基于CiteSpace的城市碳排放研究進展與研究體系建構(gòu)

宋麗美, 徐峰, 2

基于CiteSpace的城市碳排放研究進展與研究體系建構(gòu)

宋麗美1, 徐峰1, 2

1. 湖南大學建筑學院, 湖南, 長沙 410082 2. 丘陵地區(qū)人居環(huán)境湖南省重點實驗室, 湖南, 長沙 410082

采用知識圖譜方法對1991-2019年國內(nèi)碳排放研究進行梳理, 得到我國城市碳排放研究科學知識圖譜。梳理國內(nèi)“城市碳排放”研究熱點與演進規(guī)律, 構(gòu)建城市碳排放研究框架體系。研究發(fā)現(xiàn): (1)近20年國內(nèi)城市碳排放研究內(nèi)容主要集中在“低碳經(jīng)濟”、“城市規(guī)劃”、“土地管理”、“溫室氣體排放”等方面, 以實證研究為主, 缺乏系統(tǒng)的理論體系研究, 跨學科的研究也較少; (2)研究精度和深度不夠: 各行業(yè)部門碳排放研究主要是診斷性地對碳源及影響因素的梳理, 缺乏具體因素作用過程和機制的探討; (3)基于空間數(shù)據(jù)的碳排放研究缺乏, 數(shù)據(jù)收集與共享是當下碳排放研究中急需解決的基礎(chǔ)工作; (4)未來研究需要識別不同特征及不同發(fā)展階段城市的低碳發(fā)展之路, 有針對性地提出低碳城市規(guī)劃發(fā)展模式及路徑, 為制定科學合理的碳排放研究體系提供理論依據(jù), 為更加積極有效地低碳城市建設(shè)提供決策參考。

碳排放; 科學知識圖譜; CiteSpace

0 前言

碳排放研究在全球積極應對氣候問題的大趨勢下成為重點, 從國家, 區(qū)域, 城市到農(nóng)村都開始探索低碳發(fā)展模式。系統(tǒng)的碳排放研究梳理有助于引導決策者從不同環(huán)節(jié)管理CO2排放量, 最終減少溫室氣體排放。國內(nèi)學者從不同行業(yè)對于碳排放研究現(xiàn)狀進行了總結(jié), 如孫晉坤0對旅游交通碳排放, 張丹0對農(nóng)作物碳足跡核算研究述評; 范鳳巖等0對能源碳排放影響因素研究進行了梳理; 張曉梅0對省際區(qū)域碳排放核算進行了回顧和述評; 王悅0運用文獻計量歸納了城市家庭消費碳排放研究進展。近年來城市規(guī)劃視角下碳排放研究綜述也逐漸增多, 以顧朝林為代表的學者較早關(guān)注氣候變化下城市規(guī)劃的適應性及研究進展0。也有學者從具體規(guī)劃出發(fā), 如楊磊等0梳理了城市空間形態(tài)與碳排放關(guān)系研究的基本思路, 發(fā)現(xiàn)定量研究是主流方向; 肖華斌0從城市空間結(jié)構(gòu)組織與形態(tài)、土地資源開發(fā)與利用、交通系統(tǒng)規(guī)劃與管理和城鄉(xiāng)綠地評估幾個方面闡述了國內(nèi)外低碳導向的空間規(guī)劃理論和技術(shù)研究現(xiàn)狀; 魏書威等0從城市住區(qū)碳排放體系建構(gòu)、方案評價實踐等方面系統(tǒng)梳理了城市住區(qū)方案碳評的研究進度; 侯路瑤等0梳理了1990—2016年國外氣候變化與城市規(guī)劃的研究熱點和發(fā)展趨勢, 發(fā)現(xiàn)整合氣候要素、人類社會、空間系統(tǒng)三者互動協(xié)作發(fā)展的適應性規(guī)劃體系是今后適應性發(fā)展的核心。

可以發(fā)現(xiàn), 已有的綜述在研究內(nèi)容上多是獨立性地對某個領(lǐng)域進行研究, 且以傳統(tǒng)的主觀文獻閱讀整理為主, 缺少結(jié)合文獻計量學對城市碳排放整體研究現(xiàn)狀的總結(jié)和體系化的研究。采用文獻計量學方法對各類研究主題文獻的特征進行分析, 可以反映出學科領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢0。且系統(tǒng)地對城市碳排放研究框架進行梳理可以讓已有研究脈絡(luò)和研究空缺更加清晰, 對未來的研究方向和趨勢把握具有一定參考價值。本文基于文獻計量學, 利用CiteSpace在碳排放研究科學知識圖譜的基礎(chǔ)上, 梳理1991—2019年這一時間段國內(nèi)外碳排放研究熱點與熱點演變規(guī)律, 旨在分析國內(nèi)碳排放研究中存在的不足與空缺, 提出城市碳排放研究框架體系, 為進一步開展相關(guān)研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

當前有關(guān)文獻計量的軟件有十余種之多, 各個軟件都具有各自的優(yōu)勢, 而Cite Space軟件以其強大的文獻共被引分析而知名, 當前Cite Space軟件已經(jīng)被廣泛應用于計算機科學、信息科學、醫(yī)學等60多個領(lǐng)域0。鑒于1990年IPCC(氣候變化政府間工作小組)第一次提出各國應承擔氣候變化的責任這一舉措對各國氣候研究問題的影響, 本文以中國知網(wǎng)(CNKI)收錄的學術(shù)期刊和Web of science為核心數(shù)據(jù)庫, 以“碳排放”和“城市”為主題詞以及摘要關(guān)鍵詞對學術(shù)期刊和學術(shù)論文兩類文獻進行檢索, 通過citespace軟件去重后, 收集了1991年至2019年(數(shù)據(jù)獲取截止日為2019年10月31日)“城市碳排放”相關(guān)文獻共2204篇。

