宮倩楠，王瑩瑩，童玉芬

(1. 首都經濟貿易大學 人口經濟研究所，北京 100070；2.廣東財經大學 經濟學院，廣東 廣州 510000)

一、問題提出

京津冀地區(qū)是中國北方經濟發(fā)展最快、人口規(guī)模最大、城市群和產業(yè)群最為密集的區(qū)域。以北京、天津和河北的石家莊、保定等13個城市組成的京津冀地區(qū)面積達到216 000平方公里，2018年末常住人口1.13億，實現(xiàn)生產總值8.51萬億元。該區(qū)域以全國2.25%的地域面積承載了全國8.08%的人口，提供了全國9.46%的經濟總量。近年來，隨著京津冀經濟發(fā)展水平的提高和人口的快速集聚，交通日益擁堵，環(huán)境持續(xù)惡化，資源加速枯竭?！毒┙蚣絽f(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》明確提出：到2030年，京津冀區(qū)域一體化格局基本形成，區(qū)域經濟結構更加合理，生態(tài)環(huán)境質量總體良好，公共服務水平趨于均衡，成為具有較強國際競爭力、影響力的重要區(qū)域。因此，緩解京津冀地區(qū)較為緊張的人口資源環(huán)境壓力、發(fā)展低碳經濟成為當前實現(xiàn)京津冀協(xié)同發(fā)展的重要任務。

由于自然稟賦、經濟發(fā)展水平、產業(yè)結構、人口要素、消費水平以及能源利用效率等存在較大的空間差異，因此區(qū)域內部不同城市地區(qū)的碳排放水平也存在較大差異。人口規(guī)模的擴張以及由于生活水平提高導致的居民能源消費模式的改變，使得京津冀地區(qū)實現(xiàn)碳減排目標面臨巨大壓力，測算人口規(guī)模變動對碳排放的壓力并分析其空間分布格局的特征具有重要的理論和實踐意義。開展京津冀地區(qū)人口碳排放壓力空間分布格局的研究可以深入了解京津冀地區(qū)的人均碳排放狀況，揭示當前人口給京津冀地區(qū)節(jié)能減排帶來的壓力，從而為差別化的低碳城市建設、人口規(guī)模調控、碳排放峰值控制提供數(shù)據(jù)支撐，并提高政策制定的針對性和可操作性，為探索不同類型的低碳發(fā)展道路和模式提供指導。

二、文獻綜述

溫室氣體排放帶來全球氣候變暖等一系列的氣候異常問題，在全球范圍內給生態(tài)安全、糧食安全和水資源安全等均造成巨大的壓力，嚴重影響人類社會經濟發(fā)展，節(jié)能減排的低碳經濟成為實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。國內外學術界紛紛對低碳經濟開展研究，碳排放成為研究重點，其中對碳排放的影響因素的研究較多。學者們主要關注經濟增長、人口因素、產業(yè)結構、能源結構和效率、國際貿易、外商直接投資等要素的影響，研究方法多是基于IPAT模型、STIRPAT模型等進行相關性分析，測算各個要素對碳排放規(guī)模的影響程度。其中，經濟要素對碳排放的影響研究，尤其是庫茲涅茲曲線研究較多，如張慶宇等(2019)運用環(huán)境庫茲涅茨模型和STIRPAT模型分析了中國人均GDP和人均碳排放的關系以及影響碳排放的因素，指出中國人均GDP和人均碳排放的關系符合環(huán)境庫茲涅茨曲線“倒U型”的規(guī)律，經濟增長是影響中國碳排放的最大要素，其后依次是化石燃料使用、城鎮(zhèn)人口、可替代能源與核使用、人口總數(shù)等[1]。人口要素對碳排放的影響同樣引發(fā)關注[2-4]，有學者指出過去20年全球人口變化與二氧化碳排放增長之間存在著較大關聯(lián)，而且人口變化對發(fā)展中國家碳排放的影響比對發(fā)達國家更為明顯[5]。朱勤和彭希哲(2010)研究發(fā)現(xiàn)居民消費水平、人口城市化率和人口規(guī)模會顯著影響中國的碳排放總量[6]。余明成(2018)等研究發(fā)現(xiàn)人口對山西的CO2排放影響最大，其次是城鎮(zhèn)化率和第二產業(yè)占GDP比重[7]?？偟膩碚f，當前研究主要側重各要素與碳排放的關系，其中人口也是影響碳排放的重要因素之一，但關于人口對碳排放壓力的測定研究相對較少。

