碳中和愿景下中國城市形態(tài)的碳排放影響效應(yīng)研究
——基于289個(gè)地級(jí)市的數(shù)據(jù)分析

叢建輝

(山西大學(xué)，山西 太原 030006)

一、引言

城市形態(tài)是指在一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段，城市的土地利用與空間布局所呈現(xiàn)出來的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與交互體系[1][2][3]。城市形態(tài)通過配置人力物力資源以及影響交通運(yùn)輸架構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施布局等方式影響城市的增長與擴(kuò)張模式，進(jìn)而對城市碳排放產(chǎn)生長期性、根源性影響[4][5][6]。改革開放40多年來，在中國城鎮(zhèn)化率保持快速增長的同時(shí)，大多數(shù)城市的空間形態(tài)也處于不斷演變中[7]。據(jù)測算，未來10年中國城鎮(zhèn)化率仍將保持年均1%的速率增長，且許多城市將繼續(xù)經(jīng)歷規(guī)模擴(kuò)張、布局調(diào)整與城市更新等深刻轉(zhuǎn)變，這對如何通過優(yōu)化城市形態(tài)控制碳排放提出了新要求[8][9]。

2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上向國際社會(huì)做出了“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的重大政策宣示。碳中和愿景提出以后，國內(nèi)相關(guān)頂層設(shè)計(jì)與政策部署明顯加快。中國不同城市空間形態(tài)對城市碳排放產(chǎn)生怎樣的影響？在新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中如何通過優(yōu)化城市形態(tài)以調(diào)控城市碳排放增長路徑、避免碳排放的長期鎖定效應(yīng)？這些問題的解決將關(guān)系到中國碳中和愿景實(shí)現(xiàn)的方式與成效。

城市形態(tài)與碳排放的關(guān)系早已引起了國內(nèi)外學(xué)者的極大關(guān)注，相關(guān)研究成果較多[10][11][12]。其中，關(guān)于中國城市空間形態(tài)碳排放效應(yīng)的研究，主要集中在三個(gè)方面。一是從宏觀層面探究、比較不同城市形態(tài)特征(城市規(guī)模擴(kuò)張、緊湊性、單中心與多中心、形狀規(guī)則性等)對整個(gè)城市碳排放的影響，這方面的研究結(jié)論并不一致。以研究較多的城市緊湊性為例，多數(shù)研究認(rèn)為緊湊的城市形態(tài)有助于抑制碳排放或提升城市碳排放績效[13][14][15][16]，也有研究認(rèn)為城市越緊湊越不利于提高碳排放績效[17][18]。二是從中觀層面探究城市形態(tài)對交通、建筑等城市部門碳排放的影響[19][20][21]，這方面的討論也主要關(guān)注緊湊或蔓延型城市形態(tài)對具體部門的影響。三是從微觀層面探究城市形態(tài)對居民出行、家庭居住、商業(yè)活動(dòng)等工作或生活方式碳排放的影響[22][23][24][25]，如Ma以北京市為例，考察了城市形態(tài)特征對居民工作和非工作出行行為碳排放的影響。

總體來看，現(xiàn)有文獻(xiàn)運(yùn)用多源數(shù)據(jù)、從多個(gè)方面對中國城市形態(tài)與碳排放的關(guān)系進(jìn)行了深入探討，為基于城市形態(tài)優(yōu)化調(diào)整的城市碳減排政策制定提供了理論支撐和決策參考，但在以下方面仍然需要拓展。一是在城市形態(tài)的表征上多從緊湊度、蔓延度等單一維度進(jìn)行研究或主要集中在一個(gè)方面，可能無法全面反映、客觀準(zhǔn)確地度量城市空間格局和土地利用結(jié)構(gòu)，也難以顯示不同城市形態(tài)多樣性指標(biāo)對碳排放的不同影響機(jī)制與影響程度；二是當(dāng)前城市形態(tài)研究多以大城市或城市群為分析對象，對全國城市的覆蓋面不足，僅有少數(shù)幾篇文獻(xiàn)覆蓋了作為新型城鎮(zhèn)化建設(shè)主體的中小型城市樣本[26][27]，而采用大樣本以探究城市形態(tài)的碳排放效應(yīng)一般規(guī)律及在不同類型城市的異質(zhì)性，對中國城市碳中和愿景的實(shí)現(xiàn)極其重要；三是從城市形態(tài)角度面向碳中和愿景提出城市碳排放管控策略的討論不足。

