珠江三角洲城市群城市碳平衡仿真模擬分析

潘 娜,楊鈺瑩,左芝鯉,3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)科學(xué)技術(shù)發(fā)展院，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北 武漢 430074；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)中國(guó)礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略與政策研究中心，湖北 武漢 430074)

2013年中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議提出全國(guó)城鎮(zhèn)化向健康方向轉(zhuǎn)型，追求綠色和低碳發(fā)展的城鎮(zhèn)化，即在推進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)，控制化石能源等資源的消耗，減少城市碳排放，促進(jìn)城市綠化，提高城市碳吸收能力，力圖使城市處于較高的碳平衡水平。如果地區(qū)碳排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳吸收，將不利于城市群、省域及國(guó)家的整體碳平衡目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，以城市群為研究主體，能促進(jìn)大中小城市碳平衡的協(xié)同發(fā)展，更有利于我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展和整體碳平衡目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

目前直接研究城市碳平衡水平的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)較少，而國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)城市碳排放和碳吸收能力則進(jìn)行了多維度、多尺度的研究，如李宇等[1]、王海鯤等[2]、叢建輝等[3]、杜強(qiáng)等[4]對(duì)城市碳排放進(jìn)行了研究，溫家石等[5-6]、史琰[7]對(duì)城市碳吸收進(jìn)行了研究。也有學(xué)者結(jié)合城市碳排放和碳吸收研究了城市系統(tǒng)的碳循環(huán)，如李雪玉等[8]以南昌市為例，選取了人口、能源消耗情況、交通、城市綠化覆蓋率和農(nóng)作物等因素構(gòu)建了城市碳循環(huán)清單；趙榮欽等[9]則總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)城市系統(tǒng)碳循環(huán)與碳管理的相關(guān)研究?；谔寂欧藕吞嘉盏墓浪闩c分析，不少學(xué)者對(duì)城市凈碳排放進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，如高軍波等[10]應(yīng)用橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和歐盟環(huán)保署提出的區(qū)域碳排放和碳吸收定量模型，分析了河南省域碳均衡的動(dòng)態(tài)變化；趙先超等[11]則對(duì)湖南省及14個(gè)地級(jí)市的碳排放與碳吸收均衡的時(shí)空差異進(jìn)行了研究。國(guó)外學(xué)者則意識(shí)到城市綠化空間對(duì)碳吸收的重要作用[12-15]，主要從城市綠化空間的角度估算單個(gè)城市的碳平衡，即碳吸收抵消其碳排放的能力，如Vaccari等[16]、Strohbach等[17]、Jo[18]分別研究了佛羅倫薩市、萊比錫市以及韓國(guó)的春川市、康梁市和首爾市等城市的碳平衡。

綜上可見，現(xiàn)有的研究主要集中在城市的碳排放和碳吸收以及城市的凈碳排放，較少涉及城市碳吸收抵消碳排放的碳平衡水平研究；同時(shí)，基于碳排放和碳吸收的凈碳排放視角的研究主要圍繞省域和單個(gè)城市為主[10-11]，較少涉及對(duì)城市群的研究，且也缺乏對(duì)城市碳吸收和碳排放的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)分析。鑒于此，本文以當(dāng)前城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速的超級(jí)城市群[19]——珠江三角洲城市群(以下簡(jiǎn)稱珠三角城市群)為研究對(duì)象，即以珠三角城市群中廣州、佛山、江門、深圳、惠州、肇慶、珠海、東莞、中山9個(gè)城市為研究對(duì)象，通過(guò)收集2009—2012年該地區(qū)碳排放和碳吸收的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，從新型城鎮(zhèn)化的視角，研究了其碳平衡及其演化軌跡，以為我國(guó)城市群的城鎮(zhèn)化發(fā)展積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

