關(guān)鍵詞：土地利用碳排放；經(jīng)濟(jì)脫鉤；時空格局

2020 年9 月22 日，習(xí)近平總書記提出，我國將“力爭2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)的貫徹落實(shí)是我國生態(tài)文明建設(shè)整體布局中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，亦是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的基礎(chǔ)。作為全球最大的發(fā)展中國家和碳排放大國，我國面臨著嚴(yán)峻的碳減排壓力，這也給各地區(qū)碳減排帶來巨大挑戰(zhàn)，尤其是經(jīng)濟(jì)相對不發(fā)達(dá)地區(qū)。河北省作為我國工業(yè)大省，人均地區(qū)生產(chǎn)總值卻長期落后于全國平均水平，正面臨經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳減排雙重壓力，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展下碳減排路徑刻不容緩。因此，研究河北省碳排放時空特征，深入剖析其與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系，對制定科學(xué)高效的碳減排方案以及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

1 文獻(xiàn)綜述

關(guān)于碳排放的核算目前主要有兩種思路，一種是基于化石能源消費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，另一種是基于間接數(shù)據(jù)進(jìn)行估算[1]。第一種思路通過清單或者投入產(chǎn)出表獲取研究區(qū)域的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過碳排放系數(shù)將其折算成碳排放量[2-3]。第二種思路主要包括利用夜間燈光數(shù)據(jù)[4-5]和土地利用類型數(shù)據(jù)[6-7] 對碳排放量進(jìn)行估算。利用夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行碳排放核算，主要通過建立回歸模型，估計出燈光數(shù)據(jù)與化石能源碳排放統(tǒng)計數(shù)據(jù)之間的定量關(guān)系，進(jìn)而通過燈光數(shù)據(jù)對碳排放值進(jìn)行測算。其核算的碳排放本質(zhì)上是化石能源碳排放，這種方法主要解決微觀空間尺度上因缺乏完整的能源消耗數(shù)據(jù)而不能用第一種思路進(jìn)行碳排放核算的問題，進(jìn)而可以解決微觀空間尺度上碳排放核算或空間分配問題[8]。利用土地類型進(jìn)行碳排放核算，則主要基于耕地、林地、建設(shè)用地等不同土地利用類型具有不同的碳排放效應(yīng)的思路，研究不同土地利用類型與碳排放的定量關(guān)系，進(jìn)而核算碳排放值。其中，建設(shè)用地碳排放一般利用第一種思路核算或用夜間燈光值估算，其他土地利用類型碳排放則采用不同的系數(shù)折算而來。上述兩種思路三種方法中，利用土地利用類型數(shù)據(jù)進(jìn)行碳排放核算，同時考慮了碳源和碳匯，計算的是凈碳排放，是研究區(qū)域碳排放常用的一種方法。

碳排放脫鉤是指經(jīng)濟(jì)增長與CO2 排放的正相關(guān)關(guān)系不斷弱化甚至為負(fù)的過程，即在經(jīng)濟(jì)增長的條件下，碳排放量逐漸減少。目前已有不少學(xué)者對我國碳排放與經(jīng)濟(jì)脫鉤關(guān)系進(jìn)行了大量研究，研究的空間單元主要用全國[9-10]、省[11]、經(jīng)濟(jì)區(qū)[12-14]、地級市[15]，除了區(qū)域碳排放脫鉤之外，還涉及到各行業(yè)、產(chǎn)業(yè)或經(jīng)濟(jì)部門碳排放脫鉤關(guān)系的研究[16-24]。脫鉤分析一般基于OECD 和Tapio兩種脫鉤分類體系進(jìn)行。相比而言，Tapio 分類體系對脫鉤狀態(tài)的表達(dá)更為精細(xì)，能更精確地反映碳排放與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系[25]。

目前已有部分學(xué)者針對河北省土地利用碳排放、碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系相關(guān)主題開展了一些研究，形成了一定的研究成果。如：蘇歡等[26] 對2006—2015 年河北省各土地利用類型的碳排放效應(yīng)以及各市的碳排放空間分布情況進(jìn)行了綜合評價；武紅等[27] 測算了河北省1980—2009 年能源消費(fèi)引起的碳排放總量及其與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的脫鉤關(guān)系；許永兵等[28] 分析了1985—2013 年河北省能源消費(fèi)、經(jīng)濟(jì)增長與碳排放三者之間的關(guān)系；武義青等[29]測算了1980—2011 年河北省二氧化碳排放量、排放強(qiáng)度、人均排放量和單位面積排放量并分析了河北省碳排放與能源消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長間的相關(guān)性。

