号不稳定、甚至信号失 了计算;2016年, Zhang等(2015)通过3台不同功率联的情况增多,某些AS数据在亚洲公海上的更新 发动机的排放测试,得到了不同工况下基于燃油和频率达到数小时甚至数天之久;另一方面,部分船 基于功率的排放因子除了常规的排放因子测试方舶可能没有AIS覆盖这两种情况都会导致亚洲地 法外,近年来一种新型的排放因子间接测量方区船舶排放计算结果偏小 法——空中烟羽测量法逐渐得到应用( Lack et al 随着未来A覆盖范围的增加,基站网络的扩 2011; Petzold et a.,2008; Sinha et al.,2003;大,AIS数据量会逐年提升如表6所示, Jalkanen等 Schlager et al.,2007; Williams et al.,.2005)这些研(2016;2014)针对欧洲海域一系列清单研究中,AIS 究为船舶排放因子库的完善提供了重要数据支持.数据量逐年增加.因此在清单计算的过程中有必要 其次是AS数据质量的挑战ABS数据主要有两对AS数据做及时更新值得一提的是,Liu等 大来源:卫星AS数据和岸基AS数据其中卫星(2016)的东亚地区清单计算中AS数据量达到20 AIS数据由低轨道卫星进行收发和传递,主要负责亿条之多,为清单质量提供了有力保证 远海海域船舶的监控;岸基AIS数据接收主要由分 表6不同清单研究采用的AIS数据情况 Table 6 The number of als m ips in different studies 研究区域 清单年份文献来源 AIS数据量/ 船舶数量/ 每艘船对应AS 数据条数/万条 10.9 欧洲海域 >9.5 波罗的海 波罗的海 2008 (alkane et al. 2014) 波罗的海 皮罗的海 2006 Jalkanen et aL., 2014 法包括:燃油法、贸易法;自下而上的方法包括统计 6结果( Conclusions) 法和动力法其中燃油法更适用于全球清单计算,但 船舶排放的大气污染物对人体健康和生态系不适用于区域清单;贸易法对基础数据要求较低 统带来严重危害,并导致不可忽视的气候变化效但不确定度较大;统计法依赖统计数据,更适用于 应,引起了世界各国的重视船舶排放是我国区域大港口范围;动力法准确性最高,但对基础数据有较 气污染源排放清单中重要但长期缺失的一部分,我高要求 国对于船舶排放清单的研究还很不全面建立我国 3)近年来国内外在清单方法和基础数据等方 准确、高分辨率的排放清单既是国际的学术前沿,面做了大量工作,大大提高了清单质量.在全球清单 又具有关系我国国计民生的重要意义本文的主要方面,主要采用燃油法和动力法;东亚地区的研究 结论如下 发现,该地区的船舶排放占全球比例存在低估我国 1)船舶排放具有动态排放、多源排放和流动性的清单研究中,京津冀、长三角和珠三角逐渐成为 强的基本特征,对排放清单建立提出了更高的要求.了区域船舶清单研究热点,而港口清单研究主要集 2)船舶排放清单包括四类方法,自上而下的方中在国内核心港口,如天津港、上海港和宁波舟山
１ 期 刘欢等：船舶排放清单研究方法及进展 近年来国内研究者纷纷针对我国本土船舶不 同船舶类型、发动机种类和工况条件开展排放因子 测试研究．２０１３ 年，Ｆｕ 等（２０１３）测试了 ７ 艘中国内 河不同发动机类型的船舶，得到了基于油耗和基于 船舶行驶距离的 ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ和 ＰＭ 排放因子；２０１５ 年，Ｓｏｎｇ（２０１５） 利用车载排放测试系统（ ＰＥＭＳ） 开 展了国内内河船舶的排放测试，并用得到的排放因 子数据，结合 ＡＩＳ 系统，对渤海湾 ４ 个港口排放进行 了计算；２０１６ 年，Ｚｈａｎｇ 等（２０１５）通过 ３ 台不同功率 发动机的排放测试，得到了不同工况下基于燃油和 基于功率的排放因子．除了常规的排放因子测试方 法外，近 年 来 一 种 新 型 的 排 放 因 子 间 接 测 量 方 法———空中烟羽测量法逐渐得到应用（ Ｌａｃｋ ｅｔ ａｌ．， ２０１１； Ｐｅｔｚｏｌｄ ｅｔ ａｌ．， ２００８； Ｓｉｎｈａ ｅｔ ａｌ．， ２００３； Ｓｃｈｌａｇｅｒ ｅｔ ａｌ．， ２００７； Ｗｉｌｌｉａｍｓ ｅｔ ａｌ．， ２００５）．这些研 究为船舶排放因子库的完善提供了重要数据支持． 其次是 ＡＩＳ 数据质量的挑战．ＡＩＳ 数据主要有两 大来源：卫星 ＡＩＳ 数据和岸基 ＡＩＳ 数据，其中卫星 ＡＩＳ 数据由低轨道卫星进行收发和传递，主要负责 远海海域船舶的监控；岸基 ＡＩＳ 数据接收主要由分 布在世界各地港口、河道、岛屿的基站采集有效信 号范围内的船舶 ＡＩＳ 广播消息得到，在港口内和近 港口海域数据质量较好．ＡＩＳ 数据覆盖密度和更新 频率受多项因素影响，不同区域间分布不均匀，数 据质量存在较大差异（ＩＭＯ， ２０１５）．相比于欧洲和美 国等岸基网络更发达、ＡＩＳ 低轨道卫星数量更多的 地区，亚洲地区 ＡＩＳ 信号明显偏少，直接影响了清单 计算的质量．一方面，船舶信号不稳定、甚至信号失 联的情况增多，某些 ＡＩＳ 数据在亚洲公海上的更新 频率达到数小时甚至数天之久；另一方面，部分船 舶可能没有 ＡＩＳ 覆盖．这两种情况都会导致亚洲地 区船舶排放计算结果偏小． 随着未来 ＡＩＳ 覆盖范围的增加，基站网络的扩 大，ＡＩＳ 数据量会逐年提升．如表 ６ 所示，Ｊａｌｋａｎｅｎ 等 （２０１６； ２０１４）针对欧洲海域一系列清单研究中，ＡＩＳ 数据量逐年增加．