王 圣 王慧敏 蔣松凱 陳 輝 蔡春霞 孫雪麗 李亞春

(1.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210098;2.國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京210031;3.江蘇省工程咨詢中心，江蘇南京210003;4.環(huán)保部環(huán)境發(fā)展中心，北京100029)

江蘇省沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放相關(guān)性研究*

王 圣1，2王慧敏1蔣松凱3陳 輝2蔡春霞4孫雪麗2李亞春2

(1.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210098;2.國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京210031;3.江蘇省工程咨詢中心，江蘇南京210003;4.環(huán)保部環(huán)境發(fā)展中心，北京100029)

與能源結(jié)構(gòu)和能源效率因素相比，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人均碳排放的影響最為顯著。以江蘇省沿海地區(qū)能源消費(fèi)情況為基礎(chǔ)，研究得出地區(qū)碳排放、人均碳排放，并且1999－2008年該地區(qū)碳排放量與人均碳排放量的增加趨勢(shì)一致。選取人均GDP來代表經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)數(shù)據(jù)，人均CO2排放代表碳排放數(shù)據(jù)，借助環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)模型來分析江蘇省沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與CO2排放之間的關(guān)系和演變態(tài)勢(shì)。根據(jù)環(huán)境庫茲涅茨曲線研究江蘇省沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人均碳排放之間的關(guān)系，相關(guān)性研究結(jié)果表明，最優(yōu)擬合模型中參數(shù) α0為0.245 7，α1為3.658 14e－5，α2為1.318 32e－8，α3為 －3.298 09e－13，所以根據(jù)模型設(shè)定判斷得出:1999 －2008 年間江蘇省沿海地區(qū)人均碳排放量和人均GDP并不符合標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境庫茲涅茨曲線(倒U型)關(guān)系，而是表現(xiàn)為三次方曲線模型。同時(shí)，依據(jù)人均碳排放量的變化特征，將江蘇省沿海地區(qū)人均碳排放分為兩個(gè)階段:1999－2006年，人均碳排放量隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)持續(xù)增加;2006－2008年人均碳排放量隨經(jīng)濟(jì)增加趨勢(shì)變緩。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展;碳排放;相關(guān)性研究;排放因子;環(huán)境庫茲涅茨曲線;擬合優(yōu)度

近200年來，隨著人口持續(xù)增長(zhǎng)和工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，世界能源消費(fèi)劇增，氣候變暖嚴(yán)重威脅到人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)氣候變化成為全球共同面臨的重大挑戰(zhàn)。CO2是氣候變暖的最大影響因素。中國能源報(bào)告(2008)的數(shù)據(jù)顯示，2005年，江蘇省CO2排放量緊隨山東省、河北省和廣東省，位居全國第四［1－2］。

Birdsall通過研究人口總量與碳排放的關(guān)系，認(rèn)為人口增長(zhǎng)使得人類對(duì)能源的需求越來越多，能源消費(fèi)產(chǎn)生的溫室氣體排放也越來越多，人口增長(zhǎng)是全球碳排放量增長(zhǎng)的原因［3］。Michael等人采用能源－經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模型研究美國人口年齡結(jié)構(gòu)對(duì)能源消費(fèi)及碳排放的影響，研究表明，人口老齡化對(duì)長(zhǎng)期碳排放有抑制作用［4］。Schipper等人采用投入產(chǎn)出模型分析了居民消費(fèi)與碳排放關(guān)系的研究。Kim研究了1985－1995年韓國居民消費(fèi)模式的變化對(duì)碳排放的影響［5－6］。Lenzen、Weber等人分別建立評(píng)估模型，定量分析了澳大利亞、德國、法國、荷蘭等國的居民消費(fèi)行為與生活方式因素對(duì)能源消費(fèi)和碳排放的影響［7－8］。

近年來，我國研究學(xué)者在碳排放的影響因素研究方面也取得了一定的進(jìn)展。張雷通過對(duì)發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)多元化導(dǎo)致了能源需求降低，從而降低了碳排放。王中英等人研究認(rèn)為，過分依賴投資的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式和以第二產(chǎn)業(yè)為主的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致溫室氣體增加的主要原因［9］。

