我國汽車尾氣減排率測(cè)算與跨區(qū)域分解

李思寰，張衛(wèi)國

（1.懷化學(xué)院 商學(xué)院，湖南 懷化 418000；2.重慶大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院，重慶 400044；3.西南大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，重慶 400715）

0 引言

在大氣污染物中，汽車尾氣是重要的來源之一。地方政府對(duì)汽車尾氣排放進(jìn)行控制，會(huì)受到環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)增長的雙重目標(biāo)約束。特別是對(duì)于汽車尾氣排放而言，具有明顯的區(qū)域流動(dòng)性，導(dǎo)致汽車尾氣排放的“負(fù)外部性”非常明顯。各個(gè)地方政府都不愿意承擔(dān)本轄區(qū)經(jīng)濟(jì)增長速度降低的成本，更愿意將本轄區(qū)污染治理的成本轉(zhuǎn)嫁到其他轄區(qū)，實(shí)現(xiàn)“以鄰為壑”的目的。因此，對(duì)于汽車尾氣減排而言，不僅要從國家整體的角度出發(fā)考察，更應(yīng)該考慮到汽車尾氣減排的區(qū)域分配問題；此外，汽車尾氣減排需要考慮經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)約束，在雙重目標(biāo)下實(shí)現(xiàn)汽車尾氣跨區(qū)域減排的任務(wù)分解。因此，如何在環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)增長的雙重約束下，實(shí)現(xiàn)汽車尾氣減排的跨區(qū)域分解，對(duì)解決汽車尾氣排放問題顯得至關(guān)重要。

探討各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排問題，既要考察經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)的雙重約束，也需要考慮減排的跨區(qū)域性；其次，汽車尾氣減排需要測(cè)算現(xiàn)有的汽車尾氣排放量，這將涉及到地區(qū)汽車保有量、汽車排放水平、汽車類型等因素，這些數(shù)據(jù)的獲得是相對(duì)較難的；基于何種原則將汽車尾氣減排配額分解到各個(gè)地區(qū)，這現(xiàn)有問題并沒有得到解決。因此，本文將利用python軟件爬取2010—2015年我國個(gè)省份的汽車注冊(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)而對(duì)我國各個(gè)省份的汽車尾氣排放量進(jìn)行測(cè)算，構(gòu)建跨區(qū)域汽車尾氣排放的Nordhaus模型對(duì)2016—2020年我國跨區(qū)域汽車尾氣減排率下降速度進(jìn)行了測(cè)算。

1 中國各地區(qū)汽車尾氣排放量測(cè)算

對(duì)于汽車尾氣排放，2015年我國主要大城市80%左右的污染物來源于汽車尾氣排放。從汽車尾氣的排放成分來看，主要包括一氧化碳、二氧化碳、臭氧、碳?xì)浠衔?、醛類、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、銅微粒和懸浮粒子等。國內(nèi)外在空氣治理、交通環(huán)境治理、排放預(yù)測(cè)時(shí)，首先會(huì)對(duì)現(xiàn)有的不同類型汽車的汽車尾氣排放量進(jìn)行測(cè)算。事實(shí)上，對(duì)汽車尾氣污染物的排放是相當(dāng)復(fù)雜的，需要綜合考慮各個(gè)地區(qū)的汽車保有量、汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行工況、汽車類型、排放因子等因素。其中，排放因子衡量的是使用汽車時(shí)的排量水平，這是測(cè)算地區(qū)汽車尾氣排放的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。目前，通常的測(cè)算技術(shù)方法主要有臺(tái)架測(cè)試、實(shí)時(shí)工況測(cè)試、隧道測(cè)算、遙感測(cè)試等，此外還有Mobile、Copert等排放因子模型來測(cè)算。目前，我國各個(gè)地區(qū)的排放標(biāo)準(zhǔn)并不一致，目前大部分城市執(zhí)行的國四（相當(dāng)于歐IV）標(biāo)準(zhǔn)，某些地區(qū)如東部11省市甚至開始推行國五（相當(dāng)于歐V）標(biāo)準(zhǔn)，而某些落后地區(qū)仍推行的是國三（相當(dāng)于歐III）標(biāo)準(zhǔn)。并且同一地區(qū)不同使用年限、不同出廠日期和注冊(cè)日期的汽車，其排放標(biāo)準(zhǔn)也不同。因此，這使得本文在測(cè)算各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣排放量時(shí)，這一工作量會(huì)非常大。

