天津市碳排放預(yù)測(cè)及低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)策分析
——基于改進(jìn)GM(1，1)模型

楊克磊，張振宇

(天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津 300072)

天津市碳排放預(yù)測(cè)及低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)策分析
——基于改進(jìn)GM(1，1)模型

楊克磊，張振宇

(天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津 300072)

基于灰色預(yù)測(cè)理論對(duì)GM(1，1)模型進(jìn)行改進(jìn)。選取天津市2000—2011年碳排放數(shù)據(jù)并利用Kaya恒等式測(cè)算碳排放量，進(jìn)而對(duì)天津市碳排放量進(jìn)行中短期預(yù)測(cè)。結(jié)果表明:改進(jìn)GM(1，1)模型具有較高的預(yù)測(cè)精度，適合進(jìn)行中短期預(yù)測(cè)。同時(shí)，針對(duì)較嚴(yán)峻的碳排放形勢(shì)，提出了天津市“十二五”期間發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的對(duì)策。

碳排放;灰色預(yù)測(cè);GM(1，1)模型

面對(duì)全球氣候日趨變暖的嚴(yán)峻形勢(shì)，我國(guó)承諾到2020年碳排放強(qiáng)度較2005年下降40%～45%，同時(shí)將碳排放列入了“十二五規(guī)劃”綱要的約束指標(biāo)。為了完成這項(xiàng)莊嚴(yán)的承諾，需要將碳減排的任務(wù)切實(shí)分配到各省市。天津市作為我國(guó)北方的經(jīng)濟(jì)中心、國(guó)際港口城市，以制造業(yè)為主的重工業(yè)占據(jù)著主導(dǎo)地位，碳排放量巨大，理應(yīng)以此為契機(jī)，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，為我國(guó)節(jié)能減排貢獻(xiàn)力量。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委“十二五規(guī)劃”的碳排放強(qiáng)度目標(biāo)分解方案，天津市在“十二五”期間碳排放強(qiáng)度應(yīng)下降19%。同時(shí)，《天津市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃》指出:天津市“十二五”期間GDP年均增長(zhǎng)約為12%。因此，碳排放預(yù)測(cè)對(duì)于天津市能否完成“十二五”碳減排任務(wù)顯得尤為重要。

在碳排放預(yù)測(cè)方面，Kaya［1］認(rèn)為影響碳排放量的因素有人口、人均GDP、單位GDP能耗和能源結(jié)構(gòu)，并提出了測(cè)算碳排放的恒等式，為碳排放預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。姜克雋等［2］借助中國(guó)政策綜合評(píng)價(jià)模型(IPAC)對(duì)中國(guó)未來幾十年的排放量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并分析了到2050年的低碳發(fā)展情形。渠慎寧等［3］運(yùn)用STIRPAT模型預(yù)測(cè)了我國(guó)未來幾十年的碳排放峰值，為我國(guó)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)提供了指導(dǎo)。隨著灰色預(yù)測(cè)理論的廣泛應(yīng)用，趙愛文等［4］通過灰色GM(1，1)模型對(duì)中國(guó)碳排放進(jìn)行了短期預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果令人滿意。王鐘羨等［5］認(rèn)為GM(1，1)模型的精度與背景值的設(shè)定有關(guān)，并針對(duì)模型的指數(shù)特性給出了一種背景值的優(yōu)化公式。本文在以上研究成果的基礎(chǔ)上，選取天津市2000～2011年碳排放數(shù)據(jù)，對(duì)灰色GM(1，1)模型進(jìn)行改進(jìn)，以便能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)天津市未來幾年的碳排放量，為天津市實(shí)現(xiàn)“十二五”碳減排任務(wù)提供參考依據(jù)。

1 灰色GM(1，1)模型與改進(jìn)

