安 果，李 青

（四川大學 經(jīng)濟學院，成都 610064）

0 引言

面對日趨嚴峻的能源供應危機與氣候變化難題，低碳經(jīng)濟已經(jīng)拉開帷幕。低碳經(jīng)濟是一種新型的發(fā)展模式，是對傳統(tǒng)的工業(yè)化發(fā)展模式的摒棄，從而由“高能耗、高污染、低效益”的發(fā)展模式向“低能耗、低污染、高效益”的新型發(fā)展模式轉變。低碳發(fā)展模式所涉及的范圍異常廣泛，包括政府、企事業(yè)單位以及公眾等相關利益群體，是政策與制度安排、生產與經(jīng)營方式、消費模式方面的一次大范圍變革，也是對社會經(jīng)濟結構的重組。而城市作為人類經(jīng)濟活動的中心和各種商品與勞務的集散地，是能源消耗和溫室氣體排放的重心。因此，要走低碳發(fā)展道路，實現(xiàn)既定的節(jié)能減排目標，就必須著力提升城市低碳發(fā)展水平，為此，研究如何對城市低碳發(fā)展水平作出客觀、公正的評價對于推進城市低碳發(fā)展來說具有重大意義。

1 城市低碳發(fā)展評判指標體系的構建

城市低碳發(fā)展具有豐富的內涵，因而對城市低碳發(fā)展的評判是一個復雜而又系統(tǒng)的工程，選取正確、合理評價指標成為評判的關鍵。低碳經(jīng)濟作為一種新型、有效的發(fā)展模式，是在滿足人文發(fā)展需求的基礎上尋求氣候與能源問題的突破口，最終實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。所以城市低碳發(fā)展必須一方面通過各種手段著力實現(xiàn)碳減排，而另一方面不損害人類追求人文發(fā)展的權利[1][2]。在此，我們將城市低碳發(fā)展評判指標體系分成三個維度，一是城市碳排放水平維度，二是城市碳減排支持維度，三是城市人文發(fā)展維度。城市碳排放水平維度描述了城市碳排放現(xiàn)狀；城市碳減排支持維度描述了城市碳減排的支撐體系，包括產業(yè)結構、能源結構、城市交通以及技術水平等等；城市人文發(fā)展維度描述了城市人文發(fā)展水平。鑒于指標數(shù)據(jù)的可獲得性以及指標的代表性，在此，我們將碳排放強度作為描述城市碳排放水平的衡量指標，這也符合我國政府于2009年提出碳減排目標[3]；城市碳減排支持維度包括煤炭占總能源結構比、第三產業(yè)占GDP比、第三產業(yè)從業(yè)人員比、萬人擁有公共汽車數(shù)、人均道路面積、R&D占GDP比、環(huán)保投資占GDP比、綠化覆蓋率等。其中煤炭占總能源結構比作為能源結構衡量指標；第三產業(yè)占GDP比與第三產業(yè)從業(yè)人員比作為產業(yè)結構衡量指標；萬人擁有公共汽車數(shù)與人均道路面積作為城市交通衡量指標；R&D占GDP比與環(huán)保投資占GDP比作為技術水平衡量指標；綠化覆蓋率作為城市碳匯能力衡量指標；城市人文發(fā)展維度包括人口自然增長率、人均可支配收入以及平均預期壽命等[4]。

由于碳排放強度指標數(shù)據(jù)不能直接獲取，在此，我們通過碳排放系數(shù)、能源消耗量以及GDP總額對這一指標進行折算。折算公式如下：

其中，CIt為第t年碳排放強度，Ei為第i種能源第t年的消耗量，emfi為第i種能源碳排放系數(shù)，GDPt為第t年的國內生產總值。

一般認為，除電力碳排放系數(shù)以外，其他各類型能源碳排放系數(shù)不因部門以及時間的變化而變化，這些碳排放系數(shù)是固定不變的[5]，除電力以外的碳排放系數(shù)源于（IPCC 2006）[6]。電力碳排放系數(shù)會因上游發(fā)電行業(yè)不同電力結構以及發(fā)電燃料結構差異而出現(xiàn)變化，我國發(fā)電行業(yè)主要包括火電、水電、核電等類型，其中，火電是碳排放的源泉，水電、核電等基本屬于零碳能源。在此，我們根據(jù)下面的公式對電力碳排放系數(shù)進行折算：

