全球40%的人口居住在离海岸100千米以内的沿海地区，世界50%财富聚集在港口城市。港口城市作为全球供应链的关键枢纽，正面临交通碳排和污染的挑战，建设绿色低碳港口城市和港口运输，探究港口城市交通运输的减排路径，已成为港口城市可持续发展的重要科学问题和重大决策焦点。

北京大学赵鹏军教授课题组开发了创新性的港口城市未来综合排放预测（IFEPP）框架，该框架整合了轨迹基础微观车辆排放模型、交通流模拟和统计车队模型，全面考虑了货运需求动态变化、车队更新与电气化以及道路网络结构演变。研究基于全球第四大港口城市——深圳的12亿条重型卡车（HDT）GPS轨迹数据，评估了2016年至2035年城市群地区（珠三角地区）车队电气化与道路网络发展对CO2及常规空气污染物的综合减排效应。这些大数据驱动的未来轨迹级排放建模和交通流模拟，为该研究提供了独特的科学基础。

IFEPP框架通过强大的数据处理流程、综合模型集成和动态适应性，有效解决了整合多元要素的挑战。该框架能够协调货运需求、车队电气化和道路网络动态，实现高分辨率排放预测，识别关键排放重分配模式，为港口城市及周边地区提供可行的减排策略指导。

研究发现，核心港区是排放集中区域，其中CO2和NOx的排放量分别占整个研究区域总排放量的12%和13%（图1）。由于港口基础设施和城市道路网络的承载能力有限，大量重型卡车驶入人口稠密的城市区域，进一步加剧交通压力和污染排放。同时，货运相关设施在城市群地区分布不均，导致货运走廊与居民区在空间上高度重叠，不仅进一步加剧了局部排放，也显著增加了居民暴露于污染物的健康风险。

图1 2016年深圳重型卡车在珠三角地区CO2排放的空间分布

研究基于IFEPP框架预测了2016-2035年城市群公路货运的基线排放趋势，并考虑了排放标准升级对重型卡车（HDT）数量及不同排放标准车型占比的预期变化。预计到2035年，重卡数量将从2016年的约19,000辆增至66,000辆。尽管国六排放标准重的卡比例不断提高，但随着重卡数量的持续增长CO2和CO排放量仍将以年均增长率5.7%的增速持续上升。

研究评估了车队电气化在不同电网情景下对公路货运排放的减排效应。结果表明，在零排放电网情景下，当电动重卡（HDET）增长率达到30%时，CO2排放预计将在2033年达峰。在可持续发展（SD）电网情景（47%的可再生能源）下，尽管HDET的普及仍可减少18.5%的CO2排放，但无法在2035年前实现碳达峰。此外，研究建立了区域道路货运交通流模拟模型，模拟了道路网络变化导致的交通流量和速度变化，以评估道路网络发展对区域道路货运排放的影响（图2）。结果显示，区域道路连通性的提高明显抑制了模拟区域内CO2排放量的增长。在该场景下模拟区域到2035年的二氧化碳排放量预计仅增加89%，而基线情景下则增加了184%。这些基础设施建设项目还可额外减少11%的NOx排放。从空间上看，在深中通道等区域交通网络连通性改善的推动下，高排放区将会发生空间转移，逐渐转移至交通流集中的模拟区域西南部，这一揭示了区域交通设施对于污染排放格局的空间作用。

图2 区域道路网络连通性的改善在减少模拟区域内重卡CO2和NOx排放方面的表现

研究构建了基于情景的方法评估了车队电气化与道路网络发展相结合的综合战略在减少港口城市道路货运排放的协同效益（图3）。结果表明，在HDET年增长率达到30%并在净零排放电网的支持下，大规模电气化带来的有意义的脱碳影响也要到2030年才会显现出来。在2030年前，道路连通性的改善将比车队电气化更有效地抑制CO2和NOx排放，届时车队总体电气化率仍可能低于30%。虽然由净零排放电网支持的车队电气化是必要的，但如果不通过道路网络发展来增强连通性，并不足以实现长期的减排目标。总体而言，车队电气化与道路网络发展相结合的综合战略可及时减少货运排放，同时确保实现长期减排目标，分别将CO2和NOx的峰值排放量减少34%和43%。研究增进了对可持续货运战略的理解，为未来综合减排框架的研究提供了新的视角。

图3 2016年至2035年不同重卡减排战略情景下的排放情况

该研究成果以“Reducing the road freight emissions through integrated strategy in the port cities”为题于2025年3月15日在线发表于Nature Communications期刊上。北京大学赵鹏军教授为论文第一作者和通讯作者，李兆祥硕士研究生，何张源博士，陈怡琳助理教授为论文共同通讯作者。该研究受到国家自然科学基金（41925003）等资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57861-z