綜上，已有相關(guān)研究為碳排放核算及其與經(jīng)濟(jì)脫鉤關(guān)系的分析提供了較為成熟的思路和方法。有關(guān)河北省的相關(guān)研究，對較長時序的土地利用碳排放核算還需進(jìn)一步開展；對碳排放與經(jīng)濟(jì)脫鉤的分析均是基于化石能源碳排放開展，近十多年的評價也需進(jìn)一步開展。因此，本文借鑒已有的研究，核算了2000 年、2005 年、2010 年、2015 年及2018 年河北省各地級市的土地利用碳排放總量，基于Tapio 脫鉤分類體系，對各研究期內(nèi)碳排放脫鉤狀態(tài)進(jìn)行了評價，最后利用空間統(tǒng)計相關(guān)方法分析了碳排放及其與經(jīng)濟(jì)脫鉤關(guān)系的時空格局，以期為河北省制定差異化的碳減排政策提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 土地利用碳排放核算方法

根據(jù)土地利用碳排放核算的思路[6，7，30]，碳排放分為兩類，一類是直接碳排放，由耕、林、草等非建設(shè)用地乘以相應(yīng)的碳排放系數(shù)得來；另一類是間接碳排放，也稱為建設(shè)用地碳排放，因?yàn)檫@部分碳排放是指因建設(shè)用地上承載人類的生產(chǎn)活動而產(chǎn)生的碳排放，一般采用人類利用的化石能源產(chǎn)生的碳排放量來替代。土地利用碳排放的具體計算過程見公式1～4。

其中：C 為區(qū)域凈碳排放量，Ed 和Eind 分別代表直接和間接碳排放量；ei 為第i 類土地凈碳排放量，Li 為第i類土地的面積，λi 為第i 類土地的凈碳排放系數(shù)；土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域和未利用地5 個地類，參考已有的研究成果[30]，λ 分別取耕地0.0422、林地-0.0613、草地-0.0021、水域-0.0253、未利用地-0.0005，單位均為kg C /（m2·a）；Eindj 是各地級市建設(shè)用地碳排放總量，GDPj 是各地級市的生產(chǎn)總值，GDPh 是河北省生產(chǎn)總值，Sh 是河北省建設(shè)用地碳排放總量，Ek 為各種能源消耗量，βk 是各種能源消耗量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)煤的系數(shù)，γk 為各種能源的碳排放系數(shù)。本文計算建設(shè)用地碳排放所采用的化石能源及其標(biāo)準(zhǔn)煤轉(zhuǎn)換系數(shù)和碳排放系數(shù)見表1。

2.1.2 碳排放與經(jīng)濟(jì)脫鉤模型

本文采用Tapio 脫鉤分析范式，構(gòu)建土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的脫鉤模型（公式5）。

2.1.3 空間格局分析方法

（1）重心遷移法

一般性的區(qū)域重心是指區(qū)域幾何形狀的中心，是在區(qū)域空間中各個方向上的力量能夠保持均衡的點(diǎn)。以較低級別區(qū)域單元的碳排放為權(quán)重對幾何中心坐標(biāo)值進(jìn)行加權(quán)平均，可以得到更高級別整個區(qū)域的碳排放重心。觀察土地利用碳排放重心的遷移，可以幫助了解土地利用碳排放量在區(qū)域內(nèi)部的動態(tài)變化方向。

假設(shè)河北省第j 個地級市的幾何中心坐標(biāo)分別為Xj、Yj，Mj 為第j 個地級市的土地利用碳排放量，則河北省土地利用碳排放重心坐標(biāo)為：

（2）基于標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的空間分布及集聚性分析

區(qū)域碳排放標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的主要參數(shù)計算公式見式6～10，其中，σ 表示長短半軸， 和表示各研究區(qū)域與平均中心的坐標(biāo)偏差，w 為各地級市碳排放占全省

