《Case Studies on Transport Policy》：Carbon spatial mapping of ship emissions for port-level mitigation policies in Busan, Korea
编辑推荐：
本研究通过整合AIS数据与船舶规格，构建了高分辨率船舶二氧化碳排放空间地图，揭示排放高度集中于主要航道和港口，尤其是250米以上船舶的住宿阶段贡献显著。为港口碳中和政策提供数据支持。
吴珠素（Woo-Ju Son）| 申一植（Il-Sik Shin）| 惠特尼·卡延泽利·阿卡亨达（Whitney Khayenzeli Akhahenda）| 乔东俊（Dong-June Jo）| 趙益顺（Ik-Soon Cho）
韩国昌原市中小企业造船研究所军民合作部门，邮编51695
摘要
本研究通过整合自动识别系统（AIS）数据与船舶规格信息，调查了韩国釜山周边海域的船舶二氧化碳（CO2）排放情况。通过时空密度分析和三级排放估算方法，构建了一张高分辨率的碳排放空间地图。研究结果表明，排放主要集中在主要航运路线和港口区域内，尤其是长度超过250米的船舶停泊时产生的排放量占总排放量的很大一部分。这些发现强调了除了航行控制之外，还需要关注港口相关运营活动。从政策角度来看，这种空间碳排放地图可以为港口管理部门提供实用工具，以识别高排放区域并优先制定减排策略。本案例研究为将排放映射整合到港口级碳排放管理和交通政策设计中提供了可操作的依据。
引言
由于温室气体的持续排放，全球变暖在过去2000年里以最快的速度发展（Esper等人，2024年）。作为回应，国际社会在《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）第28次缔约方大会（COP28）上达成了首个关于逐步减少化石燃料使用的协议（UNFCCC，2023年）。国际海事组织（IMO）在2023年的MEPC80会议上制定了到2030年将温室气体排放量比2008年水平减少20-30%，到2040年减少70-80%的中期目标，并暂时同意在2050年前实现碳中和（净零排放）（IMO，2023年）。
这些国际和国家层面的举措凸显了港口级脱碳框架的重要性，这些框架有助于设计和实施有效的政策。姜等人（2023年）以广州港为例，计算了六种补贴政策下的减排效果，得出结论：绝对减排量与补贴强度成正比。换句话说，积极的政府政策可以对减排产生显著影响。根据韩国政府2050年碳中和计划（总统碳中和与绿色发展委员会，2021年），目标是将航运业的碳排放量比2018年减少70%。顺应这一国际趋势，建立新的脱碳框架至关重要。
目前，全球正在开发和使用碳空间交互式地图系统，以支持旨在减少温室气体排放的城市规划和政策决策（Kim和Jung，2024年）。然而，现有的碳空间映射系统往往忽略了来自海洋环境的排放。由于海上运输业的快速增长，海上交通造成的空气污染问题日益严重，给海事政策和管理带来了重大挑战（Toscano等人，2021年）。为了有效实现碳中和，必须建立基于海洋特定统计数据的空间分析系统。东亚地区船舶的二氧化碳和传统空气污染物排放量增长最快，但相关综合分析研究仍然有限（Liu等人，2016年；Selin等人，2021年）。根据Wan等人（2016年）和Selin等人（2021年）的研究，东亚地区的二氧化碳和废气排放量非常高，尤其是釜山周边海域的排放量在全球范围内名列前茅。来自四大洲的港口级研究表明，停泊中的船舶对总排放量有显著贡献（Styhre等人，2017年）。本研究通过引入海洋碳空间地图的概念来填补这一空白，该地图结合了三级排放估算和精细的空间可视化技术，从而提供了一种新的方法论框架，并为港口级碳排放管理提供了可操作的见解。
图1展示了当前国际碳空间交互式地图系统的运行状况。在美国，城市层面的气候行动凸显了对碳排放定量和可视化数据的需求。因此，CoolClimate Network（CCN）开展研究、开发软件并实施减排项目（见图1(a)（CCN，2025年）。英国于2008年通过了《气候变化法案》，这是世界上首个专门针对气候变化的立法，并在2019年成为第一个制定2050年碳中和目标的G7国家（英国立法，2008年；环境、食品与农村事务部，2019年）。一个专门机构负责该系统的开发和运营，组织了针对不同领域的团队（如碳汇和交通领域）来收集和处理数据（见图1(b)（DEFRA，2025年）。日本的碳空间地图已整合到环境影响数据库系统（EADAS）中（见图1(c)（EADAS，2025年）。为了促进区域主导的碳中和，日本国土交通省（MLIT）建立了全国性的碳空间地图系统（见图1(d)（MLIT，2023年）。尽管已经为陆上运输和工业部门制定了全面的碳排放管理框架，但针对海洋领域的系统化方法仍较为有限。