為彌補(bǔ)以上研究缺口，本研究引入景觀生態(tài)學(xué)中的景觀格局指數(shù)作為測度城市形態(tài)的定量化方法，以全國289個(gè)地級(jí)市數(shù)據(jù)作為研究樣本，從城市規(guī)模、城市形狀復(fù)雜度、城市破碎度、城市中心性和城市緊湊度等五個(gè)維度表征城市形態(tài)，在分析中國城市形態(tài)對碳排放關(guān)系的影響機(jī)制基礎(chǔ)上構(gòu)建相關(guān)測度模型，采用嶺回歸方法探究了城市形態(tài)對碳排放的影響方向與影響程度，同時(shí)分析了其在三類不同人口密度城市所表現(xiàn)出的影響效應(yīng)異質(zhì)性，并基于研究結(jié)論提出了面向碳中和愿景的中國城市形態(tài)調(diào)控思路。本研究旨在識(shí)別中國城市形態(tài)對碳排放影響的一般規(guī)律和調(diào)控方向，以提升未來新型城鎮(zhèn)化建設(shè)中的碳排放效率，促進(jìn)低碳城市建設(shè)與城市碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

二、城市形態(tài)的測度及其對碳排放的影響機(jī)制

(一)基于景觀格局指數(shù)的城市形態(tài)測度

從不同的角度和目的出發(fā)，城市形態(tài)可以有多種表征指標(biāo)。本文綜合相關(guān)文獻(xiàn)，選取城市規(guī)模、城市形狀復(fù)雜度、城市破碎度、城市中心性、城市緊湊度等五個(gè)維度指標(biāo)來表征城市形態(tài)。城市規(guī)模代表城市容量大小，與城市人口規(guī)模和土地?cái)U(kuò)張緊密相關(guān)[28][29]。城市形狀復(fù)雜度是相對于城市形狀規(guī)則度的另一種形式，測量城市不同元素的邊界與形狀的性質(zhì)[30]。城市破碎度代表著城市各斑塊的連通性程度，高破碎度即城市斑塊之間的分割性顯著、碎片化嚴(yán)重，其連接度和可達(dá)性較低[31][32]。城市中心性指城市主要功能區(qū)的集聚狀況，根據(jù)集聚狀況的不同，現(xiàn)代城市呈現(xiàn)了“單中心”和“多中心”的發(fā)展模式[33]。城市緊湊度與城市分散性相對應(yīng)，包括功能緊湊、規(guī)模緊湊和結(jié)構(gòu)緊湊，針對城市無序蔓延的狀況強(qiáng)調(diào)土地混合使用和密集開發(fā)。五個(gè)維度指標(biāo)出發(fā)點(diǎn)和重心不同，共同從結(jié)構(gòu)和布局層面完整的表述了城市形態(tài)的不同側(cè)面，又呈現(xiàn)了相互之間的關(guān)聯(lián)性。

城市形態(tài)的定量化表達(dá)方式依賴于其表征指標(biāo)的具體形式，包括人口密度、建設(shè)用地比例、人均道路面積等物理量指標(biāo)以及景觀格局指數(shù)等幾何指標(biāo)[34][35]。景觀格局指數(shù)來源于景觀生態(tài)學(xué)，是通過遙感技術(shù)(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)得到的高度濃縮的景觀格局信息。景觀格局指數(shù)反映了景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征，可以量化空間異質(zhì)性及其在景觀中的變化[36]。與其他測度指標(biāo)相比，景觀格局指數(shù)能夠從微觀尺度獨(dú)立、統(tǒng)一、客觀、全面地描述不同類型城市的形態(tài)信息，建立景觀結(jié)構(gòu)與城市形態(tài)變化過程的聯(lián)系，在城市形態(tài)測度中具有獨(dú)特優(yōu)勢，且已經(jīng)得到一定程度的開發(fā)與應(yīng)用[37]。

景觀格局指數(shù)的選擇尚未有一致的標(biāo)準(zhǔn)，本文在參考相關(guān)研究基礎(chǔ)上[38]，基于綜合、客觀、準(zhǔn)確的原則，從最能夠全面反映景觀總體特征的景觀尺度水平上，選取了景觀總面積、斑塊面積變異系數(shù)、斑塊數(shù)量、斑塊密度、最大斑塊面積指數(shù)、斑塊結(jié)合度、聚合指數(shù)等七個(gè)指標(biāo)共同構(gòu)成城市形態(tài)表征指標(biāo)的測度指標(biāo)。七個(gè)測度指標(biāo)的具體含義及其與五個(gè)城市形態(tài)表征指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系如下。

