1998～2013年長江三角洲能源消費碳足跡時空變化

張民俠，烏日汗，鄭懷兵

1.南京森林警察學院，江蘇南京 210023；2.中國科學院南京地理與湖泊研究所，江蘇南京 210008)

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1998～2013年長江三角洲能源消費碳足跡時空變化

張民俠1，烏日汗2，鄭懷兵1

1.南京森林警察學院，江蘇南京 210023；2.中國科學院南京地理與湖泊研究所，江蘇南京 210008)

[目的]研究近15年來長江三角洲能源消費碳足跡的時空變化。[方法]計算了1998～2013年長江三角洲地區(qū)化石能源消費碳足跡和碳足跡產(chǎn)值，并利用GIS技術(shù)研究了該地區(qū)16城市碳足跡的時空變化。[結(jié)果]長江三角洲能源碳足跡呈持續(xù)增長趨勢，從1998年的0.19hm2/人上升至2013年的0.54hm2/人，年均增長速度為 7.09%；長江三角洲碳足跡的空間格局分布呈中部高、南北部低的特征，高值主要分布在滬寧沿線城市；各市碳足跡總體呈增長趨勢，但各市之間的差異較大。[結(jié)論]該研究為實現(xiàn)我國低碳發(fā)展提供了科學依據(jù)。

能源消費；碳足跡；時空變化；長江三角洲

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IntergovernmentPanelonClimateChange,IPCC)第四次評估報告[1]指出，自20世紀中葉至今觀測到的全球變暖現(xiàn)象，90%以上是由于人類活動排放溫室氣體形成的溫室效應造成。由于工業(yè)革命以后大量化石能源的使用，人類生產(chǎn)、生活導致的溫室氣體排放約占全球溫室氣體排放總量的90%以上。因此，人類活動中化石能源的使用是溫室氣體排放的最主要來源，是全球變暖的重要驅(qū)動力。全球氣候變暖已成為世界各領(lǐng)域的研究熱點，加強對碳排放的研究，尤其對化石能源碳排放的深入研究，對于了解碳排放的渠道來源及其循環(huán)過程、機理，提出有效的節(jié)能減排措施及制訂區(qū)域差別化的碳排放政策具有重要的理論和實踐意義。

碳足跡是目前國內(nèi)外普遍認可的用于應對氣候變化、解決定量評價碳排放強度的研究方法之一[2-3]。目前關(guān)于碳足跡的研究成果頗多，但國內(nèi)碳足跡研究仍處于起步階段。Chuai等[4]對我國東北、華北、華東、華中和華南、西南、西北六大區(qū)域的碳足跡時空變化進行了研究。吳文佳等[5]研究了2001～2009年我國碳排放與碳足跡時空格局。趙先貴等[6]對1999～2010年山西省的碳足跡進行了動態(tài)分析和碳排放等級評估。周國富等[7]對京津冀地區(qū)能源消耗的碳足跡及其影響因素進行了分析。然而，關(guān)于碳足跡較高的華東地區(qū)及其內(nèi)部碳足跡的空間差異研究鮮見報道。筆者選取長江三角洲地區(qū)為研究區(qū)域，研究1998～2013年的能源碳足跡時空變化，以期為區(qū)域低碳經(jīng)濟路徑選擇提供參考與科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況長江三角洲位于我國東部沿海開放帶和沿江產(chǎn)業(yè)密集帶的交匯部，地跨2 省1 市，包括上海市、江蘇省的南京、蘇州、常州、無錫、鎮(zhèn)江、揚州、泰州和南通8市以及浙江省的杭州、寧波、嘉興、湖州、紹興、舟山和臺州7市，共16個城市。區(qū)域面積11.25km2，總?cè)丝? 601.50萬(2013年戶籍人口)，地區(qū)生產(chǎn)總值占全國的17.19%(2013年)，是我國改革開放以來發(fā)展最快的地區(qū)之一。

1.2能源消費碳足跡該研究的能源主要是煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)能源，其中煤炭包括原煤和焦炭，石油包括原油、汽油、煤油、柴油和燃料油，原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油的折算標準煤的參考系數(shù)分別為0.714 3、0.971 4、1.428 6、1.471 4、1.471 4、1.457 1、1.428 6kg標準煤/kg，天然氣為1.33kg標準煤/m3。能源消費碳排放量根據(jù)IPCC方法中最常用的方法獲得：

