引用格式：章曉英，李陽.重慶市碳排放趨勢及產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性分析——基于灰色理論的實證研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)，2015(4):21-27.

Citationformat：ZHANGXiao-Ying,LIYang.AnalysisofChongqingCarbonEmissionsTrendsandIndustryAssociationBasedonGrayTheory[J].JournalofChongqingUniversityofTechnology:SocialScience,2015(4):21-27.

重慶市碳排放趨勢及產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性分析——基于灰色理論的實證研究

章曉英，李陽

(重慶理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易學(xué)院，重慶400054)

摘要：運用灰色模型GM(1,1)模擬了重慶市2001—2013年碳排放總量的變化規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)預(yù)測了2014—2020年的排放量。研究發(fā)現(xiàn)：自2006年伴隨國家“十一五”規(guī)劃提出節(jié)能目標(biāo)責(zé)任制以來，重慶市作為低碳試點城市，碳排放總量增長率顯著下降。采用灰色相關(guān)分析方法分析了重慶市三大產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值結(jié)構(gòu)對于重慶市碳排放總量的相關(guān)性。結(jié)果表明：第二產(chǎn)業(yè)比重增加對于碳排放總量變化產(chǎn)生正效應(yīng)，而第一和第三產(chǎn)業(yè)是負(fù)相應(yīng)的，其中第三產(chǎn)業(yè)負(fù)相關(guān)絕對值最大，所以重慶市加強(qiáng)第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展是控制碳排放總量的重要途徑。

關(guān)鍵詞：重慶市；碳排放總量；灰色理論；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

收稿日期：2014-11-24

作者簡介：章曉英(1970—)，女，浙江嵊州人，教授，碩士，研究方向：區(qū)域經(jīng)濟(jì)學(xué)；李陽(1989—)，女，陜西寶雞人，碩士研究生，研究方向：城市與區(qū)域經(jīng)濟(jì)管理。

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(s).2015.04.005

中圖分類號：F426

文章編號：1674-8425(2015)04-0021-07

AnalysisofChongqingCarbonEmissionsTrendsand

IndustryAssociationBasedonGrayTheory

ZHANGXiao-Ying,LIYang

(CollegeofEconomy&Trade,ChongqingUniversityofTechnology,Chongqing400054,China)

Abstract:The gray model GM (1,1) was used to simulate the variation of Chongqing’s total carbon emissions from 2001 to 2013, and to be a basis for predicting the emissions in 2014 and 2020. The study found that since 2006, along with the national “Eleventh Five-Year plan” proposed energy conservation target responsibility, as a low-carbon pilot cities, Chongqing’s carbon emissions growth rate decreased significantly. At the same time, this paper analyzed the correlation of carbon emissions and industrial structure. The results show that the proportion of secondary industry has a positive effect on carbon emissions, while the first and third industries are negative, especially the tertiary industry, therefore to control the amount of carbon emissions is an important way to strengthen the development of tertiary industry in Chongqing.

Keywords:Chongqing；carbonemissions；graytheory；industrialstructure

在社會經(jīng)濟(jì)與文明高度發(fā)展的今天，環(huán)境問題已經(jīng)不再是一個地區(qū)乃至一個國家的問題，而是全人類共同面臨的生存問題。眾所周知，人類活動排放的以二氧化碳為主的溫室氣體是造成全球氣候變暖的主要原因。作為正在加速發(fā)展的發(fā)展中國家，我國的碳排放總量已居于世界首位，在資源環(huán)境約束日益增強(qiáng)、國際壓力不斷增加的多重背景下，中國政府開始意識到低碳轉(zhuǎn)型的重要性和緊迫性，并采取一系列措施實施低碳轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。

以城市為經(jīng)濟(jì)活動單元推行碳減排政策，是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必由之路。重慶作為低碳試點城市，受到了廣泛的關(guān)注。2009年起，英國戰(zhàn)略方案基金(SPF)為加強(qiáng)中英兩國氣候變化項目的合作，并推動中國的低碳事業(yè)發(fā)展，先后支持了包括重慶市在內(nèi)的4個省對于低碳城市發(fā)展的研究和規(guī)劃。可以看出，重慶市的低碳城市建設(shè)對于我國走低碳之路具有重要的戰(zhàn)略意義。因此，加強(qiáng)對重慶市碳排放狀況和規(guī)律的研究，尋找切實可行的碳減排途徑，成為重慶市城市發(fā)展的重中之重。