1 城市碳平衡評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

評(píng)價(jià)一個(gè)城市在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中是否為低碳發(fā)展，需要知道該城市的碳平衡水平，其核心是考察該城市在某個(gè)發(fā)展階段的碳排放量和碳吸收量。在本研究中，珠三角城市群各城市的碳排放量、碳吸收量和碳平衡的計(jì)算是基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容。但需要注意的是，這里的城市碳排放和碳吸收專指二氧化碳(CO2)的排放和吸收。由于能源消耗是碳排放的主要來(lái)源，加之化肥等的使用，耕地也會(huì)產(chǎn)生碳排放，所以本文的碳排放量主要是基于6種主要化石能源的消耗量以及耕地面積的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算得出。碳吸收主要是指依靠植物進(jìn)行光合作用時(shí)吸收的CO2，所以本文的碳吸收量主要是基于林地、草地和耕地面積的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算得出，其中耕地的碳吸收主要為土壤和作物吸收的CO2。因此，本文建立的城市碳平衡評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層三個(gè)層次：第一層目標(biāo)層為碳平衡水平；第二層準(zhǔn)則層由碳排放和碳吸收兩類指標(biāo)構(gòu)成；第三層指標(biāo)層包括煤炭、燃料油、汽油、柴油、液化石油氣和天然氣6種化石能源的消耗量以及耕地、林地和草地的面積，詳見表1。其中，各種化石能源消耗的碳排放系數(shù)來(lái)源于聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)于2008年發(fā)布的能源碳排放系數(shù)；耕地的碳排放系數(shù)和碳吸收系數(shù)參考文獻(xiàn)[20]；謝鴻宇等[21]在研究中指出林地的年固碳能力約為0.6～5.9 t CO2/hm2，由于珠三角洪澇和干旱災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生，臺(tái)風(fēng)的影響也較為頻繁，造成林地的碳吸收功能不穩(wěn)定，故林地的碳吸收系數(shù)取1 t CO2/hm2；草地的碳吸收系數(shù)參考文獻(xiàn)[21]。

表1 城市碳平衡評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1. 1 碳排放量的計(jì)算方法

各城市碳排放量的計(jì)算方法采用的是城市使用較為廣泛的煤炭、燃料油、汽油、柴油、液化石油氣和天然氣6種化石能源的消耗量與其相應(yīng)的碳排放系數(shù)的乘積之和，再加上耕地面積與其相應(yīng)的碳排放系數(shù)的乘積。具體計(jì)算公式如下：

碳排放量=煤炭消耗量×煤炭碳排放系數(shù)+燃料油消耗量×燃料油碳排放系數(shù)+汽油消耗量×汽油碳排放系數(shù)+柴油消耗量×柴油碳排放系數(shù)+液化石油氣消耗量×液化石油氣碳排放系數(shù)+天然氣消耗量×天然氣碳排放系數(shù)+耕地面積×耕地碳排放系數(shù)

式中：碳排放量的單位為t；化石能源消耗量的單位為t；化石能源碳排放系數(shù)的單位為t CO2/t；耕地面積為hm2；耕地碳排放系數(shù)的單位為t CO2/hm2。

1. 2 碳吸收量的計(jì)算方法

各城市碳吸收量的計(jì)算方法以廣泛存在的林地、草地和耕地作為碳吸收主體，這是因?yàn)樽匀唤缰兴鼈兊母采w面積較大，且吸收CO2的量也較大。具體計(jì)算公式如下：

碳吸收量=林地面積×林地碳吸收系數(shù)+草地面積×草地碳吸收系數(shù)+耕地面積×耕地碳吸收系數(shù)

式中：碳吸收量的單位為t；林地、草地和耕地面積的單位為hm2；林地、草地和耕地碳吸收系數(shù)的單位為t CO2/hm2。

1. 3 碳平衡值的計(jì)算方法

各城市碳平衡值是最終要計(jì)算的量，在本文中碳平衡值并不是指碳吸收量等于碳排放量，它是衡量一個(gè)地區(qū)碳吸收抵消碳排放的程度，表明一個(gè)地區(qū)低碳化的水平，即一個(gè)地區(qū)碳平衡值越大，說(shuō)明其低碳化的水平越高；反之說(shuō)明其低碳化的水平越低。本文中的碳平衡值主要用來(lái)表示城市碳平衡水平，即一個(gè)城市的碳平衡值等于該城市的碳吸收量減去其碳排放量。具體計(jì)算公式如下：