分區(qū)域來看，近年來，隨著北京非首都功能疏解、京津冀一體化和生態(tài)文明建設的推進，關于京津冀地區(qū)碳排放研究的內容逐漸增多，主要集中在京津冀地區(qū)碳排放的區(qū)域差異和時空特征、碳排放足跡和強度分析、碳排放的分解及影響因素等方面。具體來看，京津冀地區(qū)碳排放的區(qū)域差異和時空特征方面，汪浩等(2013)基于縣域尺度運用比較統(tǒng)計地圖和空間自相關分析方法對1990—2009年京津冀都市圈的碳排放空間格局和空間依賴性進行研究，發(fā)現(xiàn)京津冀都市圈CO2排放量逐年增加，CO2排放格局呈現(xiàn)較明顯的分層聚集現(xiàn)象，高值區(qū)域空間分布由“雙中心”發(fā)展至“四中心，大部分區(qū)域基本保持不變或減弱，唐山等地CO2排放增強[8]。孫雷剛等(2016)采用碳排放系數(shù)法對2000—2013年環(huán)京津區(qū)域5個城市的碳排放效應及時空格局進行測算分析，結果顯示環(huán)京津區(qū)域的城市凈碳排放總量逐年遞增，唐山的凈碳排放總量仍然最高，其次為石家莊、張家口、保定和廊坊[9]。趙玉煥等(2018)也分析了京津冀地區(qū)碳排放的時空特性，發(fā)現(xiàn)河北對京津冀CO2排放的貢獻最大[10]。也有學者對京津冀地區(qū)部分重點行業(yè)部門的碳排放空間格局進行分析，如張克勇(2019)等對2000—2015年京津冀交通部門CO2排放的時空特征進行分析，發(fā)現(xiàn)京津冀交通部門CO2增長較快，其中北京對京津冀CO2排放貢獻最大，河北和天津貢獻較小，京津冀各地區(qū)CO2排放差異不斷擴大[11]。

碳排放足跡和強度分析方面，閆云鳳(2016)構建多區(qū)域投入產出-結構分解分析(MRIO-SDA)模型測度京津冀碳足跡的演變趨勢及影響因素，發(fā)現(xiàn)京津冀碳足跡整體呈現(xiàn)增加趨勢，人口增長、人均消費量增加和消費結構變化是主要的驅動因素[12]。孫麗文等(2019)利用IPCC法測算了京津冀工業(yè)部門六大高耗能行業(yè)的碳足跡值，并從經濟規(guī)模、產業(yè)結構、能源強度和能源結構四方面對其整體及各行業(yè)進行時空差異分析，發(fā)現(xiàn)河北近年碳足跡促增趨勢上升，成為降低碳足跡的重點控制地區(qū)，其中經濟規(guī)模效應是首要促增因素[13]。

碳排放的分解及影響因素方面，學者主要從經濟增長、人口增長、能源消費、產業(yè)轉移等不同角度分解碳排放的驅動因素。如宗剛等(2016)[14]、宋健和趙怡芳(2018)[15]運用對數(shù)平均迪氏指數(shù)法(LMDI)將京津冀三地區(qū)的能源消耗碳排放分解為人口、經濟、產業(yè)結構、能源強度、能耗結構五方面原因，其中人口和經濟對京津冀地區(qū)碳排放均具有拉動作用。閆慶友和尹潔婷(2017)則利用廣義迪氏指數(shù)分解法(GDIM)對京津冀地區(qū)的相關碳排放數(shù)據(jù)進行分析，研究結果表明經濟發(fā)展對京津冀地區(qū)碳排放的促進作用最大，人口增長對碳排放具有拉動作用，但由于人口城鎮(zhèn)化比率和消費習慣不同，人均碳排放在北京表現(xiàn)為抑制作用，在天津和河北表現(xiàn)為拉動作用[16]。也有學者基于STIRPAT模型采用回歸等方法對人口要素對碳排放的影響進行研究，如趙濤等(2017)研究了1997—2012年京津冀經濟圈人口規(guī)模、人口結構、經濟水平及技術水平對碳排放的影響，發(fā)現(xiàn)人口規(guī)模、人口年齡結構和人口就業(yè)結構均會促進碳排放增加[17]。于洋(2017)則引入人口結構要素，對京津冀城鎮(zhèn)化、人口老齡化與碳排放關系進行實證研究，發(fā)現(xiàn)人口規(guī)模與碳排放呈正相關關系，老齡化與碳排放呈顯著的倒U型關系[18]。

總體來看，關于人口與碳排放的關系，現(xiàn)有研究主要將人口要素作為京津冀地區(qū)碳排放影響因素的一方面進行分析，雖然也有學者研究京津冀地區(qū)人口與資源環(huán)境壓力的關系，但并未將碳排放納入考慮[19]，目前對于京津冀地區(qū)人口對碳排放壓力的直接測定仍然較少。此外，當前空間視角下京津冀地區(qū)的碳排放研究仍停留在碳排放規(guī)模的時空變動層面，人口對碳排放壓力的空間格局變動分析較為缺乏。因此，本文將在既有研究的基礎上，計算京津冀地區(qū)各城市區(qū)域的碳排放規(guī)模、測定京津冀地區(qū)面臨的人口碳排放壓力，并基于空間視角分析京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的空間格局，進一步豐富對京津冀地區(qū)碳排放的相關研究。

