基于ESDA的滁州市碳排放時(shí)空變化研究

王 凱，戴仕寶，王秋龍

基于ESDA的滁州市碳排放時(shí)空變化研究

王 凱，戴仕寶，王秋龍

研究利用碳排放測算模型和ESDA等方法對滁州市1990 ～2011年間碳排放的時(shí)序變化和空間分異規(guī)律進(jìn)行了研究。研究表明：滁州市碳排放總量總體上可分為快速增長，波動增長，增速反彈回升期，緩慢增長期等四個(gè)變化階段；滁州市人均碳排放、碳排效率總體均呈現(xiàn)增長的趨勢，而碳排放強(qiáng)度總體呈現(xiàn)下降趨勢；同期碳排放空間分布類型日趨復(fù)雜化和多樣化；研究最后提出推進(jìn)滁州市碳減排的對策建議，該結(jié)果也可為低碳城市定量研究提供方法借鑒。

碳排放；時(shí)序變化；空間分布

城市節(jié)能減排對緩解全球暖化與應(yīng)對環(huán)境污染問題有重大意義，發(fā)展低碳城市已成為遏制全球增溫的首要選擇和未來城市發(fā)展的必由之路[1,2]。定量研究城市碳排放時(shí)序變化特征及變化趨勢，掌握城市碳排放空間分異規(guī)律，是發(fā)展低碳城市的重要前提和手段。應(yīng)用ESDA技術(shù)對城市碳排放空間分布格局的進(jìn)行可視化表達(dá)，可以更直觀的描述和更好的揭示碳排放在市域尺度的空間集聚與空間異常。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以安徽省滁州市為例。研究使用的人口、自然資源生產(chǎn)與能源消費(fèi)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自《滁州市統(tǒng)計(jì)年鑒》（1991年～2012年），其中能源消費(fèi)總量選用滁州市綜合能源消費(fèi)量，能源折算標(biāo)準(zhǔn)參考《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒2008》[3,4]。

1.2 研究方法

1.2.1 碳排放測算模型

本研究采用化石能源燃燒產(chǎn)生的碳排放量作為滁州市碳排放統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這是國際碳排放評估的一種通用方案。同時(shí)，將農(nóng)業(yè)投資活動產(chǎn)生的碳排納入到滁洲市碳排放統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)中。研究從化石能源消耗[5,6]和農(nóng)資投入兩個(gè)方面構(gòu)建滁洲市碳排放模型[7,8]。為體現(xiàn)研究區(qū)域碳排放時(shí)間變化趨勢，在模型指標(biāo)選取時(shí)遵循連續(xù)、完整、可得和科學(xué)性原則，構(gòu)建二維的市域碳排放指標(biāo)體系（表1）。各類碳源碳排放系數(shù)參考主要參考已有研究成果[9～12]及 IPCC、IREEA 和美國國家橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室研究成果確定（見表2）

表1 滁州碳排放指標(biāo)體系

表2 各類碳源碳排放系數(shù)表

滁洲市碳排放測算具體模型如下：

其中 C為碳排放總量；Ci為第i種能源的實(shí)物消費(fèi)量（標(biāo)準(zhǔn)煤）；Ei為第i類能源碳排放系數(shù)；Aj為第j類農(nóng)資投入類型；δj為第j類農(nóng)資投入碳排系數(shù)。

1.2.2 碳排放空間分析方法

為更好地研究滁州市碳排放空間分異規(guī)律，利用測算出的滁州市碳排放強(qiáng)度（單位GDP產(chǎn)值碳排放量）結(jié)合各縣（市）地區(qū)生產(chǎn)總值測算1990、2000和 2011年各縣（市）碳排放量。據(jù)此，利用 MapGIS軟件建立滁州市碳排放圖形、屬性數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而應(yīng)用ESDA分析滁州市碳排放空間分布特征。通過繪制局域 Moran’s I’散點(diǎn)圖及其對應(yīng)的LISA( Local Indicators of Spatial Association，空間關(guān)聯(lián)局域指標(biāo))圖，評估在縣（市）域尺度上是否存在碳排放的高值或低值的局部空間集聚，探測碳排放的空間異質(zhì)性，并識別縣（市）域單元碳排放的“熱區(qū)”和“盲區(qū)”，為滁州市碳排放控制措施的制定提供參考。局域 Moran’s I’指數(shù)具體計(jì)算公式如下：