碳平衡值=碳吸收量-碳排放量

式中：碳平衡值的單位為t。

1. 4 指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源

碳排放指標(biāo)包括煤炭、燃料油、汽油、柴油、液化石油氣和天然氣6種化石能源的消耗量以及耕地面積，碳吸收指標(biāo)包括耕地、林地和草地的面積。6種化石能源的消耗量數(shù)據(jù)和耕地、林地、草地的面積數(shù)據(jù)來(lái)源于《珠江三角洲城市群年鑒》、《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)低碳年鑒》以及珠三角城市群中各城市的統(tǒng)計(jì)年鑒。

2 城市碳平衡分析方法

本文在開展珠三角城市群各城市碳平衡分析的過(guò)程中需要解決兩大問(wèn)題，即如何選擇數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)方法和仿真模擬方法。很多預(yù)測(cè)方法都需要大量的原始數(shù)據(jù)，由于本研究涉及的城市較多，有些指標(biāo)數(shù)據(jù)不全，無(wú)法獲取完整的指標(biāo)數(shù)據(jù)信息，所以在數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)方法的選擇上，本文選擇可通過(guò)少量的、不完全的信息建立數(shù)學(xué)模型并做出預(yù)測(cè)的灰色預(yù)測(cè)DGM(1，1)模型。在仿真模擬方法的選擇上，本文選擇可進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模擬的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。

2.1 灰色預(yù)測(cè)DGM(1，1)模型的構(gòu)建

灰色預(yù)測(cè)[22]是一種對(duì)含有不確定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。該方法通過(guò)鑒別系統(tǒng)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相異程度，即進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行生成處理來(lái)尋找系統(tǒng)變動(dòng)的規(guī)律，生成有較強(qiáng)規(guī)律性的數(shù)據(jù)序列，然后建立相應(yīng)的微分方程模型，從而預(yù)測(cè)事物未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的狀況。

城市碳平衡評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的每一個(gè)指標(biāo)都是一個(gè)影響變量，由于各指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源的不統(tǒng)一性，可能會(huì)導(dǎo)致有些變量在時(shí)間序列中的值突高突低，本文利用平滑算子來(lái)對(duì)振蕩序列進(jìn)行平滑化處理，從而提高對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)精度。具體處理方法如下：

設(shè)振蕩序列X0=(x0(1),x0(2),…,x0(n))，設(shè)振蕩序列最大值為M=max{x0(k)|k=1,2,…,n}，振蕩系列最小值為m=min{x0(k)|k=1,2,…,n}，則稱T(X0)=M-m為振蕩序列X0的振幅。令：

則振蕩序列X0經(jīng)平滑化處理后生成的序列為

X0D=(x0(1)d,x0(2)d,…,x0(n-1)d)

式中：X0D為振蕩序列X0的平滑序列；D為振蕩序列X0的一階平滑性算子。

對(duì)平滑處理后的數(shù)據(jù)序列X0D采用灰色預(yù)測(cè)DGM(1,1)模型構(gòu)建時(shí)間響應(yīng)函數(shù)，并將時(shí)間響應(yīng)函數(shù)還原為原時(shí)間序列的預(yù)測(cè)模型，數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值即由該模型產(chǎn)生。平滑序列灰色預(yù)測(cè)DGM(1,1)模型的構(gòu)建步驟如下：

隨機(jī)振蕩序列X0=(x0(1),x0(2),…,x0(n)),X(0)=(x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(n+1))，其一階平滑序列為Y(0)=(y(0)(1),y(0)(2),…,y(0)(n))，根據(jù)Y(0)建立DGM(1,1)模型，得到

y(1)(k+1)=β1y(1)(k)+β2

其中,β1和β2由最小二乘確定：

β=(β1,β2)T=(BTB)-1BTY

根據(jù)DGM(1,1)模型的最終還原式，得到振蕩序列X(0)之平滑序列Y(0)的灰色預(yù)測(cè)DGM(1,1)模型如下：

將灰色預(yù)測(cè)DGM(1,1)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中變量的輸入值:

式中：pow(x,y)表示計(jì)算x的y次冪；t表示該模擬數(shù)據(jù)位于響應(yīng)時(shí)間序列中的排序值。

2. 2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一門分析研究復(fù)雜反饋系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的系統(tǒng)科學(xué)方法[23]，該方法根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部組成要素互為因果的反饋特點(diǎn)，從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)尋找問(wèn)題發(fā)生的根源。城市的碳排放量與碳吸收量之間相互影響，構(gòu)成了碳平衡，也就是說(shuō)地區(qū)碳排放和碳吸收組成了影響碳平衡水平的反饋回路，應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能較好地模擬地區(qū)碳平衡的變化規(guī)律。AnyLogic是一款應(yīng)用廣泛的先進(jìn)建模工具，它能夠進(jìn)行可視化的“拖—拉式”建模，并能基于智能體、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、離散事件、連續(xù)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型建模。因此，本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建城市碳平衡仿真預(yù)測(cè)模型，并借助AnyLogic軟件[24-26]對(duì)地區(qū)碳平衡的演化趨勢(shì)進(jìn)行仿真模擬。

3 城市碳平衡仿真模擬與分析

本文首先利用灰色預(yù)測(cè)方法來(lái)處理多元化數(shù)據(jù)信息，并構(gòu)建時(shí)間響應(yīng)函數(shù)，進(jìn)而通過(guò)代入系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型，來(lái)預(yù)測(cè)珠三角城市群各城市的碳平衡水平。

3.1 城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測(cè)模型的建立

我國(guó)城鎮(zhèn)化正迅速展開，2018年城鎮(zhèn)化率將達(dá)到60%。此外，我國(guó)城市更多的基礎(chǔ)性建設(shè)正在大規(guī)模地推進(jìn)，而城市又是工業(yè)聚集區(qū)，是人們生產(chǎn)生活的主要區(qū)域，能源消費(fèi)大部分集中在城市，是碳排放強(qiáng)度較大的區(qū)域；加之城市群是城市的聚集形式，我國(guó)目前城市的發(fā)展主要以城市群帶動(dòng)發(fā)展為主，同時(shí)省域碳平衡的實(shí)現(xiàn)依賴于城市碳平衡的實(shí)現(xiàn)，因此有必要將城市群所轄各城市的碳平衡分析作為一個(gè)重要的研究?jī)?nèi)容。本文對(duì)珠三角城市群內(nèi)9個(gè)城市的碳排放和碳吸收進(jìn)行分析，并基于灰色預(yù)測(cè)DGM(1，1)模型建立城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測(cè)模型，以期找到各個(gè)城市未來(lái)碳平衡發(fā)展中的問(wèn)題，并建立適合該地區(qū)實(shí)際的碳平衡區(qū)間。

本文建立的城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測(cè)模型，見圖1。

圖1 城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測(cè)模型Fig.1 Dynamics model of urban carbon balance system

在仿真模擬過(guò)程中，用1 ms表示實(shí)際時(shí)間中的1 a，通過(guò)仿真模型的運(yùn)行，來(lái)預(yù)測(cè)城市未來(lái)碳平衡的演化趨勢(shì)。

本文通過(guò)收集2009—2012年珠三角城市群各城市碳排放和碳吸收的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用平滑算子來(lái)對(duì)振蕩序列進(jìn)行平滑化處理，平滑處理后的數(shù)據(jù)采用灰色預(yù)測(cè)DGM(1,1)模型構(gòu)建城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真灰色預(yù)測(cè)模型，并利用該模型預(yù)測(cè)未來(lái)十年珠三角城市群各城市的碳平衡值。由于受篇幅限制，本文僅列出廣州市碳排放和碳吸收相關(guān)指標(biāo)變量的計(jì)算公式(該計(jì)算公式為灰色預(yù)測(cè)模型公式轉(zhuǎn)換為AnyLogic仿真軟件里定義的函數(shù))如下：

煤炭消耗量=33.351 836 29×pow(0.998 9,t-3)-1.844 814 585×pow(-1,t)-3.134 118 318

(1)

燃料油消耗量=33.303 195 419×pow(1.0083,t-3)-0.038 149 338×pow(-1,t)-0.280 204 396

(2)

汽油消耗量=5.825 294 871×pow(1.074 4,t-3)-0.183 560 695×pow(-1,t)-1.825 948 077

(3)

柴油消耗量=0.644 380 49×pow(1.060 5,t-3)-0.017 056 062×pow(-1,t)-0.175 691 442

(4)

液化石油氣消耗量=2.948 127 949×pow(1.015 8,t-3)-0.069 803 988×pow(-1,t)-0.738 260 514

(5)