1.1 灰色GM(1，1)模型

灰色GM(1，1)預(yù)測(cè)模型有很多優(yōu)勢(shì):能在原始數(shù)據(jù)較少的情況下得到滿意的預(yù)測(cè)結(jié)果，既可以用于短期預(yù)測(cè)，也可以用于中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，且預(yù)測(cè)精度比其他一般預(yù)測(cè)模型要高［6］。但是，傳統(tǒng)的GM(1，1)模型存在一個(gè)缺陷:如果選取的原始數(shù)據(jù)序列自身的光滑度不高，抑或包含有斷點(diǎn)時(shí)，會(huì)大大降低模型的預(yù)測(cè)精度。因此，需要對(duì)傳統(tǒng)的GM(1，1)模型做適當(dāng)改進(jìn)，使得利用灰色預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)更加精確。

1.2 模型的改進(jìn)

為了提高灰色GM(1，1)模型的適用性，需要對(duì)傳統(tǒng)模型做以下2方面的優(yōu)化:第一，對(duì)原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行預(yù)處理，提高數(shù)據(jù)序列的光滑度;第二，對(duì)模型背景值進(jìn)行優(yōu)化，使得模型的背景值與灰度值趨向一致，提高預(yù)測(cè)的精度。

1)原始數(shù)據(jù)序列的預(yù)處理

由于灰色GM(1，1)模型是根據(jù)累加生成序列和最小二乘法的原理建立的齊次指數(shù)增長(zhǎng)模型，其預(yù)測(cè)精度與原始數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)有很大關(guān)系，原始數(shù)據(jù)的光滑度越高，模型的預(yù)測(cè)精度也越高。因此，有必要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

對(duì)原始數(shù)據(jù)序列做對(duì)數(shù)變換，令Y(0)=?y(0)(1)，y(0)(2)，…y(0)(n)」，其中，y(0)(k)= ln x(0)(k)，k=1，2，…n。利用平滑度更高的序列進(jìn)行預(yù)測(cè)，最后將預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行逆變換即可得到原始數(shù)據(jù)序列的預(yù)測(cè)值。

2)GM(1，1)模型背景值的優(yōu)化

根據(jù)灰色GM(1，1，)模型的指數(shù)特性，對(duì)傳統(tǒng)模型的背景值進(jìn)行優(yōu)化，使模型的背景值與灰度值更加協(xié)調(diào)［7-11］。王鐘羨等忽略原始數(shù)據(jù)序列的凹凸性，使傳統(tǒng)模型的背景值總是大于實(shí)際的背景值，利用區(qū)間求積分提出了一種背景值的優(yōu)化公式。本文同樣采取這種方法對(duì)背景值進(jìn)行優(yōu)化。

2 天津市碳排放預(yù)測(cè)

2.1 樣本選取

2.2 碳排放預(yù)測(cè)

通過Matlab編程，將灰色預(yù)測(cè)模型擬合值進(jìn)行逆變換，可得到天津市碳排放預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 天津市碳排放預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

2.3 模型精度檢驗(yàn)

2.4 結(jié)果分析

基于改進(jìn)GM(1，1)的碳排放預(yù)測(cè)模型具有較高的精度，其最大相對(duì)誤差為5.29%，最小相對(duì)誤差為0.30%，平均相對(duì)誤差僅為2.77%，預(yù)測(cè)精度為二級(jí);后驗(yàn)方差和小誤差概率精度均為一級(jí)，能夠很好地用來預(yù)測(cè)天津市未來幾年的碳排放量。

從表1可以看出:2000年以來，天津市碳排放量一直保持著較高的上升勢(shì)頭，如果保持目前的能源與環(huán)境政策，“十二五”期間平均每年碳排放增長(zhǎng)約11.62%，到2015年碳排放將達(dá)到8 522.52萬噸，較2011年上升55.21%?！短旖蚴袊?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃》指出:天津市“十二五”期間GDP年均增長(zhǎng)約12%。因此，天津市要完成“十二五”規(guī)劃碳排放強(qiáng)度下降19%的任務(wù)，形勢(shì)比較嚴(yán)峻。

3 低碳對(duì)策分析

根據(jù)改進(jìn)灰色GM(1，1)模型可知，“十二五”期間天津市碳排放仍然保持較高的增長(zhǎng)。為了完成天津市“十二五”規(guī)劃節(jié)能減排的目標(biāo)，打造“國(guó)際港口城市、北方經(jīng)濟(jì)中心和生態(tài)宜居城市”，天津市應(yīng)該從以下幾個(gè)方面落實(shí)低碳對(duì)策:

1)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。天津市工業(yè)尤其是制造業(yè)占據(jù)著絕對(duì)主導(dǎo)地位，要想發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，應(yīng)當(dāng)大力推動(dòng)服務(wù)業(yè)發(fā)展，調(diào)整重工業(yè)與輕工業(yè)的比例。同時(shí)，大力推廣風(fēng)能、太陽能、天然氣等清潔能源和可再生能源，減少煤炭等化石燃料消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。

2)加快科技創(chuàng)新。鼓勵(lì)企業(yè)通過技術(shù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)技術(shù)減排，提高能源使用效率，降低單位產(chǎn)出能耗，有效降低碳排放;同時(shí)，天津市應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步建立有效的能源監(jiān)管機(jī)制，制定和完善產(chǎn)品能耗指標(biāo)體系，加強(qiáng)監(jiān)管。

3)加快建立和完善低碳政策法律法規(guī)體系，使天津市發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)有法可依，強(qiáng)化發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的法律意識(shí)，科學(xué)合理地引導(dǎo)企業(yè)向低碳模式轉(zhuǎn)變，對(duì)違規(guī)企業(yè)依法整改懲治。

4)大力倡導(dǎo)低碳生活，提高居民節(jié)能減排意識(shí)，逐步轉(zhuǎn)變消費(fèi)習(xí)慣和生活方式，從自我做起，從小事做起，共建低碳環(huán)保城市。

［1］Kaya Y.Impact of carbon dioxide emission control on GNP growth:interpretation of proposed scenarios［J］.IPCCEnergy and Industry Subgroup，Response Strategies Working Group，Paris，1990:76.

［2］姜克雋，胡秀蓮，莊幸，等.中國(guó)2050年低碳情景和低碳發(fā)展之路［J］.中外能源，2009，14(6):1-7.

［3］渠慎寧，郭朝先.基于STIRPAT模型的中國(guó)碳排放峰值預(yù)測(cè)研究［J］.中國(guó)人口資源環(huán)境，2010，20(12):10 -15.

［4］趙愛文，李東.中國(guó)碳排放灰色預(yù)測(cè)［J］.數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2012，42(4):61-67.

［5］王鐘羨，吳春篤.GM(1，1)改進(jìn)模型及其應(yīng)用［J］.數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2003，33(9):20-25.

［6］熊銳，陳拴發(fā)，關(guān)博文，等.凍融循環(huán)條件下瀝青混合料的耐久性及其GM(1，N)預(yù)測(cè)［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(3):42-45.

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(責(zé)任編輯 劉舸)

Prediction of Carbon Em issions and Countermeasure Analysis of the Low-Carbon Econom ic Development in Tianjin——Based on GM(1，1)Optimization Model

YANG Ke-lei，ZHANG Zhen-yu
(College ofManagement and Economics，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Based on grey prediction theory，the GM(1，1)model is optimized，and carbon emissions data of Tianjin from 2000 to 2011 is chosen to predict the short-term carbon emissions.The result shows that，GM(1，1)optimization model improves the precision greatly，and is suitable for shortterm prediction.And countermeasure is proposed to develop low-carbon economy during the 12th fiveyear-plan against the severe situation.

carbon emissions;grey prediction;GM(1，1)model

O 21;F062.1

A

1674-8425(2014)02-0111-04

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2014.02.024

2013-06-13

楊克磊(1963—)，男，河北懷來人，博士，副教授，主要從事技術(shù)經(jīng)濟(jì)及管理，公司理財(cái)，公司金融，管理科學(xué)與工程等方面的研究;張振宇(1988—)，男，河南開封人，碩士研究生，主要從事技術(shù)經(jīng)濟(jì)及管理方面的研究。

楊克磊，張振宇.天津市碳排放預(yù)測(cè)及低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)策分析［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2014 (2):111-114.

format:YANG Ke-lei，ZHANG Zhen-yu.Prediction of Carbon Emissions and Countermeasure Analysis of the Low-Carbon Economic Development in Tianjin——Based on GM(1，1)Optimization Model［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(2):111-114.