2 熵值理論在城市低碳發(fā)展灰色系統(tǒng)評判模型中的應用

在信息論中熵值反映了信息的無序化程度，可以用來度量信息量的大小。根據(jù)各指標所含信息有序度的差異性，也就是信息的效用價值來確定該指標的權重?；谛畔⒄撝行畔㈧乇硎鞠到y(tǒng)的有序程度，一個系統(tǒng)有序程度越高則信息熵越小，其效用值越大，對應的指標權重也就越大（反之亦然）。因而可以用信息熵評價所獲信息的有序度及其效用，從而盡量避免評價指標權重的人為因素干擾，使得評價結果更符合實際。所以我們將信息論中的熵值理論引入城市低碳發(fā)展灰色系統(tǒng)評判模型，從而對指標體系進行有效賦權。在此，本文采用上海20年時間序列數(shù)據(jù)作為依據(jù)，對這十二項指標用熵權法進行賦權，然后再利用灰色系統(tǒng)評判法對城市低碳發(fā)展水平進行評價。

（1）首先構建多指標判斷矩陣e=1。

在此，上海市1990年不變GDP（元）、環(huán)保投資占GDP比（百分比）、第三產業(yè)增加值（元）、第三產業(yè)從業(yè)人員比例（百分比）、R&D占GDP比（百分比）、平均預期壽命（歲）、人均可支配收入（元）、人均道路面積（平方米）、萬人擁有公共汽車數(shù)（輛）、綠化覆蓋率（百分比）、人口自然增長率（千分比）等數(shù)據(jù)源于1991～2010年的《上海統(tǒng)計年鑒》[7]、上海市的各類型能源消耗量（噸標煤）、上海市能源消耗總量（噸標煤）、中國火電燃料（噸標煤）以及電力生產總量（噸標煤）數(shù)據(jù)源于 1991～1996、1997～1999、 2001～2002、2003～2009年《中國能源統(tǒng)計年鑒》[8]。值得注意的是，鑒于中國能源統(tǒng)計年鑒中上海市各類型能源消耗量、上海市能源消耗總量、中國火電燃料以及電力生產總量的2009年數(shù)據(jù)至2010年7月尚未公布，在此，文章運用二次移動平均法得到2009年的相關指標的預測數(shù)據(jù)。其中，碳排放強度是在求出電力碳排放系數(shù)的基礎上依據(jù)公式（1）計算得出，其他指標直接源于年鑒數(shù)據(jù)或經(jīng)簡單相除得到。由于指標數(shù)據(jù)對應的單位不統(tǒng)一，不具有可比性，為了便于后面的分析，在此對指標進行標準化處理，從而得到城市低碳發(fā)展評判模型標準化矩陣B=(bij)m×n，如表1所示。

（2）定義熵

熵概念可定義第j個評價指標的熵為：

（3）定義熵權

定義第j個指標的熵之后，可得到第j個指標的熵權：

根據(jù)式（3）可以得出這12項指標的熵權為：

3 城市低碳發(fā)展的灰色系統(tǒng)評價模型

表1 城市低碳發(fā)展評判模型標準矩陣

表2 城市低碳發(fā)展灰類及其對應的灰數(shù)集

城市低碳發(fā)展熵權灰色系統(tǒng)評判是在利用信息論中的熵技術計算各評價指標權重的基礎上，結合傳統(tǒng)的灰色系統(tǒng)評判法對城市低碳發(fā)展水平進行評判[9]，其基本步驟如下：

