王　柯，張建軍,2，周向莉，劉金芳，朱曉磊

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2.國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

實(shí)現(xiàn)礦業(yè)城市的綠色低碳發(fā)展是我國(guó)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)所必須面臨的問題，本文將我國(guó)75個(gè)典型礦業(yè)城市從生命周期和資源類型兩個(gè)維度進(jìn)行分類，利用2015年礦業(yè)城市能源二氧化碳排放數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)(GDP)來(lái)對(duì)比不同礦業(yè)城市二氧化碳排放的差異，并運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來(lái)探索不同類型礦業(yè)城市二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，二氧化碳排放高值城市和低值城市在空間上較為集中，且二者差距較大；成熟型的煤炭型城市二氧化碳排放普遍較高，成熟型的有色金屬型城市或非金屬礦型城市二氧化碳排放普遍較低；不同類型礦業(yè)城市分能源類型二氧化碳排放占比情況異中有同，并且在不同程度上滿足二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的正相關(guān)性。要實(shí)現(xiàn)礦業(yè)城市的低碳發(fā)展，應(yīng)緊抓高碳排的礦業(yè)城市，穩(wěn)定住低碳排礦業(yè)城市，加快礦業(yè)城市的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，提高礦產(chǎn)資源開采、生產(chǎn)和利用效率。

礦業(yè)城市；二氧化碳排放；生命周期；資源類型；經(jīng)濟(jì)發(fā)展

二氧化碳排放引起的全球變暖是目前人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。在最近的一次聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)評(píng)估報(bào)告中指出，每萬(wàn)億公噸二氧化碳排放會(huì)導(dǎo)致全球平均地表溫度上升0.8～2.5 ℃[1]。2015年召開的第21屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)(COP21)提出了控制全球升溫低于工業(yè)化水平之前的2 ℃以內(nèi)的長(zhǎng)期目標(biāo)[2]，但根據(jù)目前各國(guó)自主決定貢獻(xiàn)(Intended Nationally Determined Contributions，INDC)，到2030年仍然存在15G～17 Gt的二氧化碳當(dāng)量的減排缺口[3]，二氧化碳減排工作已刻不容緩。多數(shù)城市依靠開發(fā)自身豐富的礦產(chǎn)資源發(fā)展經(jīng)濟(jì)，成為典型的礦業(yè)城市[4]。礦業(yè)城市的發(fā)展一方面帶動(dòng)了我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)水平的提升，另一方面也導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯。中國(guó)二氧化碳排放近年來(lái)增長(zhǎng)較快[5]，平均地面氣溫在近百年來(lái)升高幅度約0.8 ℃[6]，且90%左右的二氧化碳排放來(lái)源于能源消耗[7]。因此，無(wú)論是迫于國(guó)際上的減排壓力，還是國(guó)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境壓力，我國(guó)必須制定更為有效的減排方案。針對(duì)我國(guó)礦業(yè)城市眾多，環(huán)境問題突出的特點(diǎn)，將二氧化碳排放研究的視角聚焦在礦業(yè)城市上是必要的，也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的必經(jīng)之路。目前有關(guān)城市二氧化碳排放的研究較多，但多集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市[8-11]，以礦業(yè)城市為研究視角的研究較少。對(duì)礦業(yè)城市二氧化碳排放的研究目前大多集中在基于能源二氧化碳排放的單個(gè)礦業(yè)城市上[12-13]，且多為煤炭型城市[14-16]，針對(duì)不同類型礦業(yè)城市二氧化碳排放的對(duì)比研究較少。

基于前人的研究，本文以75個(gè)礦業(yè)城市為研究對(duì)象，以生命周期和資源類型為礦業(yè)城市的分類依據(jù)，利用2015年各礦業(yè)城市的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，估算出各城市的二氧化碳排放量，對(duì)礦業(yè)城市的二氧化碳排放進(jìn)行多維對(duì)比，并探索不同類型礦業(yè)城市二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，以期為礦業(yè)城市的低碳發(fā)展提供有力的理論支撐和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1　研究對(duì)象