景觀總面積(TA)，即景觀范圍的最大尺度。景觀總面積可以從城市規(guī)模維度表征城市形態(tài)，其數(shù)值越大，城市規(guī)模越大。

斑塊面積變異系數(shù)(PSCV)，即斑塊類型標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之間的比值。在景觀分析背景下，斑塊面積變異系數(shù)作為分析空間異質(zhì)性的基本指標(biāo)，能夠描述城市各斑塊面積大小的整體離散性，可以有效衡量城市形狀規(guī)則程度，較好地反映城市形狀復(fù)雜度。指標(biāo)值的大小與城市形狀復(fù)雜度成正比，指標(biāo)值越大，則城市形狀復(fù)雜度越高。

斑塊數(shù)量(NP)和斑塊密度(PD)。斑塊數(shù)量是景觀異質(zhì)性和破碎度的簡單描述，當(dāng)NP=1時(shí)，說明整個(gè)景觀中只有一個(gè)斑塊；斑塊密度與斑塊數(shù)量相關(guān)，也是反映景觀破碎度的指標(biāo)之一，當(dāng)景觀總面積一定時(shí)，數(shù)值與斑塊數(shù)量相等。二者的值越大，城市破碎度越高。

最大斑塊面積指數(shù)(LPI)。最大斑塊面積指數(shù)即某一斑塊型中的最大斑塊面積與景觀總面積的比值，是對景觀優(yōu)勢度與中心性的簡單度量。該比例越大，最大斑塊中心性越強(qiáng)；若該值等于100%，則景觀僅由一個(gè)斑塊構(gòu)成，最大斑塊中心性達(dá)到最大程度。

斑塊結(jié)合度(COHESION)和聚合指數(shù)(AI)。斑塊結(jié)合度和聚合指數(shù)分別從內(nèi)聚力、緊實(shí)性角度衡量斑塊之間的聚集程度，反映了城市緊湊度。二者的值越大，則城市緊湊度越高。

基于景觀格局指數(shù)的城市形態(tài)測度方法如表1所示。

表1 城市形態(tài)的景觀格局指數(shù)測度方法

(二)城市形態(tài)對碳排放的影響機(jī)制

城市形態(tài)通過影響土地利用方式、經(jīng)濟(jì)功能與效率等，進(jìn)而以社會(huì)行為作用于城市環(huán)境系統(tǒng)。同時(shí)城市形態(tài)是一個(gè)復(fù)雜、多元的概念，在不同維度上對碳排放具有不同的影響方式[39]。按照本研究選取的城市維度表征指標(biāo)，其各自對城市碳排放的具體影響機(jī)制如下。

第一，城市規(guī)模。城市規(guī)模擴(kuò)大導(dǎo)致城市生產(chǎn)生活性用地?cái)U(kuò)張并可能導(dǎo)致城市綠地減少，從而影響碳排放；另外，規(guī)模擴(kuò)大的關(guān)鍵要素——人口數(shù)量的增多會(huì)通過各種中介機(jī)制加速能源消耗，影響碳排放量。一般認(rèn)為，城市規(guī)模擴(kuò)大會(huì)增加碳排放。

第二，城市形狀復(fù)雜度。不同的城市形狀復(fù)雜度會(huì)有相應(yīng)的交通網(wǎng)絡(luò)、行業(yè)布局方式。一般認(rèn)為，城市形狀復(fù)雜度越高，其景觀規(guī)則程度越低，越容易增加市民的流動(dòng)性和通勤距離，[40]進(jìn)而對碳排放產(chǎn)生正向影響。

第三，城市破碎度。高破碎度的城市形態(tài)使得人們的日?；顒?dòng)分散性增強(qiáng)，連接各斑塊系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本增加，帶來更多的交通活動(dòng)以及由此產(chǎn)生的額外能源消費(fèi)等，促進(jìn)碳排放量的增加。[41][42]

第四，城市中心性。關(guān)于“單中心”“多中心”城市對碳排放的作用方向，學(xué)術(shù)界仍存在不同意見。一種觀點(diǎn)認(rèn)為“單中心”城市會(huì)增加碳排放，因?yàn)椤皢沃行摹背鞘泄δ芨泳奂?，?dǎo)致因生活需求引起的交通、供能需求增加，進(jìn)而對碳排放產(chǎn)生巨大影響，而“多中心”的城市形態(tài)可以分散城市功能，間接地給人們的生產(chǎn)生活提供便利，減少了因向中心過度聚集而產(chǎn)生的交通問題，同時(shí)還能緩解單中心模式所造成的熱島效應(yīng)，間接減少制冷所致的能源消耗，有效降低碳排放。但另一種觀點(diǎn)則支持“多中心”城市可能由于各中心之間聯(lián)系密切而使交通需求增加，進(jìn)而使碳排放水平增高。