（1）確定樣本評判矩陣

構建評判對象的樣本評判矩陣A={a1,a2,...,an}。對應的因素就是參與評判的n個評判指標的數(shù)值。

（2）確定評價灰類

確定評價灰類就是要確定評價灰類的等級、灰數(shù)以及灰類的白化權函數(shù)。對低碳城市發(fā)展評判指標的等級劃分必須在考慮我國城市發(fā)展的資源、人口、空間以及經(jīng)濟發(fā)展水平等現(xiàn)實條件的基礎上參照相應國內或國際標準，并通過專家評價進行調整，從而得到對應城市低碳發(fā)展價指標的灰類與灰數(shù)集（如表2所示）。在此采用4個評價灰類，其中1級灰類表示高城市低碳發(fā)展水平，4級灰類表示低城市低碳發(fā)展水平，2、3級灰類處于城市低碳發(fā)展的中間水平。碳排放強度的四個灰數(shù)集參照1998年IEA對世界各國碳排放強度劃分的四個層次：51.2噸碳/萬美元以上為極高碳排放強度國家，22.4～51.2噸碳/萬美元為高碳排放強度國家，4.4～22.4噸碳/萬美元為中等碳排放強度國家，4.4～2.08噸碳/萬美元及以下為低碳排放強度國家。在此，我們按照1:8的匯率將美元折算成人民幣，從而得到碳排放強度的四個灰數(shù)集，即e=1，時，?1∈[0，0.26，0.55]；e=2時，?2∈[0,0.55,2.8]；e=3時，?3∈[0,2.8,6.4]；e=4時，?4∈[0,6.4,∞]。其他指標同樣參照國際與國內實際狀況或標準進行調整，由于評價灰類與灰數(shù)集的確定更多參照我國各城市發(fā)展的實際狀況，因而依照該標準計算得出的評價結果更多地反映出該城市在國內城市比較中的低碳發(fā)展水平。

從滿足人文約束條件下低碳城市發(fā)展的角度將此十二項指標分成兩類，第一類為正向指標，即指標數(shù)值越大越優(yōu)；第二類為負向指標，即指標數(shù)值越小越優(yōu)（如表2所示）。

在此，負向指標以碳排放強度為例，依據(jù)其對應的灰類與灰數(shù)集，構造其白化權函數(shù)如下：

正向指標以環(huán)保投資占GDP比為例，依據(jù)其對應的灰類的灰數(shù)集，構造其白化權函數(shù)如下：

同理，對應類型指標可按照上面同樣的方法，依據(jù)其對應的灰類的灰數(shù)集，構造其相應的白化權函數(shù)。

（3）計算灰色評價系數(shù)

由此得到上海市2009年十二項評判指標的總灰類評價權為：

（4）綜合評價

城市低碳發(fā)展水平的十二項評判指標在評價中重要程度有所不同，因此需要對每個因素賦予不同的權重，在此將已經(jīng)計算好的熵權重賦予每個指標，得到綜合評價結果Bt=A°Rt，式中t為年份。

則根據(jù)該原理，可以得到上海市2009年的城市低碳發(fā)展的綜合評價結果:

根據(jù)1990～2009年的灰色系統(tǒng)評判結果，可以繪制出1990～2009年20年間的上海灰色系統(tǒng)評判中各灰類等級隸屬度的變化軌跡，如圖1所示。

圖1 1990～2009年上海城市低碳發(fā)展灰類等級隸屬度趨勢圖

從圖1中所描述的城市低碳發(fā)展灰類等級隸屬度趨勢上來看，上海市城市低碳發(fā)展趨勢上出現(xiàn)了小幅波動，但是城市低碳發(fā)展水平的總趨勢是上升的。在1990～1995年六年的時間中，上海市的城市低碳發(fā)展中灰類4的隸屬度較高，低碳發(fā)展水平較差；而在1996～1998年三年的時間中處于調整狀態(tài)中，這三年中灰類1與灰類2的隸屬度以及灰類3與灰類4的隸屬度從交織狀態(tài)中逐步分離上升。在1999年后，灰類1和灰類2的隸屬度不斷上升，灰類3和灰類4的隸屬度逐步下降，且灰類1的隸屬度較灰類2明顯較高，所以1999年后上海市在滿足人文約束條件下的城市低碳發(fā)展水平較高。