碳排放的比重。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓本身即為區(qū)域碳排放的主要分布范圍，其中心即碳排放重心；旋轉(zhuǎn)角是順時針偏離正北方向的角度，表示分布方向，橢圓扁率的大小代表分布方向的強(qiáng)弱；標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的長半軸反映區(qū)域碳排放在主趨勢方向上的離散程度，短半軸反映區(qū)域碳排放在次要趨勢方向上的離散程度。

其中：A 代表區(qū)域土地利用碳排放的空間集聚度，Sp和S 分別表示土地利用碳排放標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的面積和基準(zhǔn)橢圓的面積。

2.2 數(shù)據(jù)來源

考慮數(shù)據(jù)的可獲得性，本文以2000 年、2005 年、2010 年、2015 年、2018 年為研究時點(diǎn)。各時期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心公開的1 km 柵格的中國土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，行政區(qū)矢量數(shù)據(jù)來源于全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)公開的1：100萬全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，河北省及所轄市的GDP 數(shù)據(jù)來源于《中國城市統(tǒng)計年鑒》，河北省各種能源消耗數(shù)據(jù)來源于《中國能源統(tǒng)計年鑒》。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用碳排放時空特征

3.1.1 河北省土地利用碳排放時間變化趨勢

根據(jù)土地利用碳排放核算結(jié)果，將各地級市的碳源、碳匯、碳排放總量分別進(jìn)行加總，得到河北省土地利用碳排放數(shù)據(jù)，如圖1 所示。碳源包括建設(shè)用地和耕地碳排放，碳匯包括林地、草地、水域和未利用地碳排放，碳排放總量指凈碳排放，即碳源總量減去碳匯總量。總體來講，碳源總量遠(yuǎn)超過碳匯總量，碳匯對碳排放總量的影響相對有限，因此碳排放總量基本與碳源同步變化。在研究期內(nèi)，碳源總量持續(xù)增加，增速在2010—2015 年間有所放緩。碳匯總量也呈上升趨勢，但在2000—2015年間基本穩(wěn)定，2015—2018 年有較大幅度的上升。

各地級市的土地利用碳排放總量、碳源總量和碳匯總量分別見圖2～4。與全省情況相似，各地級市碳排放總量主要由碳源總量決定，就某一地區(qū)而言兩者趨勢基本一致。相對而言，碳匯總量普遍較低。其中，碳排放總量較高的地區(qū)有唐山、石家莊，其次是保定、邯鄲和滄州，其他城市處于較低水平。研究期內(nèi)，各地級市碳排放量所處相對位置基本沒有變化，只有廊坊在2010 年之后增速明顯加快，2015 年之后，其碳排放總量也有趕超邯鄲、保定的勢頭。碳匯總量最高的地級市是承德，其碳匯總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他地區(qū)，其次是張家口、保定，其他地區(qū)處于較低水平。各地的碳匯總量在研究期內(nèi)大部分時間處于平穩(wěn)狀態(tài)，只有2015 － 2018 年間出現(xiàn)了明顯的波動，其中，張家口和秦皇島碳匯總量有明顯上升趨勢，承德則出現(xiàn)明顯下降趨勢。

以河北省各地級市碳排放總量為樣本數(shù)據(jù)，繪制研究期內(nèi)各時期碳排放總量箱體圖（圖5-a）和核密度圖（圖5-b）?？梢钥闯觯芯科趦?nèi)，碳排放總量最小值、最大值、中位數(shù)、四分位數(shù)均呈上升趨勢，但各地級市之間碳排放總量的離散程度卻不斷增加。上述變化趨勢在2010—2015 年間體現(xiàn)較弱?？傮w來講，各地區(qū)碳排放總量變化趨勢大體與全省一致。從分布形態(tài)看，除2000 年碳排放總量接近正態(tài)分布之外，其他各期均呈右偏狀態(tài)，說明大多數(shù)地區(qū)的碳排放總量集中在均值左側(cè)，而碳排總量大于均值的地區(qū)占少數(shù)。總體而言，各地區(qū)間碳排放的不均衡性特征越來越明顯。