第五，城市緊湊度。城市緊湊度對碳排放的影響也存在較大的爭議。一方面，城市緊湊性的提高縮短了出行距離和出行時(shí)間，特別是縮短了職住體系的距離，降低了交通障礙的可能性，進(jìn)而降低碳排放量；[43][44]另一方面，由于城市的高度聚集，城市通風(fēng)功能下降，強(qiáng)化了城市熱島效應(yīng)，導(dǎo)致高聚集區(qū)的氣溫比松散地區(qū)更高，這直接影響人們的生活方式，如提高了使用空調(diào)的頻率等，進(jìn)而增加了碳排放。[45]

三、樣本選取、研究方法與數(shù)據(jù)來源

(一)樣本選取

城市自然地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及所處城市化階段等因素的多樣性，造就了不同的城市形態(tài)類型。中國的城市形態(tài)在本國人文環(huán)境、政府管理、城市規(guī)劃思想引導(dǎo)下又有不同于西方城市的特征，[46]盡可能覆蓋更多城市有助于識(shí)別其碳排放影響效應(yīng)的一般性規(guī)律?；谶@一考慮，本研究擬將333個(gè)地級(jí)市納入樣本(2015年數(shù)據(jù))，但由于部分城市碳排放數(shù)據(jù)缺失，經(jīng)過核對篩選，最終納入了全國289個(gè)城市作為研究樣本。

鑒于人口密度與城市發(fā)展程度、城市未來增長潛力以及碳排放量之間存在高度相關(guān)關(guān)系[47]，且289個(gè)地級(jí)市在人口密度方面有較大差異(最大值為汕頭市2501.4人/平方公里，最小值為林芝地區(qū)1.67人/平方公里)，為提升后續(xù)分析的清晰度，本研究進(jìn)一步按照人口密度指標(biāo)將289個(gè)樣本城市分為稀疏區(qū)、中等區(qū)、集聚區(qū)三類，見表2。稀疏區(qū)城市多位于中西部地區(qū)，城鎮(zhèn)化進(jìn)程多處于起步階段，而中等區(qū)和集聚區(qū)城市則處于快速城鎮(zhèn)化或城鎮(zhèn)化接近完成階段。

表2 樣本城市及其分類

(二)研究方法

本文運(yùn)用2015年全國289個(gè)城市的橫截面數(shù)據(jù)，構(gòu)建多元回歸分析模型測度城市形態(tài)與碳排放的定量關(guān)系，分析以城市景觀指數(shù)表征的城市形態(tài)與碳排放之間的作用規(guī)律及其空間差異?；A(chǔ)模型形式為：

y=β0+β1x1+β2x2+β3x3+β4x4+β5x5+β6x6+β7x7+λ1k1+λ2k2+λ3k3+ε

(1)

其中，y為表示城市碳排放的因變量，用人均碳排放量來測度。x1-x7分別代表景觀總面積、斑塊面積變異系數(shù)、斑塊數(shù)量、斑塊密度、最大斑塊面積指數(shù)、斑塊結(jié)合度和聚合指數(shù)7個(gè)城市形態(tài)測度指標(biāo)，對應(yīng)城市規(guī)模、城市形狀復(fù)雜度、城市破碎度、城市中心性、城市緊湊度五個(gè)城市形態(tài)表征指標(biāo)。需要指出的是，除城市形態(tài)外各地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平是影響碳排放的重要因素。為此，本文基于環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)假說，引入城鎮(zhèn)化率(k1)、人均GDP(k2)以及人均GDP二次項(xiàng)(k3)作為模型的控制變量，以提高景觀格局指標(biāo)等變量的解釋強(qiáng)度。β0為常數(shù)項(xiàng)，ε代表除上述變量以外的殘余項(xiàng)或誤差項(xiàng)。