因此在清单计算的过程中有必要 对 ＡＩＳ 数 据 做 及 时 更 新． 值 得 一 提 的 是， Ｌｉｕ 等 （２０１６）的东亚地区清单计算中 ＡＩＳ 数据量达到 ２０ 亿条之多，为清单质量提供了有力保证． 表 ６ 不同清单研究采用的 ＡＩＳ 数据情况 Ｔａｂｌｅ ６ Ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ＡＩＳ ｍｅｓｓａｇｅｓ ａｎｄ ａｃｔｉｖｅ ｓｈｉｐｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｕｄｉｅｓ 研究区域 清单年份 文献来源 ＡＩＳ 数据量／ 亿条 船舶数量／ 万艘 每艘船对应 ＡＩＳ 数据条数／ 万条 东亚 ２０１３ （Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ．， ２０１６） ２０ １．８ １０．９ 欧洲海域 ２０１１ （Ｊａｌｋａｎｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２０１６） ＞１０ １．０ ＞９．５ 波罗的海 ２００９ （Ｊａｌｋａｎｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２０１４） ２．６ １．１ ２．２ 波罗的海 ２００８ （Ｊａｌｋａｎｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２０１４） ２．５ １．１ ２．３ 波罗的海 ２００７ （Ｊａｌｋａｎｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２０１４） ２．１ ０．９ ２．３ 波罗的海 ２００６ （Ｊａｌｋａｎｅｎ ｅｔ ａｌ．， ２０１４） １．７ ０．８ ２．１ ６ 结果（Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ） 船舶排放的大气污染物对人体健康和生态系 统带来严重危害，并导致不可忽视的气候变化效 应，引起了世界各国的重视．船舶排放是我国区域大 气污染源排放清单中重要但长期缺失的一部分，我 国对于船舶排放清单的研究还很不全面．建立我国 准确、高分辨率的排放清单既是国际的学术前沿， 又具有关系我国国计民生的重要意义．本文的主要 结论如下： １）船舶排放具有动态排放、多源排放和流动性 强的基本特征，对排放清单建立提出了更高的要求． ２）船舶排放清单包括四类方法，自上而下的方 法包括：燃油法、贸易法；自下而上的方法包括统计 法和动力法．其中燃油法更适用于全球清单计算，但 不适用于区域清单；贸易法对基础数据要求较低， 但不确定度较大；统计法依赖统计数据，更适用于 港口范围；动力法准确性最高，但对基础数据有较 高要求． ３）近年来国内外在清单方法和基础数据等方 面做了大量工作，大大提高了清单质量．在全球清单 方面，主要采用燃油法和动力法；东亚地区的研究 发现，该地区的船舶排放占全球比例存在低估．我国 的清单研究中，京津冀、长三角和珠三角逐渐成为 了区域船舶清单研究热点，而港口清单研究主要集 中在国内核心港口，如天津港、上海港和宁波⁃舟山 ９ 环境科学学报
环境科学学报 38卷 港等.在船舶清单的基础上,不少硏究者将清单数据人探究船舶排放对空气质量的影响及其健康效应、 引人化学传输模式,深人分析船舶排放对大气环境气候效应,为船舶排放监管和政策制定提供科学 的影响 参考 4)目前船舶排放清单的研究主要面临两大挑 此外,为控制我国船舶排放,建议实施船舶污 战:一是排放因子质量的挑战排放因子数据质量是染控制政策,如设立排放控制区、推动船舶油品质 制约清单质量的关键因素,近年来国内研究者纷纷量法规、推广岸电及实施发动机外净化设备等 开展了本土化的排放因子测试研究,帮助完善船舶 参考文献( References) 排放因子库;二是AS数据质量的挑战AS数据覆 盖密度和更新频率受多项因素影响不同区域间分mor, hanam ansen,a:203. eview of Mantie 布不均匀,数据质量存在较大差异特别是亚洲地区 AS信号明显偏少,导致该地区船舶排放计算结果 Geneva: United Nationis Conference On Trade and Development 偏小 Asariotis R, Benamara H, Hansen P, et al. 2014. Review of Maritime Transport 2014[ R]- ISBN 978-92-1-112878-9. New York and 7展望( Outlooks) meva. United Nations conference On trade and developm 基于本文的研究结果,建议我国船舶排放清单.g+,tmnp.aa.2015. 可从以下几方面进行完善: 2015[R]ISBN978-92-1-112892-5. New York and 1)虽然国内不少沿海港口和区域已建立起船 Conference On Trade and Development 舶排放清单,但这些研究采用的清单方法、船舶数 R. Benamara H. Hansen P. et al. 