在2015年巴黎氣候變化大會(huì)上，中國(guó)政府提出“2030年前后碳排放達(dá)到峰值并加快實(shí)現(xiàn)”等一系列新階段目標(biāo)。城市是能源資源消耗和碳排放的集聚區(qū)域，推動(dòng)城市低碳發(fā)展成為各國(guó)面臨的共同挑戰(zhàn)。采用STIRPAT模型，探究上海市過(guò)去20年發(fā)展總體形勢(shì)，分析碳排放影響因素，判斷上海在2025年是否可以達(dá)峰。結(jié)果表明：無(wú)論基準(zhǔn)情景還是超低碳情景，上海市在2025年之前達(dá)峰的目標(biāo)均可以實(shí)現(xiàn)。在對(duì)上海市碳排放各影響因素中，城市化率對(duì)其影響最大，其次是人均GDP水平。
張 哲1 任怡萌2 董會(huì)娟3*
（1.上海交通大學(xué) 中英國(guó)際低碳學(xué)院；2.中國(guó)人民大學(xué) 統(tǒng)計(jì)學(xué)院；3.上海交通大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院）
《巴黎協(xié)定》指出，為了避免氣候變化對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，全球平均升溫須控制在2 ℃以內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)溫控目標(biāo)，全球溫室氣體應(yīng)在2020年或者更早達(dá)到峰值，到21世紀(jì)下半葉實(shí)現(xiàn)凈零排放。因此，2015年中國(guó)政府確定了2030年左右CO2排放達(dá)到峰值，并爭(zhēng)取盡早達(dá)峰的碳減排自主行動(dòng)目標(biāo)。碳排放達(dá)峰并不單指在某一年達(dá)到最大排放量，而是一個(gè)過(guò)程，即碳排放首先進(jìn)入平臺(tái)期并可能在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，然后進(jìn)入平穩(wěn)下降階段。城市是人類生活主要的空間載體和溫室氣體主要的排放源，中國(guó)70%的碳排放來(lái)自城市，到2030年這一比例還將升至80%。尤其隨著城市化進(jìn)程的加快，城市碳排放減排和達(dá)峰控制對(duì)我國(guó)的達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。目前，北京、上海、天津、深圳及廣州等低碳試點(diǎn)城市已經(jīng)公布碳排放達(dá)峰時(shí)間。上海作為引領(lǐng)我國(guó)城市發(fā)展的超大型城市典型代表之一，其能源消費(fèi)和碳排放也遙遙領(lǐng)先，其已提出2025年全市的碳排放總量與人均碳排放達(dá)到峰值。為了預(yù)測(cè)上海能否實(shí)現(xiàn)達(dá)峰目標(biāo)，本文采用STIRPAT模型探究上海市未來(lái)發(fā)展總體形勢(shì)，分析其現(xiàn)有政策下和更低碳政策下碳排放的達(dá)峰情況，并提出其碳減排和達(dá)峰路徑相關(guān)政策建議。此外，判斷上海在2025年是否可以達(dá)峰，也可為全國(guó)其他省市“十四五”期間乃至更長(zhǎng)一段時(shí)間做好低碳減排工作和推動(dòng)碳排放達(dá)峰提供參考。
在2015年巴黎氣候變化大會(huì)上，中國(guó)政府提出“2030年前后碳排放達(dá)到峰值并加快實(shí)現(xiàn)”等一系列新階段目標(biāo)。城市是能源資源消耗和碳排放的集聚區(qū)域，推動(dòng)城市低碳發(fā)展成為各國(guó)面臨的共同挑戰(zhàn)。采用STIRPAT模型，探究上海市過(guò)去20年發(fā)展總體形勢(shì)，分析碳排放影響因素，判斷上海在2025年是否可以達(dá)峰。結(jié)果表明：無(wú)論基準(zhǔn)情景還是超低碳情景，上海市在2025年之前達(dá)峰的目標(biāo)均可以實(shí)現(xiàn)。在對(duì)上海市碳排放各影響因素中，城市化率對(duì)其影響最大，其次是人均GDP水平。
碳排放達(dá)峰研究主要集中在2個(gè)方面：1)碳排放究竟會(huì)不會(huì)達(dá)峰以及達(dá)峰相關(guān)理論問(wèn)題；2)具備什么條件才能出現(xiàn)峰值以及如何預(yù)測(cè)具體峰值問(wèn)題。
碳排放峰值理論最早是世界銀行《世界發(fā)展報(bào)告》(1992年)提出，環(huán)境污染程度與人均GDP的關(guān)系是倒U形，經(jīng)濟(jì)剛起步時(shí)，環(huán)境污染隨著人均GDP增長(zhǎng)而增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平之后，環(huán)境污染開始出現(xiàn)拐點(diǎn)，之后環(huán)境污染隨著人均GDP繼續(xù)增加反而逐步下降，這種現(xiàn)象也被稱為環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(EKC)。