本研究根據(jù)國(guó)務(wù)院2013年印發(fā)的《全國(guó)資源型城市可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃(2013～2020年)》，在公布的126個(gè)地級(jí)資源型城市中選取了75個(gè)礦業(yè)型城市作為研究對(duì)象(剔除了森工型城市和數(shù)據(jù)缺失的城市)，并從生命周期和資源類型兩個(gè)角度對(duì)75個(gè)礦業(yè)城市進(jìn)行分類。從生命周期的角度上，按照資源保障能力和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展能力，將礦業(yè)城市劃分為成熟型、成長(zhǎng)型、衰退型和再生型[17](表1)。從資源類型上，按照資源儲(chǔ)量將礦業(yè)城市劃分為煤炭型、油氣型、鐵礦型、有色金屬型和非金屬礦型[18](表2)。

表1　不同生命周期礦業(yè)城市

表2　不同資源類型礦業(yè)城市

2　方法與數(shù)據(jù)

2.1　二氧化碳排放量的估算

基于IPCC推薦的二氧化碳排放清單估算方法[19]，本文利用原煤、焦炭、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油和天然氣等我國(guó)主要的化石燃料的消費(fèi)量來(lái)估算二氧化碳排放量，計(jì)算公式見下式。

式中：ECO2為二氧化碳排放量；ACi為第i類能源的消費(fèi)量；NCVi為第i類能源的平均低位發(fā)熱量；Ci為第i類能源的單位熱值含碳量；Oi為第i類能源的碳氧化率(表3)；44/12為碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳系數(shù)。

表3　二氧化碳排放計(jì)算相關(guān)指標(biāo)

資料來(lái)源：《綜合能耗計(jì)算通則》(GB/T 2589—2008);《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》(發(fā)改辦氣候〔2011〕1041號(hào))。

2.2　數(shù)據(jù)來(lái)源

能源消費(fèi)數(shù)據(jù)來(lái)源于2016年各礦業(yè)城市的統(tǒng)計(jì)年鑒,城市人口(年末戶籍人口)、GDP數(shù)據(jù)(當(dāng)年價(jià)格)來(lái)自《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒2016》。

2.3　分析方法

本文通過對(duì)2015年截面數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)礦業(yè)城市二氧化碳排放差異的多維比較；通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法(相關(guān)性系數(shù)和置信橢圓)來(lái)分析不同類型礦業(yè)城市二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的相關(guān)關(guān)系[20]。

3　結(jié)果分析

3.1　不同類型礦業(yè)城市二氧化碳排放對(duì)比分析

3.1.1總量、人均和單位GDP排放對(duì)比分析

從二氧化碳排放總量上來(lái)看，排放高值礦業(yè)城市和低值礦業(yè)城市分布較為集中，且部分礦業(yè)城市之間差距顯著，例如：排放總量最高的朔州市是最低的臨滄市的255倍(圖1(a))。二氧化碳排放總量較高的礦業(yè)城市主要集中在山西、陜西、河北、內(nèi)蒙古和山東等以華北省份為主的北方地區(qū)(如朔州市、榆林市、唐山市、鄂爾多斯市、長(zhǎng)治市、邯鄲市和東營(yíng)市等)，生命周期類型多為成熟型和成長(zhǎng)型，且資源類型以煤炭型為主。成熟型煤炭城市的資源開發(fā)處于較為穩(wěn)定階段，資源保障能力強(qiáng)，可通過開發(fā)煤炭資源發(fā)展經(jīng)濟(jì)，而煤炭作為高碳排放的礦產(chǎn)資源，其開采、加工、消費(fèi)整個(gè)生命周期都會(huì)產(chǎn)生較高的二氧化碳排放[21]。成長(zhǎng)型煤炭礦業(yè)城市的資源開發(fā)正處于上升階段，資源保障潛力大[22]，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的同時(shí)，也消耗大量的能源。二氧化碳排放總量較低的地級(jí)市主要集中在云南、甘肅、四川和廣西等西南和西北地區(qū)(如臨滄市、武威市、保山市和雅安市等)，其生命周期類型多為成熟型，資源類型以有色金屬型和非金屬礦型為主。此類城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展普遍較為落后，且依賴的資源類型較為低碳，因此二氧化碳排放總量普遍較低。

