黎 明，熊 偉

（湖北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，湖北武漢430068）

基于環(huán)境庫茲涅茨曲線的武漢市碳排放分析

黎 明，熊 偉

（湖北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，湖北武漢430068）

在環(huán)境庫茲涅茨曲線理論的基礎(chǔ)上，選用1980—2014年武漢市面板數(shù)據(jù)，研究武漢市碳排放環(huán)境庫茲涅茨曲線，存在性的結(jié)果顯示：根據(jù)武漢市碳排放與人均GDP的二次曲線方程表明，武漢市存在人均碳排放環(huán)境庫茲涅茨曲線，人均GDP為9171.1元時(shí)武漢市碳排達(dá)到拐點(diǎn)；相較于二次曲線方程，三次曲線方程呈現(xiàn)出更好的擬合優(yōu)度，根據(jù)“N”型庫茲涅茨曲線，武漢市每1%人均GDP增量伴隨0.57%的人均碳排放量增長。因此，改善升級(jí)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及提高清潔能源占比將是未來武漢市實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的必要措施。

環(huán)境庫茲涅茨曲線；碳排放；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；清潔能源

一、引言

氣候變化已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)，1992年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》明確指出，溫室氣體的減排是減緩氣候變化，確保經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必要條件。中國作為世界第二經(jīng)濟(jì)大國，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，也正面臨著越來越大的減排壓力。2014年《自然-地球科學(xué)》指出，2013年中國碳排放達(dá)到100億噸，人均碳排放量達(dá)到7.2噸，超過歐盟和美國。作為負(fù)責(zé)任的大國，2014年，中國發(fā)表聲明承諾2030年中國二氧化碳排放將達(dá)到峰值，我國減排任務(wù)已提上日程。當(dāng)前，如何處理經(jīng)濟(jì)增長和碳排放的關(guān)系成為中國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展研究領(lǐng)域中十分重要的問題。

關(guān)于經(jīng)濟(jì)增長對(duì)環(huán)境質(zhì)量影響的研究較多，環(huán)境庫茲涅茨曲線（Environmental Kuznets Curve，簡稱EKC）是其中具有代表性的相關(guān)研究。該理論由美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家Simon Kuznets于1955年提出，1991年美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家Grossman和Krueger首次采用該假說研究了大氣環(huán)境和人均收入之間的相關(guān)關(guān)系[1]，發(fā)現(xiàn)大氣污染與人均GDP之間存在倒“U”型曲線關(guān)系。1997年P(guān)anayotou的研究進(jìn)一步證實(shí)了人均收入與收入不均等之間的倒“U”型曲線，將環(huán)境質(zhì)量與人均收入之間的關(guān)系稱為環(huán)境庫茲涅茨曲線[2]。其后大量的研究借助環(huán)境庫茲涅茨曲線用來描述環(huán)境和經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系，國內(nèi)外眾多學(xué)者采用了不同地區(qū)的時(shí)序、截面或面板數(shù)據(jù)就環(huán)境庫茲涅茨曲線的可行性進(jìn)行了實(shí)證研究。

當(dāng)前，二氧化碳（CO2）等溫室氣體的增加是引起氣候變化的關(guān)鍵因素已得到國際的公認(rèn)，對(duì)溫室效應(yīng)關(guān)注也成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。越來越多的學(xué)者將二氧化碳的排放與環(huán)境庫茲涅茨曲線結(jié)合起來討論，Galeott（i2006）等人研究發(fā)現(xiàn)二氧化碳排放與人均收入呈倒“U”型線性關(guān)系[3]，也有研究指出人均二氧化碳排放與人均收入呈倒“U”線性關(guān)系[4]及“N”型關(guān)系[5]。國內(nèi)學(xué)者對(duì)碳排與經(jīng)濟(jì)增長相關(guān)關(guān)系的研究相對(duì)較少，陳德湖和張津基于空間面板數(shù)據(jù)的實(shí)證研究分析了中國碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線，發(fā)現(xiàn)中國碳排放與經(jīng)濟(jì)增長之間呈倒“U”型關(guān)系[6]；林伯強(qiáng)和蔣竺均（2009）在中國碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線研究的基礎(chǔ)上對(duì)其影響因素進(jìn)行了解析[7]；吳振信和萬埠磊的研究發(fā)現(xiàn)北京市碳排放環(huán)境庫茲涅茨曲線呈倒“N”型[8]；顧麗琴等利用環(huán)境庫茲涅茨曲線對(duì)江西省物流業(yè)碳排放進(jìn)行了分析，得出江西省物流業(yè)碳排放量短時(shí)間內(nèi)還會(huì)繼續(xù)上升的結(jié)論[9]。目前，眾多研究集中在驗(yàn)證庫茲涅茨曲線的存在，從而針對(duì)性地采用市場手段和政策措施來干預(yù)其發(fā)展態(tài)勢，達(dá)到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量協(xié)同發(fā)展[10-11]。