天然氣消耗量=8.507 052 853×pow(1.094 5,t-3)-0.218 590 313×pow(-1,t)-2.877 697 842

(6)

耕地面積=0.103 445 876×pow(0.993 2,t-3)-0.000 301 124×pow(-1,t)-0.003 069

(7)

林地面積=0.327 101 138×pow(1.020 6,t-3)-0.010 781 758×pow(-1,t)-0.026 723 024

(8)

草地面積=0.141 535 75×pow(1.013 4,t-3)-0.001 213 25×pow(-1,t)-0.014 028

(9)

上式中：能源消耗量的單位為×107t；耕地、林地、草地面積的單位為×107hm2。

利用上述公式進(jìn)行預(yù)測(cè)所得預(yù)測(cè)結(jié)果的精度分析，詳見表2。

表2 灰色預(yù)測(cè)模型的精度分析

由表2可知，灰色預(yù)測(cè)模型的殘差最大值僅為0.019 1，而平均相對(duì)誤差均小于1%，其最大值僅為0.81%。由此可見，應(yīng)用灰色預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)所得到的預(yù)測(cè)結(jié)果精確度很高，適用于城市碳平衡的預(yù)測(cè)研究。

3. 2 城市碳平衡仿真結(jié)果分析

將2009—2012年珠三角城市群各城市碳排放和碳吸收的相關(guān)指標(biāo)變量的實(shí)際值與通過(guò)灰色預(yù)測(cè)模型計(jì)算得到的模擬函數(shù)導(dǎo)入上述建立的城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測(cè)模型，并將計(jì)算得出的各城市碳平衡實(shí)際值與碳平衡模擬值進(jìn)行比較，用來(lái)檢驗(yàn)預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，見圖2和圖3。

圖2 2009—2012年珠三角城市群各城市碳平衡實(shí)際值的演化軌跡Fig.2 Evolution of the actual carbon balance valueas of cities in the Pearl River Delta from 2009 to 2012

由圖2可見，2009—2012年珠三角城市群9個(gè)城市的碳平衡實(shí)際值均為負(fù)值，即表明各城市碳排放量均大于碳吸收量，且各城市的碳平衡值排名變化幅度不大；佛山市、江門市、深圳市、惠州市、肇慶市、珠海市和中山市的碳平衡值變化軌跡很密集，其中深圳市、中山市、肇市慶和佛山市的碳平衡值在這四年中的變化較小，其變化軌跡接近于水平直線，而惠州市和珠海市的碳平衡值變化軌跡有小幅度下降趨勢(shì)，但珠海市在2010年碳平衡值有所上升，江門市碳平衡值的變化軌跡則呈現(xiàn)先下降后小幅上升的趨勢(shì)，東莞市的碳平衡值變化軌跡接近于水平直線，廣州市的碳平衡值在珠三角城市群中一直最低。

圖3 2009—2012年珠三角城市群各城市碳平衡模擬值的演化軌跡Fig.3 Simulation and prediction of simulated carbon balance values of cities in the Pearl River Delta from 2009 to 2012

由圖3可見，珠三角城市群各城市碳平衡值的仿真模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果基本一致，且各城市碳平衡值的演化軌跡與實(shí)際情況一致，各城市的碳平衡值排名也基本不變；除廣州市和東莞市以外，其他城市的碳平衡值變化軌跡均比較密集，且變化幅度不大，基本呈水平直線，但惠州市、肇慶市和珠海市的碳平衡值有小幅度的下降。

城市碳平衡值包含碳排放與碳吸收兩個(gè)方面的指標(biāo)，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市因經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)導(dǎo)致能源消耗增加，因此城市碳排放量增長(zhǎng)較快，但由于城市植被覆蓋面積相對(duì)穩(wěn)定，所以城市碳吸收量增長(zhǎng)較緩慢。

本文將珠三角城市群各城市碳排放和碳吸收相關(guān)指標(biāo)變量的模擬函數(shù)導(dǎo)入城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測(cè)模型，對(duì)2009—2018年珠三角城市群各城市的碳排放量和碳吸收量進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，得到各城市碳排放量和碳吸收量預(yù)測(cè)結(jié)果。