本文選取人均GDP來代表經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)數(shù)據(jù)，用人均CO2排放代表碳排放數(shù)據(jù)。借助環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)模型來分析江蘇省沿海地區(qū)(南通市、鹽城市和連云港市)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與CO2排放之間的關(guān)系和演變態(tài)勢(shì)，為相應(yīng)的環(huán)保對(duì)策提供技術(shù)支持。

1 碳排放計(jì)算方法

目前，我國沒有碳排放量的直接監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，大部分碳排放數(shù)據(jù)都是基于能源消費(fèi)量計(jì)算得到的。已知能源消費(fèi)種類和消費(fèi)量，利用能源消耗量乘以對(duì)應(yīng)的排放因子以及其余參數(shù)可得到CO2排放量，見公式(1)(2)。公式(1)用于計(jì)算燃煤和燃油產(chǎn)生的CO2量，公式(2)用于計(jì)算燃?xì)猱a(chǎn)生的CO2量。

式中:

mi:燃料i的質(zhì)量，萬噸或者億m3;

Hi:燃料i的CO2排放因子;

Ii:燃料i的碳氧化率，保守取100%;

Ji:燃料 i的平均低位發(fā)熱量，MJ/t，km3。

不同燃料的Hi、Ii和Ji的IPCC值見表1。

2 江蘇省沿海地區(qū)碳排放量計(jì)算

江蘇省沿海地區(qū)包括南通、鹽城和連云港三市。根據(jù)三市統(tǒng)計(jì)年鑒(2000－2009年)得到1999－2008年江蘇省沿海地區(qū)能源消耗量，見表2。

根據(jù)公式(1)、(2)計(jì)算得到1999－2008年江蘇省沿海地區(qū)碳排放量，見表3。

圖1為1999－2008年江蘇省沿海地區(qū)碳排放量與人均碳排放量變化趨勢(shì)圖。

由圖1可知，1999－2008年間江蘇省沿海地區(qū)碳排放量呈逐年增加趨勢(shì)，2003年以前增長(zhǎng)幅度較緩，2003年以后逐年增長(zhǎng)幅度較大。同時(shí)1999－2008年間江蘇省沿海地區(qū)人均碳排放量也呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，2003年以后增長(zhǎng)幅度較大。所以，與碳排放量增加趨勢(shì)一致。

表1 不同燃料的參數(shù)取值［10］Tab.1 Parameters of all kinds fuels

表2 1999－2008年江蘇省沿海地區(qū)能源消費(fèi)情況Tab.2 The quality of consumed fuels in Jiangsu province coastal areas from 1999 to 2008

表3 1999－2008年江蘇省沿海地區(qū)碳排放、人均碳排放和人均GDP情況Tab.3 The carbon emissions，carbon emissions per capita and GDP per capita in Jiangsu province coastal areas from 1999 to 2008

圖1 1999－2008年江蘇省沿海地區(qū)碳排放量與人均碳排放量變化趨勢(shì)圖Fig.1 The carbon emissions and carbon emissions per capita in Jiangsu province coastal areas from 1999 to 2008

3 指標(biāo)選取與模型構(gòu)建

考察經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)環(huán)境質(zhì)量影響的研究比較多，其中最具代表性的是環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)的提出和實(shí)證。1995年，美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家格魯斯曼和克魯格受到庫茲涅茨曲線的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境質(zhì)量之間的倒U型關(guān)系，提出了EKC曲線的概念。EKC曲線的基本涵義為:在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的初期階段，由于人口增長(zhǎng)較快、工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)落后和資源浪費(fèi)嚴(yán)重，造成了環(huán)境污染的不斷加劇;隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以科技進(jìn)步為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)作用越來越突出，人們控制環(huán)境污染的意識(shí)和能力也逐漸增強(qiáng)，污染物排放趨勢(shì)逐步趨緩，經(jīng)濟(jì)發(fā)展將會(huì)有利于環(huán)境質(zhì)量的改善。EKC曲線是發(fā)達(dá)國家和新興工業(yè)國家在工業(yè)化時(shí)期所普遍適用的，如美國、西歐、日本、韓國和新加坡等的經(jīng)驗(yàn)分析都符合EKC曲線的特征。EKC曲線認(rèn)為特別是在發(fā)達(dá)國家，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境質(zhì)量之間滿足倒U形關(guān)系。但也有學(xué)者認(rèn)為，EKC曲線的形態(tài)不一定就是倒U形關(guān)系，在一定階段可能是倒U形，也可能是正U形或者三次曲線［11－12］。