4 熵值-灰色系統(tǒng)評判模型的實證檢驗

利用熵值-灰色系統(tǒng)評價模型對全國其他三個直轄市進行城市低碳發(fā)展評價，將四個直轄市的城市低碳發(fā)展水平做一個比較，并對四個直轄市的各指標數(shù)據(jù)進行聚類分析以驗證熵值-灰色系統(tǒng)評判模型對城市低碳發(fā)展水平評價的有效性。在此，文章依據(jù)本文計算出的權重，以四個直轄市2009年的截面數(shù)據(jù)為評判對象，對其進行灰色系統(tǒng)評判。四個直轄市2009年的灰色系統(tǒng)評判結果如表3所示。

表3 四個直轄市2009年城市低碳發(fā)展灰色系統(tǒng)評價

從表3可知，北京與上海城市低碳發(fā)展在灰類等級1上的隸屬度最高，處于一級灰類等級，天津與重慶城市低碳發(fā)展在灰類等級2上的隸屬度最高，處于二級灰類等級。從表中我們還可以看出，雖然北京與上海城市低碳發(fā)展處于一級灰類等級，但是北京在一級灰類等級上的隸屬度所占比重高于上海，因而北京的城市低碳發(fā)展水平最高，同屬第一層次的還有上海，天津與重慶屬于第二層次。

根據(jù)熵值法所求權重我們知道，第三產業(yè)占GDP比、人均道路面積、煤炭占總能源結構比、碳排放強度在前四的位置，其次是R&D占GDP比例、萬人擁有公共汽車數(shù)、第三產業(yè)從業(yè)人員比等等。這就要求在城市低碳發(fā)展的過程中，著力加強城市產業(yè)結構調整以及城市交通升級改造，降低城市能源消費中的煤炭結構比例；在城市低碳發(fā)展中，優(yōu)先從城市產業(yè)結構、城市交通領域以及城市能源消費結構等方面著手，努力將城市低碳水平提升到一個新的臺階。

通過利用SPSS15.0分析軟件對四個直轄市2009年的各指標數(shù)據(jù)進行聚類分析以驗證熵值灰色系統(tǒng)評價方法的有效度，聚類分析冰狀圖如2。

圖2 聚類分析冰狀圖

從冰狀圖中我們可知，當聚類數(shù)為2時，上海與北京同屬一類，而重慶與天津屬于第二類，這與熵值灰色系統(tǒng)評判的結果一致，因而認為熵值灰色系統(tǒng)評判方法對城市低碳發(fā)展的評價具有一定的可信度，評價是有效的。

5 研究結論

隨著低碳經(jīng)濟浪潮的席卷而來，人們對低碳發(fā)展的關注度越來越高，城市作為人類生產與生活的集聚中心，其在低碳經(jīng)濟的發(fā)展中處在十分重要的位置，因而對城市低碳發(fā)展水平評價模型研究具有重要現(xiàn)實意義。本文以上海市1990～2009年的時間序列數(shù)據(jù)為基礎，引入熵值法對各個城市低碳發(fā)展評價指標賦予權重，避免了指標權重確定的人為干擾。同時，本文將熵值法與灰色理論相結合，構建城市低碳發(fā)展評價模型，對上海市1990～2009年的城市低碳發(fā)展狀況進行評價，并以全國四個直轄市（北京、上海、重慶、天津）2009年的截面數(shù)據(jù)為基礎對模型進行檢驗，評判結果顯示，北京與上海的城市低碳發(fā)展水平處在第一灰類等級，天津與重慶處在第二灰類等級，這與城市發(fā)展現(xiàn)狀基本相符。在此基礎上本文利用聚類分析法對四個直轄市的指標數(shù)據(jù)進行聚類，聚類結果與熵值灰色系統(tǒng)評判模型基本相符，這證明本文構建的熵值灰色系統(tǒng)評價模型是一個科學、公正、合理的評價方法。

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