從珠三角各城市碳排放量的預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，珠三角城市群的總碳排放量將由2009年的87.13×106t增長(zhǎng)至2018年的246.11×106t，漲幅高達(dá)182.47%;到2018年，珠三角城市群各城市因經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素的差別使各城市碳排放量的增速不同，廣州市、佛山市、江門市、深圳市、惠州市、肇慶市、珠海市、東莞市和中山市碳排放量年均增速*分別為2.53%、9.76%、9.18%、3.85%、55.26%、33.50%、23.99%、1.09%、5.34%。從珠三角城市群各城市碳吸收量的預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，到2018年，珠三角城市群各城市碳吸收量的增速相對(duì)于碳排放量的增速差距很大，廣州市、佛山市、江門市、深圳市、惠州市、肇慶市、珠海市、東莞市和中山市碳吸收量的年均增速則分別僅為1.88%、-0.98%、1.97%、-0.23%、0.98%、-0.59%、1.54%、1.95%和0%；而在草地、林地、耕地3種碳吸收主體中，各城市的林地碳吸收量最多，其次是耕地、草地。

利用2009—2018年珠三角城市群各城市的碳排放量和碳吸收量預(yù)測(cè)結(jié)果，得到各城市碳平衡值的演化軌跡，見圖4。

圖4 2009—2018年珠三角城市群各城市碳平衡預(yù)測(cè)值的演化軌跡Fig.4 Evolution of the carbon balance of cities in the Pearl River Delta from 2009 to 2018

由圖4可見，2009—2018年間，珠三角城市群各城市碳平衡值幾乎都處于零臨界值以下，即各城市每年的碳排放量幾乎都高于碳吸收量；而因經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境條件等的差異，各城市的碳平衡值的演化軌跡不同。其中，廣州市、深圳市和東莞市碳平衡值的演化軌跡類似，其波動(dòng)幅度小、降幅小且較為穩(wěn)定；佛山市、江門市、肇慶市和中山市碳平衡值的演化軌跡雖然波動(dòng)幅度小，但到2018年時(shí)碳平衡值的降幅相對(duì)較大；惠州市和珠海市的碳平衡值的演化軌跡則波動(dòng)最大，且降幅最大，到2018年兩個(gè)城市的碳平衡值甚至超過(guò)廣州市。具體原因分析如下：

(1) 惠州市的碳平衡值下降幅度最大。惠州一直以“工業(yè)立市”為發(fā)展戰(zhàn)略，而工業(yè)生產(chǎn)是能源消耗的“主力軍”，經(jīng)濟(jì)得到大力發(fā)展的同時(shí)碳排放量增長(zhǎng)迅速，2009年至2018年間碳排放量年均增速為55.26%，而碳吸收量則增長(zhǎng)緩慢，其年均增速僅為0.98%。碳吸收量與碳排放量之間的增速差距，致使惠州的碳平衡水平下降迅速，其降幅最大，甚至到2018年低于廣州市成為珠三角城市群中碳平衡值最低的城市。

(2) 與惠州市類似，珠海市的碳平衡值也具有類似的演化軌跡。以第二產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)的珠海市，在2009—2018年間因經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生的碳排放量的年均增速僅次于惠州市、肇慶市，高達(dá)23.99%；而相對(duì)來(lái)說(shuō)，在2009—2018年間碳吸收量則有下降趨勢(shì)，其年均增速為-0.59%。碳排放與碳吸收的相悖演化，致使珠海市的碳平衡水平顯著下降，至2018年僅略高于惠州市。由此可見，惠州市和珠海市在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、推動(dòng)城鎮(zhèn)化過(guò)程中，除控制能耗而減少碳排放外，更需要提高城市植被覆蓋度，增加碳吸收能力，最終促使城鎮(zhèn)化與環(huán)境間的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(3) 廣州市、深圳市和東莞市碳平衡值的演化軌跡類似，其波動(dòng)幅度小、降幅小且較為穩(wěn)定。地理區(qū)位相鄰的廣州市、深圳市和東莞市均以服務(wù)業(yè)為主，在2009—2018年間碳排放量增長(zhǎng)較慢，年均增速分別僅為2.53%、3.85%、1.09%，而碳吸收的年均增速則分別為1.88%、-0.23%、1.95%;碳吸收量的增長(zhǎng)部分抵消了碳排放量的增長(zhǎng)，使該三個(gè)城市在2009—2018年間碳平衡值的波動(dòng)幅度小，且較為穩(wěn)定，其中因深圳市碳吸收量的下降，使其碳平衡值在三個(gè)城市中波動(dòng)相對(duì)較大，且降幅最大，其次是廣州市、東莞市。值得一提的是，廣州市因經(jīng)濟(jì)總量居于珠三角之首，碳排放量基數(shù)大，而植被覆蓋面積相對(duì)較小，因此廣州市在2009—2017年間的碳平衡值一直最?。粬|莞市經(jīng)濟(jì)總量雖然低于深圳市，然而具有“世界工廠”之稱的東莞市，相對(duì)于深圳市，其第二產(chǎn)業(yè)占比較高，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展而產(chǎn)生的碳排放量較高，2009—2018年間東莞市的碳排放量高于深圳市，碳平衡值也低于深圳市。