為減緩我國高排放的趨勢，國家發(fā)改委在2010年8月發(fā)布《國家發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于開展低碳省區(qū)和低碳城市試點(diǎn)工作的通知》，在全國五省八市開展低碳省區(qū)、低碳城市試點(diǎn)，湖北省也被包括在列。湖北省是我國工業(yè)大省，省會(huì)武漢也是內(nèi)地重工業(yè)發(fā)達(dá)的城市，作為中部地區(qū)的特大城市，武漢市在全國城市環(huán)境質(zhì)量排名處于偏后的位置，尤其是城市空氣環(huán)境質(zhì)量不容樂觀。如何在保持經(jīng)濟(jì)正常增長的情況下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)武漢環(huán)境質(zhì)量的改善是武漢市低碳建設(shè)過程中不可回避的現(xiàn)實(shí)問題。因此，研究武漢市二氧化碳等溫室氣體排放與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展是否存在著庫茲涅茨環(huán)境曲線發(fā)展態(tài)勢，進(jìn)而分析其內(nèi)在存因就顯得特別有現(xiàn)實(shí)意義。基于以上考量，本文對(duì)武漢市規(guī)模企業(yè)能源消費(fèi)碳排放進(jìn)行了估算，結(jié)合環(huán)境庫茲涅茨曲線對(duì)武漢市碳排放進(jìn)行了細(xì)致直觀的分析，以期能夠解析武漢市碳排特征及組成要素，從而為節(jié)能減排措施及政策制定提供參考依據(jù)。

二、數(shù)據(jù)與模型

（一）數(shù)據(jù)來源

研究采用的能源消耗數(shù)據(jù)來自1995—2014版《武漢統(tǒng)計(jì)年鑒》，根據(jù)武漢市能源消耗的具體情況，我們選擇武漢市規(guī)模企業(yè)工業(yè)能源消費(fèi)量相關(guān)數(shù)據(jù)作為能耗指標(biāo)。根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性并結(jié)合武漢市能源消費(fèi)的實(shí)際情況，本研究選取了具有代表性的煤炭、原油、燃料油、汽油、柴油、煤油、液化石油氣、煉廠干氣、電力九種能源進(jìn)行碳排放量的計(jì)算，并將其組分二氧化碳排放整合為煤碳、石油及電力消耗三類二氧化碳排放。

（二）數(shù)據(jù)估算方法

本文樣本區(qū)間為1980—2014年，數(shù)據(jù)均來源于《武漢統(tǒng)計(jì)年鑒》，因?yàn)槲錆h市碳排放中工業(yè)占很大比重，因此選取規(guī)模以上企業(yè)能源消耗量作為計(jì)算數(shù)據(jù)。計(jì)算武漢市規(guī)模企業(yè)碳排放量時(shí)應(yīng)注意：①從1999年開始為規(guī)模以上企業(yè)能源消耗量；②2005年開始電力折算系數(shù)由4.04改為1.229；③電力碳排放因子來源于國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的2010年中國區(qū)域及省級(jí)電網(wǎng)平均二氧化碳排放因子。

能源消費(fèi)碳排放量根據(jù)IPCC碳排放計(jì)算指南，結(jié)合武漢市自身特點(diǎn)，采用以下公式進(jìn)行碳排放量的計(jì)算：

式中，E為武漢市碳排放總量；i為能源種類；Ai為能源i的數(shù)量；Bi為能源i的碳排放系數(shù)，各種能源的碳排放系數(shù)如表1所示。

（表1） 各能源的碳排放系數(shù)

