南科大环境学院沈惠中团队发表文章综合分析全球航空二氧化碳排放的航班间变异性

近日，南方科技大学环境科学与工程学院副教授沈惠中团队在Environmental Science & Technology期刊上发表了题为“A Comprehensive Analysis of Interflight Variability in Carbon Dioxide Emissions from Global Aviation”的研究论文。该研究基于ADS-B数据，构建2019-2021年全球航空二氧化碳（CO₂）排放清单，分析了航班之间CO₂排放的变异性，为264种标准机型开发了简化模型，也是目前唯一一个集成全球航班数据的排放快速评估工具，为航空部门制定针对性的减排措施提供了关键支持。

航空是近年来排放增速最快的交通部门，也是减排难度最高的部门之一，常规的减排手段较难取得显著的效果。近年来，ADS-B（自动相关监视广播）成为一种新的航班数据源，用于构建更精确的航空排放清单。然而，航班飞行间排放差异的关键因素还缺乏定量分析，机场附近的起降（LTO）阶段的减排潜力也没有准确评估。此外，迫切需要覆盖全部飞行时间的排放快速评估技术，支持排放的实时评估并节约计算资源。

图1 航班排放分布与简化模型的构建。（a）2019年航班排放与飞行距离的密度散点分布。（b）五种机型的排放-距离散点图及拟合曲线。（c）同一机型相同飞行距离下排放与时间残差图。（d）简化模型评估结果与基于ADS-B数据计算结果的排放对比。

研究分析了2019-2021年超过一亿两千万架次航班（图1），结果显示航班间的排放存在显著差异。飞行距离是航班CO₂的主要决定因素，且机型相同的航班具有相近的排放-距离关系。进一步的分析表明同一机型飞行相同距离后的排放差异与飞行时间显著相关。确定了关键因素后，研究团队构建了预测排放的快速评估简化模型，经验证与基于ADS-B数据计算的结果仅相差1.2%。

图2 2019年航空排放的空间分布。（a）2019年航班基于起降地点的大洲级排放分布。（b）2019年航空CO2排放的空间分布。

除了全球尺度的航空CO₂空间分布（图2），研究还关注了起降阶段的减排潜力量化。通过对全球6023个机场的分组分析（图3），研究团队首次量化了滑行阶段的机场减排潜力。结果显示，起降航班数较少的机场，通过航班调度、路线设计等方式，可能减少51.6%的滑行阶段CO₂排放；航班起降数较多的机场，由于调度难度等因素，减排较为困难，但也贡献了每年1.39Tg的减排潜力，现阶段全球机场滑行阶段减排潜力约为每年4.7Tg。

图3 不同飞行阶段的排放分布。（a）8个飞行子阶段的排放占比。（b）五种机型不同子阶段排放比例对比。（c）机场起降航班数与平均滑行时间关系的拟合分析。（d）全球机场的起降阶段排放分布。

南方科技大学为论文第一通讯单位，南方科技大学环境科学与工程学院2023级硕士研究生韩宇潇为论文第一作者，沈惠中副教授为通讯作者，合作单位包括北京大学、北京航空航天大学和暨南大学。该研究得到了国家自然科学基金、深圳市科技计划项目、深圳市城市环境健康风险精密测量与预警技术重点实验室以及高水平专项资金的联合资助。计算资源由南方科技大学科学与工程计算中心提供。

复制下方论文链接至浏览器访问或点击文末“阅读原文”，即可查看论文：

https://doi.org/10.1021/acs.est.5c02371