增强集成卫生、气候和空气质量管理规划在城市规模

介绍

空气污染和气候变化是密切相连的共同来源主要和前体空气污染物排放,短暂的气候污染物(SLCPs,例如,黑碳,点的一个组成部分_2.5和甲烷,强大但短暂的温室气体)和长寿的温室气体排放(温室气体排放,例如,有限公司₂;百花大教堂et al ., 2015)。这里我们主要集中在细颗粒污染,或点_2.5和相关前体污染物_X,所以₂、挥发性有机化合物和北半球₃最伟大的全球疾病负担,导致(麦克达菲et al ., 2021)。从历史上看,政府的行动应对气候变化和空气污染很大程度上是独立的,尽管这些常见的空气污染排放源和气候变化影响,反之亦然(Nemet et al ., 2010;作为et al ., 2012;Schmale et al ., 2014)。改善空气质量(AQ)和公共卫生是最大的温室气体减排措施和本地化程度最高的潜在效益,因此常常接触的重点城市,尤其是在低收入和中等收入国家越来越多地寻求解决方案,同时实现多个政策目标(阿克巴et al ., 2014)。然而,同时评估AQ、健康和气候影响温室气体和空气污染减排措施的挑战,部分原因是戏剧性的差异,各种污染物的气候和空气污染的影响;宽的变化源发出的数量和位置;和具体的减排措施的程度减少这些排放(GAHP 2020)。

为了应对这些挑战,许多工具已经开发在综合评估和援助计划对空气质量和气候目标(Anenberg et al ., 2016)。这些工具包括预包装或减少形式分析计算,计算昂贵的大气化学模拟已经简化,便于采用规划社区。这些工具提供的功能,如量化指定空气污染物浓度变化如何影响人类健康(如。BenMAP (构成,2015),AirQ + (2019年,),如何改变排放浓度的影响(例如,InMAP;Tessum et al ., 2017(如)或相应的健康影响。EASIUR (Heo et al ., 2016),AP2 (穆勒,2014),TM5-FASST (范Dingenen et al ., 2018),或者改变政策如何影响排放[飞跃堆,2020)、ESP (Loughlin先生et al ., 2011)]。一个类型学中可用的工具补充图1。

城市正在成为重要的参与者在努力减少全球温室气体排放,但在同一时间,他们往往很难控制空气污染。只有1%的全球12990个城市加权人口分析年平均点_2.5浓度低于2021年世界卫生组织(世卫组织)指导5μg / m³在2019年(Southerland et al ., 2022);和空气污染浓度上升在全球许多城市(Anenberg et al ., 2019)。几个城市已将AQ整合成近年来气候行动计划(帽)(例如,巴黎、德班、洛杉矶、纽约),但到目前为止,大多数帽,包括空气质量模型是由城市金融资源顾问和/或复杂的建模资源的访问,内部或通过合作者。的复杂性和计算资源通常需要模拟空气质量在不同的政策仍将空气质量的一个重要障碍为上限。在资源贫乏的环境中,空气污染和健康方面的好处可能提供最大的激励城市“野心”,以寻求更强的污染物削减。

一个新的机会将气候变化和空气质量规划是通过城市新兴网络作为“边界组织”连接科学信息和政策的发展。一个主要的例子是C40城市,96个城市网络,结合,代表> 7亿人,四分之一的全球经济。整个2020年,C40历史上最大的城市帽过程,旨在帮助全球城市争取在2050年达到碳平衡(C40, 2020)。大多数这些城市使用“路径”计划工具(C40, 2022)探索碳排放场景反映一系列紧缩在缓解。然而,通路not-heretofore-included能力估计空气质量和健康效益的气候行动;和大多数城市没有资源进行他们自己的空气质量与健康评估以外的途径。

因此,这项工作的目标是开发一个新的框架,包括规划流程和screening-level分析工具,集成点_2.5和点_2.5由于死亡率为市级气候行动计划(见图1)。点_2.5被选为目标污染物,因为它是全球空气污染疾病负担的主要贡献者。这个框架是不同于以前的评估工具,它跨越了完整的排放政策和排放之间的因果链的影响,对空气质量和气候行动计划,并开发了专门为使用在城市地区;与其他工具相比,最初是为全国范围内开发的分析(例如,LEAP-IBC;Kuylenstierna et al ., 2020)。介绍了实现这个新框架的六个试点城市(阿克拉,加纳;亚的斯亚贝巴(埃塞俄比亚;布宜诺斯艾利斯,阿根廷;瓜达拉哈拉(墨西哥;利马,秘鲁;和约翰内斯堡,南非),使用示例从布宜诺斯艾利斯到演示流程和工具,其次是经验教训和考虑扩大应用综合气候计划在更多的城市和空气质量管理方法。

材料和方法

综合气候行动实施飞行质量的过程

我们成立了一个新的伙伴关系学术研究人员,顾问,C40城市,和市政工作人员开发一个集成的气候行动实施飞行质量(CAP-AQ)过程,包括同时考虑温室气体,点_2.5下午,_2.5由于死亡率在城市帽。要提防伙伴关系使我们之间的桥梁科学文献,这突显出点_2.5温室气体减排和健康方面的好处,C40城市领导的城市温室气体减排规划和市政机构(C40, 2020 b)。伙伴关系包括大气科学专家、公共卫生、温室气体排放建模、和气候和AQ政策,随着市政员工保存重要信息关于他们城市的背景下,包括治理结构、排放源,和潜在的减排政策。几个C40员工在试点城市(在某些情况下坐在在市政机构办公室),在那里他们可以直接与市政工作人员收集特色数据,共同开发限制温室气体和AQ分析,跨城市机构召集人员,并协助生成和解释结果。