三、研究方法與數(shù)據(jù)處理

(一)京津冀地區(qū)人口碳排放壓力指標的構建

人口變化對碳排放產生壓力已經成為不爭的事實。然而如何衡量人口對碳排放的壓力，學術界沒有統(tǒng)一的方法，目前這方面的研究方法主要有以下幾種：

一是因素分解法。采用基于投入產出表的結構分解方法SDA(structural decomposition analysis)和基于擴展和改進的Kaya恒等式的指數(shù)分解方法IDA(index decomposition analysis)對碳排放進行分解，測度人口要素包括人口規(guī)模和結構等對碳排放的貢獻度，其中對數(shù)平均迪氏指數(shù)法(LMDI)使用較多。該類方法可以用來測定人口要素對碳排放值變化的具體貢獻度，但人口被作為社會經濟要素之一進行分解研究，并非是對人口碳排放壓力的單獨測算。

二是基于STIRPAT模型，采用面板數(shù)據(jù)回歸估計法、最小二乘法和狀態(tài)空間模型方法等進行回歸分析研究人口對碳排放的影響。該類方法雖然可以采用時間序列動態(tài)考察要素變動的影響，仍停留在研究人口要素對碳排放的影響程度上，不能反映對碳排放量變化的具體貢獻，也忽視了不同碳排放單元的空間聯(lián)系和相關性[20]。

三是采用情景分析方法對不同人口規(guī)模、經濟發(fā)展程度、產業(yè)結構、技術水平和不同減排政策下的碳排放量進行組合，該方法可以在一般均衡條件下模擬各社會經濟要素與碳排放之間的關系，雖然人口變動也會對不同的碳減排目標產生影響，但該方法以模擬預測為主，參數(shù)設定具有較大的動態(tài)變化性，并不能實際測量人口對碳排放的壓力。

本文認為，構建人口碳排放壓力指數(shù)應該遵循如下幾個基本原則：(1)簡潔；(2)數(shù)據(jù)易得而準確；(3)直接反映人口與資源環(huán)境尤其是碳排放的對比關系；(4)不僅能夠反映人口與資源環(huán)境因素的對比關系，而且能夠衡量壓力是否存在及其相對大小。鑒于此，本文在已有研究的基礎上，考慮將某地實際的人均碳排放與碳排放的某一個人均標準值進行比較，來反映人口對碳排放的壓力。具體測算公式為：

人口碳排放壓力指標=(碳排放實際占有量/實際人口規(guī)模)/碳排放的標準人均值

(1)

這里涉及的標準人均值，可以是可利用的人均標準或公認的國際或國內標準，也可以是全國或地區(qū)的平均值。本文根據(jù)碳排放的自身特點，選取全國平均的人均碳排放量作為標準，京津冀各城市區(qū)域的人均碳排放量越大，其人口碳排放壓力也就越大。

(二)數(shù)據(jù)來源及處理

本文數(shù)據(jù)均來自2005—2015年北京、天津、河北11個城市的城市統(tǒng)計年鑒。

關于碳排放的計算，主要采用IPCC排放系數(shù)計算，其中河北11個地級市由于缺少分品種能源消耗數(shù)據(jù)，無法采用一般的碳排放計算方法，因此本文通過對2005—2015年河北的能源消耗總量和碳排放總量關系擬合，估算出二者之間的擬合方程，從而利用河北省11個地級市2005—2015年的能源消耗量估算出其碳排放量。而北京和天津則根據(jù)煤品、油品以及天然氣的消耗量乘以IPCC排放系數(shù)加總得到。

圖1 河北碳排放兩種計算方法對比

從圖1可以看出，根據(jù)IPCC排放系數(shù)計算的河北碳排放數(shù)量與根據(jù)能源消費估算出的碳排放數(shù)據(jù)極為接近，而河北能源消費總量等于各個地級市的能源消費量之和，河北碳排放總量等于各個地級市的碳排放量的加總，因此通過擬合得到河北總能源消費與碳排放之間的數(shù)量關系，可以推導出各個地級市能源消費量與碳排放量之間的數(shù)量關系，即通過上述擬合得到河北總的能源消費與碳排放之間的數(shù)量關系為：

C=0.729 5E+85.497

(2)

(3)

由此得到每個城市的能源消費與碳排放之間的數(shù)量關系式ci=0.729 5ei+85.497,從而估算出的各地級市各年份碳排放數(shù)據(jù)，由于篇幅有限，僅列出部分年份數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 2005—2015年京津冀各城市區(qū)域碳排放規(guī)模 單位：萬噸標準煤

注：資料來自《北京統(tǒng)計年鑒2016》《天津統(tǒng)計年鑒2016》《河北經濟統(tǒng)計年鑒2016》;其中北京市和天津市數(shù)據(jù)根據(jù)IPCC系數(shù)計算。