利用歐洲國家常用的Copert模型，根據(jù)國家環(huán)?？偩诸C發(fā)的《城市機(jī)動(dòng)車污染排放測(cè)算方法》（HJ/T180-2005），機(jī)動(dòng)車污染物排放量模型設(shè)定如下：

其中，EQjw為第j類型車第w種污染物的年排放量；EQw為所有類型的機(jī)動(dòng)車第w種污染物的年排放量；t、j和n分別表示污染單位、車型和車型總數(shù)；Pj為第j種類型的機(jī)動(dòng)車保有量；Mj為第j種類型的機(jī)動(dòng)車平均行駛里程；Efjw表示第j類型車第w種污染物的排放因子，單位g/km。

2 汽車尾氣跨區(qū)域減排配額分解與潛力測(cè)算

基于Nordhaus模型框架，本文將多區(qū)域下的生產(chǎn)函數(shù)設(shè)定如下：

其中，μ表示在給定汽車尾氣排放量下的減排控制率，當(dāng)μ越大時(shí)，表示減排控制率越大，而當(dāng)μ取值為0時(shí)，表示不存在汽車尾氣減排的情形；Yit表示地區(qū)i在時(shí)間t的社會(huì)總產(chǎn)出；Kit表示地區(qū)i在時(shí)間t的資本總量；Eit表示地區(qū)i在時(shí)間t的能源消費(fèi)總量；Lit表示地區(qū)i在時(shí)間t的勞動(dòng)力投入；A0evit表示地區(qū)i在時(shí)間t的技術(shù)水平，vit表示地區(qū)i在時(shí)間t的能源前度的降低速度；α表示資本的產(chǎn)出彈性；1-α表示能源的產(chǎn)出彈性；γ表示勞動(dòng)的產(chǎn)出彈性。此時(shí)，根據(jù)能源強(qiáng)度的定義，也即單位產(chǎn)出所消耗的能源總量，可以得到：

將式（3）代入到式（2）中，可以得到包含能源強(qiáng)度、汽車尾氣減排控制率的社會(huì)產(chǎn)出函數(shù)：

化簡后可以得到：

對(duì)于資本而言，由于存在著折舊，此時(shí)地區(qū)i在時(shí)間t的資本累積量可以表示為：

其中，δ表示資本的折舊率，θ為能源消耗的加權(quán)成本，Cit表示地區(qū)i在時(shí)間t的總消費(fèi)。對(duì)于經(jīng)濟(jì)體管理者而言，其決策函數(shù)與目標(biāo)是社會(huì)福利最大化。因此，本文引入經(jīng)濟(jì)體中單個(gè)個(gè)體的效用函數(shù)，定義為人均消費(fèi)c的函數(shù)：

此時(shí)，將消費(fèi)者的效用函數(shù)折現(xiàn)并最大化，可以表示為：

當(dāng)引入汽車尾氣減排控制率時(shí)，此時(shí)的最優(yōu)化問題可以表述為：其中，MQit表示地區(qū)i在時(shí)間t累積的汽車尾氣排放量，MQT表示區(qū)域的汽車尾氣排放分配額。此時(shí)，可以構(gòu)建Hamilton函數(shù)：

根據(jù)最優(yōu)控制定理，此時(shí)式（8）最優(yōu)化對(duì)應(yīng)的條件可以表述為：由式（5）對(duì)資本求偏導(dǎo)可以得到：將式（11）的兩邊取對(duì)數(shù)后可以得到：

進(jìn)一步對(duì)式（14）求時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，可以得到：將式（13）代入到式（12）后可以得到：

合并式（15）和式（16）后可以得到經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)增長下消費(fèi)增長率的最優(yōu)值：