在一起,我们开发了一个新的集成CAP-AQ过程,使同时考虑温室气体,空气污染和城市气候行动计划相关的健康影响;并鼓励持续学习和迭代优先缓解策略,实现多个好处。对于每个城市,CAP-AQ过程开始通过识别关键排放源领域,发展中国家温室气体排放清单和收集AQ排放因素,设定温室气体减排目标,发展减灾规划和政策,估计减少温室气体排放和点的变化_2.5和相关的死亡率的影响(图2)。缓解计划草案的过程包括迭代评估和优先战略,考虑多个温室气体和空气污染减排的目标。

决策支持工具

我们开发了一些决策支持指标为C40城市和其成员城市集成点_2.5气候行动计划:(1)估计全市年平均点_2.5浓度和相关死亡率负担;(2)估计点的一部分_2.5坐落在源于排放浓度(行业与最有可能的干预下市政管辖范围)与城市以外的控制(例如,排放从自然资源以及人为排放城外);(3)数据集和计算估计空气污染物排放的变化,点_2.5浓度,点_2.5由于死亡率,将来自市政温室气体减排措施。

这种分析使用C40的路径工具,自底向上的城市规模战略规划模型在八领域的活动(例如,交通、废水;C40, 2022)。对于每一个部门,活动水平乘以一个温室气体排放因子(活动)的排放单位来计算相关的温室气体排放。更大的可靠性,活动水平数据校准城市的温室气体排放清单(全球行业标准协议社区规模温室气体排放清单,或只是“GPC-compliant库存”;温室气体的协议,2014年)。市级温室气体排放的工具用于模型随着时间的推移和允许用户输入操作,如转向节能家电,看看他们如何将减少城市的总排放量在不同的时间尺度。

用户可以输入城市温室气体排放增长库存活动水平和预测司机或因素预测排放量在未来几年。用户可以选择减排目标(或碳排放强度目标)三年地平线(未来的排放比例相对于基准年使用人口和GDP增长的假设来建立一个“一切照常”情况下)和比较他们的目标产生的碳轨迹(C40, 2020)。行动的模型包含三个层次的默认假设实现,符合所需的三个场景:“一切照旧”(BAU),“现有和计划”行动(勘探),和“雄心勃勃”的行动(见用户界面的屏幕截图补充图2、3)。

通路包含仪表板,允许用户快速识别关键排放源在城市部门内部,界别分组和活动水平。行动解决这些排放分为八大行业:发电、建筑的能源使用、工业能源使用、运输、固体废物、废水、工业过程和产品使用(IPPU)和农业、林业和其他土地利用(AFOLU)。

我们开发了一个新版本的C40的路径工具(称为Pathways-Air质量,或“Pathways-AQ”;C40, 2022)将screening-level能力估计点的变化_2.5和前体排放,年平均点_2.5浓度,点_2.5由于死亡率与几个缓解场景相关联。作为应用,定量估计点分析的关键步骤_2.5浓度变化对每个城市减灾政策和相关的死亡率(见图3):(1)开发空气污染排放清单和改变政策情况下,使用源代码部门活动水平和排放因素;(2)估计点的变化_2.5使用浓度emission-to-concentration“敏感性”从简化型化学运输模型;和(3)估计点_2.5由于死亡率使用epidemiologically-derived量效关系。通路模型可以建立任何城市GPC-compliant库存(温室气体的协议,2014年)。这个过程包括收集活动数据(technologies-see的分布不同补充表1),建立增长预测,确定创建场景实现的具体行动。活动数据结构在使用特色数据通路主要来自自底向上的建模。数据来自在市政府有关部门(如住房、交通、浪费),从当地调查和补充数据,报告和学术研究。在没有特色的数据可用的情况下,地区或国家数据可能被用作代理通过扩展到当地居民。

排放因子的主要点_2.5和它的四个前体(这样的物种₂,没有_X、挥发性有机化合物和北半球₃)主要来自IIASA收益模型(阿曼et al ., 2011),由于收益的一般高质量,覆盖全球所有相关部门与内部一致的价值观。IIASA排放因子数据库可按行业、污染物和国家,包括172个国家地区(Klimont et al ., 2017)。排放行车交通行业的因素,然而,来自欧洲环境总署(EEA)欧洲建模和评估计划2019指南(EMEP / EEA 2019)。这个指南分解部门按技术类型和古董更大的分辨率比收益中可用数据集。有类别等技术的面包车和三个车夫,有别于其他重型或轻型车辆,为市政应用是至关重要的。城市政府经常有能力监控和调节行车交通、城市管理者因此受益于使用分类运输数据。这些排放因素搭配当地活动数据来估计排放。区域国家舰队“高排放”增强因素被应用Klimont et al。(2017)。全面突破行业排放因子提供了来源补充表2。

“敏感”(特色因素连接主点的变化_2.5对全市年均变化和前体排放点_2.5使用InMAP模型(生成浓度)Tessum et al ., 2017;克拉et al ., 202296个C40城市。最初的美国版本的InMAP模型(Tessum et al ., 2017)已经扩大到整个全球模型(克拉et al ., 2022)。虽然全球InMAP模型发展所描述的克拉et al。(2022),在这里,我们描述其实现CAP-AQ一体化进程。先进的化学运输模型(ctm)通常也计算为市政府和资源密集型应用程序,特别是在资源贫乏的环境中(这往往有一些地球的空气污染最严重的地区)。InMAP是机械模型简化的化学和物理计算功能就像一个传统中医,但计算强度低得多。稳态模型,InMAP使用时均平流方案和反应速率提供稳态估计年均变化点_2.5的水平。年平均浓度的点_2.5最相关的决定长期(慢性)接触,这是空气污染的主要因素不利影响(GBD 2019风险因素的合作者,2020)。