（三）模型構(gòu)建

傳統(tǒng)環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）研究所使用的數(shù)據(jù)有三種：一是時(shí)間序列數(shù)據(jù)；二是截面數(shù)據(jù)；三是平行數(shù)據(jù)。本文采用時(shí)間序列數(shù)據(jù)構(gòu)建二氧化碳的環(huán)境庫茲涅茨模型，用以闡述武漢市二氧化碳排放和人均收入的關(guān)系。環(huán)境庫茲涅茨可選擇的參數(shù)模型主要以人均GDP的一次項(xiàng)到三次項(xiàng)為解釋變量多項(xiàng)式模型和對(duì)數(shù)多項(xiàng)式模型[11-12]。為了避免單一方法估計(jì)導(dǎo)致對(duì)曲線和拐點(diǎn)的認(rèn)識(shí)發(fā)生偏差，本文選取線性方程，二次方程，三次方程分別進(jìn)行擬合分析。

其中Y為二氧化碳排放量，X為人均GDP，ε為干擾項(xiàng)。

三、結(jié)果與分析

（一）碳排放的估算分析

通過查找《武漢市統(tǒng)計(jì)年鑒》獲得1980—2014年武漢市規(guī)模企業(yè)能源消費(fèi)情況，并結(jié)合表1進(jìn)行了武漢市能源消費(fèi)碳排放量的計(jì)算，武漢市人均GDP以2000年不變價(jià)表示，相關(guān)結(jié)果如表2所示。

（表2） 能源消費(fèi)碳排放量

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，武漢市能源消費(fèi)碳排放量上升趨勢大致保持一致，但有平緩地帶。武漢市碳排放仍以燃煤排放為主，據(jù)統(tǒng)計(jì)1980—2014年間武漢平均年增長率為5.59%、1993—1999年下降為2.95%、1999年后上升為4.43%；另外隨著近幾年經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車尾氣排放所導(dǎo)致的空氣污染增加迅速，1982年達(dá)到最低峰，后又逐漸上升，趨勢圖如圖1所示。

（圖1） 武漢市1980-2014年碳排放總量、人均碳排放量及單位GDP碳排放動(dòng)態(tài)

（二）武漢碳排特征分析

總體來看，武漢市能源消費(fèi)總量和碳排放總量都處于上升的趨勢（圖1），二氧化碳排放量隨人均GDP的增加而持續(xù)增加，碳排放總量由1980年722.15噸增加到2014年的3312.1噸，年均增長率為4.48%，在1980—1994年間增長速度基本保持穩(wěn)定，但在2003—2005年間碳排放總量增長速度突然加快，由2003年排放1476.24噸增至2005年2395.11噸。而后在2010年碳排放總量又出現(xiàn)加快增長的趨勢，于2014年達(dá)到3312.1噸。人均碳排基本保持穩(wěn)定，這與日益加快的城鎮(zhèn)化建設(shè)相關(guān)。單位GDP碳排呈現(xiàn)出逐年降低的趨勢，由1980年的13.97噸下降到2014年0.33噸，表明武漢市二氧化碳排放強(qiáng)度隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)出趨緩的態(tài)勢，經(jīng)濟(jì)增長的能源要素驅(qū)動(dòng)作用程度呈現(xiàn)下降趨勢。

（三）環(huán)境庫茲涅茨曲線分析

本文將1980—2014年武漢市碳排放數(shù)據(jù)和環(huán)境庫茲涅茨曲線結(jié)合起來，以便對(duì)武漢市能源消費(fèi)碳排放進(jìn)行深入分析和對(duì)武漢市減少碳排放量提出建議?；谖錆h市能源消費(fèi)碳排放的分析研究，而工業(yè)能源消耗是武漢市碳排放的主要來源，選取武漢市人均GDP作為研究數(shù)據(jù)Y，工業(yè)能源消費(fèi)碳排放量作為研究數(shù)據(jù)x，并選取線性方程，二次方程，三次方程進(jìn)行擬合分析，模型概述和參數(shù)估計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示。

（表3） 模型概述和參數(shù)估計(jì)

結(jié)果表明，三種模型的P值均小于0.01，數(shù)據(jù)擬合呈現(xiàn)顯著相關(guān)。比較其相關(guān)系數(shù)，三次模型擬合優(yōu)度（R2＝0.960）最佳，因此選取三次模型作為對(duì)武漢市的碳排放分析模型。