一、文獻(xiàn)回顧

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對碳排放的影響因素做了大量研究，這些因素不僅包括氣候資源條件等自然因素，還涉及了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)水平、能源效率等社會因素。朱勤等運用LMDI分解法綜合考量經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)等因素對碳排放的影響，對依照能源消費情況估計的碳排放總量進(jìn)行因素分解[1]。Hammond等利用分解分析法區(qū)分了出口、工業(yè)結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度、混合燃料和電力排放因素對降低英國制造業(yè)與能源相關(guān)的碳排放量的貢獻(xiàn)度，指出1990—2007年每年碳排放量下降2%的主要原因是能源強(qiáng)度降低，其中非能源密集型產(chǎn)業(yè)的能源相關(guān)的碳排放量降幅很大，主要得益于能源強(qiáng)度的相對改善[2]。李江蘇等將人口增長、經(jīng)濟(jì)增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(jìn)、能源結(jié)構(gòu)演進(jìn)四大碳排放影響因子分為放大因子、雙向拉動因子以及縮小因子三類，并分析各因子自1953—2006年的變化特征，采用相關(guān)分析法以及繪制散點圖來研究不同時段各因子與碳排放增長的關(guān)系[3]。段瑩采用產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)層次系數(shù)來描述產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高度化水平，就湖北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高度化對二氧化碳排放量的影響進(jìn)行實證分析，認(rèn)為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動是單位產(chǎn)出排碳量變動的Granger原因，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級對發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)有顯著作用，湖北省應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以推動低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[4]。

大量研究表明：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對于碳排放總量變化有重要的影響。然而，對于碳排放總量與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化相關(guān)程度的定量研究目前還不夠深入。相比于常用的很多關(guān)聯(lián)分析模型，如統(tǒng)計學(xué)中的回歸分析、方差分析等關(guān)聯(lián)分析計量模型，灰色關(guān)聯(lián)分析(GreyRelationalAnalysis)是一種新的關(guān)聯(lián)度分析方法。這種方法是根據(jù)各個因素之間發(fā)展趨勢的相似性來確定被衡量因素間的關(guān)聯(lián)程度，不同于大部分常用關(guān)聯(lián)分析方法的要求，如要求有足夠的樣本數(shù)據(jù)、各因素間沒有相互關(guān)系等，灰色關(guān)聯(lián)分析法并不要求有大量的數(shù)據(jù)，也不排除因素間有相互影響的情況。采用灰色關(guān)聯(lián)分析法定量分析碳排放與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性，可以更直接地看出三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值變化與重慶市碳排放總量變化的相關(guān)程度，針對研究結(jié)論提出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的建議，為采取措施推動碳減排提供理論支持。

二、重慶市碳排放總量的演變趨勢

(一)碳排放總量的估計

參照美國能源部下屬的二氧化碳信息分析中心(carbondioxideinformationanalysiscenter，CDIAC)給出的分析，碳排放的主要來源是固體燃料、液體燃料和氣體燃料的燃燒[5]。在此基礎(chǔ)上，可以從煤炭(M)、石油(S)、天然氣(G)這三大化石燃料的消耗入手估算碳排放總量。根據(jù)文獻(xiàn)[6]，大部分研究都是采用碳排放系數(shù)法估算碳排放，以煤碳、石油和天然氣這三種能源為基礎(chǔ)，可得其碳排放估算公式為

(1)

其中，Qt表示能源碳排放總量；Ec，Eo，En分別表示煤炭、石油、天然氣消耗實物量；δc，δo，δn分別表示煤炭、石油、天然氣消耗的碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù)。

在碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù)的選取上，本文選用較為權(quán)威的美國能源部公布的數(shù)據(jù)，即煤炭、石油、天然氣的碳排放系數(shù)分別為0.702 0kg碳/kg標(biāo)煤、0.478 0kg碳/kg標(biāo)煤和0.389 0kg碳/kg標(biāo)煤。因此，估算關(guān)系式為