1.2 研究方法

科學知識圖譜是顯示科學知識發(fā)展進展與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖, 可以反映某學科的發(fā)展歷程、研究熱點和趨勢。本文使用CiteSpace5.5.R2 SE(64-bit)作為分析工具, 對CNKI數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換, 去重建立分析數(shù)據(jù)庫生成科學知識圖譜。

2 城市碳排放研究總體趨勢分析

2.1 碳排放研究關(guān)鍵詞分析

通過CiteSpace軟件的“關(guān)鍵詞共現(xiàn)”對1991—2019年所有文獻中關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次進行聚類分析, 可以發(fā)現(xiàn)碳排放研究中出現(xiàn)最多的關(guān)鍵詞為“碳排放”、“低碳經(jīng)濟”、“城市規(guī)劃”、“土地管理”、“溫室氣體排放”等如下圖1?；剂系氖褂煤屯恋乩玫淖兓且?CO2增加的主要原因, 而經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和土地利用方式直接影響著能源使用及其碳排放強度, 所以近20年國內(nèi)城市碳排放研究的熱點與趨勢也主要集中在低碳經(jīng)濟發(fā)展, 土地利用管理, 低碳城市規(guī)劃三個方面。

對“低碳城市”關(guān)鍵詞再次分析后得到下圖2關(guān)鍵詞聚類圖譜, 研究熱點具體集中在“低碳生態(tài)城市”、“指標體系”、“控制性詳細規(guī)劃”、“模型”等方面?？梢园l(fā)現(xiàn)低碳經(jīng)濟概念提出后, 眾多城市研究學者開始從嚴謹?shù)亩炕芯拷嵌群兔鞔_的規(guī)劃方法上引導城市低碳發(fā)展。

圖1 國內(nèi)城市“碳排放”研究關(guān)鍵詞聚類圖譜

Figure 1 Clustering atlas of keyword research on "carbon emissions" in domestic cities

圖2 國內(nèi)“低碳城市”研究關(guān)鍵詞聚類圖譜

Figure 2 Keyword clustering map of domestic "low-carbon city" research

2.2 城市碳排放研究脈絡(luò)分析

通過城市碳排放研究突現(xiàn)詞圖譜選取前13個突現(xiàn)詞, 如下圖3?？梢园l(fā)現(xiàn), 2009年是“碳排放”研究突現(xiàn)時間段, 與圖4知網(wǎng)文獻數(shù)量變化趨勢一致。發(fā)現(xiàn)2010年開始出現(xiàn)城市規(guī)劃對“碳排放”思考的熱潮, 從2014年開始, 碳排放研究的關(guān)鍵詞開始增多, 逐漸出現(xiàn)了“生態(tài)城市”、“城鎮(zhèn)化”和“碳減排”這樣的關(guān)鍵詞, 可以看出大家對低碳發(fā)展模式的認識逐漸加強。

2.3 城市碳排放研究的主要機構(gòu)與作者

我國從事城市碳排放研究的人員散布在全國各地的科研機構(gòu)及院校中, CiteSpace分析結(jié)果如下圖5, 城市碳排放研究的主要機構(gòu)是高校和研究院, 其中中國社會科學院城市發(fā)展與環(huán)境研究所發(fā)文數(shù)量最多為30篇, 發(fā)文數(shù)量情況如下表1。

2.4 城市碳排放研究的期刊分布特征

將發(fā)文數(shù)量超過20篇以上的期刊定為城市碳排放關(guān)注的重要期刊, 統(tǒng)計發(fā)現(xiàn), 《城市發(fā)展研究》、《城市規(guī)劃》、《中國人口·資源與環(huán)境》等8本期刊是為低碳城市研究的主要期刊。近年來發(fā)文數(shù)量、主要發(fā)文作者、共被引次數(shù)情況(統(tǒng)計截止時間為2019年11月15日)如下表2。

圖3 國內(nèi)城市“碳排放”研究突現(xiàn)詞圖譜

Figure 3 A map of the emergent words of "carbon emission" research in domestic cities

圖4 2001 年至 2018 年城市碳排放文獻增長變化趨勢

Figure 4 Urban carbon emissions literature growth trends from 2001 to 2018

圖5 國內(nèi)城市碳排放研究的主要機構(gòu)圖譜

Figure 5 Atlas of major institutions for domestic urban carbon emission research

表1 國內(nèi)城市碳排放研究的主要發(fā)文機構(gòu)

統(tǒng)計截止日期: 2019年11月15日

表2 城市碳排放研究主要期刊

3 城市碳排放研究內(nèi)容分析

通過CiteSpace文獻關(guān)鍵詞聚類分析發(fā)現(xiàn), 國內(nèi)學者對于城市碳排放的研究主要集中在: 碳排放核算、碳排放影響因素分析、碳排放與用地關(guān)系研究、低碳城市發(fā)展模式與路徑研究等4個方面。

3.1 城市碳排放核算研究

IPCC(政府間氣候變化專門委員會)于2006 年出版的碳排放清單是被廣泛普遍認可的[16]。顧朝林[17]梳理了中國城市溫室氣體排放清單編制和方法綜述, 叢建輝等[18]歸納了9種城市碳排放邊界界定方法, 都為后來研究提供了重要參考。我國發(fā)布的“企業(yè)溫室氣體排放核算和報告”系列國家標準, 建筑碳排放計算標準(GBT 51366-2019)是我國溫室氣體核算標準的良好開端, 但還尚未成熟。