四、京津冀地區(qū)人口規(guī)模對碳排放壓力的空間格局分析

本文依據(jù)上文計算得出的京津冀13個城市2005—2015年的碳排放量、常住人口規(guī)模以及中國人均碳排放量的標準值，采用式(1)進一步測算出京津冀地區(qū)的人均碳排放壓力狀況如表2所示。圖2和圖3分別表示2005—2015年京津冀地區(qū)人口碳排放壓力和2015年京津冀地區(qū)人碳排放壓力排序。

表2 2005—2015年京津冀地區(qū)人口碳排放壓力值

圖2 2005—2015年京津冀地區(qū)人口碳排放壓力

圖3 2015年京津冀地區(qū)人口碳排放壓力排序

(一)京津冀地區(qū)內部人口碳排放壓力的時空演變分析

首先，總體變化狀況顯示，2005—2015年京津冀地區(qū)長期面臨人口碳排放壓力，但壓力程度近年來呈下降趨勢。2005—2015年京津冀地區(qū)的人口碳排放壓力值始終大于1，長期高于全國人均碳排放水平，說明京津冀地區(qū)仍面臨著一定程度的人口碳排放壓力。但從變動上看，從2005—2015年，京津冀整體的人口碳排放壓力值從1.670下降至1.336，下降幅度達到25%。內部各區(qū)域人口碳排放壓力的最大極值也從2005年的5.111下降至3.839。此外，與2005年相比，2015年京津冀人口碳排放壓力值低于1(即低于全國人均碳排放水平)的城市數(shù)量由4個增加至6個。雖然大多數(shù)區(qū)域仍面臨著人口碳排放壓力，但京津冀地區(qū)人口碳排放壓力相對來說已經得到緩解。

與全國水平相比，2005年、2010年和2015年京津冀人均碳排放量分別為2.23噸標準煤、2.56噸標準煤和2.63噸標準煤，2005—2015年人均碳排放量的增幅為18%，而全國2005年和2015年的人均碳排放規(guī)模分別為1.34噸標準煤和1.97噸標準煤，增幅達到47%，京津冀地區(qū)人均碳排放規(guī)模的增長幅度遠低于全國增長幅度，說明近年來京津冀地區(qū)的節(jié)能減排工作取得了一定的進展。京津冀地區(qū)作為中國北方最大的城市群，始終面臨著嚴重的環(huán)境問題，為了有效推進生態(tài)環(huán)境建設，京津冀地區(qū)推動區(qū)域產業(yè)結構和能源結構的優(yōu)化調整，調控人口規(guī)模、控制溫室氣體排放，協(xié)同推進區(qū)域大氣污染治理，從多角度出發(fā)實現(xiàn)京津冀地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護，京津冀地區(qū)面臨的人口碳排放壓力逐步得到緩解。

其次，從京津冀內部看，2005—2015年京津冀地區(qū)的人口碳排放壓力存在較大的空間差異性。圖3顯示，當前2015年京津冀地區(qū)人口碳排放壓力值超過1的城市地區(qū)共計7個，分別為唐山、邯鄲、天津、承德、秦皇島、張家口和石家莊，其中唐山的人口碳排放壓力值最大，達到3.839，遠高于排名第二和第三的邯鄲與天津。唐山2016年常住總人口規(guī)模為784.36萬人，人口密度達到582人/平方公里；地區(qū)生產總值居全省首位，為6 354.87億元；雖然單位GDP能耗從2010年的1.638噸標準煤/萬元下降至2016年的1.252 9萬噸標準煤/萬元，但全社會能源消費量從2010年的7 320.93萬噸標準煤上升至8 163.4萬噸標準煤，較大的人口規(guī)模和較高的能源消費量使得唐山面臨著巨大的人口碳排放壓力。其他存在人口碳排放壓力的城市壓力值相差不大，基本分布在[1，2]的區(qū)間內。整體來看，當前面臨人口碳排放壓力的城市區(qū)域除邯鄲外，其他主要集中在京津冀地區(qū)的東北部。而目前壓力值小于1的城市地區(qū)共計6個，分別為滄州、邢臺、廊坊、北京、衡水和保定，主要集中在京津冀地區(qū)的中南部。其中保定的人口碳排放壓力最小，雖然人口規(guī)模較大，但保定較早成為中國低碳城市發(fā)展的試點城市，新能源產業(yè)發(fā)展迅速，以“中國電谷”和“太陽能之城”享譽海外，逐漸走上了生態(tài)文明建設下的綠色發(fā)展道路。

最后，從京津冀內部人口碳排放壓力變化來看，也呈現(xiàn)出明顯的差異特征。2005—2015年，承德、廊坊以及滄州人口碳排放壓力上升，但其他多數(shù)城市的人口碳排放壓力呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。2005—2015年以來，京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的變化趨勢主要存在兩種類型：