從人均碳排放來(lái)看，人均碳排放高值和低值礦業(yè)城市的分布與碳排放總量較為相似，并且部分礦業(yè)城市人均碳排放差距較大(圖1(b))。從分類對(duì)比上來(lái)看，人均碳排放較高礦業(yè)城市的生命周期多處于成熟型和成長(zhǎng)型，且主要資源類型為煤炭。值得注意的是新疆的克拉瑪依市，由于該市人口相對(duì)稀少，導(dǎo)致該市人均碳排放較高。石嘴山市等衰退型礦業(yè)城市由于前期的過度開發(fā)，資源趨于枯竭，生態(tài)環(huán)境相對(duì)較差，且人口相對(duì)較少，導(dǎo)致人均碳排放排名靠前。人均碳排放較低的礦業(yè)城市類型與排放總量較低的礦業(yè)城市類型較為一致，多為成熟型的有色金屬型/非金屬礦型礦業(yè)城市。

從單位GDP排放量來(lái)看，單位GDP排放高值和低值礦業(yè)城市的差異較大(例如：最高的朔州市是最低的宿遷市的186倍)，且分布與總量和人均碳排放的空間分布大體一致(圖1(c))。從分類對(duì)比上來(lái)看，單位GDP排放量與人均碳排放情況較為相似，高值礦業(yè)城市普遍為成熟型的煤炭城市，部分高值礦業(yè)城市為衰退型的煤炭城市；低值礦業(yè)城市普遍為成熟型的有色金屬型或非金屬礦型礦業(yè)城市。

3.1.2分能源類型二氧化碳占比分析

從生命周期分類角度來(lái)看，不同類型礦業(yè)城市的分能源類型二氧化碳占比情況同中有異(圖2(a))。相似點(diǎn)在于：煤炭(原煤+焦炭)二氧化碳排放在四種生命周期類型的礦業(yè)城市中均位居首位，占比超過80%，是礦業(yè)城市的主要碳源；汽油、煤油、柴油和天然氣四種能源的排放占比在四種類型的礦業(yè)城市中都比較小。不同點(diǎn)在于：成長(zhǎng)型和衰退型礦業(yè)城市煤炭的二氧化碳排放占比較再生型和成熟型礦業(yè)城市高10%左右；再生型和成熟型城市超過10%的二氧化碳排放來(lái)自于原油和燃料油；再生型礦業(yè)城市原煤的二氧化碳排放占比相較其他三類礦業(yè)城市小的多，可見再生型礦業(yè)城市在能源結(jié)構(gòu)上有所改善。

圖1　礦業(yè)城市二氧化碳排放對(duì)比

圖2　不同能源類型二氧化碳排放對(duì)比

從資源類型分類的角度來(lái)看，不同類型礦業(yè)城市分能源類型二氧化碳的占比情況也存在一些異同點(diǎn)(圖2(b))。具體來(lái)說，煤炭的二氧化碳排放依然是五類礦業(yè)城市的主要碳源，但油氣型礦業(yè)城市煤炭的二氧化碳排放占比相對(duì)較少，這主要是因?yàn)榇祟惓鞘袚碛胸S富的油氣資源，在資源選擇時(shí)也更偏向于自身豐富的資源；汽油、煤油、柴油和天然氣四種能源的二氧化碳排放占比依然是五類礦業(yè)城市排放最低的；鐵礦型礦業(yè)城市的焦炭二氧化碳占比相對(duì)其他類型礦業(yè)城市顯著較高，這主要是因?yàn)榻固渴菬掕F的主要能源[23]。

3.2　二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)關(guān)系分析

為消除變量?jī)?nèi)部異常值的影響，本文在進(jìn)行相關(guān)性分析之前，對(duì)各變量進(jìn)行了自然對(duì)數(shù)變換處理，以便更好地反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展與二氧化碳排放之間的相關(guān)關(guān)系。本文使用人均碳排放量作為二氧化碳排放指標(biāo)，以人均GDP作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)，分別進(jìn)行相關(guān)性分析，以對(duì)比不同類型礦業(yè)城市二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)之間相關(guān)性的差異。