据和排放因子多为国外的研究结果,缺少本地化的 Transport 2016[R]. ISBN 978-92-1-112904-5. New York and 船舶静态数据、船舶动态数据和排放因子测试数 Geneva: United Nations Conference On Trade and Development 据,无法体现本地化船舶排放特征因此,未来应加 强清单基础数据获取的研究,建立分区域、分船型、 K, Corbett J J, Kasibhatla P, et al. 1999. Effects of ship on sulphur cycling and radiative climate forcing over the 分发动机种类和分燃油品种的详细数据库. [J]. Nature,400(6746):743-746 2)目前港口和区域清单方法学尚未统。,未能CdoV, Dabek-Zlotorzynska E, Mccurdy M.2015. Chermical 形成能提供高分辨率排放清单的方法体系,不同清 characterization of exhaust emissions from selected Canadian marine 单结果也难以相互比较未来应着手进行范围确定 essels: the case of trace metals and lanthanoids[J]. Environmental 基础数据获取和计算方法等方面的标谁化千作,力/amD,m,A=m,206 Estimating ship emissions based 求建立一套不同范围尺度的清单计算标准化流程 Als data for port of Tianjin, China [J]. Atmospheric 化方法,并以此建立国内各港口和区域尺度的排放 nvironment. 145. 10-18 清单数据库. Collins B, Sanderson M G, Johnson C E. 2009. Impact of increasing ship 3)现有船舶清单较少将船舶与港口附近其他 emissions on air quality and deposition over Europe by 2030[J] Meteorologische Zeitschrift, 18(1): 25-39 排放源联系起来未来应加强不同排放源之间的对 Corbett J., Fischbeck ps, Pandis sn.199gc. obal nitrogen and sulfur 比研究,探究船舶排放与港口港作机械、内河船舶 inventories for oceangoing ships [J]. Journal of Geophysical 和港口作业车辆等排放的深入关系 Research: Atmospheres, 104( D3): 3457-3470 Corbett J J, Fischbeck P. 1997. Emissions from ships[ J].Science,278 4)现有研究多针对特定港口或特定区域的船 舶排放情况,较少进行不同城市和区域之间的对比 Corbett JJ, Koehler H W.200. Updated emissions from ocean shipping 分析未来应加强不同港口功能、城市人口和经济发 J.Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 108(4650): 展水平对船舶排放量的影响的研究,揭示船舶排放 Corbett JJ, Winebrake JJ, Green E H, et al. 2007. Mortality from ship 与地区经济、港口贸易量和城市人口等内在联系 emissions: a global assessment [J]. Environmental Science and 5)现有研究多着眼于港口或区域化的清单建 Technology,41(24):8512-8518 立,较少采用空气质量模型、健康模型和气候模型 Dalsgren S B, Eide M S, Endresen (, et al. 2008. Update on emissions 评估船舶排放的区域化影响未来应基于本土化船 d environmental impacts from the international fleet of ships. The contribution from major ship types and ports[ J]. Atmospheric 舶排放清单,结合较为完善的区域陆地源清单,深 Chemistry and Physics Discussions, 8(5): 18323-18384
环 境 科 学 学 报 ３８ 卷 港等．在船舶清单的基础上，不少研究者将清单数据 引入化学传输模式，深入分析船舶排放对大气环境 的影响． ４）目前船舶排放清单的研究主要面临两大挑 战：一是排放因子质量的挑战．排放因子数据质量是 制约清单质量的关键因素，近年来国内研究者纷纷 开展了本土化的排放因子测试研究，帮助完善船舶 排放因子库；二是 ＡＩＳ 数据质量的挑战．ＡＩＳ 数据覆 盖密度和更新频率受多项因素影响，不同区域间分 布不均匀，数据质量存在较大差异．特别是亚洲地区 ＡＩＳ 信号明显偏少，导致该地区船舶排放计算结果 偏小． ７ 展望（Ｏｕｔｌｏｏｋｓ） 基于本文的研究结果，建议我国船舶排放清单 可从以下几方面进行完善： １）虽然国内不少沿海港口和区域已建立起船 舶排放清单，但这些研究采用的清单方法、船舶数 据和排放因子多为国外的研究结果，缺少本地化的 船舶静态数据、船舶动态数据和排放因子测试数 据，无法体现本地化船舶排放特征．