InMAP使用一个变量解析计算网格,使模型计算努力关注领域最重要,即。,in population centers, without using valuable computational cycles across vast regions of the ocean or desert where high spatial resolution is less valuable. To achieve this outcome, the model includes a dynamic algorithm that changes grid cell sizes as it runs, based on population density and predicted pollution. The algorithm splits any cell that has more than 100,000 people, based on population densities from World Pop dataset (2017年泰特姆)。目前全球InMAP依赖预处理GEOS-Chem模型数据(Henze et al ., 2007)作为输入的机械表示美国以外的全球排放的敏感性;额外的预处理器可以使其他空气质量模型的使用。全球社区的人为初始排放排放数据系统(清洁能源;锄头et al ., 2018),映射到InMAP网格细胞根据人口密度更高的分辨率。全球InMAP使用信息从公开、WorldPop和电厂的数据库位置(通et al ., 2018)来创建空间代理人来缩减规模发射地点从0.5×0.5°ced库存InMAP网格细胞。默认为InMAP全球模拟2×2.5度的最大细胞和0.031×0.039°(~ 3.5×4.3公里²在赤道)最小的细胞,尽管这项决议可以增加(这将增加计算机所需的时间)。个别城市模拟使用20×25°空间域,集中在城市的中心问题,与最大和最小网格单元尺寸的2×2.5和0.01×0.013°(~ 220×280 ~ 1.2×1.4公里²在赤道)。总结全球InMAP模型提供了评价克拉et al。(2022)和Tessum et al。(2022)。

InMAP模型并不意味着生育总浓度,而是提供一组用于转换的“敏感性”当地的排放点的变化_2.5城市规模年均变化点_2.5浓度(见补充图4例如计算)。使用局部库存,从头构建与本地数据和专业知识,结合InMAP敏感性模型生成的浓度影响小排放量的变化,预计将提供最好的信息在空气质量预期气候行动的好处的情况下范围级别的分析。

估计下午_2.5由于死亡率,Pathways-AQ评估由于死亡的变化与慢性接触点_2.5将改变相关的排放。六个健康结果目前被认为是中风、缺血性心脏病、慢性阻塞性肺疾病,肺癌,下呼吸道感染,和II型糖尿病,符合全球疾病负担(GBD) 2019年的一项研究(GBD 2019风险因素的合作者,2020)。Pathways-AQ使用全国死因别死亡率从2019年GBD研究中,除非特色基准利率是可用的。当地的死因别死亡率可以影响城市点_2.5由于死亡率估计(卡斯蒂略et al ., 2021;Southerland et al ., 2022);但当地死因别死亡率仅可在有限的城市,只有一些健康结果。Pathways-AQ使用2019年从GBD量效关系研究计算分数的个人健康状况归因于点_2.5。函数是非线性的,压扁在高浓度污染的环境中,从而导致较低的灵敏度,但仍与整体高点更高的健康影响_2.5浓度。死因别死亡率的部分归因于点_2.5使用人群归因分数计算方法。2019年我们获得一个查找表GBD研究团队提供了单个点的意思是相对风险估计_2.5浓度的措施(例如,0.01,0.1,1,10或100μg / m³从0到2500μg / m³总浓度)。我们假设所有的点_2.5组件都是有毒的,作为微分影响各个组件目前证据不足(2021年,)。基线点_2.5值是源自于2019年的GBD研究现在的年平均点_2.5浓度。值在0.1×0.1°网格分辨率(~ 10×10公里),然后人口加权在城市边界的地理领域提供的城市员工C40,使用相同的Worldpop人口InMAP模型中使用的数据集。

我们已经计算出总点_2.5对所有96个C40城市浓度和疾病负担,Pathways-AQ模型发展的一部分。空间考虑,这里显示这些数据的应用上面列出的六个试点城市。我们注意到完整的应用程序框架的需要准备敏感性的计算之外,浓度和疾病负担;,一个城市的GPC存货转化为Pathways-ready文件,以及质量保证,需要巨大的努力。这是部分中讨论数据集成需要在气候行动和空气质量管理过程。

结果

应用程序在六个试点城市

我们应用新的集成CAP-AQ Pathways-AQ工具在开发的框架和上限6个试点城市(阿克拉,加纳;亚的斯亚贝巴(埃塞俄比亚;布宜诺斯艾利斯,阿根廷;的墨西哥瓜达拉哈拉大都会区;南非约翰内斯堡;和利马,秘鲁)。之所以选择这些城市,因为他们是主要城市对温室气体减排做出的雄心勃勃的承诺,表示有兴趣了解AQ和健康效益的政策方案,没有经验或资源进行自己的效益评估,并急于提高集成的气候和AQ政策流程。在等城市阿克拉,AQ监视和管理的法律责任与加纳EPA和健康影响评估和政策指导的责任在于加纳卫生服务(包括国家级机构),这个工作给进一步洞察市政当局如何努力解决环境挑战。