鉴于韩国三面环海的地理位置，海上运输是其国际贸易的主要方式（Chough等人，2000年）。韩国海洋渔业部（MOF）的第五个长期发展计划报告显示，韩国99.8%的进出口货物通过海上航线运输（MOF，2021年；MOF，2021年）。值得注意的是，釜山新港是全球七大集装箱港口之一，也是韩国航运流量最大的港口（KMI，2023年）。因此，迫切需要一个既能考虑停靠在港口的船舶，也能考虑经过韩国水域的船舶的排放估算系统。近年来，船舶的规模显著增大（Son和Cho，2022年），这导致集装箱处理量迅速增加，进而对港口的废气排放产生了显著影响，尤其是在船舶停泊和装卸阶段（Nguyen等人，2022年）。例如，在韩国丽水光阳港，船舶在停泊阶段的二氧化碳排放量约占船舶总排放量的96%，其中约66%发生在停泊操作期间。此外，集装箱船和油轮对这些排放量的贡献尤为突出，占总排放量的约73%（Kim等人，2022年）。国际海事组织（IMO）正在进行温室气体（GHG）研究，以管理国际航行产生的排放，包括船舶的燃料消耗和碳排放。第四次温室气体研究通过整合自动识别系统（AIS）数据与船舶规格（如主机、辅助发动机和辅助锅炉的额定输出）来比较和分析不同类型船舶的排放（IMO，2020年）。Sun等人（2025年）利用六年的AIS数据，利用自下而上的系统化运输和排放评估模型（STEAM）计算了中国海域船舶排放的时空特征。在此基础上，本研究通过将AIS数据投影到网格地图上，对釜山周边海域的船舶运营进行了时空密度分析，以估算二氧化碳排放量。通过结合船舶的主要尺寸，根据每艘船舶的特点和运营情况计算了三级二氧化碳排放量，并使用地理信息系统（GIS）生成了空间排放地图。这种方法有助于开发海洋碳排放统计地图，通过网格级空间映射和详细的二氧化碳排放估算方法。这样的系统可以帮助政策制定者制定有针对性的减排策略，改进碳排放管理，并促进可持续的海洋利用。此外，通过根据船舶大小和航行速度区分排放量，该方法能够分析实际航行水域的二氧化碳排放情况。可视化的结果便于直观识别高排放区域，使其特别适用于碳排放监测和海事环境政策的实际应用。
研究区域
研究区域
本研究利用了在釜山周边收集的AIS数据进行分析。为了准确估算釜山周边海域的二氧化碳排放量，有必要将分析范围扩展到釜山港和釜山新港之外。因此，分析区域是根据釜山市的行政边界和海洋空间管理计划中规定的专属经济区（EEZ）边界来定义的。
二氧化碳排放的统计分析
本研究将海洋空间划分为网格状，以计算废气排放量，并对目标区域进行了海上交通密度分析。图8显示了用于进行密度分析的网格化海域，每个网格的大小设置为500米×500米。
本研究提供了10月、1月、4月和8月的二氧化碳排放统计地图，捕捉了集装箱船活动的季节性特征。
基于情景的政策模拟
碳中和的重要性日益凸显，《碳中和框架法案》的实施加强了地方政府追求碳中和的义务（MoE，2024年）。然而，韩国目前缺乏针对海洋领域的碳排放管理计划，尽管釜山周边海域的船舶交通量巨大，船舶排放量在全球范围内名列前茅。本研究的结果证实了在
结论
本研究通过整合AIS数据与详细的船舶规格信息，开发了一个高分辨率的海洋二氧化碳排放空间映射框架，用于估算釜山周边海域的船舶排放量。时空密度分析与三级排放估算相结合的结果表明，排放主要集中在主要航运路线和港口区域内，大型船舶的贡献尤为显著。特别是船舶停泊活动被确定为主要的排放源。
未引用的参考文献
釜山港务局，2025年；Zanobetti等人，2023年。
CRediT作者贡献声明
吴珠素（Woo-Ju Son）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、项目管理、方法论设计、数据收集、概念化。
申一植（Il-Sik Shin）：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督。
惠特尼·卡延泽利·阿卡亨达（Whitney Khayenzeli Akhahenda）：可视化、软件开发、数据收集、正式分析。
乔东俊（Dong-June Jo）：验证、软件开发、方法论设计、正式分析。
赵益顺（Ik-Soon Cho）：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了韩国政府（科学信息通信技术部（MSIT）资助的韩国国家研究基金会（NRF）（项目编号：RS-2025-00554193）的支持。