國外學者0提出城市碳排放清單包括食物, 水, 建筑材料, 化石燃料和電力, 以及垃圾填埋, 焚燒, 回收和廢水等; 核算范圍多是城市尺度0, 也有“社區(qū)”尺度的研究0, 但小尺度研究都集中在發(fā)達國家的城市地區(qū), 因為數(shù)據(jù)更容易獲得。國內(nèi)學者張梅0從能源消費、工業(yè)生產(chǎn)過程和廢棄物排放方面對城市碳排放進行了估算和分析; 葉瑞克等0分別就城市建筑群碳排放核算、道路交通碳排放核算構(gòu)建模型。

總體來看, 城市尺度的碳排放清單涵蓋的排放活動類型非常全面, 但研究分類不夠細致。對于不同層級碳排放的核算仍然沒有統(tǒng)一的清單, 這種不確定性很大程度上由于數(shù)據(jù)缺乏。如何根據(jù)區(qū)域特征有針對性地提出科學全面的碳排放核算清單仍然是當下學術(shù)研究和政策制定中的重要挑戰(zhàn)。

3.2 城市碳排放影響因素研究

3.2.1 整體因素分解研究

(1)研究內(nèi)容

從溫室氣體被關(guān)注以來就有國內(nèi)外學者關(guān)注碳排放因素分解。城市碳排放的影響因素研究一方面是從宏觀角度研究城市或區(qū)域的碳排放特征與影響因素0。采用不同的分析方法結(jié)果可能不同, 但大多結(jié)論都表明人口規(guī)模、能源強度、人均收入水平以及經(jīng)濟結(jié)構(gòu)是影響二氧化碳排放的重要因素0。另一方面是從具體行業(yè)視角研究不同領(lǐng)域碳排放影響因素, 如交通運輸業(yè)碳排放0, 工業(yè)碳排放0, 家庭生活能源消費碳排放0, 城市能源碳排放0, 城市住宅碳排放0。通過文獻梳理發(fā)現(xiàn), 不管是城市整體能源消耗的碳排放還是具體行業(yè)領(lǐng)域碳排放的影響因素都可以歸納為人口、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、能源強度4個方面。大部分研究表明, 能源強度和經(jīng)濟規(guī)模的變動是影響我國CO2排放的主要因素, 而經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和能源消費結(jié)構(gòu)的影響在不同時期貢獻程度會不相同0。

(2)研究方法

當前對于碳排放影響因素的研究方法主要有以下四種: ①EPAT方程因素分解; ②對數(shù)均值迪氏指數(shù)因素分解法(LMDI); ③kaya恒等式; ④STIRPAT模型?？傮w來看對于城市總量數(shù)據(jù)進行宏觀因素分解的研究較多, 缺少對于具體行業(yè)內(nèi)部微觀的深入研究。可以將城市系統(tǒng)中影響因素具體指標概括為下圖6, 研究基本是從城市形態(tài)特征、功能特征、地理特征、社會經(jīng)濟特征幾個方面展開。

單因素分析是就一個具體因素分析其與碳排放之間的關(guān)系, 如人口規(guī)模, 結(jié)構(gòu), 密度和增長率與碳排放的關(guān)系。國外學者表明隨著小型家庭顯著增加, 人口結(jié)構(gòu)的變化增加了溫室氣體的排放0。楊文芳0研究我國人口對碳排放的影響, 表明人口增長對東部碳排放有顯著正的影響, 而對西部省份影響不明顯; 如經(jīng)濟水平與碳排放的關(guān)系, 大多數(shù)研究證明經(jīng)濟條件與能源使用和碳排放呈正相關(guān)0。

對碳排放因素的研究后來逐漸擴展到對城市化與環(huán)境污染之間的因果關(guān)系驗證。眾多研究表明城市化對CO2排放有促進作用0, 但Sharma S.S0則指出了相反的研究結(jié)果。對于城市化與碳排放關(guān)系研究以發(fā)展中國家居多, 如Ning Zhang0利用1961-2011年期間141個國家的面板數(shù)據(jù), 驗證了城市化與碳排放之間存在倒U型關(guān)系, 轉(zhuǎn)折點約為73.80%; 也有人指出城市化相關(guān)的CO2排放依賴于能源消費組合等因素0, 能源使用是模擬城市化與CO2排放關(guān)系的關(guān)鍵變量。

眾多研究表明, 目前我國城市化對碳排放是促進作用, 正處于環(huán)境庫茲涅茨曲線的上升階段, 不同城鎮(zhèn)化模式下各因素對碳排放的影響存在明顯差異。

3.3 用地規(guī)劃視角下的城市碳排放研究

(1)城市用地與碳排放的關(guān)系研究

國內(nèi)外大量關(guān)注土地利用變化對氣候變化的研究0表明退耕還林或還草能顯著增強生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力; 趙榮欽等0針對土地利用變化與碳排放關(guān)系做了大量研究, 總結(jié)了土地利用類型與碳排放源對應關(guān)系如下表3。

圖6 城市能源消費的影響因素模型

Figure 6 Influencing factors model of urban energy consumption

表3 土地利用類型與碳排放源對應關(guān)系

城市擴張過程的用地面積增長和空間特征變化均會影響城市碳排放。國外學者采用DEA分析0、Malmquist指數(shù)模型0方法對土地利用的碳排放效率研究表明土地利用結(jié)構(gòu)(特別是建設(shè)用地的冗余)是造成碳排放效率差異的主要原因。國內(nèi)學者舒心等0研究了長三角城市群碳排放與城市用地增長的脫鉤狀態(tài), 表明至2015年近70%的城市已達到了脫鉤; 朱志遠0研究了城市建設(shè)用地集約利用程度與碳排放效率的關(guān)系, 表明城市建設(shè)用地集約程度與碳排放綜合效率并不保持普遍一致。雖然學者們對城市化與碳的因果關(guān)系進行了大量研究, 但對土地利用導致碳排放的動態(tài)過程仍沒有深刻理解, 對有哪些低碳干預措施, 在哪個環(huán)節(jié)干預或者干預效果如何都沒有研究的很透徹。