3.1.2 河北省土地利用碳排放空間分布特征

（1）空間分布格局

圖6 展示了河北省各地級市的土地利用碳排放總量的空間分布格局，可以看出，河北省土地利用碳排放存在顯著的空間差異。

具體來看，土地利用碳排放量最高的地級市是石家莊和唐山，其次是保定、滄州和邯鄲，再次是廊坊和邢臺，再次是張家口和秦皇島，最后是承德市。北部地區(qū)，只有唐山較高；南部地區(qū)，只有衡水較低；總體呈現(xiàn)為中南部地區(qū)較高，北部地區(qū)較低的特征，且各研究期碳排放整體空間分布格局沒有變化。碳排放的空間差異特征與產(chǎn)業(yè)類型、工業(yè)化及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異化分布體現(xiàn)出高度相關(guān)性，如石家莊、唐山市、保定市和邯鄲市為傳統(tǒng)工業(yè)城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展依賴高耗能產(chǎn)業(yè)，碳排放量相對較高。尤其唐山和石家莊，作為河北省兩大工業(yè)城市，第二產(chǎn)業(yè)占比大，采礦、鋼鐵等行業(yè)較為發(fā)達(dá)，導(dǎo)致碳排放量較高。從人均GDP 看，張家口、衡水、承德人均GDP 水平較低，碳排放量也處于較低狀態(tài)，而石家莊市，唐山市，廊坊市人均GDP 較高，碳排放量則處于較高狀態(tài)；盡管秦皇島市人均GDP 較高，但作為重要旅游城市，其優(yōu)越的自然環(huán)境和生態(tài)條件為相對較低的碳排放提供了保障。

另外，河北省碳排放空間分布格局與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要呈現(xiàn)“一線兩廂”特點(diǎn)相似?！耙痪€”即石家莊、保定、廊坊、唐山、秦皇島5 個城市，呈西南—東北走向，構(gòu)成了河北經(jīng)濟(jì)的隆起帶，一線南北區(qū)域則為兩箱，為經(jīng)濟(jì)相對較弱地帶。從碳排放空間分布格局來看，沿“一線”地級市的碳排放總量相對較高，一線兩側(cè)，呈相對較低的格局。

（2）空間分布方向及集聚特征

以各地級市土地利用碳排放總量為權(quán)重，基于河北省行政區(qū)劃圖，利用ArcGIS10.6 制作各研究期的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓和重心（圖7），刻畫不同時期土地利用碳排放空間分布方向和重心的演化特征，揭示河北省土地利用碳排放的時空演變規(guī)律。

總體來看，河北省碳排放具有明顯的西南—東北方向分布趨勢，各期碳排放標(biāo)準(zhǔn)差橢圓范圍主要分布在邢臺、石家莊、衡水、保定、滄州、廊坊和唐山市內(nèi)，這同樣與河北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要呈現(xiàn)“一線兩廂”特點(diǎn)及各城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、工業(yè)化、城市化水平的客觀差異有關(guān)。

河北省碳排放的重心也大體沿“一線”由西南向東北方向遷移，這一方面是由于為推進(jìn)煤炭安全技術(shù)改造工程，河北省地方煉油企業(yè)搬遷至沿海石化基地發(fā)展；另一方面，是因?yàn)樘粕绞凶鳛橹毓I(yè)較為發(fā)達(dá)的城市，對河北省碳排放量變化發(fā)展方向有較大影響。從整個研究期看，河北省土地利用碳排放的重心均位于滄州市，處于河北省中部偏東南的位置，這跟河北省主要的工業(yè)城市主要分布在偏南部地區(qū)，而位于北方地區(qū)的張家口和承德行政區(qū)域面積較大，但其工業(yè)化水平相對較低有關(guān)。

從碳排放標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的面積以及空間集聚度來看，整個研究期內(nèi)，河北省碳排放的空間集聚性有小幅的波動，呈現(xiàn)出由高到低再到高、整體下降的趨勢，總體來看，變化幅度不大（表3）。

3.2 土地利用碳排放脫鉤分析

根據(jù)公式5，分別計算河北省各地級市2000—2005 年、2005—2010 年、2010—2015 年、2015—2018 年四個時間段的碳排放脫鉤指數(shù)，并根據(jù)表2 劃分脫鉤狀態(tài)，將結(jié)果報告于表4。

