从学界来看 2023 年美赛 F 题：绿色 GDP

不继且回窗

今年不参赛，就准备写点东西随便玩玩，怎么蹲了这么久还没有题目相关的问题，开篇文章吧。（本篇文章只谈F题，随时更新，大家不要着急！！！）
-----------------------分割线-----------------------
今天很无聊，又醒得很早，来刷一下知乎，结果一看，怎么每年都这么多打广告的，真是要了ming了。（大学生的钱很好赚吗？震怒）
-----------------------又是一个分割线-----------------------
F 题是一个很典型的 ESG（Environment, Society and Government，环境、社会与政府治理）的问题。但是我认为题面说的并不全面，我们先从 Green GDP 这个东西应该考虑什么出发，我再提供一些基于我们对 Green GDP 的范围界定可以使用的数据集，最后是学界常用的方法学，希望对广大参（qian）加（lai）比（wan）赛（shua）的本科生提供一些帮助。
（阅读完本文的作者一定会说，啊，一看这个人就是搞大气污染控制的，水、土壤和固体废物完全不提）
Green GDP 范围界定

首先，作为一个中国参赛者，你一定要知道我们国家的环境保护已经进入到了“减污降碳协同增效”的新时代：



Fig.1. 多部委联合发布《关于印发减污降碳协同增效实施方案的通知》[1]

从减污降碳协同增效的角度来讲，不应该只从温室气体来考虑，考虑温室气体也不应该只考虑二氧化碳。
温室效应方面

先说考虑温室气体为什么不能只考虑二氧化碳：



Fig. 2. 2020年美国温室气体排放总览[2]

这是2020年全年美国温室气体排放量，二氧化碳占总排放的80%，但是我这里懒得找EDGAR全球的数据了（悲）。这个时候就要引入另外两个名词，一个是全球变暖潜势（Global Warming Potential, GWP），二是二氧化碳当量。
根据欧盟的定义，GWP用来描述一种温室气体的相对效力的术语，以分子为单位。
根据 IPCC AR4 WG1 报告[3]的第 223 页，

寿命（年）	GWP
二氧化碳	根据BernSCM计算	1
甲烷	12	21
氧化亚氮	114	310

每个温室气体组分的浓度与其GWP相乘就是该温室气体的二氧化碳当量。而考虑到GWP，二氧化碳只占全球二氧化碳总量的2/3，所以只考虑二氧化碳绝对是不行的。
清洁空气方面

中美另外一个很不同的地方就是，中国面临的大气污染治理挑战更加严峻。
虽然2021年，全国339个地级以上城市中，218个城市环境空气质量达标（国家二级标准，参照 GB 3095-2012《环境空气质量标准》[4][5]），但是就 PM2.5 而言，我们国家的标准也仅仅是年均 35 微克/立方米。而就在 2021 年，世界卫生组织更新了空气质量指导值[6]，将 PM2.5 的最终年平均浓度加严到了 5 微克/立方米，这个标准是世界上没有几个国家能够达到的。（当然，要是能达到，我们就不用上学了）
反观美国，美国2021年年均PM2.5浓度为 8.5 微克/立方米[7]，这二者之间的差距是不可同日而语的。在这样的背景下，作为一个中国参赛者，就不得不考虑清洁空气背景下的费用效益评估。
总结

其实 Green GDP 是一种污染物和温室气体减排责任分摊的新视角。根据《巴黎协定》的第九条——“发迖国家缔约方应为协助发展中国家缔约方减缓和适应两方面提供资金，以便继续履行在《公约》下的现有义务。”[8] 那么究竟如何用什么方法来确定资金的多少呢？我觉得人均 Green GDP 是一种很好的方法，也希望读者可以结合这一点考虑比赛思路。
一些能用的数据集

温室气体数据

EDGAR [9]是一个在温室气体方面非常经典的一个网格化数据集（精度 0.1^\circ\times0.1^\circ ），由欧盟开发，现在最新已经到了 EDGARv6 版本，我前一段时间随便画了一下中国及周边国家和地区 2021 年的甲烷排放：



EDGARv6 2021年中国及周边地区甲烷排放量（绘图说明见下）

特别说明

2月14日，自然资源部发布了《关于印发〈公开地图内容表示规范〉的通知》[10]，根据规范，该地图是不合规的，上述图片仅供学习。
污染物数据

主要污染物网格化的数据，一般而言都是通过模式模拟得到的，常用的模式有 WRF-Chem, WRF-CMAQ 等等，但是这大大超出了美赛的工作量。
所以我们可以使用一些简化的办法，比如只做一个城市的数据，不去网格化。那直接搜一下能用的 API 就行了。
人口数据

可以尝试的方法学

这里讲到的方法学已经完全不是传统意义上的数学建模比赛常用的方法学了。全球评估模型在这种领域是非常重要的，常见的全球评估模型有 GCAM、IMAGE、MESSAGE 等。
参考资料

[1] 中华人民共和国生态环境部, 关于印发《减污降碳协同增效实施方案》的通知, 2022-06-13 [2023-02-17].
[2] USEPA, Overview of Greenhouse Gases [2023-02-17].
[3] IPCC AR4 WG1, AR4 Climate Change 2007: The Physical Science Basis [2023-02-17].
[4] 中华人民共和国生态环境部, 2021 中国生态环境公报 [2023-02-17].
[5]
[6]
[7]
[8]
[9] European Mission Joint Research Centre Data Catalogue, EDGAR v6.0 Greenhouse Gas Emissions, 2021-05-17 [2023-02-17].
[10]
最后

这知乎编辑器的前端是谁写的，这也太难用了吧。甚至想把鼠标点到打分的地方，结果打分框自己消失了lol

弗洛依德瓜

数据找不到诶[大哭][大哭]污染物数据怎么找哇

123457608

[大哭][大哭]+1