(2)

本文選用2001—2013年的數(shù)據(jù)作為研究對象，著重分析這一時間段里重慶市碳排放情況。數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》《中國能源年鑒》和《重慶市統(tǒng)計年鑒》，據(jù)此測算出這13年間重慶市能源消耗和碳排放總量，見表1。

表1　2001—2013年重慶市能源消耗和

從表1可以看出，隨著能源消耗量的增加，重慶市碳排放總量也在逐年增加，而增長率的變化趨勢主要分為兩個階段：以2006年為分界點，2006年之前重慶市碳排放增長率維持在一個較高水平上，明顯高于10%，2005年甚至于超過了20%；2006年之后，碳排放增長率顯著下降，開始低于10%，在2012年達(dá)到了4.14%的低增長速度。這是由于自2006年起國家確立“十一五”規(guī)劃，實行節(jié)能目標(biāo)責(zé)任制，頒布了一系列法律法規(guī)全面開展碳減排工作，迎來了我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展熱潮。由此可見，我國頒布實施的一系列減碳政策和措施是碳排放總量增長率下降的主要原因。

(二)基于灰色模型 GM(1,1)的碳排放演變規(guī)律模擬

灰色模型(GreyModel,簡稱GM)是由中國學(xué)者鄧聚龍[7]1982年首先提出的，建立微分方程形式的規(guī)律和預(yù)測模型，可以對于事物的發(fā)展趨勢作出模糊性的長期描述。灰色系統(tǒng)模型被廣泛用于各研究領(lǐng)域，對于自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的預(yù)測具有重要的意義。運用各個年份重慶市碳排放總量數(shù)據(jù)建立灰色模型，可對其演變規(guī)律進(jìn)行模擬，進(jìn)而預(yù)測未來的碳排放發(fā)生量，為理論分析和政策制定的參考指標(biāo)。

1.灰色模型GM(1,1)的理論推導(dǎo)

將一個變化著的系統(tǒng)作為研究對象，用數(shù)值去描述系統(tǒng)每個時間的特征，在過去的時間段里就可以得到連續(xù)的數(shù)值集合，將這些數(shù)值根據(jù)事件發(fā)生的先后順序列為一個由n個元素組成的數(shù)列，分別記為X(0)=(X(0)(1),X(0)(2),…，X(0)(n))，數(shù)列記X(0)。首先，需要對數(shù)列進(jìn)行預(yù)處理，即計算數(shù)列的生成數(shù)X(1)(記為AGO)

(3)

則定義X(1)的灰導(dǎo)數(shù)為

(4)

令Z(1)為數(shù)列X(1)的緊鄰均值數(shù)列，即

(5)

則Z(1)=(Z(1)(1),Z(1)(2),…，Z(1)(n))。于是定義GM(1,1)的灰微分方程模型為

(6)

即

(7)

其中X(0)(k)成為灰導(dǎo)數(shù)，a成為發(fā)展系數(shù)，Z(1)(k)成為白化背景值，b成為灰作用量。將時刻k=2,3，…，n代入式(6)中有

(8)

由最小二乘法可以求得

(9)

(10)

稱之為GM(1,1)的白化型。

求解方程可得

(11)

2.模擬重慶市碳排放演變模型

將由2001—2013年的碳排放量數(shù)據(jù)組成的13個元素的數(shù)列X(0)=(X(0)(1),X(0)(2),…，X(0)(13))作為樣本，建立重慶市碳排放量的時間序列如下：

(12)

首先，為了保證建模方法的可行性，需要對已知數(shù)據(jù)列做必要的檢驗處理。計算數(shù)列的級比

(13)

(14)

經(jīng)多次計算比較，c取1 000時結(jié)果比較滿意，數(shù)列Y(0)的級比

(15)

按照上述方法對Y(0)建立模型GM(1，1),求得

(16)

則可得到預(yù)測值

(17)

即

(18)