(2)土地利用碳排放的驅(qū)動機制及因素分解

城市土地利用碳排放的影響因素分解有助于理清主要的碳排放源, 為低碳城市規(guī)劃找到切入口; 李健0發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟水平與建設(shè)用地規(guī)模是碳排放量增長的正效應因素, 碳排放強度與土地利用效率是負效應因素; 張俊峰等0研究發(fā)現(xiàn), 經(jīng)濟水平, 人口因素對城市土地利用碳排放具有較強的正效應, 土地利用結(jié)構(gòu)、土地利用效率、能源效率和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化一定程度上抑制碳排放。

可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)研究是針對中觀城市區(qū)域進行土地利用碳排放測算和因素分解, 對碳排放趨勢和主要影響因素有了初步認識, 并提出優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)、提升土地利用和能源效率等策略減少碳排放的途徑。但這類文章多基于宏觀視角分析, 出現(xiàn)在經(jīng)濟管理、土地資源規(guī)劃與管理專業(yè)領(lǐng)域, 對于怎么構(gòu)建和如何干預某一因素的作用機制沒有深入研究。

(3)城市形態(tài)與碳排放優(yōu)化研究

Ewing第一次系統(tǒng)性地研究了城市空間形態(tài)與碳排放關(guān)系, 認為城市空間形態(tài)通過電力傳輸過程的損耗、對住房市場的影響、形成城市熱島效應這三個途徑來影響居民碳排放0; 國內(nèi)學者如潘海嘯0從區(qū)域規(guī)劃、城市總體規(guī)劃和詳細規(guī)劃三個層次提出低碳城市空間規(guī)劃策略, 并在城市交通與土地使用、密度控制和功能混合方面提出改進規(guī)劃編制的建議; 秦波0表明建筑密度、土地利用形態(tài)、就業(yè)可達性和公交可達性均對居民的直接碳排放產(chǎn)生顯著影響; 還有很多學者模擬不同城市規(guī)劃方案碳排放動態(tài)情景提出低碳空間規(guī)劃策略0?？傮w來看, 空間形態(tài)與碳排放關(guān)系與規(guī)劃策略可概括為下圖7。大多數(shù)研究主要側(cè)重于空間形態(tài)、土地利用控制和空間布局方案的優(yōu)化策略, 缺少基于空間數(shù)據(jù)分析的定量研究和微觀機理的解釋。應該加強分析不同土地利用屬性、集約度與人類資源投入等微觀層面土地利用碳排放效應的具體分析, 提高研究精度。

3.4 城市低碳建設(shè)模式與路徑研究

大多數(shù)學者認為低碳模式是一種以低能耗、低污染、低排放和高效能、高效率、高效益的新的經(jīng)濟發(fā)展模式。諸大建0從建筑、生產(chǎn)和交通三方面制定了基于城市生活低碳化、物質(zhì)生產(chǎn)循環(huán)化及城市空間緊湊化的低碳發(fā)展策略; 中國科學院0也指出低碳城市就是以城市空間為載體來發(fā)展低碳經(jīng)濟, 實施綠色交通和建筑來轉(zhuǎn)變居民消費觀念, 創(chuàng)新低碳技術(shù), 從而達到城市低碳發(fā)展; 董琦0從城市空間規(guī)劃、交通規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃三方面闡述了建設(shè)低碳城市對城市規(guī)劃政策的引導要求; 宋德勇0總結(jié)了較為成熟的6種低碳發(fā)展模式, 并指出不同的城市應該根據(jù)自身特征選擇適宜的發(fā)展模式; 莊貴陽0從產(chǎn)業(yè)低碳化、能源供應低碳化, 空間布局及基礎(chǔ)設(shè)施的低碳化、低碳生態(tài)系統(tǒng)和增強碳匯、低碳社會消費模式闡述了城市低碳發(fā)展路徑; 顧大治0從交通體系重構(gòu)和土地利用規(guī)劃入手, 探討綠色城市空間規(guī)劃方法實現(xiàn)低碳城市發(fā)展目標; 李超骕等0則認為低碳城市建設(shè)是涉及政府、企業(yè)以及居民三方面的多目標問題?？傮w看低碳城市建設(shè)路徑可概括為: 以低碳經(jīng)濟為基礎(chǔ), 城市空間為載體, 通過規(guī)劃引領(lǐng), 低碳建設(shè), 有效管理與公眾參與最終實現(xiàn)城市“三生”系統(tǒng)的低碳目標, 如下圖8。從研究現(xiàn)狀來看, 我們國家低碳城市建設(shè)模式處于起步探索階段, 但是隨著多個低碳試點確定, 國內(nèi)對低碳城市發(fā)展規(guī)劃的研究不斷增多。一方面需要增強理論體系研究, 提高研究精度, 研究城市化過程中經(jīng)濟、社會、生態(tài)系統(tǒng)如何影響能源和土地使用并影響碳排放。

圖7 城市空間形態(tài)與碳排放作用機制及規(guī)劃策略

Figure 7 Urban spatial form and carbon emissions action mechanism and planning strategy