当我们想象市政工作人员采取更大的作用在未来,在这个最初的实现中,C40员工跑Pathways-AQ产生温室气体排放的估算,点_2.5浓度,点_2.5由于死亡率的影响。这些估计是基于数据输入或通过城市员工提供,以及帽政策在试点城市场景定义为员工和利益相关者。Pathways-AQ结果与市政技术人员反馈,和C40人员调整底层数据或背景材料根据收到的评论。然后提供一个更新的“技术附件”,其中包括背景点_2.5来源、级别、监控能力和管理文档(如一个AQ管理计划)。在某些情况下,在城市的自由裁量权,结果被包含在一顶帽子包提交相关管理机构,如市议会批准。在其他情况下,CAP-AQ发现和结果总结了在一份内部文件。我们使用布宜诺斯艾利斯作为一个例子来说明这个过程,然后详细的经验教训在六个试点城市。

试点城市温室气体减排目标和政策方案

说明了布宜诺斯艾利斯的结果,“一切照旧”(BAU),“现有和计划”行动(勘探)和“雄心勃勃”行动场景包括不同层次的以下政策:可再生电力网格;热泵;LED照明在商业建筑和高效电器;燃料切换和工业工业部门能源效率;模式将从私人汽车/面包车快速公交和通勤铁路;和增加回收、堆肥和垃圾填埋场甲烷捕捉。具体措施和渗透水平补充表3 - 5,这里的城市探索(布宜诺斯艾利斯)。图4提供的预计结果只有“雄心勃勃”使用三个不同的指标(有限公司₂e,点_2.5不同行业和过早死亡)——演示相关的变化不同的指标。我们只关注“雄心勃勃”的场景因为我们有兴趣了解的排放影响雄心勃勃的行动,一个城市可以和愿意承担由于其气候行动计划(CAP)具体来说,而不是先前规定的含义(如勘探的场景)。图4一描述了由此产生的有限公司₂e轨迹范围(即1和2的排放。,direct emissions generated within a city or emissions generated outside the city resulting from purchased electricity/energy) generated by the city of Buenos Aires. A wide variety of sectors contribute to the projected GHG reductions.

减少点_2.5温室气体的浓度和相关死亡率场景

由于所代表的政策行动图4一(“雄心勃勃”的情况),我们看到图4 b减少相关的混合污染物的暴露导致相应的减少(相对于预期鲍起静)点_2.5污染。点_2.5浓度可归因于“城市”发射源在布宜诺斯艾利斯估计减少“雄心勃勃”的情景下1.2μg / m³从投影基线浓度(10%),2023年2.4μg / m³2030年(21%),4.4μg / m³2050年(36%)。这些结果表明,在布宜诺斯艾利斯有重要杠杆在局部控制大大减少点_2.5穿过城市的“雄心勃勃”场景的选择,而且,这些手段大多是在两个行业(电网电力和行车交通)。不出意料,如图所示图4 c,减少点_2.5同时也会减少由于过早死亡率(相对于鲍起静),这是由相同的减排电网电力和行车交通行业。

图5提供了另一个视图的投影点的变化_2.5在“雄心勃勃”的场景。在这个图中,未来的预测2023年环境浓度两种方式显示,2030年和2050年。第一列显示鲍起静场景的变化由于预计人口和经济因素,以及预计的变化环境点的重要部分_2.5这不是建模(灰色)所示,代表运输以外的城市污染。第二组的列显示部门削减的建模部分点_2.5会导致环境污染的含量明显低于(红色虚线)相对于BAU预测。再一次,这一数字表明,通过全面推行其“雄心勃勃”减缓气候变化的情况下,布宜诺斯艾利斯可以改善AQ足以满足环境空气质量指南的2005点_2.510μg / m³(临时目标4 2021年准则修订)到2030年,尽管不是5μg / m的修订后的准则³。年平均点_2.5浓度projected-under鲍起静增长总体设想能够保持相对稳定,但随着2050年重大转变的区域/全球贡献更大份额的当地的贡献,可以通过市政政策行动(降低预测浓度从12.1μg / m³7.6)。

优先级的AQ,气候和有益健康

图6显示了布宜诺斯艾利斯的气候效益比较点_2.5为每个温室气体减排措施有关的健康方面的好处,允许决策者使气候行动计划与市政健康和空气质量的重点。补充表6提供了额外的细节的具体措施是获得布宜诺斯艾利斯和评估图6。最大的减少排放点_2.52050估计和前体污染物来自电网减少排放量,减少车辆使用汽油和柴油的比例,和增加汽车使用清洁运输燃料的比例(即。,25%的客运车辆使用电,15%使用压缩天然气)。这些措施也会产生最大的温室气体减排效益,实施更有力的行动比通过独立客观的称义。补充数据5、6显示这些个体的贡献点的措施_2.5减少和避免过早死亡。注意,对于工业燃料转换生物质没有适当end-of-pipe控制,过早死亡率预计将增加相关。

我们综合温室气体和AQ计划在六个城市使用上面描述的方法在通过C40帽项目(图7)。结果表明,有大量的当地和立即AQ-related健康益处了咄咄逼人的实现城市帽。然而,结果在城市范围广泛。例如,实现“雄心勃勃”场景之间产生了59%(利马)和91%(布宜诺斯艾利斯)减少有限公司₂e和1%(约翰内斯堡)和72%(布宜诺斯艾利斯)减少点_2.5到2050年。减排导致大约230(布宜诺斯艾利斯)-1040(亚的斯亚贝巴)过早死亡避免每年在2050年相对于整个城市“鲍起静”场景。这些结果表明,个别城市行动计划不适合推广;支持这一结论Tessum et al。(2022)。