這里zi、zj為i、j縣域單元碳排放值經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化的值；n為研究單元個(gè)數(shù)（本文n等于7）；wij為空間權(quán)重矩陣。如果I’為正值，則該縣域單元碳排放值與其相鄰縣域單元的碳排放值相近；反之如果I’為負(fù)值，則其值與相鄰縣域碳排放有很大的空間差異。

其中Moran散點(diǎn)圖是以（Wz，z）為坐標(biāo)點(diǎn)繪制的散點(diǎn)圖，常用來研究局部的空間不穩(wěn)定性，它是對空間滯后因子Wz和z數(shù)據(jù)進(jìn)行了可視化得二維圖示，在此基礎(chǔ)上可利用 MapGIS軟件進(jìn)一步繪制對應(yīng)的聚集圖，進(jìn)行空間可視化顯示。Moran散點(diǎn)圖的 4個(gè)象限，分別對應(yīng)于區(qū)域單元與其鄰居之間4種類型的局部空間聯(lián)系形式：第1象限代表了高碳區(qū)域單元被同是高值的區(qū)域所包圍的空間聯(lián)系形式即高高（HH）分布類型；第2象限代表了低碳區(qū)域單元被高值的區(qū)域所包圍的空間聯(lián)系形式即低高（LH）分布類型；第3象限代表了低碳區(qū)域單元被同是低值的區(qū)域所包圍的空間聯(lián)系形式即低低（LL）分布類型；第4象限代表了高碳區(qū)域單元被低值的區(qū)域所包圍的空間聯(lián)系形式分布類型即高低（HL）分布類型。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 碳排放時(shí)序變化

2.1.1 碳排放時(shí)間變化

利用滁州市1990～2012年來的能源消費(fèi)和農(nóng)資投入長序列數(shù)據(jù)，通過上述碳排放量分解模型（公式1）測算滁州市各年碳排放總量。研究結(jié)果表明：從總量上來看，1990～2011年間，伴隨滁州市能源消耗和農(nóng)資投入總量的增加，滁州市碳排放總量呈現(xiàn)總體上升趨勢，即從395698.6t增加到1231647.277t。結(jié)合環(huán)比增長速度看，滁州市碳排放變化可以具體劃分為四個(gè)階段（圖2）：第一階段，1990～1995第一次快速增長期，碳排放量大幅增加，最高增速達(dá)到50.28%，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是以高能耗為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源投入和農(nóng)資投入不斷增加造成的；第二階段，1996～2003年波動增長時(shí)期，即碳排放環(huán)比增速期內(nèi)成波動性變化，碳排放總量呈現(xiàn)同步變化的趨勢，究其原因一方面受技術(shù)進(jìn)步影響，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變, 導(dǎo)致碳排放量減少，另一方面，隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，能源投入和農(nóng)資投入不斷增加又持續(xù)拉動碳排放總量不斷增長；第三階段，2004～2007年增速反彈回升期，最快增速15.29%，表明這一時(shí)期滁州市仍是以高碳排為主的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式；第四階段，2008～2011，緩慢增長階段，其中除2009年碳排放環(huán)比增速呈現(xiàn)2.26%的負(fù)增長，其他年份碳排放環(huán)比增速和碳排總量均呈現(xiàn)出小幅上漲趨勢。分析2009年拐點(diǎn)及碳排放增長放緩趨勢的出現(xiàn)主要是由于安徽省分別在2007年、2009年頒布實(shí)施了《安徽省人民政府關(guān)于印發(fā)全省節(jié)能減排工作方案的通知》、《節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2009-2012年）》，隨之滁州市也制定實(shí)施了相應(yīng)降碳減排措施，對滁州市碳排放起到了有效的遏制作用。研究結(jié)果表明滁州市已經(jīng)逐步開始由高碳經(jīng)濟(jì)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。