另一方面, 為了提高社會關(guān)注, 必須讓政府企業(yè)等利益相關(guān)者或更多的社會參與者共同參與碳排放系統(tǒng)研究, 共同探索減緩碳排放的路徑, 向低碳城市化道路轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)論與展望

4.1 碳排放理論研究體系

總體來看, 國內(nèi)外對于低碳城市的關(guān)注度越來越高, 基于以上分析可以將城市碳排放研究按照研究內(nèi)容分為3級, 如下圖9, 使得碳排放研究層級更加清晰。旨在為今后研究者提供參考, 從研究不足和空缺不斷完善碳排放理論研究體系。

4.2 碳排放框架體系

通過主要的期刊的碳排放研究文獻梳理發(fā)現(xiàn), 城市碳排放研究涉及了國家-省域-城市-社區(qū)的不同尺度, 交通運輸業(yè)、旅游業(yè)、建筑業(yè)、工業(yè)、制造業(yè)、物流業(yè)、家庭生活等不同部門, 碳排放核算、區(qū)域分異、影響因素分析等不同研究內(nèi)容, 研究體系如下圖10,而規(guī)劃視角的碳排放研究體系可概括為圖11, 后期的“低碳城市規(guī)劃研究”內(nèi)容與范基平低碳城市研究綜述0中“發(fā)展模式, 支撐體系, 實現(xiàn)途徑, 評估體系”等低碳城市發(fā)展理論相關(guān)研究內(nèi)容一致。

圖8 低碳城市建設(shè)路徑

Figure 8 The path of low-carbon city construction

圖9 碳排放研究層級(由內(nèi)到外研究范圍逐漸縮小)

Figure 9 Carbon emission research level (gradual narrowing of research scope from inside to outside)

圖10 城市碳排放研究體系

Figure 10 Urban carbon emission research system

4.3 研究不足

通過梳理可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)城市碳排放的研究豐富, 但也存在不足之處, 主要表現(xiàn)在以下方面:

(1)研究方法

首先, 當前核算方法主要是基于能源消費的碳排放量, 但是二氧化碳的排放不僅與終端能源有關(guān), 它涉及到工業(yè)生產(chǎn)過程、廢棄物處理等非能源消費環(huán)節(jié)。因此基于全過程、全領(lǐng)域的碳排放核算方法是目前碳排放核算方法中迫切需要解決的難題。其次, 不同領(lǐng)域中能源來源可能不同, 是否采用不同的能源碳排放系數(shù), 碳排放系數(shù)的選擇直接影響了碳排放核算結(jié)果的準確性, 所以不同行業(yè)碳排放核算差別與碳排放系數(shù)的確定需要更加精確。

(2)研究內(nèi)容

首先, 以實證研究為主, 缺少體系化的理論研究。對于城市碳排放的動態(tài)過程仍然沒有深刻系統(tǒng)的研究, 低碳干預措施在哪個環(huán)節(jié)干預或者干預效果如何都沒有研究的很透徹; 已有研究多是診斷性的, 指出有哪些碳排放源, 排放了多少碳, 缺乏具體環(huán)節(jié)碳排放作用機理的定量化研究。尤其是規(guī)劃視角下的研究需要量化空間利用與碳排放的“機制”和“規(guī)劃干預”等中后期研究。

其次, 跨學科和綜合的研究仍然較少, 少有學者將其他學科研究成果結(jié)合來對城市化過程中區(qū)域不同層次和系統(tǒng)的碳排放進行更深入的理解。

(3)研究手段

研究方法大多依賴傳統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù), 以空間數(shù)據(jù)為載體的規(guī)劃碳排放研究缺乏。地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星圖像和大數(shù)據(jù)計算能力和儲存極大地擴大了我們研究不同地區(qū)碳排放的能力, 應該得到充分利用, 而這一塊是當前我國碳排放研究的空缺。

4.4 研究展望

低碳建設(shè)是一項復雜的系統(tǒng)工程, 對于碳排放清單的梳理是碳排放評價和碳減排研究的基礎(chǔ)。未來碳排放研究一方面需要梳理碳排放清單找出不同行業(yè)碳排放源, 研究不同碳排放源的排放機制, 影響因素, 再針對性地提出碳減排策略; 另一方面對不同系統(tǒng)碳排放研究精度有待加強, 需要基礎(chǔ)研究和應用研究的結(jié)合以對碳排放問題有更綜合系統(tǒng)的理解; 同時針對我國實際, 更多的研究需要識別不同特征及不同發(fā)展階段城市的低碳發(fā)展之路, 有針對性地提出低碳城市規(guī)劃模式及路徑。

圖11 城市規(guī)劃視角下的碳排放研究框架體系

Figure 11 Carbon emissions research system from the perspective of urban planning

值得探索的研究方向包括: 1)城市建設(shè)低碳發(fā)展模式, 城市化碳效應與國外進行對比分析; 2)定量化研究城市建設(shè)發(fā)展中碳系統(tǒng)變化, 研究各子系統(tǒng), 如改變經(jīng)濟和政策對碳排放和碳庫的影響; 3)加強微觀層面碳庫碳匯系統(tǒng)的研究, 對土地資源可持續(xù)管理以應對城市發(fā)展碳增加的部分; 4)基于城市空間數(shù)據(jù)深入研究各種“碳排放”驅(qū)動因素作用機制, 從土地利用、能源、建筑等微觀層面提出低碳技術(shù); 5)探索定量研究來控制能源使用和碳排放預測, 約束碳增量, 使得碳排放增量在城市系統(tǒng)的“碳”承載范圍內(nèi)。

[1] 孫晉坤, 章錦河, 湯國榮，等. 旅游交通碳排放研究進展與啟示[J]. 中國人口資源與環(huán)境, 2016, (5): 73–82.