Y(0)經(jīng)過平移轉(zhuǎn)換，易得數(shù)據(jù)列X(0)(表2)，為了檢驗?zāi)Ｐ偷目煽啃裕枰M(jìn)行殘差檢驗，令殘差為ε(k)，計算

(19)

如果|ε(k)|<0.2，則可以認(rèn)為達(dá)到一般要求，如果|ε(k)|<0.1，則認(rèn)為達(dá)到較高的要求。

表2　2001—2013年重慶市碳排放

表3　2014—2020年重慶市碳排放量預(yù)測　萬噸

三、重慶市碳排放與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)分析

(一)重慶市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)《重慶市統(tǒng)計年鑒》2001—2012年的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，將2001年作為基數(shù)年，得到重慶市三大產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)分布情況(見表4)。

根據(jù)表4的數(shù)據(jù)，從產(chǎn)值的絕對數(shù)量來看，三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值都在急劇增長，以2001年作為基數(shù)年比較，第二產(chǎn)業(yè)增加了6倍，增加值最大，第三產(chǎn)業(yè)增加了4倍多，第一產(chǎn)業(yè)增加了兩倍多。從產(chǎn)值比重來看，第一產(chǎn)業(yè)比重逐年減小，第二產(chǎn)業(yè)比重有較大的增加，而第三產(chǎn)業(yè)比重在較為平穩(wěn)的變化趨勢下略有減少。綜上可知，重慶市的第二產(chǎn)業(yè)無論在絕對值還是相對值上都是三大產(chǎn)業(yè)中最大的。

表4　重慶市2001—2012年三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值

(二)碳排放與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性

1.從圖形定性分析關(guān)聯(lián)性

三大產(chǎn)業(yè)作為能源的終端消耗主體，是碳排放的主要來源，所以產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化影響著碳排放總量的變化。運用折線圖(圖1)，可以直觀地看出這些指標(biāo)的發(fā)展趨勢(碳排放量數(shù)據(jù)取以10為底的對數(shù)做變換)，碳排放總量趨勢與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比變化趨勢比較接近，與第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比變化趨勢相差較大，可以初步判斷第二產(chǎn)業(yè)對碳排放總量的影響較大，然而要量化這種相關(guān)性，就需要用一種計算方法衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的大小。本文采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法測算三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值變化與碳排放總量的相關(guān)程度，也就是對運用各個變量動態(tài)過程發(fā)展態(tài)勢的量化做比較分析。

圖1　碳排放與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化趨勢

2.灰色關(guān)聯(lián)分析模型

將由2001—2012年碳排放總量數(shù)據(jù)組成的12個元素的序列X(0)作為參考數(shù)列，同時期三大產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比組成的序列X(1)、X(2)和X(3)作為比較數(shù)列，則有

在計算關(guān)聯(lián)度之前，需要對各個數(shù)列作初始化處理，一方面對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化消除數(shù)據(jù)單位的影響，另一方面，為了易于比較，要求所有數(shù)列有公共的交點。出于這兩方面考慮，對給定數(shù)列進(jìn)行變換。令

(20)

為原始數(shù)列x(m)的初始化數(shù)列。則有

令di(k)為初始化數(shù)列的差序列，有

(21)

求兩級最大差與最小差。記

(22)

則關(guān)聯(lián)系數(shù)為

(23)

進(jìn)而可計算出關(guān)聯(lián)度

(24)

代入數(shù)據(jù)得m=0，M=2.76，求得比較數(shù)列對于參考數(shù)列的關(guān)聯(lián)系數(shù)為

(25)

則：

(1)當(dāng)sign(σi)=sign(σj),則xi和xj為正關(guān)聯(lián)；

(2)當(dāng)sign(σi)=-sign(σj),則xi和xj為負(fù)關(guān)聯(lián)。

最后，求得三大產(chǎn)業(yè)對碳排放總量的關(guān)聯(lián)度(見表5)。

表5　三大產(chǎn)業(yè)對碳排放總量的關(guān)聯(lián)度

(三)計算結(jié)果分析

綜合表4與表5重慶市第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值情況及其比重與碳排放總量相關(guān)性的分析，得出如下結(jié)論：