C=E×F

式中，C為碳排放量；E為某能源消費量；F為該能源碳排放系數(shù)。由于生產(chǎn)工藝、地域分布和技術(shù)水平等差異，各國的排放系數(shù)往往不同[8]。碳排放系數(shù)參考了文獻[9]，即煤炭、石油、天然氣的碳排放系數(shù)分別為0.717 2、0.557 2、0.420 2t碳/t標準煤。該研究的碳足跡源于生態(tài)足跡的概念，是指用林地面積度量的經(jīng)濟規(guī)模主體的資源消費和吸收水平。因此，該研究能源消費碳足跡是“人均”概念，單位為hm2/人，具體公式如下[10]：

式中，i為煤炭、石油、天然氣3種能源；Cf為能源消費的總碳足跡；Cfi為i能源消費的碳足跡；Ci為i能源消費的碳排放量；P為人口數(shù)量；FCL為碳排放量與林地面積轉(zhuǎn)換系數(shù)的比值，取世界自然基金會(WWF)提供的轉(zhuǎn)換系數(shù)6.49t/hm2。

碳足跡產(chǎn)值(ValueofCarbonFootprint，VCF)定義為人均GDP與人均碳足跡比值，反映某一國家或區(qū)域的能源消費集約化程度與經(jīng)濟效益。當VCF較高時，表示單位能源消費碳足跡創(chuàng)造的經(jīng)濟價值較高。

筆者利用ArcGIS10.3軟件分析了1998、2005和2013年長江三角洲各市的能源消費碳足跡空間變化。

1.3數(shù)據(jù)來源能源消費實物量、人口和經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于相關(guān)年份長江三角洲16城市統(tǒng)計年鑒、《長江和珠江三角洲及港澳特別行政區(qū)統(tǒng)計年鑒》及《中國能源統(tǒng)計年鑒》。

2　結(jié)果與分析

2.1能源消費變化隨著長江三角洲地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源資源的需求也在不斷增加。根據(jù)長江三角洲16市統(tǒng)計年鑒，2013年長江三角洲化石能源消費總量為46 200萬t標準煤，是1998年15 100萬t標準煤的3.06倍(圖1)，其中2013年煤炭28 300萬t標準煤，石油15 200萬t標準煤，天然氣2 700萬t標準煤，分別是1998年的2.98、2.72和387.15倍。

圖1　1998～2013年長江三角洲化石能源消費總量與GDP增長Fig.1　Fossil energy consumption and GDP growth in the Yangtze River Delta during 1998-2013

1998年長江三角洲煤炭、石油和天然氣的比重分別為63.06%、36.89%和0.05%，2013年分別為61.32%、32.82%和5.87%。由此可知，該地區(qū)能源消費構(gòu)成以煤炭為主，且能源消費結(jié)構(gòu)有一定的改善，煤炭和石油的比重逐漸降低，而天然氣的比重呈上升趨勢。這說明清潔能源開始逐漸取代傳統(tǒng)能源，能源消費品種向效率高、碳排放小的方向轉(zhuǎn)變。

2.2碳足跡變化1998～2013年長江三角洲地區(qū)化石能源消費碳足跡由0.19hm2/人上升至0.54hm2/人，平均增長速度為7.09%。從圖2a可以看出，長江三角洲地區(qū)總能源消費碳足跡呈增長趨勢，2003～2010年增長速度較快，而2011～2013年增長速度放緩，這可能與國家加強節(jié)能減排，力求完成節(jié)能減排目標有關(guān)。1998～2013年煤炭消費的碳足跡逐年上升，與總能源碳足跡的變化趨勢類似，從1998年的0.13hm2/人逐漸上升至2002年的0.17hm2/人，2003年開始加快增長，2007年碳足跡達0.30hm2/人，2008～2013年增長速度放緩。與1998年相比，2013年煤炭消費的碳足跡增加了0.23hm2/人。1998～2013年石油消費的碳足跡總體呈上升趨勢，但是上升幅度比煤炭消費的碳足跡小，在這期間，石油消費的碳足跡僅增加了0.09hm2/人。同期天然氣的碳足跡增長緩慢，直至2013年其碳足跡僅為0.02hm2/人。

從圖2b可以看出，長江三角洲地區(qū)化石能源消費碳足跡以煤炭為主，其所占比重65.00%以上，石油次之，天然氣最小。煤炭消費碳足跡比重呈小幅下降趨勢，從1998年的68.73%下降至2013年的67.94%。石油消費碳足跡所占比重總體呈下降趨勢，由31.24%下降到28.25%，原因主要是天然氣的推廣使用。天然氣自2002年開始大范圍使用，且所占比重較小，至2013年僅占3.81%。