[2] 張丹, 張衛(wèi)峰. 低碳農(nóng)業(yè)與農(nóng)作物碳足跡核算研究述評[J]. 資源科學, 2016, 38(07): 1395–1405.

[3] 范鳳巖, 雷涯鄰. 能源碳排放影響因素研究綜述[J]. 生態(tài)經(jīng)濟, 2015, 31(03): 36–43.

[4] 張曉梅, 莊貴陽. 中國省區(qū)域碳減排差異問題的研究進展[J]. 中國人口·資源與環(huán)境, 2015, 25(02): 135–143.

[5] 王悅, 李鋒, 孫曉. 城市家庭消費碳排放研究進展[J]. 資源科學, 2019, 41(07): 1201–1212.

[6] 張艷, 秦耀辰. 家庭直接能耗的碳排放影響因素研究進展[J]. 經(jīng)濟地理, 2011, 31(02): 284–288+293.

[7] 顧朝林, 張曉明. 基于氣候變化的城市規(guī)劃研究進展[J]. 城市問題, 2010, (10): 2–11.

[8] 范基平. 低碳城市研究綜述[J]. 中國人口·資源與環(huán)境, 2011, 21(s1): 478–481.

[9] 李云燕, 趙國龍. 中國低碳城市建設(shè)研究綜述[J]. 生態(tài)經(jīng)濟(中文版), 2015, (2): 36–43

[10] 楊磊, 李貴才, 林姚宇, 等. 城市空間形態(tài)與碳排放關(guān)系研究進展與展望[J]. 城市發(fā)展研究, 2011, 18(2): 12–17.

[11] 肖華斌, 盛碩, 劉嘉. 低碳生態(tài)城市空間規(guī)劃徑研究綜述與展望[J]. 城市發(fā)展研究, 2015, 22(12): 14–18.

[12] 魏書威, 魏書精, 文正敏, 等. 城市住區(qū)規(guī)劃設(shè)計方案碳效應評價的研究進展[J]. 城市規(guī)劃, 2014, 38(03): 92–98.

[13] 侯路瑤, 姜允芳, 石鐵矛, 等. 基于氣候變化的城市規(guī)劃研究進展與展望[J]. 城市規(guī)劃, 2019, 43(03): 121– 132.

[14] 蔡卓平, 駱育敏, 吳皓, 等. 我國種質(zhì)資源超低溫保存現(xiàn)狀的文獻計量學研究[J]. 生態(tài)科學, 2016, 35(02): 150–155.

[15] 李杰. Cite Space中文版指南[EB/OL]. (2016-03-16) [2020-04-15]. http://cluster.ischool. drexel.edu/ ～cchen/citespace/manual/ CiteSpaceChinese.pdf.

[16]PAUSTIAN K , RAVINDRANATH N H , AMATEL A V . 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories[M]. International Panel on Climate Change, 2006.

[17] 顧朝林, 袁曉輝. 中國城市溫室氣體排放清單編制和方法綜述[J]. 城市環(huán)境與城市生態(tài), 2011, 24(1): 1–4.

[18] 叢建輝, 劉學敏, 趙雪如. 城市碳排放核算的邊界界定及其測度方法[J]. 中國人口·資源與環(huán)境, 2014, 24(4): 19–26.

[19] KENNEDY, C. & HOOMWEG, D. Mainstreaming urban metabolism[J]. Journal of Industrial Ecology,2012, 16(6), 780–782.

[20] BALDASAN J. M, C. SORIANO, and L. BOADA , Emission inventory for greenhouse gases in the City of Barcelona, 1987–1996[J]. Atmospheric Environment, 1999,33(23):3765– 3775.

[21] RAMASWAMI A, HILLMAN T, JANSON B, et al. A Demand-Centered, Hybrid Life-Cycle Methodology for City-Scale Greenhouse Gas Inventories[J]. Environmental Science & Technology, 2008, 42(17):6455-61.

[22] JARED R, VANDEWEGHE, CHRISTOPHER K, et al. A spatial analysis of residential greenhouse gas emissions in the Toronto census metropolitan area[J]. Journal of Industrial Ecology, 2007, 11(2):133– 144.

[23] 張梅, 黃賢金, 揣小偉. 中國城市碳排放核算及影響因素研究[J]. 生態(tài)經(jīng)濟, 2019(9): 13–19.

[24] 葉瑞克, 李亦唯, 高壯飛,等. 城市建筑群碳排放核算模型構(gòu)建與實證研究[J]. 資源開發(fā)與市場, 2017, 33(11): 1295–1299-1408.

[25] CHEN Yiman, LI Xia, ZHANG Yong, et al. Estimating the relationship between urban forms and energy consumption: A case study in the Pearl River Delta, 2005–2008[J]. Landscape & Urban Planning, 2011, 102(1):33-42.

[26] 彭智敏, 向念. 中部四省城市碳排放影響因素的實證研究——基于地級以上城市面板數(shù)據(jù)[J]. 當代經(jīng)濟, 2018, 489(21): 63–65.

[27] WILSON J, TYEDMERS P, SPINNEY J E L. An Exploration of the Relationship between Socioeconomic and well-being Variables and Household Greenhouse Gas Emissions[J]. Journal of Industrial Ecology, 2013, 17(6):880–891.

[28] CAMAGNI R, GIBELLI M C, RIGAMONTI P. Urban mobility and urban form: the social and environmental costs of different patterns of urban expansion[J]. Ecological economics,2002, 40(2):199–216.