圖1 滁州市碳排放及環(huán)比增長

2.1.2 低碳水平測度

為了全面測度滁州市碳排放時(shí)序變化特征，研究在碳排總量測算結(jié)果基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算人均碳排放量、碳排放強(qiáng)度、碳排放效率等指標(biāo)數(shù)據(jù)，多角度綜合分析滁州市碳排放動態(tài)變化特征，全面闡述碳排放時(shí)間變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：

（1）1990～2011年期間，滁州市人均碳排放量總體呈現(xiàn)上漲趨勢（圖2），從0.1076tc/人增加到0.2720tc/人。對比圖1、圖2，可以看出滁州市人均和碳排放總量呈現(xiàn)出趨同的變化走勢，表明人均碳排放量受人口影響相對較小，推動其變化的主要因素是碳排放總量。

圖2 滁州市人均碳排放量時(shí)序變化圖

圖3 滁州市碳排放效率時(shí)序變化圖

（2）同期，滁州市碳排放效率也呈現(xiàn)出總體上升趨勢（圖3），從1.3463萬元/tc上升到6.9053萬元/tc。這主要是由于滁州市為了踐行低碳發(fā)展，大力發(fā)展循環(huán)產(chǎn)業(yè)，提高了能源和農(nóng)業(yè)資源產(chǎn)出率，進(jìn)而提高了碳排放效益。

（3）同期，滁州市碳排放強(qiáng)度總體呈現(xiàn)下降趨勢（圖4），從0.7428tc/萬元下降到0.1448tc/萬元。這一結(jié)果主要是由于滁州市近年來大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的成果體現(xiàn)，該結(jié)果也從側(cè)面反映了滁州市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的日趨合理和滁州科學(xué)技術(shù)水平不斷提高。

圖4 滁州市單位產(chǎn)值碳排放時(shí)序變化圖

2.1.3 碳排放結(jié)構(gòu)變化

滁州市碳排放與其碳源密切相關(guān)，根據(jù)測算結(jié)果（圖5、圖6）可以看出：（1）與碳源消耗對應(yīng)，碳排放構(gòu)成方面，煤炭和化肥是滁州市碳排放的主要來源，1990年到2011年期間，煤炭碳排放從195065.36t增加到769003.41t，碳排放貢獻(xiàn)率從49.30%增長到62.43%，化肥碳排放量從165790.78t增加到298982.63t， 碳排放貢獻(xiàn)率從41.90%減少到24.28%；（2）液化氣和天然氣推廣普及較晚，消費(fèi)量及對應(yīng)碳排放量不斷增加，截止2011年，液化氣碳排放量8619.16t，碳排放貢獻(xiàn)率0.69%；天然氣碳排放量104335.38t，碳排放貢獻(xiàn)率，8.47%（3）由于消費(fèi)量下降，對應(yīng)汽油碳排放量從13673.51t下降到5731.07t，碳排放貢獻(xiàn)率也從3.46%下降到0.47%（4）農(nóng)藥、農(nóng)膜所產(chǎn)生的碳排放量分別從12922.41t、8246.56t增長到28005.95t、16969.68t，但碳排放貢獻(xiàn)率有所下降，分別從3.27%、2.08%下降到到2.27%、1.37%。分析認(rèn)為，造成化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜碳排總量增加，但碳排放貢獻(xiàn)率減少這一現(xiàn)象的原因主要是同較研究基期（1990年）相比，研究截止期（2011年）碳源種類及其他碳源碳排放量有所增加，即增加了新的碳源液化氣和天然氣，同時(shí)其他碳源的碳排放量增速較快所造成的。