當(dāng)社會(huì)的總?cè)丝跀?shù)量為N而經(jīng)濟(jì)體的勞動(dòng)參與率為ω，勞動(dòng)力的年均增長率為n時(shí)，地區(qū)i在時(shí)間t的勞動(dòng)力與人口數(shù)量可以表示為：

將式（18）代入到式（17），可以得到經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)增長下的最優(yōu)增長率：

此時(shí)，可以計(jì)算得出各個(gè)區(qū)域未來經(jīng)濟(jì)增長的估計(jì)值：此時(shí)，汽車使用消費(fèi)的能源總量產(chǎn)生的汽車尾氣排放可以表示為：

其中，φ1、φ2和φ3分別表示汽車使用的汽油、柴油和天然氣的排放系數(shù)分別表示汽車使用的汽油、柴油和天然氣的占比。因此，給定汽車尾氣的排放率，可以得到一定時(shí)期內(nèi)的汽車尾氣排放量：

因此，若設(shè)定區(qū)域的減排定額MTQ，則可以根據(jù)MQ()

T=MTQ求解得出相應(yīng)的汽車尾氣減排率。式（22）意味著保持經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)增長目標(biāo)下，對(duì)應(yīng)的汽車尾氣排放量。

3 跨區(qū)域汽車尾氣減排率配額與區(qū)域分?jǐn)?/h2>

3.1 跨區(qū)域汽車尾氣減排率測(cè)算

為了測(cè)算出各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排率，需要確定各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣排放配額。本文利用2010—2015年我國各?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）的累積汽車尾氣排放量、人口總數(shù)、GDP總量，根據(jù)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)增長目標(biāo)，測(cè)算出2016—2020年各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排率配額。

在測(cè)算跨區(qū)域的汽車尾氣減排率配額時(shí)，需要計(jì)算出2005—2015年各個(gè)省份的汽車尾氣排放量。對(duì)于各個(gè)地區(qū)的汽車保有量、機(jī)動(dòng)車類型以及相應(yīng)的排量數(shù)據(jù)，本文利用Python軟件在各省（市、自治區(qū)）的交通管理局公布的車輛注冊(cè)信息爬取得到。對(duì)于2010年之前的數(shù)據(jù)，有的省份存在著缺失的情況。因此，本文的僅僅選取了2010年及以后年份的數(shù)據(jù)。對(duì)于汽車尾氣排放，存在著一氧化碳、二氧化碳、臭氧、碳?xì)浠衔?、醛類、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、銅微粒和懸浮粒子等多種排放物，這使得減排測(cè)算相對(duì)復(fù)雜。因此，本文僅考慮汽車尾氣排放中的碳排放數(shù)據(jù)。具體計(jì)算公式如下：

其中，TCi表示地區(qū)i的總碳排放量，Eij表示地區(qū)i的第j種含碳尾氣排放量，χj表示第j種含碳尾氣排放折算為碳排放系數(shù)。

為了確定各個(gè)地區(qū)2016—2020年的汽車尾氣減排率配額，需要設(shè)定具體的分配原則。本文將依據(jù)GDP原則、人口總量原則和人均GDP原則，對(duì)未來各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排率進(jìn)行分配：（1）GDP原則。GDP是指在未來各個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)保持平穩(wěn)增長的條件下，按照未來各個(gè)地區(qū)的GDP總量與占全國GDP總量的比例來確定各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排率。這一原則的優(yōu)勢(shì)在于，現(xiàn)有相對(duì)富裕的地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展并不會(huì)因?yàn)檩^強(qiáng)的汽車尾氣減排約束而制約其經(jīng)濟(jì)發(fā)展；而對(duì)于現(xiàn)有欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，由于現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)總量較小，分配到的汽車尾氣減排配額也相對(duì)較少，從而不會(huì)導(dǎo)致地區(qū)差距的擴(kuò)大；（2）人口總量原則。人口總量原則是指在各個(gè)地區(qū)保持未來經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)增長的前提下，未來各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排率依據(jù)現(xiàn)有的人口總量來分配。這一原則的優(yōu)勢(shì)在于每個(gè)人都享有同等的排放權(quán)，但導(dǎo)致人口眾多的發(fā)達(dá)地區(qū)分配到的汽車尾氣減排額較少，從而制約了未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展；（3）人均GDP原則。人均GDP原則是指在各個(gè)地區(qū)保持未來經(jīng)濟(jì)增長的前提下，未來汽車尾氣排放配額的確定要依據(jù)各個(gè)地區(qū)的人均GDP來確定。這一原則是考慮到我國各個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡性以及人口分布的區(qū)域差異，有助于縮小各個(gè)省份之間的區(qū)域差異。

