本文总结了过去二十年航运排放表征和大气影响研究的成果，并指出了向清洁和零碳航运转型过程中面临的挑战以及未来的重点工作方向。近年来，虽然观测、模拟和大气化学传输模型的结合使得船舶排放表征和影响研究领域日益完善和多元化，但是由于贸易增长的强劲势头，控制和减少航运排放仍面临困难。基于贸易的航运排放减缓框架有望推动这一进程。未来工作的重点方向包括航运新型污染物的排放和影响、未来航运排放清单预测、北极航运排放等。本研究提供了对国际航运排放及其大气影响的全面理解，对制定未来的排放监管政策和实现气候和清洁空气目标具有重要意义。

中文标题：航运排放的大气影响与监管框架：成就、挑战与前沿

英文原题：Atmospheric impacts and regulation framework of shipping emissions: Achievements, challenges and frontiers

通讯作者：

刘   欢，清华大学

第一作者：

刘   欢，清华大学

易   文，清华大学

关键词：航运排放；大气影响；基于贸易的调控；挑战；未来方向

背景介绍

航运具有高效率和低成本的特点。目前，超过80%的国际贸易量是通过海运进行的。然而，国际航运的温室气体（GHG）和空气污染物排放问题不容忽视。2018年，航运业排放的二氧化碳（CO₂）占所有人为源排放的约3%，硫氧化物（SO_x）占9%，氮氧化物（NO_x）占17%。已有文献指出，在实现清洁空气和气候目标过程中，航运业向清洁和碳中和转型的作用举足轻重。然而，随着这一转型的推进，挑战也不断出现。目前，迫切需要回顾有关航运排放及其影响的理解，识别前进道路上的主要障碍和挑战，并确定未来研究的新科学问题。

研究成果

在过去二十年，航运排放表征和大气影响研究取得了显著的成果。在排放表征方面，航运排放模型方法经历了三代演变，目前已经能够精确到详细的船队信息，并实现高时空分辨率自下而上的排放特征解析。此外，自上而下的卫星观测数据和排放反演方法的发展也实现了支持自下而上的船舶排放特征研究。在大气影响研究方面，多尺度化学传输模型和气候模型被应用于航运排放影响研究。一般认为，航运排放是沿海和河边地区空气污染和过早死亡的主要原因。航运排放主要通过气溶胶对云的间接效应影响气候，这方面模型估算范围差异大，仍存在较大的不确定性。

在控制和减少航运排放方面仍然存在实际挑战，主要在于氮氧化物控制和温室气体减排两方面。对于氮氧化物来说，虽然国际海事组织（IMO）的NOx排放控制标准已经实施，但仅适用于新建船舶。由于船舶寿命较长，这些排放预计将持续十年。另一个问题是政策的有效性。欧洲沿海地区最近的研究揭示，存在大量NOx排放不合规的船。对于温室气体来说，贸易需求在持续增长，而减少航运温室气体排放却缺乏有效的激励机制。虽然2023年IMO战略将引入提高能源效率和使用气候友好型燃料等措施来减少温室气体排放，但其有效性仍待检验。

为了克服障碍并激励国际航运尽快脱碳，我们基于数百万次航运航程的能效和贸易相关特性分析，提出了一个创新的基于贸易的国际航运二氧化碳减排框架（Importer, Carrier and Exporter Framework，ICE框架），如图1所示。该框架旨在激励进口商、承运人和出口商通过技术推广和航线优化合作减少航运排放，并通过减排积分机制对其进行经济奖励。如果充分利用贸易优化，可使国际航运排放相比当前减少38%。尽管该框架仍处于理论阶段，但它具有显著的减排潜力，并可为IMO制定中期技术经济措施提供坚实的参考。

未来方向

海运的持续增长、减少航运温室气体和空气污染物排放的雄心将重塑国际航运的未来。未来的航运排放清单将必须考虑替代燃料的排放因子、新兴的北极航线、船队结构变化等。替代燃料的生命周期评估研究也应得到关注，尤其是NH3和醛类等物种的影响。此外，不同措施之间的协同与冲突仍然需要全面的评估。例如，如果在船舶上安装碳捕集与封存（CCS）以应对欧洲的碳边境调节机制，可能会减少航运能力。当整个星球需要依靠效率来减少每一单位不必要的碳排放时，这是否是一个正确的解决方案？优化这样一个复杂的系统仍然是一个挑战。

引用本文

Huan Liu, Wen Yi, Jukka-Pekka Jalkanen, et al., Atmospheric impacts and regulation framework of shipping emissions: Achievements, challenges and frontiers. Fundamental Research, 5(3) (2025)  1073-1076.

原文链接（复制到浏览器中查看）：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001092

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