一種是持續(xù)上升型，如承德、廊坊和滄州的人口碳排放壓力均在2015年有明顯增加，增長幅度分別約為27.41%、24.12%和51.65%。其中承德的人口碳排放壓力值從2015年的1.222上升至1.557，人均碳排放量達到全國人均水平的1.5倍，承德近年來人口規(guī)模相對變動不大，這主要與當前承德產業(yè)結構比重不合理、能源消費結構仍以高污染的煤炭為主、高耗能行業(yè)較多有關，如果繼續(xù)提高的話，承德將面臨較大的碳排放壓力，因此提高能源資源利用效率、降低碳強度成為發(fā)展方向。而廊坊和滄州兩個城市的人口碳排放壓力盡管也在持續(xù)上升，但目前仍低于1，處于相對無壓區(qū)。

另一種是持續(xù)下降型。2005—2015年北京、天津、石家莊、張家口、秦皇島、唐山、保定、衡水、邢臺和邯鄲呈下降態(tài)勢，其中北京、衡水和石家莊年均下降率較高，分別為8.5%、4.76%和4.31%。尤其北京成為重要的人口碳排放壓力下降拉動區(qū)，人口碳排放壓力值已持續(xù)下降到1以下，這主要與北京開展人口規(guī)模調控、非首都功能疏解和生態(tài)文明城市建設等有關。此外，唐山、天津和邯鄲的人口碳排放壓力也得到較為明顯的緩解，人口碳排放壓力值均在原來基礎上下降1～2個等級，如唐山由2005年的5.21下降到2015年的3.84，天津和邯鄲壓力值也由大于2下降到2以下，這表明隨著京津冀地區(qū)社會經濟發(fā)展水平的提高、技術的改進、產業(yè)結構和能耗結構日趨合理化以及對節(jié)能減排的重視，碳排放得到一定程度的抑制。

本文借鑒王韶華(2018)[21]等對于降耗核心-外圍區(qū)的分析思路，進一步將京津冀各城市區(qū)域劃分為降壓拉動區(qū)、降壓中間區(qū)和降壓滯后區(qū)。其中降壓拉動區(qū)為人口碳排放壓力明顯低于京津冀地區(qū)整體人口碳排放壓力、對京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的下降起幫助作用的地區(qū)；降壓滯后區(qū)為人口碳排放壓力大于京津冀地區(qū)整體人口碳排放壓力、對京津冀地區(qū)人口碳排放壓力起明顯抑制作用的地區(qū)；處于兩者之間的地區(qū)稱為降壓中間區(qū)。降壓拉動區(qū)、中間區(qū)和滯后區(qū)的判斷用人口碳排放壓力的標準化值為標準，計算公式為：

(4)

依照式(4)可分別得到2005年、2010年和2015年京津冀13個城市區(qū)域人口碳排放壓力的標準化值，按照降壓拉動區(qū)、降壓中間區(qū)和降壓滯后區(qū)的標準進行聚類分析，如表3所示。2005—2015年，降壓拉動區(qū)的城市數(shù)量不斷減少，只有保定、衡水、北京和廊坊的人口碳排放壓力標準化值始終穩(wěn)定在0.5以上，成為京津冀地區(qū)的降壓拉動區(qū)。降壓滯后區(qū)則較為穩(wěn)定，唐山、天津和邯鄲長期處于降壓滯后區(qū)，尤其是唐山和天津人口碳排放壓力標準值均在-2以上，可見對緩解京津冀人口碳排放壓力產生較大的負向作用的區(qū)域主要位于京津冀東北部地區(qū)。降壓中間區(qū)則由2005年的3個城市增加到2015年的6個城市，包括邢臺、滄州、石家莊、張家口、秦皇島、承德，其中滄州、邢臺和廊坊從降壓拉動區(qū)落至降壓中間區(qū)，各區(qū)域人口碳排放壓力的差距整體呈縮小態(tài)勢。

表3 京津冀地區(qū)人口碳排放降壓聚類分析

(二)京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的空間相關性分析

地理學第一定律認為任何空間事物及其屬性都相關，在分析京津冀地區(qū)人口碳排放壓力空間格局演化的過程中，如果忽略空間自相關性，將碳排放單元視為相互獨立的均質個體，勢必會對研究結果造成影響或偏差。許多學者認為空間差異和地理鄰近是決定區(qū)域碳排放的重要因素，碳排放存在空間溢出性，人口碳排放壓力的變動也應考慮人口規(guī)模變動和碳減排活動對其的直接影響以及對鄰近區(qū)域的空間溢出影響。因此，本文根據(jù)2005—2015年京津冀各城市區(qū)域的統(tǒng)計年鑒，利用GeoDA空間計量軟件使用一階Rook’s準則構建空間權重矩陣，繪制出莫蘭(Moran)散點圖和LISA集聚圖，對京津冀地區(qū)人口碳排放壓力進行空間相關性分析，并將空間集聚格局可視化，進一步檢測京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的“熱點”區(qū)和“冷點”區(qū)，從而結合當前京津冀協(xié)同發(fā)展問題，為指導京津冀地區(qū)發(fā)展低碳經濟、科學制定節(jié)能減排政策、實現(xiàn)各城市區(qū)域人口分布與功能布局的優(yōu)化、推動京津冀一體化提供依據(jù)。