本文選用具體研究變量及含義見表3。

表3 研究變量的類型、名稱和含義

(三)數(shù)據(jù)來源

本研究所用碳排放數(shù)據(jù)來源于生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院蔡博峰研究團(tuán)隊(duì)編制的2015年中國城市碳排放數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是目前經(jīng)過同行評議、多輪交叉驗(yàn)證、包含城市最為全面的城市碳排放數(shù)據(jù)集。[48]景觀格局指數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于清華大學(xué)王燦和宋偉澤研究團(tuán)隊(duì)。[49]城鎮(zhèn)化率、人均GDP等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《2016年中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、各地級(jí)市《2015年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》和《2016年政府工作報(bào)告》等統(tǒng)計(jì)資料。所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在使用過程中，均進(jìn)行了歸一化、價(jià)格指數(shù)調(diào)整、交叉比對等處理，以保證不同源數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

四、城市形態(tài)的碳排放影響效應(yīng)實(shí)證分析

(一)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。2015年全國各地級(jí)市人均碳排放量差異較大，最小值僅0.05噸/人，最大值達(dá)157.01噸/人。景觀總面積、斑塊面積變異系數(shù)、斑塊數(shù)量、斑塊密度、最大斑塊面積指數(shù)、斑塊結(jié)合度、聚合指數(shù)等各解釋變量也存在明顯區(qū)別，特別是斑塊密度具有極大的標(biāo)準(zhǔn)差。城市斑塊個(gè)數(shù)最小值為1，最大值達(dá)1292。2015年昌都地區(qū)城鎮(zhèn)化率最小，為15%；深圳市城鎮(zhèn)化率高達(dá)100%。各地人均GDP等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最小與最大值間呈現(xiàn)20倍左右的差距。上述結(jié)果驗(yàn)證了中國城市具有不同的空間形態(tài)，城鎮(zhèn)化過程具有梯度差異且多數(shù)城市尚未完成城鎮(zhèn)化，城市形態(tài)處于演進(jìn)過程中。本文通過將稀疏區(qū)、中等區(qū)、集聚區(qū)三種類別的城市各變量分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)三類地區(qū)間的不同指標(biāo)值呈顯著差異。因此，對各地進(jìn)行分類回歸是一種較優(yōu)的選擇。

表4 變量的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

(二)多重共線性檢驗(yàn)

多重共線性是指在線性回歸模型中的解釋變量，由于存在高度相關(guān)關(guān)系而使模型失真的性質(zhì)。由于景觀變量在臨近范圍內(nèi)的變化往往表現(xiàn)出對空間位置的依賴關(guān)系，具有空間自相關(guān)性。因此，為避免出現(xiàn)“偽回歸”現(xiàn)象，在多元回歸之前，首先對模型進(jìn)行了多重共線性檢驗(yàn)。第一，通過各變量間的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)多個(gè)變量間相關(guān)系數(shù)絕對值大于0.6。第二，對模型進(jìn)行多元線性回歸之后，發(fā)現(xiàn)在研究變量中，有多個(gè)變量的方差膨脹因子大于10。據(jù)此推斷，基礎(chǔ)模型回歸效果欠佳，存在多重共線性問題，需要對模型進(jìn)行優(yōu)化。

(三)異方差檢驗(yàn)

異方差檢驗(yàn)是一般回歸模型中，保證回歸參數(shù)估計(jì)量具有良好統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的必要步驟。結(jié)果顯示，基礎(chǔ)模型中殘差的大小隨自變量的大小而無序變化，存在異方差問題。對數(shù)據(jù)做對數(shù)化處理，是異方差問題的有效解決辦法之一。本文通過對絕對數(shù)值(x1、x3、x4、k2)、標(biāo)準(zhǔn)差較大的相對數(shù)值(x2、x5)對數(shù)化處理之后得到模型(2)：

lny=α0+α1lnx1+α2lnx2+α3lnx3+α4lnx4

(2)

(四)城市形態(tài)碳排放影響效應(yīng)的嶺回歸分析結(jié)果

為解決多重共線性問題，選取嶺回歸方法，借助SPSS軟件對模型進(jìn)行處理。嶺回歸作為一種改善共線性較強(qiáng)數(shù)據(jù)的有偏估計(jì)回歸方法，其實(shí)質(zhì)是改良的最小二乘回歸方法，但對病態(tài)數(shù)據(jù)的擬合要強(qiáng)于最小二乘法。除此之外，嶺回歸方法具有操作上的靈活性，能夠?qū)⒍糠治龊投ㄐ苑治銮擅罱Y(jié)合，是解決多重共線性問題的有效方法。本研究中，按照嶺回歸流程進(jìn)行逐步操作，根據(jù)嶺軌圖，選取k=0.01，得到模型最終結(jié)果如表5所示。由表5可知，相較于基礎(chǔ)模型(1)，稀疏區(qū)、中間區(qū)和集聚區(qū)三種分類和全部城市回歸模型擬合優(yōu)度整體變高。各模型回歸方程中的F檢驗(yàn)均顯著，且呈顯著性的偏回歸系數(shù)都符合其經(jīng)濟(jì)學(xué)意義，說明模型擬合效果較好。