表1 2015—2020年我國各個(gè)省份的汽車尾氣減排率下降速度

從表1可以看出，根據(jù)GDP原則，東部地區(qū)和西部地區(qū)的汽車尾氣減排率下降速度的差距較大。其中，東部地區(qū)大多數(shù)的減排率下降速度較小，而西部地區(qū)大多數(shù)的減排率下降速度較大。其中，寧夏地區(qū)的下降速度達(dá)到了10.17%。這也就是說，按照GDP原則，西部地區(qū)需要對(duì)汽車尾氣減排率采取更強(qiáng)的約束，才能達(dá)到預(yù)期的汽車尾氣減排配額量。但這也意味著，現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)相對(duì)欠發(fā)達(dá)的西部地區(qū)未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展將受到更多的來自環(huán)境方面的約束，這也會(huì)影響未來西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，擴(kuò)大東西部地區(qū)的差距。在人口原則下，汽車尾氣減排率下降最大的是內(nèi)蒙古，其次為山西、天津、寧夏、遼寧等地區(qū)。在人均GDP原則下，各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排率下降速度，和GDP原則以及人口原則相比差距較小。

3.2 跨區(qū)域汽車尾氣減排配額分?jǐn)?/h3>

表1分析了2015—2020年我國各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排率下降速度，但并沒有從投入產(chǎn)出的角度考察各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排配額。接下來，本文將從各個(gè)地區(qū)之間存在投入產(chǎn)出關(guān)聯(lián)的視角對(duì)這一問題進(jìn)行分析。具體來講，本文將采用2010年中國30個(gè)省區(qū)（不包括西藏地區(qū)）的投入產(chǎn)出表和八大區(qū)域間的投入產(chǎn)出表。對(duì)于里昂惕夫逆矩陣的計(jì)算，采用2010年中國30省區(qū)市區(qū)域間投入產(chǎn)出表數(shù)據(jù)，并將省級(jí)數(shù)據(jù)合并為八大區(qū)域。

在研究各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排目標(biāo)時(shí)，還需要考慮到各個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)。和表1不同，為了和投入產(chǎn)出表匹配，本文將各個(gè)省份分為八大地區(qū)。并按照三大原則將減排目標(biāo)分配到各個(gè)地區(qū)。具體來講，根據(jù)我國政府制定的2020年計(jì)劃：總碳排放量在2005年的基礎(chǔ)上降低40%～50%，可以依據(jù)這一減排目標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

設(shè)ΔCi為第i年全國按汽車尾氣減排目標(biāo)和按2010年汽車尾氣碳排放計(jì)算所應(yīng)減少的碳排放量：

其中，GDPi為第i年的GDP；Ii為第i年的汽車尾氣目標(biāo)碳排放強(qiáng)度；I2010為2010年的汽車尾氣碳排放強(qiáng)度。根據(jù)式（15）可以計(jì)算得到2017—2010年的汽車尾氣碳排放減排量，再根據(jù)各個(gè)地區(qū)的碳減排責(zé)任進(jìn)行分?jǐn)?。結(jié)果如表2所示。