(4) 肇慶市、佛山市、江門市和中山市碳平衡值的降幅較大。位于珠三角西南相鄰的肇慶市、佛山市、江門市和中山市，2009—2018年間碳平衡值下降幅度按西北到東南地理位置依次減小，碳平衡值的降幅分別為2 763.43%、132.85%、124.88%、61.11%，其中中山市的碳平衡值降幅較小，這是由于其碳排放量的增長(zhǎng)緩慢(年均增速為5.34%)，而碳吸收量則保持不變(年均增速為0%)。因此，中山市在推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化過(guò)程中，更需要重視對(duì)林地、耕地和草地覆蓋的保護(hù)。

(5) 肇慶市和佛山市在2009—2018年間的碳吸收量年均增速分別為-0.59%、-0.98%，即出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)現(xiàn)象，特別是兩個(gè)城市的林地，在2009—2018年間碳吸收量逐年下降；而兩個(gè)城市的碳排放量增長(zhǎng)迅速，年均增速分別高達(dá)33.50%、9.76%，最終致使肇慶市和佛山市在2009—2018年間碳平衡值年均降速分別為39.85%、8.82%。因此，肇慶市和佛山市在推動(dòng)城鎮(zhèn)化過(guò)程中，更需要重視對(duì)植被的保護(hù)，特別是對(duì)林地等的保護(hù)。

(6) 江門市與肇慶市和佛山市不同，雖然其碳排放量的年均增速(9.18%)與佛山市相近(9.76%)，但是在2009—2018年間江門市草地、林地和耕地的面積逐年增長(zhǎng)，使其碳吸收量的年均增速高達(dá)1.97%，居珠三角城市群之首。因此，江門市碳吸收量的增長(zhǎng)部分抵消了碳排放量的增長(zhǎng)，使其碳平衡值的降幅低于肇慶市和佛山市。

植被的覆蓋度不僅影響城市生態(tài)的安全性，同時(shí)也影響城市的碳平衡[27]，可見在促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、推動(dòng)城鎮(zhèn)化的過(guò)程中，不僅需要控制城市碳排放量，同時(shí)也需要提高城市植被覆蓋度，如廣州市、江門市、珠海市和東莞市通過(guò)提高城市草地、林地和耕地等的覆蓋面積，提高了城市的碳吸收量，走出了一條綠色、低碳的發(fā)展道路，維持了城市較高的碳平衡水平。

4 結(jié)論與建議

本文以珠三角城市群中廣州、佛山、江門、深圳、惠州、肇慶、珠海、東莞、中山9個(gè)城市為研究對(duì)象，通過(guò)分析2009—2012年間各城市化石燃料消耗量和植被面積的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出各城市的碳排放量和碳吸收量，并進(jìn)行了碳平衡分析，同時(shí)通過(guò)各城市碳平衡值的仿真模擬與分析，得到在2009—2018年間各城市碳平衡的發(fā)展趨勢(shì)，得到的結(jié)論如下：

(1) 各城市碳排放量增長(zhǎng)迅速。珠三角城市群，作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)最活躍的區(qū)域之一，在經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的過(guò)程中，也導(dǎo)致碳排放量過(guò)多等問(wèn)題，如果該城市群中各城市仍維持當(dāng)前城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和能源利用結(jié)構(gòu)等，未來(lái)各城市碳排放量將會(huì)繼續(xù)增加，除廣州市、深圳市、東莞市和中山市以外，其他5個(gè)城市的碳排放量增長(zhǎng)相對(duì)迅速。