表5 城市形態(tài)的碳排放影響效應(yīng)嶺回歸模型結(jié)果(k=0.01)

從表5可以看出，多數(shù)城市形態(tài)指標(biāo)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)變量指標(biāo)對城市碳排放產(chǎn)生了顯著影響。

城市破碎度和城市緊湊度對人均碳排放呈顯著正向影響。以斑塊結(jié)合度表示的城市緊湊度指標(biāo)每提高一個(gè)單位，人均碳排放量將增加0.349個(gè)百分點(diǎn)。這一研究結(jié)果與相關(guān)學(xué)者關(guān)于長三角城市的結(jié)論一致，但也有較多研究認(rèn)為提高緊湊度有利于降低碳排放。根據(jù)本研究結(jié)果，本文認(rèn)為城市緊湊度提升帶來碳排放增長的原因可能是研究時(shí)限內(nèi)多數(shù)城市的城市形態(tài)主要滿足了幾何形狀方面的緊湊性，但在生產(chǎn)生活方面的功能緊湊性不足，比如職業(yè)—居住—商業(yè)—休閑活動(dòng)等的不平衡以及其他社會(huì)效率方面的損失，反而增加了交通等領(lǐng)域的碳排放。這一結(jié)果也提示未來在新型城鎮(zhèn)化過程中需要繼續(xù)提升城市功能的緊湊性與各類生產(chǎn)生活設(shè)施布局的平衡性。城市破碎度正向影響著城市碳排放水平，與其他多數(shù)研究的結(jié)論較為一致。斑塊數(shù)量和斑塊密度增加1百分點(diǎn)分別提升人均碳排放量0.115和0.190個(gè)百分點(diǎn)，這也預(yù)示著多數(shù)城市尚未形成氣候友好型的土地利用模式，且新開發(fā)土地(如新的開發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū))利用模式未有效減緩市碳?jí)毫?，這可能與城市斑塊之間連通性較差、城市空間結(jié)構(gòu)與交通體系耦合度不高有關(guān)。

城市形狀復(fù)雜度與城市中心性對人均碳排放呈現(xiàn)顯著負(fù)向影響。其中，城市中心性指標(biāo)對碳排放的負(fù)向影響程度較大，最大斑塊面積提升1個(gè)百分點(diǎn)，相應(yīng)降低了人均碳排放0.221個(gè)百分點(diǎn)。這一結(jié)果表明，就全國2015年的城市情形來看，在城市內(nèi)部將若干小斑塊聚集成一個(gè)大斑塊、增大城市斑塊的連片面積，會(huì)顯著減少城市碳排放。該研究結(jié)果與鼓勵(lì)“多中心”發(fā)展模式的研究不同，更傾向于“單中心”或單核的發(fā)展模式，原因可能為樣本城市覆蓋了全國絕大多數(shù)城市，大量城市尚處于城市化中期階段，通過進(jìn)一步地集聚更有利于提升碳排放效率。城市形狀復(fù)雜度以斑塊面積偏離平均值的形式表示，該指標(biāo)的碳排放影響效應(yīng)為負(fù)值，意味著城市各類功能區(qū)的非均勻分布并不必然增加碳排放，甚至?xí)a(chǎn)生抑制碳排放的效果。這一結(jié)果也與部分已有研究結(jié)果不一致，本研究結(jié)果支持在城市內(nèi)部對各類功能區(qū)采用靈活有彈性的規(guī)模布局，不追求形狀的規(guī)整性。

在所有表征指標(biāo)中，本研究未捕捉到城市規(guī)模指標(biāo)對城市碳排放的顯著影響。城市規(guī)模指標(biāo)是用景觀總面積表示的，這表明在控制其他因素后，就全國城市而言單純面積因素對碳排放的影響較弱，而更重要的因素是城市結(jié)構(gòu)與功能的組合。