2000—2005 年，張家口、邢臺等4 個地級市處于弱脫鉤狀態(tài)，邯鄲、保定等6 個地級市處于擴(kuò)張連接狀態(tài)，僅承德一個地級市處于擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)。說明這一時期，隨著經(jīng)濟(jì)的增長，碳排放也同時增加，但除承德之外，其他地區(qū)碳排放增速與經(jīng)濟(jì)增速相當(dāng)甚至較低。總體來講，大部地級市脫鉤狀態(tài)尚可。

2005—2010 年，河北省各地級市碳排放脫鉤狀態(tài)整體有所改善，張家口、邢臺等4 個地級仍然保持了弱脫鉤狀態(tài)，邯鄲、保定等6 個處于擴(kuò)張連接狀態(tài)的地級市轉(zhuǎn)變?yōu)槿趺撱^狀態(tài)，承德則由擴(kuò)張性負(fù)脫鉤轉(zhuǎn)為擴(kuò)張連接狀態(tài)。說明這一階段，隨著“一線兩廂〞戰(zhàn)略深入發(fā)展，資源的使用效率不斷提高，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。

2010—2015 年，承德市碳排放脫鉤狀態(tài)繼續(xù)向好轉(zhuǎn)變，由擴(kuò)張連接變?yōu)槿趺撱^狀態(tài)。其余地級市中，除廊坊保持了的原有的弱脫鉤狀態(tài)之外，均由弱脫鉤狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)張連接狀態(tài)。說明這一時期，河北省大部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，但與此同時，伴隨經(jīng)濟(jì)高速增長的碳排放增速也相應(yīng)加快。

2015—2018 年，除衡水市保持了原有的擴(kuò)張連接狀態(tài)之外，其余各地級市的碳排脫鉤狀態(tài)均轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)張性負(fù)脫鉤，這跟我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)以及2018 年國際金融危機(jī)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)增速較大幅度下滑有關(guān)。

4 結(jié)論

本文采用土地利用碳排放方法核算了2000 年、2005年、2010 年、2015 年及2018 年河北省各地級市的土地利用碳排放總量。結(jié)果表明，總體而言，研究期內(nèi)河北省碳匯總量較相對碳源總量較低，碳排放總量主要由碳源總量決定且二者呈同步上升趨勢。在今后相當(dāng)長的時期內(nèi)，河北省經(jīng)濟(jì)還將保持在相對較高的增速，因此后續(xù)碳減排工作任重道遠(yuǎn)；各地級市碳排放變化趨勢與全省趨勢基本一致，從箱體圖和核密度的形態(tài)和動態(tài)演化來看，各地級市之間碳排放總量的離散程度逐年增加，碳排放的空間不均衡性特征越來越明顯，說明研究期內(nèi)碳排放量具有明顯的時空差異性。

本文利用碳排放分布圖以及標(biāo)準(zhǔn)差橢圓、重心遷移方法分析河北省碳排放空間格局，結(jié)果表明，河北省土地利用碳排放呈現(xiàn)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相似的“一線兩廂”特征，即沿“一線”地級市的碳排放總量相對較高，位于“兩箱”的地級市碳排放總量呈相對較低的格局，碳排放的空間差異特征與產(chǎn)業(yè)類型、工業(yè)化及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異化分布體現(xiàn)出高度相關(guān)性。研究期內(nèi)，河北省碳排放的重心均處于中部偏東南的位置，沿“一線”由西南向東北方向略有遷移，這跟主要的工業(yè)城市分布偏南部地區(qū)有關(guān)。

本文采用Tapio 脫鉤分析范式對河北省各地級市2000—2005 年、2005—2010 年、2010—2015 年、2015—2018 年四個時間段的碳排放脫鉤狀態(tài)進(jìn)行了評價?？傮w而言，研究期內(nèi)各地級市的脫鉤狀態(tài)經(jīng)歷了由一般向較好發(fā)展而后又轉(zhuǎn)為較差的狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)增長與碳排放脫鉤形勢不容樂觀。未來一段時間，河北省各地在注重發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時，更加注重碳減排，逐步實(shí)現(xiàn)河北省高污染高耗能產(chǎn)業(yè)的低碳化轉(zhuǎn)型，達(dá)到經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)雙贏。