讨论

Pathways-AQ的协作开发和应用框架由学者和C40城市合作伙伴在六个城市提供了概念验证补充市政公用事业的气候行动计划过程与定量空气质量和健康有益的信息。更新Pathways-AQ框架代表提前在原路径框架;然而,无论是这个工具,还是原来的路径工具,明确地址或估计行动的经济成本。虽然成本是一个关键的优先考虑城市官员和证明行动,市级成本变化如此广泛,很难建立一个范围级别和全球通用的工具,提供了典型的有意义的成本评估空气质量治理选择。相反,市政官员可以使用Pathways-AQ识别最有效的气候和空气质量控制策略,然后使用外部资源来创建一个更详细的成本评估。

对于地市级规划的经验教训

在这里,我们描述的宝贵经验教训复制和扩展这一过程在其他C40城市和世界各地其他城市;即考虑地理尺度的重要性、数据集成(不同温室气体和空气污染物排放),当地订婚,与卫生部门的合作。

决定地理规模/边界分析结果是至关重要的

考虑“城市”排放和附近的“了”对城市空气污染的贡献至关重要,鉴于大多数主要都市地区生产点的只有一小部分_2.5居民暴露(Tessum et al ., 2022);然而,“本地”贡献可以相差很大,这取决于分布电厂、工业来源,商业来源、土地使用、土地类型和其他因素(清华紫光et al ., 2021)。如下的示例所演示的那样,在城市层面的正确平衡可以挑战由于尺度的变化数据,以及其他可用的规模分析或报告,这并不总是使用城市限制作为边界数据收集或分析(例如,气流量、车辆行程数据在地铁地区)。

这些发现指出需要本地和区域协调AQ管理和改进。然而,个别城市会调查和可能减少温室气体排放,显著的AQ做出改进,这两个城市,对地区级的核行动是必要的。温室气体计划和行动发生在一个全球气流量。AQ工作主要发生在地铁或区域气流量。一些温室气体减排策略(例如,交通系统的改进)依赖于区域行动,但城市帽不倾向于关注那些策略。关注AQ可以强调区域协调的好处。因此,它是至关重要的选择分析边界和设计行动计划定制和一个适当的平衡之间的局部作用(减少直接排放)和接触周围区域减排规划(包括关注“以身作则”),如下描述在约翰内斯堡的例子。

市区的瓜达拉哈拉

瓜达拉哈拉,C40帽过程和CAP-AQ分析进行了规模更大的城市。这种大规模启用全面了解大部分的来源导致当地排放;但也很难比较市一级的发现与城市规模统计和研究。例如,很难精确地估计木材燃料消耗水平,农村和城市地区在市区使用不同数量的人均木材燃料。在一个更大的区域内的一些研究(国家层面)表示更高的木头燃料使用量(2017年泰特姆;Lopez-Murillo 2019相比),创建一个完整的库存消耗估计的大都市地区。同样,大多数的相关研究砖厂(ladrilleras,本广受认可的一大因素,当地的空气污染)进行了在州一级,和很难对齐市一级的国家级数据集成库存。

阿克拉

相比之下,C40的帽过程和CAP-AQ分析在阿克拉和其他城市进行了使用市区作为分析边界(即。阿克拉东京都议会管辖)。目前当地空气质量管理计划,然而,开发更大的大阿克拉市区(伽马),阿克拉东京都议会的一部分。这种关注伽马符合其他一些空气质量研究对该地区进行。阿克拉CAP-AQ分析显示大non-modeled点_2.5浓度为基准年和未来时间范围在“鲍起静”场景中,当与浓度在Pathways-AQ建模的一部分。代表行业这个大non-modeled部分不包括在城市温室气体清单(例如,较小的工业排放的来源在城市的边界内,没有占),来源以外影响城市空气质量(如大规模工业活动发生在附近的特马,在城市的边界外,但在伽马),和地区“自然”来源如尘埃。边界定义决定是由城市的员工,选择一个小的地理区域通常会导致一个更小的部分细粒质量建模,使它具有挑战性跟踪所有活动,导致空气污染分析。

约翰内斯堡

城市约翰内斯堡的分析表明,当网格脱碳会非常有效地降低城市碳排放(范围2排放),它可能有适度的福利减少点_2.5在城市区域空气质量(尽管重要的是它有好处)。这是因为电网电力空气污染减少建模使用Pathways-AQ只占污染物相关的减少(发电),影响城市的点_2.5在其边界。从更广泛的区域点会有好处_2.5减少,与电网污染减少,但这些都是通过这个过程没有量化。绝大多数的城市在燃煤发电站发电以外的城市市政边界,在阿克拉一样。大约一半的约翰内斯堡的点_2.5空气污染来源于城外边界(Tessum et al ., 2022)。在气流量水平会因此创造新的工作机会协调减缓气候变化和空气质量管理。通过促进联合数据收集和同行学习,多城市空气质量管理方法也可以加强相邻城市的能力,来确定空气污染来源和改善当前的减排措施。在约翰内斯堡的分析显示,需要强大的地区采取行动改善整个地区的空气质量。

数据集成需要在气候行动和空气质量管理过程

在全球范围内适用,预填充工具(如在这里使用的)地址的问题是太常见的在低收入和中等收入上下文:一般“缺乏数据。“当地官员可能会犹豫是否要使用预填充工具和宣传的结果,是基于全球数据集没有自己的(即。就近获得)质量有保证的排放数据。早期一体化的温室气体和AQ库存工作,之前和期间当地验证的过程中,可以避免错误,增加支持,和福利工作减缓气候变化和AQ管理;而减少员工所需的时间。