隨后，開始有學(xué)者研究碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系，一部分學(xué)者支持碳排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在倒U形關(guān)系，即存在碳排放峰值。但是有一部分學(xué)者通過(guò)研究認(rèn)為不存在碳排放的峰值。2014年《中美氣候變化聯(lián)合聲明》中，我國(guó)首次提出要在2030年左右達(dá)到碳排放峰值。我國(guó)碳排放總量達(dá)峰和各省市碳排放達(dá)峰方面，國(guó)內(nèi)外已有許多學(xué)者開展了相關(guān)研究(表1)。表1 中國(guó)CO2排放達(dá)峰的研究總結(jié)
總體而言，針對(duì)國(guó)內(nèi)省市碳排放達(dá)峰的研究方法大多是LEAP模型和STIRPAT模型分析，其參數(shù)設(shè)置均有不同，預(yù)測(cè)結(jié)果也不盡相同。在模型預(yù)測(cè)中，參數(shù)設(shè)置對(duì)結(jié)果的影響十分重要。在已有研究中，大部分的參數(shù)設(shè)定是根據(jù)歷史增長(zhǎng)率推算的，其誤差較大。因此，本文將采用STIRPAT模型預(yù)測(cè)上海市碳排放達(dá)峰情況，并根據(jù)上海市所頒布的相關(guān)政策文件設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，減少誤差。
STIRPAT(stochastic impacts by regression on population, affluence, and technology，可拓展的隨機(jī)性的環(huán)境影響評(píng)估)模型的基本形式為
其中:P為人口規(guī)模；A為人均富裕程度；T為技術(shù)水平；a為人口規(guī)模系數(shù)；b為人均富裕程度系數(shù)；c為技術(shù)水平系數(shù)；e為隨機(jī)環(huán)境誤差。因變量I為環(huán)境影響程度，如CO2排放量，該模型是STIRPAT方程的隨機(jī)形式，可對(duì)各因素對(duì)環(huán)境造成的非比例影響進(jìn)行研究(表2)。除上述自變量外，其他可以對(duì)環(huán)境造成影響的因素也可引入該模型進(jìn)行擴(kuò)展，從而分析其對(duì)環(huán)境的影響。本文選取人口總量(P)、人均GDP(A)、城市化率(U)、能源強(qiáng)度(T)、能源結(jié)構(gòu)(F)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(C)6項(xiàng)因素作為自變量對(duì)STIRPAT模型進(jìn)行擴(kuò)展，得到擴(kuò)展后的模型見式(1)。
（1）表2 STIRPAT模型變量說(shuō)明
已有關(guān)于碳排放影響因素的研究發(fā)現(xiàn)，使用STIRPAT模型時(shí)，選取的自變量之間可能存在一定程度的相關(guān)性，如果直接建立多元線性回歸模型，則可能會(huì)產(chǎn)生多重共線性的問(wèn)題，導(dǎo)致普通最小二乘法無(wú)法求解的情況。為解決這一問(wèn)題，本文使用偏最小二乘法(PLS)進(jìn)行回歸分析。
“十三五”期間，上海市出臺(tái)許多應(yīng)對(duì)氣候變化規(guī)劃政策文件，不斷加強(qiáng)應(yīng)對(duì)氣候變化工作，大力進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。根據(jù)上海市發(fā)布的政策文件，對(duì)上海市2018—2035年人口、人均GDP、城市化率、第三產(chǎn)業(yè)占比、能源強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。將設(shè)置2個(gè)情景，其中，基準(zhǔn)情景完全參考上海市相關(guān)的氣候變化規(guī)劃政策文件，超低碳情景對(duì)參數(shù)的設(shè)置將比基準(zhǔn)情景更低碳，人口控制更嚴(yán)格，城市化進(jìn)程更緩慢，能源強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)控制更嚴(yán)格。
