基于環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線的城市示范區(qū)域人均碳排放量預(yù)測(cè)方法研究

白一飛，張偉榮，劉加平，于洋

（1. 北京工業(yè)大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)部，北京 100124；2. 西安建筑科技大學(xué) 建筑學(xué)院，陜西 西安 710055）

最近的幾十年間，隨著城市化、工業(yè)化、機(jī)動(dòng)化的快速推進(jìn)，全球碳排放量急劇增長(zhǎng)，2019年全球碳排放量已達(dá)330億噸[1]。碳排放量的不斷增加使自然系統(tǒng)和資源的壓力越來越大，直接導(dǎo)致了全球氣候變化和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化。各國(guó)政府和組織呼吁發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟(jì)并做出了種種努力。中國(guó)作為碳排放大國(guó)，對(duì)減少碳排放有義不容辭的責(zé)任，設(shè)定了二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。為了盡快實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，國(guó)家和地方政府采取了有力的政策和措施，其中最為突出的是生態(tài)、綠色、低碳示范區(qū)域的建設(shè)[2]。這類示范區(qū)域其主要指導(dǎo)思想是突出體現(xiàn)落實(shí)國(guó)家重大改革發(fā)展任務(wù)和創(chuàng)新體制機(jī)制的試驗(yàn)示范作用，加快集聚特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)產(chǎn)城融合和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，提高資源利用效率，改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，對(duì)城市低碳模式的改革和發(fā)展起到了樣板作用，具有先行先試，率先落實(shí)綠色、低碳、循環(huán)發(fā)展理念的使命，為保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展做出新貢獻(xiàn)[3]。因此，示范區(qū)域的綠色低碳發(fā)展研究對(duì)城市層面減少碳排放具有重要的意義。示范區(qū)域碳排放水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是示范區(qū)域低碳發(fā)展的前提和基石，清晰準(zhǔn)確地把握示范區(qū)域宏觀層面碳排放特征對(duì)國(guó)家出臺(tái)低碳發(fā)展規(guī)劃政策和地方制定低碳示范區(qū)域戰(zhàn)略措施具有非常重要的意義[4-5]。在城市以及示范區(qū)域的碳排放量計(jì)算模型上有了很多的研究，龔智海[6]提出了中國(guó)典型城市的碳排放量核算方法；葉祖達(dá)和王靜懿[7]把綠色生態(tài)城區(qū)的碳排放內(nèi)容分成了建筑、交通、工業(yè)、水資源、廢棄物、道路設(shè)施、綠色空間、可再生能源八個(gè)模塊，并給出了詳細(xì)的計(jì)算模型。通過查詢各城市的統(tǒng)計(jì)年鑒和示范區(qū)域的公報(bào)等文獻(xiàn)，統(tǒng)計(jì)部門已經(jīng)統(tǒng)計(jì)了城市層面碳排放計(jì)算所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然而除少部分示范區(qū)域有公報(bào)數(shù)據(jù)以外，統(tǒng)計(jì)部門對(duì)這類示范區(qū)域的碳排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)幾乎少有統(tǒng)計(jì)，研究人員無法根據(jù)已有的城市或者生態(tài)城區(qū)的碳排放量計(jì)算模型計(jì)算示范區(qū)域的碳排放數(shù)據(jù)，這對(duì)進(jìn)一步分析示范區(qū)域的低碳措施、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和綠色發(fā)展等問題造成一定的困難。

國(guó)家級(jí)新區(qū)是最具代表性的示范區(qū)域[8]，本研究以18個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)為例進(jìn)行新區(qū)人均碳排放量的預(yù)測(cè)，根據(jù)東部地區(qū)、中部地區(qū)、西部地區(qū)的劃分方式，劃分出了8個(gè)東部城市，包括大連市、南京市、天津市、上海市、福州市、青島市、舟山市、廣州市；4個(gè)中部城市，包括哈爾濱市、南昌市、長(zhǎng)春市、長(zhǎng)沙市；6個(gè)西部城市，包括蘭州市、西安市、重慶市、成都市、昆明市、貴陽(yáng)市，以及東部城市包含的8個(gè)東部新區(qū)，中部城市包含的4個(gè)中部新區(qū)，西部城市包含的6個(gè)西部新區(qū)。由于雄安新區(qū)正在建設(shè)之中，本次所研究的國(guó)家級(jí)新區(qū)未將其列入其中，具體內(nèi)容如表1所示。本研究首先根據(jù)已有的城市二氧化碳排放量計(jì)算文獻(xiàn)資料[9-10]，總結(jié)出了新區(qū)所在城市的二氧化碳排放量計(jì)算內(nèi)容以及計(jì)算模型。接著通過對(duì)新區(qū)所在城市2000—2019年的統(tǒng)計(jì)年鑒進(jìn)行查閱，整理計(jì)算城市2000—2018年的二氧化碳排放量數(shù)據(jù)。最后建立新區(qū)所在城市人均碳排放量和人均GDP的經(jīng)典環(huán)境庫(kù)茲涅茨模型來預(yù)測(cè)國(guó)家級(jí)新區(qū)的人均碳排放量。結(jié)果顯示，該方法能夠預(yù)測(cè)出大多數(shù)新區(qū)的碳排放量情況，在示范區(qū)域碳排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)缺乏的情況下，研究人員可以利用本研究提出的方法進(jìn)行示范區(qū)域的碳排放量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，進(jìn)而對(duì)示范區(qū)域的低碳發(fā)展情況有一定的了解。