[29] 陳占明, 吳施美, 馬文博, 等. 中國地級以上城市二氧化碳排放的影響因素分析: 基于擴展的STIRPAT模型[J]. 中國人口·資源與環(huán)境, 2018, 28(10): 45–54.

[30] 朱潛挺, 王萌, 周芳妮, 等. 京津冀一體化下交通運輸業(yè)碳排放核算及其影響因素研究[J]. 重慶理工大學學報(社會科學), 2019, 33(06): 23–31.

[31] 呂倩. 京津冀地區(qū)汽車運輸碳排放影響因素研究[J]. 中國環(huán)境科學, 2018, 38(10): 3689–3697.

[32] 魏營, 楊高升. 低碳試點城市工業(yè)碳排放脫鉤因素分解研究——以鎮(zhèn)江市為例[J]. 資源開發(fā)與市場, 2018, 34(06): 766–773.

[33] 胡振, 王玥, 張中華. 城市家庭碳排放的地域特征與變動規(guī)律——以日本47個城市為研究對象[J]. 城市發(fā)展研究, 2018, 25(01): 23–28.

[34] 葉紅, 潘玲陽, 陳峰, 等. 城市家庭能耗直接碳排放影響因素——以廈門島區(qū)為例[J]. 生態(tài)學報, 2010, 30(14): 3802–3811.

[35] 彭覓, 呂斌, 張純, 等. 中國能源碳排放的區(qū)域差異及其影響因素分析[J]. 城市發(fā)展研究, 2010, 17(07): 6–11.

[36] 宋金昭, 翟佳瑤, 王曉平, 等. 基于系統(tǒng)動力學的城市住宅碳減排潛力研究——以西安市為例[J]. 重慶理工大學學報(自然科學), 2019, 33(08): 213–221.

[37] 張涑賢, 張丹. 基于STIRPAT模型的陜西省建筑業(yè)能源消耗影響因素研究[J]. 建筑經(jīng)濟, 2014(3): 89–93.

[38] 張征華, 彭迪云. 中國二氧化碳排放影響因素實證研究綜述[J]. 生態(tài)經(jīng)濟, 2013, (06): 50–54.

[39] LIU Jianguo, DAILY G C, EHRLICH P R, et al. Effects of household dynamics on resource consumption and biodiversity[J]. Nature, 2003, 421(6922):530-533.

[40] PACHAURI S. An analysis of cross-sectional variations in total household energy requirements in India using micro survey data[J]. Energy Policy, 2004, 32(15):1723-1735.

[41] 楊文芳. 人口增長、城市化對CO2排放的影響[J]. 中國人口資源與環(huán)境, 2012, (S1): 284–288.

[42] 王俊松, 賀燦飛. 能源消費、經(jīng)濟增長與中國 CO2排放量變化: 基于 LMDI 方法的分解分析[J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2010, 19(1): 18–23.

[43] PARIKH J, SHUKLA V. Urbanization, energy use and greenhouse effects in economic development: results from a cross-national study of developing countries[J]. Glob. Environ. Change, 1995,17:87–103.

[44] I MARTINEZ-ZARZOSO. The Impact of Urbanization on CO2 Emissions: Evidence from Developing Countries[J]. Ecological Economics, 2011, 70(7):1344-1353.

[45] SHARMA S S. Determinants of carbon dioxide emissions: Empirical evidence from 69 countries[J]. Applied Energy, 2011, 88(1):376-382.

[46] ZHANG Ning, YU Keren, CHEN Zhongfei. How does urbanization affect carbon dioxide emissions? A cross-country panel data analysis[J]. Energy Policy,2017,107 :678–687.

[47] LIDDLE B. The Energy, Economic Growth, Urbanization Nexus Across Development: Evidence from Heterogeneous Panel Estimates Robust to Cross-Sectional Dependence[J]. The Energy Journal, 2013, 34(2):223-244.

[48]LELIEVELD J, CRUTZEN P J, DENTENER F J. Changing concentration, lifetime and climate forcing of atmospheric methane[J]. Tellus Series B-chemical & Physical Meteorology, 1998, 50(2):128–150.

[49] 趙先超, 朱翔, 周躍云. 湖南省不同土地利用方式的碳排放效應及時空格局分析[J]. 環(huán)境科學學報, 2013, 33(3): 941–949.

[50] 趙榮欽, 黃賢金, 揣小偉. 中國土地利用碳排放的研究誤區(qū)和未來趨向[J]. 中國土地科學, 2016, 30(12): 83–92

[51] 王佳麗, 黃賢金, 鄭澤慶. 區(qū)域規(guī)劃土地利用結(jié)構(gòu)的相對碳效率評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2010, 26(7): 302–306.

[52] 董捷, 員開奇. 湖北省土地利用碳排放總量及其效率[J] . 水土保持通報, 2016, 36(2): 337–342.

[53] 舒心, 夏楚瑜, 李艷, 等. 長三角城市群碳排放與城市用地增長及形態(tài)的關(guān)系[J]. 生態(tài)學報, 2018, 38(17): 6302–6313.

[54] 朱志遠, 苗建軍, 崔瑋. 城市建設(shè)用地集約利用的碳排放效率分析[J]. 地域研究與開發(fā), 2016, 35(03): 98–103.

[55] 李鍵, 毛德華, 蔣子良, 等. 長株潭城市群土地利用碳排放因素分解及脫鉤效應研究[J]. 生態(tài)經(jīng)濟, 2019, 35(8): 28–34

[56] 張俊峰, 張安錄, 董捷. 武漢城市圈土地利用碳排放效應分析及因素分解研究[J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2014, 23(5):595-602.