本文采用的空間自相關分析方法根據(jù)研究范圍的大小，可具體劃分為全局空間自相關和局部空間自相關。其中全局指標用于反映整個京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的空間關聯(lián)模式；局部指標則有助于研究京津冀內部局部地區(qū)的非典型性特征。

1.全局空間自相關

本研究采用莫蘭指數(shù)(Moran’sI)來衡量全局空間相關性，可用式(5)表示：

(5)

式(5)中，n為研究區(qū)域的空間樣本個數(shù)，xi和xj表示空間樣本單元的相應屬性值，Wij是空間權重系數(shù)矩陣，表示空間單元的鄰近關系，本研究采用基于共同邊界的一階Rook權重矩陣。Moran’sI的值集中在[-1,1]區(qū)間內，值越接近1，則表明具有相似屬性的空間單元產生集聚；值越接近-1，則表明產生集聚的空間單元具有相異屬性；如果值接近或等于0，則表明空間單元屬性處于隨機分布狀態(tài)。此外，對全局空間自相關分析的結果需要進行Z值顯著性檢驗，根據(jù)Z值大小，在設定顯著性水平下做出接受或拒絕零假設的判斷[22]。

全局自相關分析結果顯示，2005年、2010年和2015年京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的全局莫蘭指數(shù)分別為0.089 7,0.163 7,0.200 2，總體來看，有所增加，空間“集中”的趨勢逐漸加強。莫蘭散點圖中的“高-高”(HH)和“低-低”(LL)象限表明人口碳排放壓力的觀測值存在較強的空間正相關，即存在均質性；“低-高”(LH)和“高-低”(HL)關聯(lián)表示存在較強的空間負相關，即空間單元存在異質性。結合人口碳排放壓力的莫蘭散點圖來看，2005年和2010年京津冀仍有部分地區(qū)位于第二和第四象限，呈現(xiàn)高低、低高集聚現(xiàn)象；2015年，京津冀人口碳排放壓力的空間正相關性明顯增強，絕大多數(shù)區(qū)域均處于第一和第三象限，呈現(xiàn)出顯著的低低和高高集聚態(tài)勢。當前京津冀區(qū)域人口碳排放壓力存在明顯的空間正相關關系，并且這種空間正相關關系隨著年份的推移不斷增強，人口碳排放壓力的空間集聚性愈發(fā)顯著。2005—2015年京津冀區(qū)域人口碳排放壓力的全局莫蘭散點圖如圖4所示。

圖4 2005年、2010年和2015年京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的莫蘭散點圖

2.局部空間自相關

(6)

京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的局部自相關結果(見表4)表明，2005年京津冀人口碳排放壓力的空間集聚狀況不太明顯，13個城市區(qū)域中僅有1個地區(qū)呈現(xiàn)低高集聚現(xiàn)象。承德2005年人口碳排放壓力值為1.222，位于京津冀人口碳排放壓力的低值區(qū)，周邊的張家口、北京、唐山和秦皇島的人口碳排放壓力均高于承德市。承德位于京津冀北部的水源涵養(yǎng)區(qū)，以山地地形為主，森林覆蓋率較高，人口密度相對較低，產業(yè)占比第一產業(yè)較高，自然稟賦和經濟稟賦均區(qū)別于緊鄰的北京、天津和唐山等大城市地區(qū)，這也反映出2005年京津冀地區(qū)的核心城市如北京、天津等均處于人口碳排放壓力的集聚中心。2010年京津冀人口碳排放壓力的低值集聚區(qū)增加為2個，除承德外，保定也處于人口碳排放壓力的“冷點”區(qū)域，而鄰近的石家則處于人口碳排放壓力的“熱點”區(qū)域，呈現(xiàn)高低集聚態(tài)勢。這說明河北中部城市如保定、衡水和邢臺的人口碳排放壓力在下降，人口碳排放壓力向省會城市集聚。2015年京津冀的人口碳排放壓力空間集聚模式以高高集聚和低低稀疏為主。東北部的唐山和秦皇島兩個區(qū)域呈現(xiàn)高高集聚態(tài)勢，說明人口碳排放壓力正在向東北地區(qū)集聚，唐山、天津、承德和秦皇島面臨的人口碳排放壓力較大；而西南地區(qū)的保定、石家莊呈現(xiàn)出低低集聚態(tài)勢。這說明石家莊、保定、衡水和邢臺等河北中部地區(qū)以及廊坊、北京等面臨的人口碳排放壓力整體有所緩解。