從控制變量來看，城鎮(zhèn)化率、人均GDP對人均碳排放均呈顯著正向影響，人均GDP的二次項(xiàng)在全部樣本城市中呈負(fù)向關(guān)系，但統(tǒng)計(jì)結(jié)果并不顯著。這表明：(1)整體來看，當(dāng)前中國城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與碳排放之間具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，大部分城市的城鎮(zhèn)化建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展尚未與碳排放脫鉤，未來需要進(jìn)一步處理好發(fā)展與減排的關(guān)系；(2)城市碳排放的“倒U型”環(huán)境庫茲涅茨曲線特征尚不明顯，即碳排放量沒有隨著經(jīng)濟(jì)水平的上升而自動(dòng)降低，這種規(guī)律能否出現(xiàn)尚待觀察。

由于本研究覆蓋城市樣本較多、樣本性質(zhì)差異較大，進(jìn)一步按人口密度分類觀測不同類型城市形態(tài)的碳排放影響。人口密度作為一項(xiàng)常用的人口指標(biāo)，能夠大致反映不同城市城鎮(zhèn)化率、城市規(guī)模以及城市發(fā)展水平差異。結(jié)果如表5所示，稀疏區(qū)、中間區(qū)、集聚區(qū)三種類型城市形態(tài)的碳排放影響效應(yīng)在多個(gè)指標(biāo)上表現(xiàn)出了明顯的異質(zhì)性。城市規(guī)模指標(biāo)在全部樣本城市中的影響均不明顯。城市形狀復(fù)雜度在三類城市中的影響方向一致，只不過稀疏區(qū)城市的影響程度相對于另外兩類城市明顯偏低。城市破碎度均顯著正向影響碳排放，但對稀疏區(qū)而言其影響程度明顯更高。城市中心性指標(biāo)在集聚區(qū)城市表現(xiàn)出了區(qū)別于其他類型城市的影響效應(yīng)，該指標(biāo)每增加一個(gè)百分點(diǎn)，人均碳排放量增加0.230個(gè)百分點(diǎn)。這可能是因?yàn)榫图蹍^(qū)城市而言，最大斑塊的功能已經(jīng)飽和，繼續(xù)采用“單中心”模式擴(kuò)大最大斑塊比例，可能會(huì)因過度的虹吸效應(yīng)、交通擁堵等問題增加碳排放。因此，對于集聚區(qū)城市來說，“多中心”城市的發(fā)展模式更有利于促進(jìn)城市的降碳工作。城市緊湊度兩種表征指標(biāo)在稀疏區(qū)城市中均呈顯著正向影響，以聚合指數(shù)表示的城市緊湊度在中間區(qū)城市呈顯著正向影響關(guān)系。考慮到稀疏區(qū)、中間區(qū)城市主要是處于早期或者大規(guī)模、快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的城市，其緊湊度的增強(qiáng)提升了不同斑塊之間的連通性，可能增強(qiáng)了各項(xiàng)碳密集型活動(dòng)的頻率，進(jìn)而增加了碳排放壓力。城鎮(zhèn)化率指標(biāo)在中間區(qū)城市也呈現(xiàn)了類似的影響效應(yīng)，而除此之外的其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平變量在稀疏區(qū)和中間區(qū)城市均未呈現(xiàn)明顯的影響，這可能與該類城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源利用效率關(guān)聯(lián)度較低相關(guān)。

五、結(jié)論與政策建議

(一)主要結(jié)論

本文以2015年中國289個(gè)地級(jí)市為研究樣本，在詳細(xì)分析城市形態(tài)對碳排放的影響機(jī)制基礎(chǔ)上，引入景觀格局指數(shù)，運(yùn)用嶺回歸方法對城市規(guī)模、城市形狀復(fù)雜度、城市破碎度、城市中心性、城市緊湊度等五種城市形態(tài)表征指標(biāo)與碳排放之間的定量關(guān)系進(jìn)行了探討，同時(shí)進(jìn)一步分析了三類不同人口密度城市的城市形態(tài)所表現(xiàn)出的碳排放影響效應(yīng)異質(zhì)性。研究發(fā)現(xiàn)，城市形態(tài)不同維度指標(biāo)對中國城市碳排放產(chǎn)生了顯著影響，且對不同人口密度類型城市的影響具有異質(zhì)性。具體包括：(1)城市形狀復(fù)雜度對全部樣本城市的人均碳排放呈不同程度的負(fù)向影響，這意味著城市各類功能區(qū)的非均勻分布并不必然增加碳排放；(2)城市破碎度的增加顯著提升碳排放水平，且在人口稀疏區(qū)影響程度更高，說明城市功能區(qū)之間的連通性有待加強(qiáng)；(3)城市中心性對碳排放的負(fù)向影響程度較大，但在人口集聚區(qū)城市卻表現(xiàn)出正向關(guān)系，這說明研究期內(nèi)多數(shù)城市“單中心”或單核的發(fā)展模式更有利于碳減排，但隨著城市人口密度提高進(jìn)入城鎮(zhèn)化完成階段則更鼓勵(lì)“多中心”或多核的發(fā)展模式；(4)城市緊湊度整體提升了碳排放水平，特別是對人口密度處于稀疏區(qū)、中間區(qū)的城市有著顯著正向影響，這意味著多數(shù)城市主要滿足了幾何形狀方面的緊湊性但城市功能方面的緊湊性不足；(5)未觀察到城市規(guī)模對碳排放的顯著影響，說明單純城市規(guī)模的擴(kuò)大對城市碳排放而言不具有主導(dǎo)作用；(6)城市化率、人均GDP等社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)對城市人均碳排放有重要影響，總體上增加了碳排放，全部樣本城市在研究時(shí)限內(nèi)尚未表現(xiàn)出碳排放方面的“倒U型”環(huán)境庫茲涅茨曲線效應(yīng)，這進(jìn)一步證實(shí)中國城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放尚未脫鉤，需要處理好發(fā)展與減排的關(guān)系。