一般的，倒U型的EKC模型的基本函數(shù)有三種:二次函數(shù)型、三次函數(shù)型以及將二次函數(shù)、三次函數(shù)與對(duì)數(shù)形式相結(jié)合的模型。根據(jù)現(xiàn)有的環(huán)境庫茲涅茨曲線研究的常見模式，結(jié)合我國的實(shí)際情況并根據(jù)模擬的圖形結(jié)果、模型檢驗(yàn)參數(shù)，比較判定系數(shù)R2，在三種函數(shù)模型中進(jìn)行優(yōu)選。模型可以表示為:

式中:Y 是人均 CO2排放量;x 是人均 GDP;α0、α1、α2、α3是模型參數(shù);ε是隨機(jī)誤差。

其中模型參數(shù) α0、α1、α2、α3具有重要意義，根據(jù)其取值的不同可反映CO2排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間有以下關(guān)系:

(1)當(dāng) α1≠0、α2=0、α3=0，CO2排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間呈線性關(guān)系;

(2)當(dāng) α1＞0、α2＜0、α3=0，CO2排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間符合倒U型EKC曲線關(guān)系;

(3)當(dāng) α1＜0、α2＞0、α3=0，CO2排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間呈正U型曲線關(guān)系;

(4)當(dāng) α1≠0、α2≠0、α3≠0，CO2排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間呈三次曲線關(guān)系。

4 模擬過程及相關(guān)性結(jié)果分析

對(duì)1999－2008年江蘇省沿海地區(qū)人均碳排放量和人均GDP分別進(jìn)行了線性、二次函數(shù)型、三次函數(shù)型曲線擬合，并對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行比較，選擇最優(yōu)擬合結(jié)果。各種函數(shù)型擬合結(jié)果見圖2－圖4。

曲線擬合采用擬合優(yōu)度評(píng)判擬合結(jié)果的優(yōu)劣，擬合優(yōu)度是指回歸直線對(duì)觀測(cè)值的擬合程度。衡量擬合優(yōu)度的統(tǒng)計(jì)量用比較判定系數(shù)R2表示，通常R2越大表明曲線的擬合度越好。若數(shù)據(jù)點(diǎn)離回歸直線近，則擬合程度好;反之則擬合程度差。

由圖2可知，線性擬合時(shí)，偏離曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)較多，并且比較判定系數(shù)R2小于圖4中三次型曲線擬合時(shí)的R2，說明三次型擬合優(yōu)于線性擬合。由圖3可知，二次型擬合時(shí)，比較判定系數(shù)R2為三個(gè)情景中最小，并且1999年之前人均碳排放呈負(fù)值趨勢(shì)，這不符合實(shí)際情況。綜合分析得到，三次型擬合相對(duì)準(zhǔn)確。比較分析得到最優(yōu)擬合結(jié)果見式(4)。

圖2 線性擬合結(jié)果R2=0.9945Fig.2 Result of fitting linear curve

圖3 二次型擬合結(jié)果R2=0.9941Fig.3 Result of fitting polynomial curve with order two

圖4 三次型擬合結(jié)果R2=0.9950Fig.4 Result of fitting polynomial curve with order three(R2=0.9950)

式中:

Y:人均碳排放量，t/人;

x:人均 GDP，元/人;

R2:比較判定系數(shù)。

由式(4)可知，1999－2008年間江蘇省沿海地區(qū)人均碳排放量和人均GDP并不符合標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境庫茲涅茨曲線(倒U型)模型，而是表現(xiàn)為三次方曲線模型。由于三次方項(xiàng)的系數(shù)為負(fù)(－3.29809)，從圖4可知人均碳排放量呈上升趨勢(shì)，依據(jù)其變化特征可以分為兩個(gè)階段:1999－2006年，人均碳排放量隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)持續(xù)增加;2006－2008年人均碳排放量隨經(jīng)濟(jì)增加趨勢(shì)變緩。