AQ-oriented分析城市规模的温室气体排放清单可以揭示低估或高估的部门活动(燃料的使用)可能被忽视的温室气体清单创建过程。AQ排放因素应用到温室气体inventory-derived燃料使用,然后比较结果的其他来源的数据(例如,AQ观测、卫星数据或基层活动数据)可以揭示偏差。一些来源不一样与温室气体排放相关AQ排放(例如,从车辆刹车和轮胎磨损,或使用的特定类型的炉灶烹饪与固体燃料)。同时,一些行业更相关的AQ,不得被认为是在一个温室气体清单(例如,生物排放挥发性有机化合物的来源或下面的工业来源在瓜达拉哈拉的例子)。温室气体清单开发往往倾向于使用经验消费/生产水平活动数据(例如,桶石油,吨煤)。这个指标通常不同于用于AQ库存发展,通常支持自底向上的建模(例如,没有活动。旅行的人每天每辆车模式××距离燃油效率的模式或#煤炉灶/天火炉使用××小时炉子效率),能够产生更高的精度。

一个集成的库存需要占这些不匹配。适当的对齐方法部分取决于什么类型的开始库存可用。例如,GPC-compliant库存需要大量的审查和re-categorization活动数据(例如,在利马在下面的例子中看到木炭无数或住宅和工业燃料木材在亚的斯亚贝巴的例子),使对齐在Pathways-AQ场景建模。这些步骤比较温室气体对AQ库存,库存建模和观察不仅真实评估和温室气体库存的方式是不可能仅使用标准方法,但也可以使用AQ提高减排温室气体跟踪进展数据共同排放来源的一个指标。

亚的斯亚贝巴

用GPC活动数据和外部空气质量相关研究显示数据不一致性在亚的斯亚贝巴的薪材使用。在回顾文献和各种文档在亚的斯亚贝巴,城市以及城市的温室气体排放数据,C40和城市工作人员发现了一些不一致的基线估计薪材使用。当从亚的斯亚贝巴C40薪材活动数据转换的GPC库存点_2.5使用Pathways-AQ很明显,木材使用被高估了由于方法论上的错误在首都的GPC库存。住宅薪材使用在亚的斯亚贝巴的GPC库存等同于主要能耗高出14倍主要能源消耗的电能。Pathways-AQ用来计算空气污染浓度时,住宅薪材的用量在基准年(2016),代表的GPC库存,就下午了_2.5的浓度> 40μg / m³,超过总测量平均浓度(33μg / m³)。哈恩·阿斯范以及Demissie (2012)估计在住宅薪材能源内容用五倍家庭使用的电力。在这项研究中,估计用电相似,在亚的斯亚贝巴的GPC库存。基于这些发现,住宅薪材使用规模缩减,在通路AQ模型中,所以它的能量是5倍的能量用电量GPC库存,匹配哈恩·阿斯范以及Demissie (2012)研究。在亚的斯亚贝巴的GPC库存、薪材在商业和工业领域中使用计算从住宅薪材使用。因此,这些活动数据也按比例缩小为住宅按照比例做薪材使用。

瓜达拉哈拉

在瓜达拉哈拉,使用一个集成的温室气体和空气污染物库存,与城市的GPC库存,允许C40和城市员工发现特定的空气污染来源,以前并不占气候行动计划过程中。集成的温室气体和空气污染物库存为瓜达拉哈拉的大都会地区开发了世界资源研究所(WRI)以及城市规划研究所的大都市的瓜达拉哈拉(IMEPLAN)。它曾在CAP-AQ分析,进行对比。小工业和住宅的来源,如溶剂或处理和分布的液化石油气,单独来看不占太多的排放,在一起对空气质量有重大的影响。然而,他们不包括在该市2016 GPC库存,他们不包括在Pathways-AQ建模,因此,不占CAP-AQ分析;相反,他们被当作non-modeled排放来源。

秘鲁首都利马

当C40员工回顾了省2019年利马的空气质量诊断报告,他们发现点的重要来源_2.5,占总含量的16%,没有包括在利马的GPC库存:在商业无数个木炭燃烧。添加这个部门Pathways-AQ导致额外的1.1μg / m³在建模全市年均环境点_2.5。其他工业来源并没有反映在GPC库存,包括锌和铜炼油厂、水泥生产、鱼面粉和炼油厂。在一起,这些来源占一个额外的14.1μg / m³周围的点_2.5在城市,最初并没有反映在使用GPC库存单。有可能重复计算的风险如果排放的一些诊断报告包含在其他类别的燃料燃烧GPC库存。仔细检查所有的本地数据是必要的。

当地接触可靠的当地排放估计是至关重要的

至关重要,清晰地定义一个过程实现多层次(地方、国家、地区等)、多部门(环境、交通、工业等)参与在这个过程的开始。城市系统的横向校正和跨部门合作,可以建立一个共享的理解多个集成的好处;达成一致的数据输入和工具;设计流程政策优先;并避免看到一些福利类别的倾向与他人竞争。C40-with的角色“地上”员工从事/附近当地办事处之间的鸿沟的关键的建模工具和真实世界的应用程序的开发工具是有用的和可以理解的格式非技术市政工作人员负责开发和证明市政计划。