(1)在三大產(chǎn)業(yè)比重對碳排放總量的關(guān)聯(lián)度中，只有第二產(chǎn)業(yè)是正相關(guān)的，并且絕對值最大，可以看出，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的角度來說，重慶市第二產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展是造成重慶市碳排放總量增大的主要原因。

(2)第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重對于碳排放總量都是負(fù)相關(guān)的，說明這兩個產(chǎn)業(yè)比重的增加會引起碳排放的減少，具有碳減排效果。其中，第三產(chǎn)業(yè)相關(guān)度的絕對值較大，說明增加第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值對于減少碳排放的作用效果更為明顯。從表4可以看出，12年間第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值都處于下降趨勢，致使這兩大產(chǎn)業(yè)減排效應(yīng)還沒有發(fā)揮出來，可以看出，重慶市進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對于減少碳排放量的潛力是非常大的。

這個結(jié)論從另一方面也證明了環(huán)境庫茲涅茨理論：即第二產(chǎn)業(yè)比重最大時也是生態(tài)環(huán)境最惡化的時候，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級，第三產(chǎn)業(yè)的比重漸漸增大，環(huán)境污染也會隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化而得以恢復(fù)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益堅固的理想狀態(tài)，并且走向低碳經(jīng)濟(jì)的道路。

四、政策建議

本文通過對重慶市碳排放總趨勢的模擬，揭示了其內(nèi)在變化規(guī)律，并且分析了三大產(chǎn)業(yè)變化對碳排放的影響作用，根據(jù)分析結(jié)果，為了加大重慶市碳減排力度，提出以下建議：

(1)調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)新能源開發(fā)與利用。當(dāng)前，我國的能源消費結(jié)構(gòu)極為不平衡，煤、石油等化石燃料消耗巨大，嚴(yán)重污染著生態(tài)環(huán)境。不同燃料燃燒釋放的污染物在空氣中經(jīng)過物理、化學(xué)反應(yīng)，又形成二次污染物，更難以降解，造成空氣的二次污染。因此，我國應(yīng)該全面推行煤炭的選洗加工，降低煤的硫分和灰分，全面整治小鍋爐，加快重點行業(yè)的脫硫脫銷除塵改造，而在用油總量上也需要進(jìn)行控制，減少工業(yè)企業(yè)能源消耗量，在城市居民中提倡低碳出行。同時，開發(fā)和使用清潔能源，目前我國可供發(fā)展清潔能源的方向主要有太陽能、水能、風(fēng)能、氫能、生物能和地?zé)崮艿萚8]。

(2)加快服務(wù)業(yè)發(fā)展勢頭，提升第三產(chǎn)業(yè)比重。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，第三產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)越來越大，相對于第一和第二產(chǎn)業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)在低投入高產(chǎn)出和提升環(huán)境友好度方面的優(yōu)勢最為明顯。在發(fā)展服務(wù)行業(yè)中，應(yīng)重點關(guān)注物流、金融、科技、咨詢等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高城市軟實力。

(3)優(yōu)化試點城市建設(shè)方案，以城市為單元研究發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)。從本文研究分析來看，自2006年國家實施節(jié)能目標(biāo)責(zé)任制以來，碳排放增長率顯著減小，可見政策導(dǎo)向?qū)τ诳刂铺寂欧帕渴呛苡行в玫摹５胤降吞及l(fā)展試點實施以來，包括重慶在內(nèi)的各個試點省市都做了大量的工作，也取得一些成績，值得總結(jié)和推廣。在我國，城市數(shù)量巨大，每個城市的區(qū)位優(yōu)勢不同，發(fā)展理念也不盡相同，對于不同類型的城市，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的路徑也需要因地制宜，不能千篇一律。每個城市應(yīng)該根據(jù)各自的特點尋找切實可行的低碳發(fā)展路徑，基于我國龐大的城市數(shù)量和形態(tài)迥異的區(qū)域特點，這些城市對于探索低碳路徑所做的實踐與研究，都將成為我國乃至世界寶貴的低碳城市建設(shè)的經(jīng)驗與知識。

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(責(zé)任編輯游小娟)