從樣本總體來(lái)看，人均碳排放量與人均GDP的Pearson相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.628，呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)(表4)，可見整體上我國(guó)礦業(yè)城市二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展還處于同向發(fā)展的階段。

表4　分生命周期Pearson相關(guān)系數(shù)

注：*表示在0.1水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

從生命周期分類的角度，對(duì)人均碳排放和人均GDP之間的關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)不同生命周期礦業(yè)城市存在一定差異(圖3)。根據(jù)散點(diǎn)的分散程度和置信橢圓的扁平程度可以看出，再生型礦業(yè)城市置信橢圓更為扁長(zhǎng)，相關(guān)系數(shù)較高，可見二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的相關(guān)關(guān)系較強(qiáng)；成熟型和成長(zhǎng)型礦業(yè)城市相對(duì)于再生型礦業(yè)城市來(lái)說相關(guān)系數(shù)較低，但依然呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)；衰退型礦業(yè)城市的散點(diǎn)較為離散，置信橢圓更接近于圓形，相關(guān)系數(shù)較低，不存在顯著線性相關(guān)性。

從不同資源類型分類角度來(lái)看，不同類型城市二氧化碳排放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間均具有顯著相關(guān)性，但相關(guān)程度略有差異(圖4)。鐵礦型、油氣型、有色金屬型和非金屬礦型礦業(yè)城市的置信橢圓較為扁長(zhǎng)，四類城市Pearson相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.8左右(表5)，人均碳排放和人均GDP之間均具有顯著線性正相關(guān)；煤炭型礦業(yè)城市置信橢圓的長(zhǎng)軸與短軸之比較小，相關(guān)性相對(duì)較弱，但人均碳排放和人均GDP之間依然呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。

注：置信橢圓的置信區(qū)間為95% 圖3　不同生命周期經(jīng)濟(jì)與二氧化碳排放分布圖

注：置信橢圓的置信區(qū)間為95% 圖4　不同資源類型經(jīng)濟(jì)與二氧化碳排放分布圖

表5　分資源類型Pearson相關(guān)系數(shù)

資源類型人均GDP與人均排放的相關(guān)系數(shù)煤炭型0.521(**)鐵礦型0.796(**)油氣型0.859(*)有色金屬型0.804(**)非金屬礦型0.85(**)

注：*表示在0.1水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，**表示在0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

4　結(jié)　論

通過對(duì)我國(guó)礦業(yè)城市二氧化碳排放的多維對(duì)比研究，得到如下結(jié)論。

1) 我國(guó)二氧化碳排放的高值和低值礦業(yè)城市分布較為集中，且城市之間的二氧化碳排放差異顯著。無(wú)論是二氧化碳排放總量、人均碳排放還是單位GDP碳排放，碳排放高的礦業(yè)城市大多集中以在華北省份為主的北方地區(qū)，而碳排放低的礦業(yè)城市大多集中在西南地區(qū)和西北地區(qū)，且高值礦業(yè)城市的二氧化碳排放量都數(shù)十倍于低值礦業(yè)城市。

2) 我國(guó)二氧化碳排放較高的礦業(yè)城市多為成熟型的煤炭型城市，排放較低的礦業(yè)城市多為成熟型的有色金屬型/非金屬礦型礦業(yè)城市，因此我國(guó)碳減排的工作應(yīng)重點(diǎn)向成熟型的煤炭型礦業(yè)城市傾斜。

3) 不同類型礦業(yè)城市分部門二氧化碳排放占比情況異中有同。無(wú)論何種類型的礦業(yè)城市，煤炭消費(fèi)產(chǎn)生的二氧化碳是礦業(yè)城市的主要碳源，而汽油、煤油、柴油和天然氣四種能源的排放占比較小。調(diào)整能源結(jié)構(gòu)是我國(guó)二氧化碳減排的有效途徑。

4) 我國(guó)礦業(yè)型城市二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平整體上呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。不同類型的礦業(yè)城市也均不同程度的滿足二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的正相關(guān)性。

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