從圖3可以看出，長江三角洲能源消費碳足跡產(chǎn)值總體呈穩(wěn)步增加趨勢，從1998年的8.64×104元/hm2增加到2013年的21.22×104元/hm2，年均增長率為6.17%。這說明近15年來，長江三角洲地區(qū)能源利用效率不斷提高，單位土地面積產(chǎn)值加快，單位能源消費帶來的經(jīng)濟價值也不斷增加。但是相對這一時期人均GDP高達13.70%的年均增長速度，碳足跡產(chǎn)值的增長仍顯得滯后，這也說明經(jīng)濟增長對煤炭和石油等化石能源的依賴作用較為突出。

圖2　1998～2013年長江三角洲能源消費碳足跡及其構(gòu)成變化Fig.2　Changes in carbon footprint of fossil energy consumption and its composition in the Yangtze River Delta during 1998-2013

圖3　1998～2013年長江三角洲能源消費碳足跡產(chǎn)值變化Fig.3　Changes in output value of carbon footprint of energy consumption in the Yangtze River Delta during 1998-2013

2.3能源消費空間變化從圖4可以看出，長江三角洲各市能源消費量以上海市最大，其次是寧波、南京、蘇州、無錫，該5市的能源消費量之和占長江三角洲16城市總消費量的70%以上，其他11市的消費量之和約占30%。1998～2013年長江三角洲各市的能源消費量均呈上升趨勢，且各市之間

的差距呈擴大趨勢。其中，增幅最大的是上海，增長了5 653.27萬t標準煤，增幅最小的是湖州，增長了338.70萬t標準煤。2005～2013年湖州和紹興的能源消費量呈下降趨勢，主要是由于2市石油消費量顯著下降，分別下降10.26萬和39.56萬t標準煤。

各市能源消費量的構(gòu)成也有所不同。除了上海、南京、寧波和舟山以外，各市能源消費均以煤炭為主，煤炭消費量占能源總消費量的60.00%以上。上海、南京、寧波和舟山以石油為主，2013年占比分別達到52.65%、55.40%、53.55%和67.69%，主要由于石化產(chǎn)業(yè)是南京、寧波和舟山市的主導產(chǎn)業(yè)，而上海由于優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)使煤炭消費比重下降所致，其煤炭消費比重由1998年的59.25%下降至2013年的39.13%。從各市能源消費量構(gòu)成變化來看，1998～2013年絕大部分城市煤炭消費比重減少，石油消費比重也下降，天然氣比重均明顯增加。這說明長江三角洲各市能源消費結(jié)構(gòu)有所改善，但是能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主的格局在短期內(nèi)難以得到根本性改變。

2.4碳足跡空間變化從各市碳足跡來看，1998年上海市碳足跡最大，為0.47hm2/人，其次是南京、寧波和鎮(zhèn)江，分別為0.39、0.29和0.21hm2/人，這幾個城市的碳足跡均高出長江三角洲碳足跡0.19hm2/人；2005和2013年寧波市碳足跡最大，分別為0.73和1.21hm2/人，約為長江三角洲碳足跡的2.00倍，其次是南京、上海、蘇州、無錫、鎮(zhèn)江，2005和2013年寧波市的碳足跡均高出長江三角洲碳足跡0.38和0.54hm2/人。由此看出，長江三角洲各市碳足跡的空間分布呈中部高、南北部低的格局特征，高值主要分布在滬寧沿線城市(圖5)。

從長江三角洲各市碳足跡變化來看，1998～2005年各市碳足跡均呈增長趨勢；2005～2013年，除了杭州、湖州和紹興外，其他城市碳足跡均呈增長趨勢。1998～2013年，各市碳足跡均呈增長趨勢，其中寧波、蘇州、南京和無錫增幅較大，分別增加了0.92、0.74、0.55和0.46hm2/人；杭州、臺州、紹興、湖州等增幅相對較小，分別增加了0.08、0.12、0.13、0.13hm2/人。因此，長江三角洲各市碳足跡總體呈增長趨勢，但各市之間差異較大。

圖4　1998、2005和2013年長江三角洲各市能源消費總量Fig.4　Total energy consumption in cites in the Yangtze River Delta in 1998，2005 and 2013

3　討論

長江三角洲地區(qū)快速的工業(yè)化進程對能源和礦產(chǎn)資源產(chǎn)生了巨大需求。長江三角洲地區(qū)能源、礦產(chǎn)資源貧乏，只有江蘇、浙江有少量的煤礦資源，尤其是20世紀90年代以來經(jīng)濟的高速發(fā)展及重工業(yè)化過程，加劇了對能源和礦產(chǎn)資源的消耗，也加深了該地區(qū)對外能源和礦產(chǎn)資源的依賴程度。因此，要緩解長江三角洲能源對外依賴度，減少區(qū)域碳排放，須轉(zhuǎn)變增長方式。首先，優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，增加高科技、低污染產(chǎn)業(yè)的持續(xù)增長，逐步淘汰高能耗、高排放的產(chǎn)業(yè)，盡可能減少煤、石油等高碳能源的依賴和溫室氣體排放；其次，節(jié)約能源，提高能源利用率，走高效、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展模式；第三，加強對土地資源的管理，提高土地節(jié)約集約利用水平，控制建設(shè)用地擴張，嚴格保護碳匯用地，提高生態(tài)用地的固碳能力。