結(jié)果表明，江蘇省沿海地區(qū)目前人均碳排放量和人均GDP關(guān)系并不呈發(fā)達(dá)國家所描述的倒U型，CO2的排放仍然處于惡化階段，沒有證據(jù)顯示庫茲涅茨曲線拐點(diǎn)出現(xiàn)的跡象。2006－2008年江蘇省沿海地區(qū)人均碳排放量增加趨勢(shì)變緩，這與國家提出的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策，從高耗能經(jīng)濟(jì)逐漸向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變是基本一致的。在“十二五”期間，環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策還需進(jìn)一步加強(qiáng)，如果沒有環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策的約束，CO2的排放量不會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而下降。環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果不會(huì)自然而然的實(shí)現(xiàn)，而需要一系列的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)政策以及技術(shù)干預(yù)。

5 結(jié)論

(1)江蘇沿海地區(qū)人均碳排放量和人均GDP不符合EKC曲線的倒U型模型，而是表現(xiàn)為三次方曲線模型。

(2)1999－2008年間江蘇沿海地區(qū)人均碳排放量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，2006年之前人均碳排放量隨經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)持續(xù)增加，2006年之后隨經(jīng)濟(jì)增加趨勢(shì)變緩。

(3)如果沒有環(huán)境政策的約束，江蘇省沿海地區(qū)CO2的排放量可能不會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而自動(dòng)下降，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果不會(huì)自然而然的實(shí)現(xiàn)，而需要一系列的政策與技術(shù)干預(yù)。

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Relativity Study on Economic Development and Carbon Emissions in Jiangsu Coastal Areas

WANG Sheng1，2WANG Hui-min1JIANG Song-kai3CHEN Hui2CAI Chun-xia4SUN Xue-li2LI Ya-chun2
(1.State Key Laboratory of Hydrology-Water Resource and Hydraulic Engineering，Hohai University，Nanjing Jiangsu 210098，China;2.State Power Environmental Protection Research Institute，Nanjing Jiangsu 210031，China);3.Jiangsu Engineering Consulting Center，Nanjing Jiangsu 210003，China;4.Environmental Development Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100029，China

The influence of economic development to carbon emissions per capita is greater than energy structure and energy efficiency.Based on energy consumption of the coastal area in Jiangsu province，carbon emissions and per capita carbon emission can be given.And the variation trend is consistent between carbon emissions and per capita carbon emission in this area from 1999 to 2008.Per capita GDP is on behalf of economic development information，and per capita carbon dioxide emission is on behalf of carbon emissions information.The EKC model has been used to analyze the relation and change trend between the economic development and carbon dioxide emissions in the Jiangsu coastal area.Based on the above condition and study，the relativity results show that all the parameters in the optimum fitting curve model is α0=0.245 7，α1=3.658 14e－5，α2=1.318 32e－8and α3= －3.298 09e－13.So from the EKC model，the conclusion has been provided that the relationship between carbon emissions per capita and GDP per capita is not contrary U type，while is three times polynomial.In the meantime，according to the dynamic transformation of per capita carbon emission，two steps can be divided as from 1999 to 2006 and from 2006 to 2008 about per capita carbon emission in the Jiangsu coastal area.In the first step，per capita carbon emission increases with the economic development continuously;and in the second step，per capita carbon emission increases slowly.

economic development;carbon emissions;relativity study;emission factor;EKC;goodness of fit

F224.9;F812.0

A

1002－2104(2011)06－0170－05

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.06.028

2010－12－26

王圣，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏Νh(huán)評(píng)、規(guī)劃環(huán)評(píng)、電力環(huán)境保護(hù)等。

*國家發(fā)改委碳排放清單研究課題;江蘇省沿海地區(qū)綜合開發(fā)戰(zhàn)略研究子課題(編號(hào):2009LY29)。

(編輯:于 杰)