约翰内斯堡

C40 Pathways-AQ初步分析后,确定几个重要的空气污染排放源没有约翰内斯堡的温室气体清单的优秀代表。这些来源包括住宅固体燃料燃烧、垃圾燃烧,和尾矿(当地尘埃的来源)。城市强调开放废物燃烧是一个需要考虑的重要来源的AQ视角。这是不包括在城市的GPC库存和,因此,从城市必须收集的数据包括在分析。这个数据很难获得,作为非正式活动很少追踪,但这座城市能够提供有价值的信息,作为评估的依据。后关注的来源似乎未被充分代表的温室气体清单或失踪,C40更新/改进估计通过文献搜索的结合与城市和地区官员和会议,以及研究机构。由于这些会议,例如,垃圾的数量在城市更新使用2011年的人口普查数据和社会调查数据为2016年人口和废物处理的统计数据,从统计数据获得SA。CAP-AQ讨论了帮助约翰内斯堡识别合作者的利益在城市和所有权分配给相关限制措施。这种合作是有益的在预算限制的情况下,因为现在计划的行动是由各部门,形成各自的商业计划的一部分。

瓜达拉哈拉

在瓜达拉哈拉的大都会地区,砖窑(ladrilleras)普遍存在。排放的过程是手工的和非正式的,这个行业不是well-accounted GPC库存但可能对空气质量造成负面影响,因为他们的普遍性和使用生物质能,木材燃料、废油、纺织品、轮胎、和塑料燃料。一些当地的研究已经开展,但数据是稀缺的。开发一个完整的库存WRI和IMEPLAN启用C40 CAP-AQ考虑这些空气污染来源的分析,尽管他们并没有在GPC更易库存。C40的可见性的分析提出了这个问题,强调特定的必要性,准确的本地数据。总的来说,只有27%的总点₁₀和点总数的32%_2.5包含在Pathways-AQ仅基于GPC库存,如果考虑所有的来源,被排除在GPC库存,但包含在综合库存。

识别空气污染来源,没有占该地区的GPC库存,从IMEPLAN C40和技术人员召开会议,当地城市机构牵头的创建帽。C40还会见了其他机构和组织在该地区的空气质量,包括WRI,研发了综合空气质量和温室气体排放清单。值得注意的是,国家级空气质量的官员也被邀请来参加这些会议,为空气质量工作提供上下文发生在州一级项目,哈利斯科Respira。通过这些会议,C40员工能够了解更多的相关工作由IMEPLAN和SEMADETSecretaria de中部社会y Desarrollo领土(SEMADET), 2020年),以及他们的动机和利益将空气质量集成到帽。他们还提供有用的反馈数据查询,提高Pathways-AQ分析最终将考虑集成到第二个版本的帽子。

阿克拉

是具有挑战性的查找和访问数据的阿克拉大都会装配区由于市和国家级政府之间复杂的报告结构。国家级政府收集的数据,如EPA,由法律规定,目前还没有中间或地方层面的数据收集。因此,国家一级审批需要的共享和使用可靠的本地数据即使环保署自2005年以来一直在收集和分析数据。

灵敏度在健康数据主张与卫生部门的合作

收购当地的健康数据,通常是具有挑战性的,在许多情况下,代理这些分析所需数据。而当地卫生数据通常缺乏,请求一个特定格式的前期(例如,icd - 10编码),可能会成功,这样的数据是可用的。参与和改善沟通与公共卫生人员在整个过程中加强不同政府部门之间的关系,建立更深层次的合作应对气候变化的基础设施,空气质量和卫生工作向前发展。

当地卫生的总体缺乏数据分析进一步复杂化,因为市政府没有风险的经验交流和公共卫生意识可以有最初的犹豫分享空气污染造成的健康影响公开没有计划解决这些影响或增加获得医疗保健。在下面的例子强调地方官员可以敏感的情况下向公众发布卫生信息环境部门发布卫生信息没有不舒服的支持健康的同事或使用国家层面的数据和本地数据可能会给非常不同的结果。

此外,我们的方法不包括non-PM_2.5健康方面的好处,包括那些没有相关₂联系在一起,例如,儿童哮喘发病率(Khreis et al ., 2017;Achakulwisut et al ., 2019);臭氧与,例如,呼吸道疾病(GBD 2019风险因素的合作者,2020);身体活动;噪音;和绿色空间。许多减少温室气体的策略将创建多个non-PM_2.5健康的好处;遗漏的效益结果我们把真正的健康益处。此外,我们不能把健康受益减少有限公司₂。有限公司₂通过多种途径影响健康,包括热暴露,极端天气事件,野火烟雾,沙尘暴,臭氧污染、气源性致敏原,水和媒介传播疾病,和营养的影响(史密斯et al ., 2014;Romanello et al ., 2021)。虽然一些研究量化健康有限公司赔偿₂排放为一个特定的国家或地区(例如,赫顿和门尼,2014;Rohat et al ., 2018;Martinich crimmin, 2019)或通过一个特殊的暴露途径(例如,席尔瓦et al ., 2013;Cromar et al ., 2022),目前不存在健壮的方法估算的整体全球健康损害每吨二氧化碳排放(Scovronick et al ., 2019;Cromar et al ., 2021)。少量的文章看看当地的影响从当地温室气体的浓度,例如,雅各布森(2010)和雅各布森et al。(2019)。

约翰内斯堡

城市工作人员怀疑允许被高死亡率的预测从Pathways-AQ当局。他们更喜欢有死亡率预测百分比而不是在绝对数字。城市需要特定语句的分析表明,估计百分比从Pathways-AQ范围预测水平的工具。这反映了地方政府的恐惧更健康的影响空气pollution-either当前条件或未来的预测和提供了一个机会来创造更强的与当地卫生部门的关系,确保支持周围空气污染和健康分析。