目前對于碳足跡的概念和計算邊界缺乏統(tǒng)一的定義，研究結(jié)果可比性較差，在今后研究中有待進一步探索。筆者在計算能源消費碳排放時，因數(shù)據(jù)限制，僅考慮了化石能源消費帶來的碳排放，未計算農(nóng)村生物質(zhì)能燃燒帶來的碳排放，這需要在今后的研究中進一步深入探討和完善。

圖5　1998、2005和2013年長江三角洲各市碳足跡空間差異Fig.5　Spatial differences of carbon footprint in various cites in the Yangtze River Delta in 1998，2005 and 2013

4　結(jié)論

該研究以經(jīng)濟快速發(fā)展的長江三角洲地區(qū)為例，利用1998～2013年長江三角洲16市能源消費及其社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析了能源消費碳足跡的時空變化，得出以下結(jié)論：

(1)長江三角洲地區(qū)能源消費碳足跡由1998年的0.19hm2/人上升至2013年的0.54hm2/人，年均增長速度為7.09%。能源消費碳足跡以煤炭為主，且處于絕對主導地位；石油所占比例呈下降趨勢；天然氣自2002年推廣使用以來比重有所增加，但煤炭的基礎(chǔ)能源地位在未來一段時期內(nèi)仍將保持。

(2)1998～2013年長江三角洲能源消費碳足跡產(chǎn)值由8.64×104元/hm2增加至21.22×104元/hm2，年均增長率為6.17%，與這一時期人均GDP年均增長13.70%的速度相比顯得較為滯后，將來擺脫過于依賴煤炭和石油等化石能源的困境有助于促進碳足跡產(chǎn)值的大幅提升。

(3)長江三角洲碳足跡的空間分布呈中部高、南北部低的格局特征，高值主要分布在滬寧沿線城市，包括寧波、南京、上海、蘇州、無錫和鎮(zhèn)江等市，臺州、杭州、紹興、湖州和蘇中城市相對較低。各市碳足跡總體呈增長趨勢，但各市之間的差異較大。

[1]IPCC.Summaryforpolicymakersofclimatechange2007：Thephysicalsciencebasis.ContributionofworkinggroupItothefourthassessmentreportoftheintergovernmentalpanelonclimatechange[M].Cambridge：CambridgeUniversityPress，2008.

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SpatialandTemporalChangeofCarbonFootprintofEnergyConsumptionintheYangtzeRiverDeltaduring1998-2013

ZHANGMin-xia1,WURi-han2,ZHENGHuai-bing1

1.NanjingForestPoliceCollege,Nanjing,Jiangsu210023; 2.NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing,Jiangsu210008)

[Objective]TostudyspatialandtemporalchangeofcarbonfootprintofenergyconsumptionintheYangtzeRiverDeltaduring1998-2013. [Method]ThecarbonfootprintanditsoutputvalueoffossilenergyconsumptionintheYangtzeRiverDeltawerecalculatedfrom1998to2013.BasedonGIStechnology,thetemporalandspatialvariationofcarbonfootprintin16citiesintheregionwerealsoinvestigated. [Result]CarbonfootprintofenergyconsumptionintheYangtzeRiverDeltashowedanupwardtrend,increasingfrom0.19hm2/personin1998to0.54hm2/personin2013,withanaverageannualgrowthrateof7.09%.Seenfromthespatialdistribution,thecarbonfootprintintheYangtzeRiverDeltawashighinthecenterbutlowinthenorthandsouth.ThehighvaluesweredistributedmainlyalongShanghai-Nanjing.Onthewhole,thecarbonfootprintineachcityshowedanincreasingtrend,butthereweregreetdifferencesbetweenthe16cites. [Conclusion]Theresearchcanprovidescientific< class="emphasis_italic">references

fortherealizationoflow-carbondevelopmentinChina.

Energyconsumption;Carbonfootprint;Spatialandtemporalchange;YangtzeRiverDelta

江蘇省林業(yè)三新工程項目(LYSX[2016]52)。

張民俠(1970- )，女，陜西白水人，副教授，博士，從事森林資源管理與可持續(xù)經(jīng)營研究。

2016-07-11

S181

A

0517-6611(2016)26-0062-04