圖5 1990年滁州碳排構(gòu)成

圖6 2011年滁州碳排放構(gòu)成

2.2 碳排放空間分異

2.2.1 縣域單元碳排時(shí)序變化特征

研究利用測算出的滁州市碳排放強(qiáng)度，結(jié)合各縣（市）地區(qū)生產(chǎn)總值測算1990、2000和2011年各縣（市）區(qū)域碳排放量（圖7），研究結(jié)果表明：①1990年滁州市市區(qū)碳排放量占到當(dāng)年總碳排放量的20%；其次是天長市，碳排放量占到當(dāng)年總碳排放量的16%；碳排放量最少的來安縣占到當(dāng)年總碳排放量的11%（圖8）。②2011年滁州天長市碳排放量增加較快，占到當(dāng)年總碳排放量25%；其次是鳳陽縣，碳排放量；占到當(dāng)年總碳排放量的14%；碳排放量最少的全椒縣占到當(dāng)年總碳排放量的11%（圖9）。③1990～2011年間，滁州市下轄各市縣碳排放總體呈現(xiàn)增長趨勢，其中天長市碳排放增幅的最大，年均增長速率達(dá)15.78%。

圖7 各縣（市）碳排放變化

圖8 1990各縣（市）碳排放貢獻(xiàn)

圖9 2011 各縣（市）碳排放貢獻(xiàn)

2.2.2 碳排放空間相關(guān)分析

采用Local Moran’s指數(shù)對1990和2011年滁州市各縣（市）空間單元碳排放局域自相關(guān)分析，并利用Mapgis軟件繪制出局域Moran’s散點(diǎn)圖及其對應(yīng)的LISA集聚圖，以更直觀的顯示碳排放空間異質(zhì)性和分布特征，研究結(jié)果表明：

①1990年滁州市的碳排放在縣域空間存在高低（HL）和低低（LL）兩種分布類型（圖 10），高低（HL）相鄰類型縣（市）包括市區(qū)、定遠(yuǎn)縣和天長市3縣（市）；低低（LL）類縣（市）包括鳳陽縣、來安縣、全椒縣和明光市4縣（市），構(gòu)成了1990年滁州市低碳集聚區(qū)（碳排放盲區(qū)）。

②2000年年滁州市的碳排放在縣域空間分布上呈現(xiàn)出高高（HH）、低高（LH）、低低（LL）和高低(HL)四種類型（圖11）。高高（HH）類縣（市）包括明光市、鳳陽縣和定遠(yuǎn)縣3縣（市）構(gòu)成了1990年滁州市高碳集聚區(qū)（碳排放熱區(qū)）；低低（LL）類縣（市）包括市區(qū)和全椒縣2縣（市），構(gòu)成了1990年滁州市低碳集聚區(qū)（碳排放盲區(qū)）；高低(HL) 相鄰類型縣（市）包括天長市；低高(LH) 相鄰類型縣（市）包括來安縣。

圖10 1990年局域自相關(guān)LISA集聚圖

圖11 2000年局域自相關(guān)LISA集聚圖

③2011年滁州市的碳排放在縣域空間分布上呈現(xiàn)出低高（LH）、低低（LL）和高低(HL)三種類型，（圖12）。高低(HL)類型的縣（市）是天長市；低低（LL）類型的縣（市）包括市區(qū)、明光市、鳳陽縣和定遠(yuǎn)縣和全椒縣5縣（市），構(gòu)成滁州市低碳集聚區(qū)（碳排放盲區(qū)）；低高（LH）類型的縣（市）是來安縣。

④ 1990到2011年間，隨著碳排放總量的不斷增加，空間分布類型由先由1990年的兩種類型增加到2000年的四種類型，后又減少到2011年的三種類型，空間分布上表現(xiàn)為先從1990年單一低碳集聚轉(zhuǎn)變?yōu)?000年高碳集聚（碳排放熱區(qū)）和低碳集聚并存，2000年以后隨著碳減排措施的實(shí)施，碳排放增長速度受到抑制，2011年碳排放空間分布上不再有高高（HH）分布類型，即不再有碳排熱區(qū)。綜上，與基期（1990年）相比，研究末期（2011年）滁州市碳排放空間分布類型日趨多樣化和復(fù)雜化，縣域尺度上碳排放空間分布存在著低碳集聚區(qū)（碳排放盲區(qū)）。