1)人口。2018—2019年上海市常住人口數(shù)據(jù)來(lái)自《2018年上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》《2019年上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，2020—2035年人口增長(zhǎng)率來(lái)自聯(lián)合國(guó)人口預(yù)測(cè)。2)經(jīng)濟(jì)情況。2018—2019年上海市GDP數(shù)據(jù)來(lái)自《2018年上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》《2019年上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》；鑒于2020年新型冠狀病毒疫情對(duì)中國(guó)各省市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成一定程度的影響，根據(jù)不同研究機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)(表3)，綜合我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，最終確定中國(guó)2020年GDP增速為4.5%，上海市2020年GDP增長(zhǎng)率為4.5%。表3 各機(jī)構(gòu)對(duì)2020年中國(guó)經(jīng)濟(jì)的預(yù)測(cè)
3)城市化率。城鎮(zhèn)化是影響碳排放的重要因素之一，上海市城鎮(zhèn)化水平一直處于中國(guó)各省市前列。2018年已經(jīng)達(dá)到88.1%，位列全國(guó)第1。上海市已開始嚴(yán)重控制外來(lái)人口數(shù)量，未來(lái)城鎮(zhèn)化水平將增長(zhǎng)緩慢。4)能源強(qiáng)度。根據(jù)《上海市城市總體規(guī)劃(2017—2035)》要求，2035年萬(wàn)元地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)能耗控制在0.22 t標(biāo)煤以下。5)能源結(jié)構(gòu)。根據(jù)《上海市能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要求，2020年，煤炭占一次能源消費(fèi)比重從2015年的36%下降到33%。6)產(chǎn)業(yè)占比。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的原因，也是碳排放增長(zhǎng)的原因。目前上海市第三產(chǎn)業(yè)占比在70%以上，并且呈逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì)，2015—2019年第三產(chǎn)業(yè)占比年均增長(zhǎng)1.2百分點(diǎn)。
原始指標(biāo)的Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣如表4所示。可以看出，大部分指標(biāo)之間存在高度相關(guān)性。其中，人均GDP和人口數(shù)的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.96，城市化率與能源強(qiáng)度和人口之間的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值也超過(guò)0.86。由于各個(gè)變量之間的相關(guān)性較強(qiáng)，可以使用主成分分析提取主成分。
表4 Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣
對(duì)于上海地區(qū)，在保持其他變量不變的情況下，城市人口每提高1%，則碳排放平均增長(zhǎng)0.02%；人均GDP每提高1%，則碳排放平均增長(zhǎng)0.68%；城市化率每提高1%，則碳排放平均增長(zhǎng)1.32%；能源強(qiáng)度每提高1%，則碳排放平均下降0.34%；能源結(jié)構(gòu)每提高1%，則碳排放平均增長(zhǎng)0.11%；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)每提高1%，則碳排放平均增長(zhǎng)0.44%。實(shí)際排放與擬合結(jié)果如圖1所示，誤差在-4%～3.2%。
圖1 上海市碳排放實(shí)際排放與回歸結(jié)果誤差分析