（四）討論

研究結(jié)果表明，武漢市能源消費(fèi)以燃煤為主，這與我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)一致。近年來，隨著節(jié)能減排工作的大力推行，煤炭消費(fèi)維持在恒定水平，石油消耗呈上升趨勢。武漢市碳排放總量年均增長率為4.48%，低于全國能源消費(fèi)碳排放量的年均增長率（5.4%）[13]。碳排放呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展加快了能源需求。近年來，由于武漢城市化進(jìn)度的加快，城市人口的增加，人均碳排基本穩(wěn)定甚至略有下降。單位GDP二氧化碳排放量總體上呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢，由1980年的13.97噸下降到2014年0.33噸。因此，可以看出武漢市經(jīng)濟(jì)增長的能源要素驅(qū)動(dòng)作用隨時(shí)間呈現(xiàn)下降趨勢，而碳排放強(qiáng)度與能源強(qiáng)度變動(dòng)呈現(xiàn)緊密相關(guān)，能耗強(qiáng)度的降低對(duì)碳減排具有積極作用。

（圖2） 武漢市二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線擬合圖

環(huán)境庫茲涅茨曲線的研究結(jié)論一直存在較大爭議，污染物的種類、解釋變量的選擇差異、數(shù)據(jù)預(yù)處理方式及參數(shù)方程的選擇等均會(huì)導(dǎo)致曲線形態(tài)及拐點(diǎn)數(shù)據(jù)難以一致。已有研究結(jié)果表明，選取不同的二氧化碳排放指標(biāo)以及使用不同的估計(jì)方法會(huì)得出不同類型的環(huán)境庫茲涅茨曲線，這充分表明了二氧化碳排放比其他本地污染物經(jīng)濟(jì)發(fā)展間關(guān)系更具復(fù)雜性[3]。通過對(duì)武漢碳排放強(qiáng)度的庫茲涅茨曲線關(guān)系研究表明，武漢市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放強(qiáng)度之間呈倒“U”型及“N”型庫茲涅茨曲線關(guān)系（圖2），根據(jù)二次曲線方程分析結(jié)果，武漢市碳排放在人均收入9171.1元處存在拐點(diǎn)。但本研究中，人均GDP三次項(xiàng)的參數(shù)模型在樣本區(qū)間內(nèi)擬合優(yōu)度更好，一次模型和二次模型曲線在樣本區(qū)間內(nèi)均有不同程度的偏離。因此，根據(jù)“N”型庫茲涅茨曲線，武漢市人均GDP每增長1%，人均碳排放量就會(huì)增長0.57%。從圖2中可以看出，人均GDP不斷上升的過程中，能源消費(fèi)碳排放量持續(xù)增加，上升趨勢明顯，沒有達(dá)到峰值，圖線呈現(xiàn)出一條不太明顯的“N”型。根據(jù)環(huán)境庫茲涅茨曲線理論，隨著人均GDP的增長，二氧化碳呈現(xiàn)出相似的增長趨勢，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)呈負(fù)向性發(fā)展，未來一段時(shí)間中武漢市碳排放量還會(huì)持續(xù)增長，武漢面臨著巨大的減排壓力。研究表明，北京、上海、天津的人均二氧化碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長呈現(xiàn)典型倒“U”型曲線，環(huán)境庫茲涅茨曲線分析結(jié)果顯示二氧化碳排放隨人均GDP的增長呈現(xiàn)下降趨勢[14]，而其他各省包括湖北省在內(nèi)的人均排放量仍位于上升的階段。相關(guān)研究指出，人均收入與人均二氧化碳排放還受能源消費(fèi)強(qiáng)度和能源結(jié)構(gòu)碳強(qiáng)度的影響，工業(yè)能源強(qiáng)度和煤炭消費(fèi)比例是兩者變動(dòng)的決定性因素。因此，簡單的二氧化碳庫茲涅茨模型模擬的理論曲線僅可用于粗略評(píng)估武漢市未來二氧化碳排放狀況。