表2 2016—2020年八大區(qū)域汽車尾氣碳排放累計(jì)分?jǐn)倻p排總量：GDP原則（單位：千萬噸）

從表2可以看出，在GDP原則下，2016—2020年全國累計(jì)應(yīng)減少的汽車尾氣碳排放量隨著經(jīng)濟(jì)增長速度的增加而增加。當(dāng)GDP年均增長速度為6%時(shí)，全國累計(jì)應(yīng)減少的汽車尾氣碳排放量為900.5千萬噸，而當(dāng)GDP年均增長速度變?yōu)?0%時(shí)，全國累計(jì)應(yīng)減少的汽車尾氣碳排放量為1032.59千萬噸，兩種情況下增加了200多千萬噸。

相應(yīng)的，分別在人口總量原則和人均GDP原則下測(cè)算了2016—2020年我國八大區(qū)域汽車尾氣碳排放累計(jì)應(yīng)分?jǐn)偟臏p排總量，結(jié)果如表3和表4所示。

從人口總量原則來看，相對(duì)于GDP原則而言，東北地區(qū)、東部沿海、南部沿海等的累計(jì)汽車尾氣碳排放分?jǐn)倻p排總量較大；而根據(jù)人均GDP原則，京津冀、東部沿海地區(qū)的累計(jì)汽車尾氣碳排放分?jǐn)倻p排總量較大。但整體結(jié)果相差并不是很大。

從地區(qū)對(duì)比來看，中部地區(qū)應(yīng)分?jǐn)偟钠囄矚馓紲p排總量最多，占到了全國總量的25%左右；其次是北部沿海地區(qū)，占到了全國的15%以上；而京津冀地區(qū)分?jǐn)偟淖钌?，占全國?%左右。表2至表4的計(jì)算結(jié)果，可以為雙重約束下我國制定汽車尾氣排放跨區(qū)域減排目標(biāo)和任務(wù)，提供有力的理論依據(jù)。當(dāng)然，在實(shí)際政策制定時(shí)，到底選取哪種原則，需要考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的具體側(cè)重點(diǎn)與訴求，從國家整體戰(zhàn)略出發(fā)進(jìn)行宏觀考慮。

表3 2016—2020年八大區(qū)域汽車尾氣碳排放累計(jì)分?jǐn)倻p排總量：人口總量原則 （單位：千萬噸）

表4 2016—2020年八大區(qū)域汽車尾氣碳排放累計(jì)分?jǐn)倻p排總量：人均GDP原則 （單位：千萬噸）

4 結(jié)論

在利用python軟件爬取了2010—2015年我國個(gè)省份的汽車注冊(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本文對(duì)我國各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣排放量進(jìn)行了測(cè)算，并構(gòu)建跨區(qū)域汽車尾氣排放的Nordhaus模型對(duì)汽車尾氣跨區(qū)域減排配額進(jìn)行了分解。利用Nordhaus模型，本文對(duì)2016—2020年我國跨區(qū)域汽車尾氣減排率下降速度進(jìn)行了測(cè)算，并基于GDP原則、人口總量原則和人均GDP原則對(duì)我國的汽車尾氣減排額進(jìn)行了分?jǐn)偂?/p>

本文研究發(fā)現(xiàn)：（1）根據(jù)GDP原則，東部地區(qū)和西部地區(qū)的汽車尾氣減排率下降速度的差距較大。其中，東部地區(qū)大多數(shù)的減排率下降速度較小，而西部地區(qū)大多數(shù)的減排率下降速度較大；在人口原則下，汽車尾氣減排率下降最大的是內(nèi)蒙古，其次為山西、天津、寧夏、遼寧等地區(qū)；在人均GDP原則下，各個(gè)地區(qū)的汽車尾氣減排率下降速度，和GDP原則以及人口原則相比差距較小；（2）汽車尾氣碳減排責(zé)任總體表現(xiàn)出東部沿海、中部地區(qū)的減排責(zé)任較大，而西部、北部地區(qū)的責(zé)任偏小的規(guī)律；（3）從地區(qū)對(duì)比來看，中部地區(qū)應(yīng)分?jǐn)偟钠囄矚馓紲p排總量最多，占到了全國總量的25%左右；其次是北部沿海地區(qū)，占到了全國的15%以上；而京津冀地區(qū)分?jǐn)偟淖钌?，占全國?%左右。