路面反射的温室气体效应研究

论文总字数：21790字

摘 要

在道路生命周期评估（LCA）中的建模中，使用模块是不可避免的一部分，该模块包括滚动阻力，反射率，照明设施，水泥混凝土路面的碳化等等。对于反射率的影响，过往研究存在许多不足，一般采用定性、简单模型计算，其结果精度不高。为进一步完善路面反射率影响的建模，本文在路面反射的温室气体效应模型中引入时间变量，与地表反射率模型，从而建立起基于时间的路面反射的温室气体效应模型，使用这个模型可以计算道路在生命周期中因改变原有地面反射率而产生的当量二氧化碳补偿。通过案例研究，在确定性计算中混凝土路面因反射率变化产生的当量二氧化碳占总的当量二氧化碳的-22.4%，会对环境产生有利影响，而对于热拌沥青混合料这一数值为 2.4%，会对环境产生不利影响，而在不确定性计算中因反射率变化而产生的当量二氧化碳所占据的比例更大。因此无论是确定性计算还是不确定性计算都能表明：路面反射效应是道路生命周期清单分析中不可忽视的一部分。

关键词：生命周期评估，路面，反射率，温室气体

ESTIMATION OF THE GREENHOUSE EFFECTS ON PAVEMENT ALBEDO

Abstract

In the modeling of the life cycle assessment (LCA) of pavement , the usage module is inevitable. This module including rolling resistance, reflectivity, lighting requirement, carbonation(for cement concrete pavement) and so on. The previous research on the effect of albedo has many deficiencies,they usually use simple models for calculation, and the results are not accuracy. To further improve the effect of pavement albedo model, we introduce time variables and land surface albedo model into the model. And a time-dependent climatological model was developed to estimate the CO₂ offset due to pavement albedo in the life cycle. This model can be used to calculat CO₂ equivalent compensation due to changes in albedo. Through case studies,in the deterministic calculations,the equivalent carbon dioxide due to concrete pavement albedo is about -22.4%, and for hot mix asphalt the value is 2.4% , and in the probabilisti ccalculation the values are bigger. So whether it is in deterministic calculation or uncertainty calculations can be seen that: road pavement reflection effect is part of the life cycle inventory analysis and can not be ignored.

Keywords：life cycle assessment（LCA）,pavement,albedo,green house gases

摘 要 1

第一章 绪论 3

1.1 研究背景及意义 3

1.2 国内外研究现状 4

1.3 本文主要研究内容 6

第二章 模型的基础和已有理论 7

2.1 表面反射率与大气顶层辐射效应的联系 7

2.2 地表反射率模型 9

2.3 表面反射率变化的当量CO₂ 10

第三章 模型建立 12

3.1 地表反射率模型 12

3.1.1裸地反射率 14

3.1.2雪地反射率 14

3.1.3植被反射率 15

3.2 表面反射率变化的当量二氧化碳计算 18

第四章 案例研究 19

4.1 确定性计算 19

4.2 不确定性分析 21

第五章 总结与展望 22

5.1 总结 22

5.2 不足与展望 22

参考文献： 23

致谢 25

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

产品的全寿命周期是一个产品系统和周围环境不断交互的过程，作为一个整体存在，包括了产品从原材料获取、生产制造、包装运输、使用维护，最后进入报废回收处理的全过程。生命周期评估（LCA）是评估一项产品或流程从“摇篮”到“坟墓”的整个生命周期内对环境的影响。

环境变化是生命周期评价（LCA）中历史最为悠久的影响种类。目前，LCA从业者们可以用一些方法来衡量生产和服务对全球气候的影响，比如全球变暖潜能（GWP），它测量每单位不同温室气体排放所产生的辐射影响。尽管其他的方法在影响链、估测对人类和生物圈的潜在结果上做的更好，但全球变暖潜能可能是使用最多的方法。这些方法有一个共同点，就是他们只关注温室气体的排放。但是，人为地改变地表会影响表面反射率，并通过扰乱短波辐射产生辐射效应。根据政府间气候变化小组，在1750到2005年间全球地表变化尤其是森林开筏使得地球反射率上升，产生-0.2 W m^-2的辐射效应^[1]。尽管这个影响从全局来看比较小（长期存在的温室气体的辐射效应是 2.63 W m^-2）。近年来表面反射率变化的应用尤其是作为减缓环境变化的战略受到了越来越多的关注。例如由于使用反射性建筑材料使得全球城市地区反射率上升，估计由此产生的降温效果相当与抵消44 Gt二氧化碳^[2]。另一方面Betts发现在高纬度地区森林砍伐对于减缓气候变化有害，因为森林反射率诱发的积极效应抵偿了碳封存产生的不利影响^[3]。

作为一项资源，土地在农业、林业以及矿产方面显得尤为重要，因此生命周期评估中的土地使用影响也受到了越来越多的关注。至今为止，土地使用影响的研究主要集中在生物多样性与土壤质量指标上，然而土地使用与环境变化的联系环节对应于碳储量的变化，比如把森林转化为农田，从未有过在生命周期评价中处理这一课题的研究。在这篇论文中我们提出了用当量二氧化碳排放衡量地表反射率的变化，并将它包含到生命周期评估中气候变化影响中。

路面建设作为基础设施建设系统中重要的组成部分，每年投入其中的能源与原材料的数量庞大，在路面的生命周期中会对环境产生巨大的影响，而这个影响是一个模糊而不确定的。因此，现在有越来越多的人使用LCA的模型来衡量路面对于环境的影响。

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