根據(jù)設(shè)置的2種不同情景，2018—2035年上海市碳排放如圖2所示。《城市達(dá)峰指導(dǎo)手冊(cè)》中指出：城市碳排放達(dá)峰不僅僅指某一年碳排放達(dá)到峰值，而是城市的碳排放量出現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定下降。在基準(zhǔn)情景下，上海市2018—2024年一直處于平臺(tái)期，碳排放在小幅度波動(dòng)變化，維持在19500萬(wàn)t左右，在2024年達(dá)到峰值，為19671.96萬(wàn)t。在2025年后，排放量開始有大幅度下降，在2035年降至17546萬(wàn)t。在超低碳情景下，上海市在2022年達(dá)到峰值，為19506.48萬(wàn)t。2022年之后，排放量開始下降，在2035年降至16122萬(wàn)t。超低碳情景在2035年比基準(zhǔn)情景少排放1424萬(wàn)t。基準(zhǔn)情景和超低碳情景下，上海市均會(huì)在2025年之前達(dá)峰，碳排放峰值不超過(guò)2億t，之后均開始有大幅度下降。
圖2 2018—2035年上海市碳排放預(yù)測(cè)從模型系數(shù)的大小上看，城市化率是影響上海市碳排放最重要的因素，城市化率每提高1%，則碳排放平均增長(zhǎng)1.32%。在2013年的碳排放上升也證實(shí)了這一點(diǎn)。2011—2013年城市化率較高，維持在89%～90%，碳排放量可達(dá)到2億t。從2015年開始，上海城市化率維持在87%～88%，碳排放量則保持在1.8億～1.95億t。目前來(lái)看，上海市達(dá)到城市化演進(jìn)后期階段對(duì)碳排放的抑制作用尚未體現(xiàn)，也說(shuō)明國(guó)內(nèi)大都市雖然城市化水平很高，居民收入或產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已接近國(guó)內(nèi)中等富裕水平，但是城市化率仍對(duì)碳排放正向促進(jìn)作用。人均GDP是影響上海市碳排放的另一個(gè)重要因素，人均GDP每提高1%，則碳排放平均增長(zhǎng)0.68%。人均收入水平對(duì)應(yīng)富裕程度，通常富裕程度高的城市在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和交通等方面比富裕程度低的城市消耗的資源和能源更高，產(chǎn)生環(huán)境效應(yīng)影響壓迫更大，因此碳排放量也更高，但在發(fā)達(dá)國(guó)家城市存在截然不同的情況。2020年由于受新型冠狀病毒肺炎疫情的影響，GDP增速會(huì)有所降低，人均收入隨之降低，導(dǎo)致在情景預(yù)測(cè)下，2020年碳排放比2019年有輕微下降。之后GDP增長(zhǎng)回歸正常漲幅，碳排放將在2021年有所回升。
本文以上海市為研究對(duì)象，通過(guò)STIRPAT模型分析1997—2017年歷史排放，研究人口、人均GDP、城市化率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度對(duì)碳排放的影響。設(shè)置不同的情景參數(shù)，研究上海市未來(lái)碳排放達(dá)峰情況。結(jié)果表明：從歷史排放上來(lái)看，城市化率對(duì)于碳排放的影響最大，其次是人均GDP。無(wú)論基準(zhǔn)情景和超低碳情景，2025年上海市的碳排放達(dá)峰的目標(biāo)均可實(shí)現(xiàn)?；鶞?zhǔn)情景下，上海市碳排放于2024年達(dá)到峰值，2024年之后開始下降。超低碳情景下，在2022年達(dá)到峰值，2011—2022年一直處于平臺(tái)期，之后開始穩(wěn)定下降。
基準(zhǔn)情景均是參照上海市目前推行的政策文件內(nèi)容所設(shè)置的，2025年之前碳排放達(dá)峰的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于現(xiàn)有的政策文件，如《上海市城市總體規(guī)劃(2017—2035)》《上海市能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等。對(duì)于人口、能源結(jié)構(gòu)和能源強(qiáng)度等指標(biāo)，需按照文件要求必須嚴(yán)格執(zhí)行并落實(shí)。在完成度較好的情況下，可以加強(qiáng)該指標(biāo)設(shè)定，力求實(shí)現(xiàn)上海市盡早達(dá)峰。
從上海市歷史排放來(lái)看，城鎮(zhèn)化進(jìn)展對(duì)上海市的碳排放影響較大。需進(jìn)一步完善城市低碳化整體規(guī)劃，不斷加大財(cái)政投入與政策扶持，探索低碳城鎮(zhèn)化的新路徑。避免傳統(tǒng)“攤大餅”式城市發(fā)展思路，建設(shè)低碳環(huán)保城市，摒棄高碳排的城鎮(zhèn)化道路。這樣才保證上海市碳排放達(dá)到峰值，甚至提早達(dá)峰。
來(lái)源：張哲,任怡萌,董會(huì)娟.城市碳排放達(dá)峰和低碳發(fā)展研究：以上海市為例[J].環(huán)境工程.2020,38(11):12-18
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