布宜诺斯艾利斯

担心健康结果出现在环境部门的共享,而非卫生部门。灵敏度的一部分在健康结果出现,因为国家级健康数据比市级卫生数据更容易获得,因此被用于初始迭代Pathways-AQ分析的城市。结果基于国家级数据被视为一个潜在的不准确的表示现实世界的情况在城市。经过进一步与城市员工合作,C40访问和分析当地的健康数据,收集城市的水平。这个数据是用来代替原来的国家级死亡率数据,和随后的分析提供了机会来验证当地疾病率和潜在的健康因素在一个城市可以明显的区别于国家平均水平。获得当地卫生数据是一个特别有价值的一步CAP-AQ一体化进程,因为它加强健康评估和建立信心在城市工作人员关于使用CAP-AQ健康结果。

结论

我们新开发的综合气候、AQ和健康框架和Pathways-AQ工具代表一个超越目前常见approach-wherein城市气候行动计划和AQ规划主要是分离。整合气候行动计划,AQ管理计划,和健康的考虑可以节省城市工作人员的时间,增加利益相关者和市政府的支持,导致更好的数据协调和凝聚力,最importantly-reveal的减排策略的最大潜在气候行动中获益,空气质量和公共卫生。

这里描述的方法有一定的局限性。首先,我们的方法不包括non-PM_2.5健康卫生方面的好处(参见敏感度数据认为参与卫生部门具体的例子)。未来的努力可以有效地解决这些差异提供一个更全面的社会福利的会计实施限制。第二,我们的方法只提供稳态平均点_2.5浓度和线性化点之间的关系_2.5前体和点_2.5浓度。(即解决这个方面。,accounting for non-linearities in atmospheric chemistry) would require computational resources beyond what was available to this project. We specifically designed Pathways-AQ to be a screening-level tool; it can be used to narrow the policies and mitigation pathways that are analyzed in greater depth using tools that incorporate full chemistry and transport. Third, results are dependent on robust information about emissions. However, those inputs are often highly uncertain at the city scale.

新Pathways-AQ模型包括的独特的方面,它是专门为城市规模使用;AQ,它集成了气候变化和卫生的考虑,并提供定量结果;和它不需要太多的技术专长。其他几个AQ和减缓气候变化的决策支持工具(例如,城市LEAP-IBC BenMAP, AirQ + GAINS-City,等等),但对不同的政策环境或需要开发更多的专业技术,计算时间,和/或数据操作(Anenberg et al ., 2016)。使用的新工具在这里起了关键的差距,尤其是在城市,可能希望将他们的气候和AQ计划但缺乏大量资源全面建模的排放浓度,健康影响(尽管信心输出与输入数据的可靠性密切相关)。

Pathways-AQ目前在40 ~ C40城市可供立即使用。更多的城市扩大的潜力取决于全球可用性地市级活动数据集的详细补充IIASA的全球排放因子数据集,InMAP点的全球计算高效的发展_2.5敏感性和高空间分辨率暴露估计。两个障碍扩展这项工作(1)的能力开发或发现现有的准确,当地库存数据,和(2)市政官员需要有时间和资源可用这些工具应用于气候和空气污染的挑战,包括所需的大量数据验证和验证过程产生有意义的结果。

这项工作证明的好处和挑战将定量的空气质量和健康结果集成到市级气候行动计划,学术研究者之间的合作伙伴关系的框架内,市政府官员,跨边界组织研究和政策。我们希望这项工作作为未来集成模型的空气质量管理和气候行动计划,指导和减排的功效最大化在城市,在全国范围内,和在国际上。

数据可用性声明

包含所有原创贡献为研究开发或内补充材料。进一步调查可以直接到相应的作者。

作者的贡献

门将、SA和佐领导起草这个手稿的工作。正义与发展党帮助起草部分的方法。SN、NP和AB与市政府官员(包括直流,毫米,和AR)了解每个城市独特的挑战和发展投入进行分析。TC和CT进行输入的Pathways-AQ建模包括集成类,JM, DH, SA和PK。作者所批准的最终版本的手稿,并贡献了同样整体计划的制定和实施过程,是本文的主题。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

这项工作是由空气清洁基金(批准号190401)C40城市和威康信托基金会格兰特(# 216075 - z - 19 - z)乔治华盛顿大学。

的利益冲突

门将是奥比斯航空公司负责人。

其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

确认

我们承认以下个人的贡献,这篇文章:莎兰艾尔维(大都会利马市),伊曼纽尔Appoh加纳(EPA),拉斐尔Arku(马萨诸塞大学阿默斯特),Beatriz Cardenas(世界资源研究所),Maria Ines德卡萨斯(布宜诺斯艾利斯站城市),迈克尔·Doust (C40),丹尼尔血管(交通运输部、加纳),玛蒂娜Ferrarino (C40),费德里科•加西亚(布宜诺斯艾利斯),安德森怀(大都会利马市),Fantu Kifle(亚的斯亚贝巴),英格丽Krahn(布宜诺斯艾利斯),塔尼亚洛佩兹(世界资源研究所),直到Molefe约翰内斯堡(市),玛丽Oshinyo(加纳卫生服务),戴安娜Porlles(大都会利马市),纳迪亚沙(C40),卡罗莱纳thel布宜诺斯艾利斯(市),Rabelani Tshikalanke约翰内斯堡(市),卡洛斯·巴斯克斯卡斯塔涅达(C40), Paola船帆座(大都会利马市)。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/frsc.2022.934672/full补充材料

引用