(2) 各城市碳吸收量增長(zhǎng)緩慢。城市碳吸收主體主要以草地、林地和耕地為主，而從仿真模擬結(jié)果來(lái)看，珠三角城市群各城市碳吸收量以林地最多，若各城市仍維持當(dāng)前城市的綠化發(fā)展模式，未來(lái)各城市碳吸收量除佛山市、深圳市、肇慶市將會(huì)出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)以及中山市保持不變以外，其他5個(gè)城市的碳吸收量增長(zhǎng)相對(duì)緩慢。

(3) 2009—2018年間，珠三角城市群各城市碳平衡值逐年減少，碳平衡水平逐年下降。從仿真模擬結(jié)果來(lái)看，2009—2018年間珠三角城市群各城市碳平衡值處于零臨界值以下，中山市碳平衡值最高而廣州市最低，且逐年下降；各城市因經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、植被覆蓋等差異，致使碳平衡值的降幅差異顯著；各城市碳平衡值的演化軌跡呈現(xiàn)區(qū)域相似特征，如位于珠三角西南相鄰的肇慶市、佛山市、江門市和中山市碳平衡值的演化趨勢(shì)基本相似。

碳排放與碳吸收最理想的途徑是達(dá)到碳均衡[12]，從2009—2018年間珠三角城市群各城市碳平衡值的仿真結(jié)果來(lái)看，各城市的碳排放與碳吸收處于碳失衡狀態(tài)，若各城市仍維持當(dāng)前的城鎮(zhèn)化發(fā)展模式，城市碳排放與碳吸收之間的差距將會(huì)繼續(xù)拉大，尤其碳平衡水平將會(huì)更低。因此，珠三角城市群各城市在推進(jìn)城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中，尤其要注意減少碳排放量和增加碳吸收量。對(duì)此，本文提出如下建議：

(1) 提高能源利用效率，減少碳排放量。從2009—2012年珠三角城市群各城市碳排放量的數(shù)據(jù)來(lái)看，盡管各城市因城鎮(zhèn)化發(fā)展而帶來(lái)了GDP的快速增加，但也造成碳排放量的增長(zhǎng)，因此必須降低碳排放量，特別是惠州市、肇慶市、珠海市，建議調(diào)整城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低第二產(chǎn)業(yè)比重而增加服務(wù)業(yè)比重，提高能源利用效率，減少化石能源的消耗量，采用清潔能源和可再生能源等。

(2) 加強(qiáng)植樹造林，增加各城市林地覆蓋率和碳吸收能力，如佛山市、深圳市、肇慶市這些城市碳吸收量甚至出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，因此建議提高這些城市的林地面積，并在推進(jìn)城鎮(zhèn)化過(guò)程中增加城鎮(zhèn)化建成區(qū)的綠化覆蓋率，縮小碳排放量與碳吸收量之間的差距，使城市的碳排放與碳吸收達(dá)到碳均衡的理想狀態(tài)。

(3) 充分利用城市間協(xié)同效應(yīng)，共同提高城市的碳平衡水平。從珠三角城市群各城市碳平衡值來(lái)看，城市群內(nèi)相鄰城市間碳平衡值的演化軌跡相似，如廣州市、深圳市和東莞市之間，肇慶市、佛山市、江門市和中山市之間，因此建議在發(fā)展城鎮(zhèn)化過(guò)程中，除了發(fā)展城市自身外，還要考慮通過(guò)與相鄰城市的協(xié)同發(fā)展，形成資源互補(bǔ)，共同提高城市的碳平衡水平。

(4) 轉(zhuǎn)變當(dāng)前城鎮(zhèn)化發(fā)展的模式，推進(jìn)綠色城鎮(zhèn)化建設(shè)。我國(guó)“十二五”規(guī)劃綱要明確指出，堅(jiān)持把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)作為轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要著力點(diǎn)。因此，建議在推進(jìn)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中要推進(jìn)綠色城市建設(shè)，即把握住綠色、節(jié)約、低碳的原則，并貫穿到城市建設(shè)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，貫穿到城市的規(guī)劃、建設(shè)和管理中。