(二)面向碳中和愿景的城市形態(tài)調(diào)控建議

在碳中和愿景下，城市的碳排放控制“主陣地”作用將進(jìn)一步凸顯。城市空間形態(tài)布局因與城市的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、交通結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、居民生活方式等緊密相關(guān)，其一旦成型和穩(wěn)定，將會(huì)對城市未來的碳排放產(chǎn)生鎖定效應(yīng)，影響碳中和愿景的實(shí)現(xiàn)效率和實(shí)現(xiàn)成本。根據(jù)本文研究結(jié)論，面向碳中和愿景的中國未來城市形態(tài)調(diào)控路徑建議，主要包括以下四大方面。

第一，將碳排放控制指標(biāo)納入城市空間規(guī)劃體系。城市空間規(guī)劃是城市形態(tài)形成的前提和基礎(chǔ)，未來的城市空間規(guī)劃必須將碳排放控制指標(biāo)納入決策體系和可行性研究報(bào)告中，定期評價(jià)其碳排放影響。注重在大型城市基礎(chǔ)設(shè)施新建項(xiàng)目、舊城改造等城市更新項(xiàng)目以及新開發(fā)區(qū)和工業(yè)園區(qū)建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃中進(jìn)行碳排放評價(jià)。

第二，結(jié)合城市功能優(yōu)化調(diào)整城市布局緊湊度。根據(jù)城市發(fā)展階段，結(jié)合城市功能與資源配置狀況，通過建設(shè)適宜的城市住宅密度、TOD交通系統(tǒng)模式、較優(yōu)的土地利用混合度、合適的職住平衡體系等，優(yōu)化城市布局緊湊度，并強(qiáng)化各城市功能板塊之間的地理連通性、功能銜接性和開發(fā)耦合度。

第三，擇機(jī)實(shí)現(xiàn)城市由“單中心”向“多中心”發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變。根據(jù)人口密度和城鎮(zhèn)化進(jìn)程選擇城市發(fā)展模式，在城市化的早中期階段可保持“單中心”發(fā)展模式，但應(yīng)適時(shí)向“多中心”模式轉(zhuǎn)變。待城鎮(zhèn)化處于高水平階段時(shí)應(yīng)形成適合城市整體布局的“多中心”發(fā)展模式，并優(yōu)化城市中心內(nèi)部的功能組合以及暢通城市不同中心之間的聯(lián)絡(luò)交流。

第四，推進(jìn)數(shù)字化和智能化技術(shù)與城市形態(tài)的深度融合。充分利用新型城鎮(zhèn)化背景下數(shù)字化、智能化技術(shù)快速發(fā)展的機(jī)遇，通過耦合集成業(yè)態(tài)分布、城市熱島、碳源碳匯、職業(yè)分布、居住習(xí)慣、消費(fèi)方式等城市多源大數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)采集、識(shí)別、決策和預(yù)測城市微小功能板塊的集聚與分散趨勢，最大程度地優(yōu)化和管控城市破碎度帶來的碳排放影響。

本文的研究結(jié)論是初步的，且主要分析了全國289個(gè)地級(jí)市2015年的城市形態(tài)與碳排放之間的影響效應(yīng)，研究時(shí)間和范圍有限。隨著中國新型城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，二者之間的作用方向以及影響程度在時(shí)空維度是否會(huì)發(fā)生變化，是下一步亟需關(guān)注的重點(diǎn)問題。