圖12 2011年局域自相關(guān)LISA集聚圖

3 結(jié)論與對策

3.1 結(jié)論

本研究通過構(gòu)建城市碳排放測算指標(biāo)體系及模型，借助MapGIS軟件與ESDA方法，系統(tǒng)分析和比對了近二十年滁州市碳排放的時(shí)序變化規(guī)律、趨勢及空間分異特征，為滁州市碳排放提供了實(shí)證數(shù)據(jù)和空間可視化結(jié)果，探索了市域尺度碳排放時(shí)空變化研究的技術(shù)方法，取得了較好的效果。研究得出主要結(jié)論如下：（1）經(jīng)過實(shí)證研究檢驗(yàn)，碳排放測算結(jié)果能夠比較客觀的反映滁州市碳排放變化，該模型方法具備一定可行性及普及性；（2）作為研究空間現(xiàn)象規(guī)律的有效手段，ESDA方法對于城市碳排放空間分布問題研究同樣適用。

3.2 碳減排對策建議

根據(jù)上述研究，建議從以下幾個(gè)方面控制和減少碳排放：（1）優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，減少煤炭等高碳能源的消費(fèi)量，增加天然氣等清潔能源的使用比例，同時(shí)推廣應(yīng)用風(fēng)能、地?zé)崮堋⑻柲芎蜕锬艿染G色能源。（2）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)降低能源消費(fèi)量是減少煤炭消耗的有效途徑之一，可以間接達(dá)到碳減排的目的。（3）發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)。在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級的同時(shí)，滁州市應(yīng)淘汰落后產(chǎn)能，緊抓節(jié)能技術(shù)改造，尋求新的低碳經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。（4）建立節(jié)能減排考核與激勵(lì)機(jī)制。以碳排放效率、碳排放強(qiáng)度雙重指標(biāo)為準(zhǔn)繩，量化節(jié)能減排目標(biāo)，建立有效的低碳考核機(jī)制和節(jié)能激勵(lì)機(jī)制是切實(shí)有效的碳減排策略。

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責(zé)任編輯：劉海濤

STUDY ON HISTORY CHARACTERISTICS AND SPATIAL DISPAR ITY OF Chuzhou CARBON EMISSIONS BASED ON ESDA

Wang Kai, Dai Shi-bao , Wang Qiu-long

By using the methods of carbon emission model and Exploratory Spatial Data Analysis(ESDA), the thesis carrys on the analysis of history characteristics and spatial disparity of Chuzhou carbon emissions during the period from 1990 to 2011.The result shows that: In general Chuzhou carbon emission load can be divided into four periods: rapid growth period，fluctuation growth period，growth rate rebound period and growth rate slowing-down period；there were increasing trends in carbon emissions per capita and the GDP of per carbon emissions, while an decreasing trend in the carbon emission of per GDP;analysis on Local Indicators of Spatial Association indicates the spatial diversity characteristic of regional carbon emissions had enlarged.The results of this paper can give some references for study of low-carbon city .It also can give some suggestions to reduce the carbon emission of Chuzhou and to serve the development of low-carbon economy in Chuzhou.

Carbon Emission；History Characteristics ；Spatial Disparity

F323.21

A

1673-1794(2014)05-0094-05

王凱, 滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院講師，碩士，研究方向:土地資源信息管理; 戴仕寶，王秋龍, 滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院（安徽 滁州 239000）。

安徽省高校省級社會科學(xué)研究項(xiàng)目（2011SK454）；安徽省高校省級社會科學(xué)研究項(xiàng)目（SK2012B344）；滁州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2010103）

2014-01-12