時(shí)間序列數(shù)據(jù)表明，武漢市單位GDP二氧化碳排放量隨著人均收入的提高而不斷下降，但是二氧化碳排放總量與人均GDP排放量均處于增長態(tài)勢，政府需要對(duì)二氧化碳減排做出積極的政策反應(yīng)。當(dāng)前，處于快速城市化進(jìn)程中的武漢市，面對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型和構(gòu)建資源節(jié)約型及環(huán)境友好型社會(huì)的迫切要求，必須對(duì)產(chǎn)業(yè)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整及提升規(guī)模企業(yè)節(jié)能降耗水平作出積極的響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，而不能消極地等待碳排放庫茲涅茨曲線拐點(diǎn)的到來。城市的發(fā)展?fàn)可娴浇?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變遷、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、資源使用效率、生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)、環(huán)境保護(hù)政策的實(shí)施力度等諸多因素影響。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，政策規(guī)制作用明顯，企業(yè)自身創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也承擔(dān)了保護(hù)環(huán)境的義務(wù)，其提高生產(chǎn)技術(shù)、減少污染的意愿高于低收入地區(qū)。因此，二氧化碳的減量必然對(duì)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提出巨大挑戰(zhàn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與節(jié)能減排之間的矛盾增加了二氧化碳減排政策落實(shí)的難度，這也要求政府相關(guān)部門在制定和實(shí)施二氧化碳減排政策的同時(shí)，需要充分考慮到城市對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同要求，從而因地制宜地制定減排政策與措施。

四、建議

基于以上結(jié)論，本文為武漢市未來低碳發(fā)展建設(shè)提出以下政策建議：

第一，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，建立綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。近年來，武漢市通過對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，逐漸形成了以信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、生命健康產(chǎn)業(yè)、裝備制造工業(yè)、汽車與零部件產(chǎn)業(yè)等先進(jìn)制造業(yè)為主導(dǎo)的新型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，但目前武漢市具有相對(duì)優(yōu)勢的汽車、機(jī)械、鋼鐵和建筑等產(chǎn)業(yè)，屬于高排放型產(chǎn)業(yè)。面對(duì)日益增大的減排壓力，武漢市應(yīng)該將提高能源效率，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整結(jié)合起來，充分發(fā)揮科技優(yōu)勢，大力培育以信息技術(shù)、光電技術(shù)為核心的高科技產(chǎn)業(yè)體系，建立高科技產(chǎn)業(yè)研發(fā)、推廣和轉(zhuǎn)化的平臺(tái)；積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)技術(shù)密集型的低碳產(chǎn)業(yè)和等高附加值產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，通過提高服務(wù)業(yè)等高附加值的產(chǎn)業(yè)占比，快速形成節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和消費(fèi)模式。同時(shí)在政策及資金層面加以引導(dǎo)，限制高耗能產(chǎn)業(yè)的準(zhǔn)入，同時(shí)鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行低碳技術(shù)改造，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的根本目的。

第二，改進(jìn)現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)，建立能源價(jià)格調(diào)控機(jī)制，提高清潔能源能耗占比。武漢市仍以較高的能源需求和以煤為主的能源結(jié)構(gòu)維系經(jīng)濟(jì)增長，未來較長時(shí)間內(nèi)二氧化碳排放將持續(xù)增長。因此，調(diào)整現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)及制定科學(xué)能源規(guī)劃將是未來武漢市實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的工作重心。通過清潔能源戰(zhàn)略的調(diào)整和積極的能源環(huán)境政策引導(dǎo)，達(dá)到改善現(xiàn)有能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，從而最終實(shí)現(xiàn)降低二氧化碳排放。同時(shí)，結(jié)合武漢市地理環(huán)境因素，推進(jìn)太陽能分布式電站的建設(shè)、推行光電建筑一體化、建設(shè)低碳節(jié)能小區(qū)、改善既有建筑的節(jié)能效用將是武漢市在低碳發(fā)展過程中的切實(shí)可行措施。

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［責(zé)任編輯：馬建強(qiáng)］

F427

A

1001－4799（2017）01－0143－06

2016-08-15

國家社會(huì)科學(xué)基金資助項(xiàng)目：13BJY016；國際合作資助項(xiàng)目：WWF PO3050；湖北省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目：2014BHE003

黎明（1974-），男，四川廣元人，湖北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院副教授，太陽能高效利用湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心研究人員，生態(tài)學(xué)博士，主要從事能源經(jīng)濟(jì)研究；熊偉（1983-），男，河南信陽人，湖北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院講師，經(jīng)濟(jì)學(xué)博士，主要從事產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、企業(yè)管理研究。