[57] 王亮. 鹽城市土地利用變化碳排放效益及影響因素分解研究[J]. 生態(tài)科學, 2015, 34(05): 122–128.

[58] EWING R, RONG F. The impact of urban form on U. S. residential energy use[J]. Housing policy debate, 2008, 19: 1–30.

[59] 潘海嘯, 湯諹, 吳錦瑜, 等. 中國“低碳城市”的空間規(guī)劃策略[J]. 城市規(guī)劃學刊, 2008, (06): 57–64.

[60] 潘海嘯. 面向低碳的城市空間結(jié)構(gòu)——城市交通與土地使用的新模式[J]. 城市發(fā)展研究, 2010, 17(1): 40–45.

[61] 秦波, 邵然. 城市形態(tài)對居民直接碳排放的影響——基于社區(qū)的案例研究[J]. 城市規(guī)劃, 2012, 36(06): 33–38.

[62] 錢云, 賀凱, 戴威, 等. 城市新區(qū)控制性詳細規(guī)劃的低碳策略實踐——以蘇南地區(qū)為例[J]. 國際城市規(guī)劃, 2013, 28(02): 47–52.

[63] 鄭伯紅, 劉路云. 基于碳排放情景模擬的低碳新城空間規(guī)劃策略——以烏魯木齊西山新城低碳示范區(qū)為例[J]. 城市發(fā)展研究, 2013, 20(09): 106–111.

[64] 陳飛, 諸大建. 低碳城市研究的內(nèi)涵、模型與目標策略確定[J]. 城市規(guī)劃學刊, 2009, (04): 7–13.

[65] 中國科學院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組. 2009中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報告: 探索中國特色的低碳道路[M]. 北京: 科學出版社, 2009: 221–230

[66] 董琦, 甄峰. 低碳城市理念對城市規(guī)劃的引導分析[J]. 城市發(fā)展研究, 2010, 17(8): 152–155.

[67] 宋德勇, 張紀錄. 中國城市低碳發(fā)展的模式選擇[J]. 中國人口·資源與環(huán)境, 2012, 22(01): 15–20.

[68] 莊貴陽, 李紅玉, 朱守先. 低碳城市發(fā)展規(guī)劃的功能定位與內(nèi)容解析[J]. 城市發(fā)展研究, 2011, 18(08): 88–91+ 102.

[69] 顧大治, 周國艷. 低碳導向下的城市空間規(guī)劃策略研究[J]. 現(xiàn)代城市研究, 2010, 25(11): 52–56.

[70] 李超骕, 馬振邦, 鄭憩, 等. 中外低碳城市建設(shè)案例比較研究[J]. 城市發(fā)展研究, 2011, 18 (1) : 31–35.

[71] 卓德保, 吳玉海, 潘植強. 碳減排視角下上海低碳城市發(fā)展路徑研究[J]. 城市發(fā)展研究, 2014, 21(11): 39–45.

A review of the research on the carbon emission based on CiteSpace and construction of research system

SONG Limei1, XU Feng1,2

1. Architecture school, Hunan University, Chang Sha, Hunan 410082, China 2. Hunan key laboratory of sciences of urban and rural human settlements in hills areas, Chang Sha, Hunan 410082, China

This paper analyzed the carbon emission study in China from 1998 to 2019 by CiteSpace, and got the scientific knowledge map of city carbon emission research in China. On this basis, it presented the most research hotspots and evolution rules of "carbon emission of city", built a carbon emission research system of city . The results show that: (1)In the past 20 years, the research content of domestic urban carbon emissions has mainly focused on “l(fā)ow-carbon economy”, “urban planning”, “l(fā)and management”, “greenhouse gas emission”. It was mainly based on empirical research, but was lacking systematic theoretical system research, interdisciplinary and integrated research. (2) The accuracy and depth of research are not enough; the research on city carbon emissions of various systems is mainly diagnostic for carbon sources, lacking of the discussion of the process and mechanism of carbon emissions in a certain industries. (3)Carbon emissions research based on geographic information systems and satellite imagery is the vacancy in current carbon emissions research in China, and data collection and data sharing are the basic work that need to be urgently addressed in current carbon emissions research. (4)Future research needs to identify the low-carbon development model of cities for different characteristics and different stages of development, and propose the development model and path of low-carbon urban planning in a targeted manner. It can provide a theoretical basis for formulating a scientific and reasonable carbon emissions research system, and provide a decision-making reference for a more active and effective low-carbon city construction.

carbon emissions; scientific knowedge map; CiteSpace

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.05.023

X196

A

1008-8873(2021)05-183-12

2020-04-05;

2020-05-04

國家重點研發(fā)計劃資助”田園綜合體宜居村鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)集成與示范”(2019YFD11001301); 湖南省科技創(chuàng)新團隊“綠色宜居村鎮(zhèn)建筑協(xié)同發(fā)展與創(chuàng)新”(2020RC4045)

宋麗美(1991—), 女, 山西朔州人, 博士研究生, 從事農(nóng)村與區(qū)域低碳建設(shè)發(fā)展方面的研究, 電話13107005808, email:35727948@qq.com

通信作者:徐峰(1971—), 男, 湖南長沙人, 教授, 院長, 博士生導師, 從事綠色宜居村鎮(zhèn)技術(shù)集成研究, fengxu@hnu.edu.cn

宋麗美, 徐峰. 基于CiteSpace的城市碳排放研究進展與研究體系建構(gòu)[J]. 生態(tài)科學, 2021, 40(5): 183–194.

SONG Limei, XU Feng. A review of the research on the carbon emission based on CiteSpace and construction of research system[J]. Ecological Science, 2021, 40(5): 183–194.