表4 2005年、2010年、2015年京津冀人口碳排放壓力局域空間自相關顯著性結果

(三)京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的重心演變及空間分布

標準差橢圓(standard deviational ellipse，SDE)是空間分析中解釋地理要素空間分布特征的有效方法，該方法可以從重心、展布范圍、密集性、方向和形狀等多角度解釋地理要素的空間分布整體特征及其時空演化過程。具體來看，標準差橢圓中心反映經濟要素空間分布整體在二維空間上的相對位置(重心)；長軸的方向(方位角，即正北方向與順時針旋轉的長軸之間的夾角)反映其在二維空間上展布的主趨勢方向；長、短軸的比值可以體現(xiàn)要素空間分布的形態(tài)，單位標準差橢圓上分布的空間要素總量體現(xiàn)其在二維空間上展布的密集程度。基于地理信息的標準差橢圓已經成為ArcGIS空間統(tǒng)計模塊的常規(guī)統(tǒng)計工具[23]。由于京津冀地區(qū)經濟發(fā)展不平衡、資源分布差異大，人口規(guī)模變動與流動狀況存在差別，人口對碳排放壓力處于不對稱狀態(tài)。采用標準差橢圓方法的重心、橢圓范圍和長短軸等工具，能夠明確當前京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的重心分布，并有效說明京津冀地區(qū)人口碳排放壓力集聚重心趨勢的變化，為推動京津冀地區(qū)一體化和低碳化發(fā)展提供幫助。

表5 2005—2015年京津冀人口碳排放壓力的重心坐標

年份經度X緯度Y2005116.62639.1542010116.62739.1662015116.69339.181

本文采用ArcGIS軟件，基于京津冀13個城市的空間區(qū)位(經緯度)，用各城市區(qū)域的人口碳排放壓力表示相應的權重，計算京津冀人口碳排放壓力的標準差橢圓，制得表5和表6。表5顯示，2005—2015年京津冀地區(qū)人口碳排放壓力重心的空間軌跡位移不大，緩慢向東北方向移動。在南-北方向上，2005—2010年，京津冀地區(qū)壓力重心呈現(xiàn)明顯的向北移動趨勢；2010—2015年，壓力重心繼續(xù)向北移動；在東-西方向上，京津冀地區(qū)人口碳排放圧力重心基本保持向東移動的趨勢，且2010—2015年向東位移最大。最終，京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的重心從2005年的(39.154N,116.626E)移動至2015年的(39.181N,116.693E)，位置落在河北霸州?？傮w來看，京津冀地區(qū)人口碳排放的壓力逐漸向東北部方向偏移，東北方向的人口碳排放壓力在逐漸增強。

表6 2005—2015年京津冀地區(qū)人口碳排放壓力空間分布的橢圓特征值

結合表6數(shù)值來看，2015年，京津冀人口碳排放壓力標準差橢圓的方位角(北方向與順時針旋轉的長軸之間的夾角)為51.129度，長軸標準距離遠大于短軸，表明京津冀人口碳排放壓力的空間分布趨勢整體呈現(xiàn)為東北-西南方向。

從時間尺度上看，2005年以來京津冀人口碳排放壓力的空間分布形狀呈扁化趨勢，人口碳排放壓力逐漸向東北地區(qū)集中。表6人口碳排放壓力空間分布的橢圓在京津冀區(qū)域的空間覆蓋面積標準值顯示， 2005—2015年，人口碳排放壓力的空間覆蓋面積整體上保持縮減趨勢，京津冀人口碳排放壓力的空間分布在橢圓范圍內逐漸集中。進一步分析長短軸距離，2005—2015年，京津冀人口碳排放壓力空間分布標準差橢圓的長軸距離在增加，短軸距離在縮短，長軸和短軸的比值不斷增大。這表明，京津冀地區(qū)的人口碳排放壓力在東北-西南方向上呈擴張狀態(tài)，在西北-東南方向上呈收縮狀態(tài)，且東北-西南向的擴張趨勢強于西北-東南方向的收縮。此外，標準差橢圓的方位角呈現(xiàn)逆時針轉動，方位角的度數(shù)由2005年的53.385度縮小到2015年的51.129度，表明相對于西南部地地區(qū)，位于東北部地區(qū)的城市區(qū)域對人口碳排放壓力的拉動作用增強。

最后，結合城市區(qū)域看，人口碳排放壓力的重心向東北地區(qū)移動、標準差橢圓呈現(xiàn)東北-西南方向的收縮，唐山和天津發(fā)揮了重要的拉動作用。尤其唐山2005年、2010年和2015年人口碳排放壓力值分別達到5.111、4.102和3.839，雖然整體呈下降趨勢，但歷年來均是京津冀地區(qū)人口碳排放壓力最大的城市區(qū)域，這主要與唐山產業(yè)結構偏向于重工業(yè)、高污染高耗能企業(yè)多、能源消費結構不合理、科技水平相對落后有關。天津2015年人口碳排放壓力值為1.835，僅次于唐山，天津作為京津冀地區(qū)僅次于北京的特大城市，經濟發(fā)展主要依靠工業(yè)帶動，能源結構優(yōu)化和產業(yè)結構的轉型升級還在進行，人口規(guī)模較大，面臨的人口碳排放壓力仍較為嚴重。此外，北部承德人口碳排放壓力2015年超過張家口，達到1.5以上，面臨的壓力在逐漸增大。相對應地，京津冀西南區(qū)域的人口碳排放壓力在緩解，石家莊的人口碳排放壓力值從1.968下降至1.291，長期處于人口碳排放高壓力區(qū)的邯鄲2015年人口碳排放壓力值也下降至2以下，西南地區(qū)的人口碳排放壓力整體呈現(xiàn)下降趨勢，人口碳排放壓力總體向東北地區(qū)集中。