因此，未来应加 强清单基础数据获取的研究，建立分区域、分船型、 分发动机种类和分燃油品种的详细数据库． ２）目前港口和区域清单方法学尚未统一，未能 形成能提供高分辨率排放清单的方法体系，不同清 单结果也难以相互比较．未来应着手进行范围确定、 基础数据获取和计算方法等方面的标准化工作，力 求建立一套不同范围尺度的清单计算标准化、流程 化方法，并以此建立国内各港口和区域尺度的排放 清单数据库． ３）现有船舶清单较少将船舶与港口附近其他 排放源联系起来．未来应加强不同排放源之间的对 比研究，探究船舶排放与港口港作机械、内河船舶 和港口作业车辆等排放的深入关系． ４）现有研究多针对特定港口或特定区域的船 舶排放情况，较少进行不同城市和区域之间的对比 分析．未来应加强不同港口功能、城市人口和经济发 展水平对船舶排放量的影响的研究，揭示船舶排放 与地区经济、港口贸易量和城市人口等内在联系． ５）现有研究多着眼于港口或区域化的清单建 立，较少采用空气质量模型、健康模型和气候模型 评估船舶排放的区域化影响．未来应基于本土化船 舶排放清单，结合较为完善的区域陆地源清单，深 入探究船舶排放对空气质量的影响及其健康效应、 气候效应，为船舶排放监管和政策制定提供科学 参考． 此外，为控制我国船舶排放，建议实施船舶污 染控制政策，如设立排放控制区、推动船舶油品质 量法规、推广岸电及实施发动机外净化设备等． 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： Ａｓａｒｉｏｔｉｓ Ｒ， Ｂｅｎａｍａｒａ Ｈ， Ｈａｎｓｅｎ Ｐ， ｅｔ ａｌ． ２０１３． Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ２０１３ ［ Ｒ］． ＩＳＢＮ ９７８⁃９２⁃１⁃１１２８７２⁃７． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ａｎｄ Ｇｅｎｅｖａ： Ｕｎｉｔｅｄ Ｎａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｔｒａｄｅ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． １⁃３５ Ａｓａｒｉｏｔｉｓ Ｒ， Ｂｅｎａｍａｒａ Ｈ， Ｈａｎｓｅｎ Ｐ， ｅｔ ａｌ． ２０１４． Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ２０１４ ［ Ｒ ］． ＩＳＢＮ ９７８⁃９２⁃１⁃１１２８７８⁃９． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ａｎｄ Ｇｅｎｅｖａ： Ｕｎｉｔｅｄ Ｎａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｔｒａｄｅ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． １⁃２７ Ａｓａｒｉｏｔｉｓ Ｒ， Ｂｅｎａｍａｒａ Ｈ， Ｈａｎｓｅｎ Ｐ， ｅｔ ａｌ． ２０１５． Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ２０１５ ［ Ｒ ］． ＩＳＢＮ ９７８⁃９２⁃１⁃１１２８９２⁃５． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ａｎｄ Ｇｅｎｅｖａ： Ｕｎｉｔｅｄ Ｎａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｔｒａｄｅ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． １⁃２９ Ａｓａｒｉｏｔｉｓ Ｒ， Ｂｅｎａｍａｒａ Ｈ， Ｈａｎｓｅｎ Ｐ， ｅｔ ａｌ． ２０１６． Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ２０１６ ［ Ｒ ］． ＩＳＢＮ ９７８⁃９２⁃１⁃１１２９０４⁃５． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ａｎｄ Ｇｅｎｅｖａ： Ｕｎｉｔｅｄ Ｎａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｔｒａｄｅ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． １⁃２９ Ｃａｐａｌｄｏ Ｋ， Ｃｏｒｂｅｔｔ Ｊ Ｊ， Ｋａｓｉｂｈａｔｌａ Ｐ， ｅｔ ａｌ． １９９９． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｈｉｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｏｎ ｓｕｌｐｈｕｒ ｃｙｃｌｉｎｇ ａｎｄ ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｃｌｉｍａｔｅ ｆｏｒｃｉｎｇ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｏｃｅａｎ［Ｊ］． Ｎａｔｕｒｅ， ４００（６７４６）： ７４３⁃７４６ Ｃｅｌｏ Ｖ， Ｄａｂｅｋ⁃Ｚｌｏｔｏｒｚｙｎｓｋａ Ｅ， Ｍｃｃｕｒｄｙ Ｍ． ２０１５． Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｈａｕｓｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｃａｎａｄｉａｎ ｍａｒｉｎｅ ｖｅｓｓｅｌｓ： ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｔｒａｃｅ ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ ｌａｎｔｈａｎｏｉｄｓ［ Ｊ］． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ４９（８）： ５２２０⁃５２２６ Ｃｈｅｎ Ｄ， Ｚｈａｏ Ｙ， Ｎｅｌｓｏｎ Ｐ， ｅｔ ａｌ． ２０１６． Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｓｈｉｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＩＳ ｄａｔａ ｆｏｒ ｐｏｒｔ ｏｆ Ｔｉａｎｊｉｎ， Ｃｈｉｎａ ［ Ｊ ］． Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， １４５： １０⁃１８ Ｃｏｌｌｉｎｓ Ｂ， Ｓａｎｄｅｒｓｏｎ Ｍ Ｇ， Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃ Ｅ． ２００９． Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｓｈｉｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｏｎ ａｉｒ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｅｕｒｏｐｅ ｂｙ ２０３０ ［ Ｊ］． Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｓｃｈｅ Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ， １８（１）： ２５⁃３９ Ｃｏｒｂｅｔｔ Ｊ Ｊ， Ｆｉｓｃｈｂｅｃｋ Ｐ Ｓ， Ｐａｎｄｉｓ Ｓ Ｎ． １９９９． Ｇｌｏｂａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｓｕｌｆｕｒ ｉｎｖｅｎｔｏｒｉｅｓ ｆｏｒ ｏｃｅａｎｇｏｉｎｇ ｓｈｉｐｓ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ： Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ， １０４（Ｄ３）： ３４５７⁃３４７０ Ｃｏｒｂｅｔｔ Ｊ Ｊ， Ｆｉｓｃｈｂｅｃｋ Ｐ． １９９７． Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｓｈｉｐｓ［Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２７８ （５３３９）： ８２３⁃８２４ Ｃｏｒｂｅｔｔ Ｊ Ｊ， Ｋｏｅｈｌｅｒ Ｈ Ｗ． ２００３． Ｕｐｄａｔｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｏｃｅａｎ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ： Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ， １０８（ ４６５０）： ８７⁃１０７ Ｃｏｒｂｅｔｔ Ｊ Ｊ， Ｗｉｎｅｂｒａｋｅ Ｊ Ｊ， Ｇｒｅｅｎ Ｅ Ｈ， ｅｔ ａｌ． ２００７． Ｍｏｒｔａｌｉｔｙ ｆｒｏｍ ｓｈｉｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ： ａ ｇｌｏｂａｌ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ［ Ｊ ］． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ４１（２４）： ８５１２⁃８５１８ Ｄａｌｓøｒｅｎ Ｓ Ｂ， Ｅｉｄｅ Ｍ Ｓ， Ｅｎｄｒｅｓｅｎ Ø， ｅｔ ａｌ． ２００８． Ｕｐｄａｔｅ ｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｍｐａｃｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｆｌｅｅｔ ｏｆ ｓｈｉｐｓ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｍａｊｏｒ ｓｈｉｐ ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｐｏｒｔｓ ［ Ｊ ］． Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ， ８（５）： １８３２３⁃１８３８４ １０ 环境科学学报