五、結論及建議

本文在構建人口碳排放壓力指標的基礎上，進一步采用聚類分析、空間相關性分析和標準差橢圓等方法，研究了京津冀地區(qū)人口對碳排放壓力的空間格局及變動，在此基礎上提出以下結論及相應的政策建議：

第一，當前京津冀地區(qū)內部人口碳排放壓力存在較大的空間差異性，唐山、天津和邯鄲面臨著較為嚴重的人口碳排放壓力，北京、衡水和保定的人口碳排放壓力值較低，處于無壓區(qū)。總體來看，人口碳排放壓力的整體空間分布呈東北-西南主體方向，壓力重心進一步向東北方向集聚。

針對當前人口碳排放壓力水平較高的地區(qū)如唐山、天津和邯鄲等，應當調整能源消費結構，增加清潔能源和新能源的使用，減少對傳統(tǒng)能源的依賴程度；積極轉變經濟發(fā)展方式、優(yōu)化產業(yè)結構，降低高能耗產業(yè)的比重；加大科技創(chuàng)新投入，提高能源資源的利用效率，促進城市發(fā)展向綠色低碳方向轉型。尤其天津作為京津冀城市群的雙核之一，應當利用制造業(yè)優(yōu)勢與北京形成研發(fā)和人力資本對接，向上延伸制造業(yè)產業(yè)鏈，提高制造業(yè)的附加價值，推動制造業(yè)的精細化、高端化和創(chuàng)新化，并大力發(fā)展第三產業(yè)，促進產業(yè)結構轉型。而北京、衡水和保定等雖然處于無壓區(qū)，但距離低碳城市仍有較大發(fā)展空間，這些地區(qū)應當進一步加大節(jié)能減排力度，繼續(xù)淘汰過剩產能，提高全民節(jié)能意識。尤其北京要加強與京津冀其他區(qū)域的協(xié)作，充分利用自身優(yōu)勢，包括充足的資金投入、較強的技術創(chuàng)新能力和豐富的科研單位、高校和企業(yè)資源等，推進節(jié)能和減排技術的研發(fā)推廣。

第二，京津冀目前人口碳排放壓力普遍減弱，但從時間尺度上看內部變動趨勢存在差異，一些生態(tài)比較脆弱或者碳排放比較嚴重的城市如承德、廊坊和滄州等人口碳排放壓力不降反升，應該引起高度重視。具體來看，張家口、承德、秦皇島等作為京津冀水源涵養(yǎng)功能區(qū)，應當依托自身地理位置和豐富的資源優(yōu)勢，推進新能源尤其是可再生能源的開發(fā)和利用，構建安全清潔高效的能源供應和消費體系。打造綠色低碳循環(huán)型的經濟發(fā)展方式，實現(xiàn)經濟集聚區(qū)內產業(yè)間的生態(tài)鏈接，并結合當前實現(xiàn)京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃的政策優(yōu)勢，建設國家生態(tài)文明先行示范區(qū)，拓展生態(tài)內涵，延展生態(tài)效益，走綠色低碳的發(fā)展道路。此外，河北其他城市也應進一步減少煤炭消費，提高能源利用效率，嚴格開展節(jié)能減排工作，淘汰落后產能，改善當前資源型傳統(tǒng)產業(yè)占據(jù)主導地位，高耗能行業(yè)主導工業(yè)能源消費的格局。

第三，京津冀地區(qū)人口碳排放壓力的空間相關性逐漸增強，當前呈現(xiàn)出顯著的高高、低低集聚態(tài)勢。碳排放存在空間溢出效應，人口也具有集聚效應，當前人口碳排放壓力的空間集聚狀況要求加強京津冀地區(qū)尤其是人口碳排放壓力較大地區(qū)的內部協(xié)作，建立區(qū)域減排責任分攤機制和減排補償制度，并結合當前京津冀亟待解決的大城市病包括人口規(guī)模分布不合理等問題 ,通過區(qū)域合作與城市功能布局優(yōu)化和人口空間格局優(yōu)化,實現(xiàn)京津冀不同等級規(guī)模城市的分工合作與資源優(yōu)化組合,并積極應用低碳技術,對京津冀內部人口碳排放壓力的溢出熱點進行控制，強化碳排放的發(fā)散效應,促進京津冀一體化和低碳化發(fā)展,實現(xiàn)區(qū)域人口碳排放壓力的平衡。