表1 國(guó)家級(jí)新區(qū)信息

1 城市二氧化碳排放量的計(jì)算

關(guān)于城市二氧化碳排放量的計(jì)算最重要的兩個(gè)方面是城市二氧化碳排放量的核算邊界和城市二氧化碳排放量的核算內(nèi)容[11]。叢建輝等[12]從不同層次和角度歸納了“直接排放與間接排放”“組織邊界排放與行政地理疆界排放”“范圍1排放、范圍2排放與范圍3排放”等9種城市碳排放核算的邊界界定方法，理清了各種界定方法之間的關(guān)系。對(duì)于“城市”一詞本身，國(guó)內(nèi)外有不同的定義和劃分標(biāo)準(zhǔn)，西方國(guó)家城市一般指的是城市建成區(qū)，然而中國(guó)城市更側(cè)重行政意義上的范疇，除了城市建成區(qū)外也包含了周邊的一些地區(qū)。因此根據(jù)中國(guó)的城市劃分現(xiàn)狀，本研究中城市二氧化碳排放量的核算邊界指的是城市行政意義上的區(qū)域。此外，根據(jù)碳排放量核算邊界的界定，城市的二氧化碳排放量又可以分為絕對(duì)總量和相對(duì)總量。絕對(duì)總量是直接排放在所計(jì)算城市上空的二氧化碳量；相對(duì)總量是指由于城市人們消費(fèi)及其他活動(dòng)所導(dǎo)致的二氧化碳排放量，部分二氧化碳雖然沒有排放在所測(cè)算城市的上空，但由于是該城市消費(fèi)所導(dǎo)致的，因此，也需要統(tǒng)計(jì)在該城市的二氧化碳排放總量中[10]。根據(jù)18個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)所在城市的統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況，以及本著計(jì)算城市主要二氧化碳排放量的原則，本研究選擇絕對(duì)總量作為城市二氧化碳排放量的數(shù)量。IPCC[13]是國(guó)際上最通用的溫室氣體排放計(jì)算指南，包含了能源、工業(yè)生產(chǎn)過程和產(chǎn)品使用、農(nóng)業(yè)、土地利用變化和林業(yè)、廢棄物五個(gè)方面。然而，不同的國(guó)家有不同的溫室氣體清單總結(jié)情況，對(duì)于中國(guó)的溫室氣體排放計(jì)算內(nèi)容而言，葉祖達(dá)和王靜懿[7]建議中國(guó)溫室氣體排放清單采用五大類框架包括能源活動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)過程、農(nóng)業(yè)、土地利用變化和林業(yè)、城市廢棄物處理等。Gu & Liu[14]就城市溫室氣體排放清單編制和方法進(jìn)行了綜述，并把北京城市溫室氣體排放清單分為了能源，工業(yè)生產(chǎn)過程，農(nóng)業(yè)，土地利用、土地利用變化和林業(yè)，廢棄物等。綜上所述，結(jié)合《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》以及18個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)所在城市的統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)情況，本研究從碳源和碳匯兩個(gè)方面對(duì)城市二氧化碳排放的核算內(nèi)容進(jìn)行劃分，碳源主要包括能源消耗碳排放、工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)碳排放、廢棄物處理碳排放，碳匯包括城市林業(yè)的碳吸收。以下分別針對(duì)這四個(gè)方面介紹碳排放量的計(jì)算方法。

1.1 城市能源消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放量

化石能源消費(fèi)和燃燒是城市二氧化碳排放量的主要來源，計(jì)算城市能源消費(fèi)產(chǎn)生的二氧化碳排放量，一般采用系數(shù)法或物料平衡法。根據(jù)《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》[13]所提供的方法，采用碳排放系數(shù)法計(jì)算城市層面能源消費(fèi)產(chǎn)生的二氧化碳排放量：

式中：TCO2表示二氧化碳排放總量，E為各種能源消費(fèi)總量按標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一折算成為的總的標(biāo)準(zhǔn)煤量，系數(shù)K為標(biāo)準(zhǔn)煤的碳排放系數(shù)，系數(shù)K取值為2.6 tCO2/tce[15]。通過查閱18個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)所在城市的統(tǒng)計(jì)年鑒，只有一部分城市有各種能源折算成的總標(biāo)準(zhǔn)煤，其他城市只有工業(yè)能源消耗折算成的標(biāo)準(zhǔn)煤，根據(jù)城市能源消耗包含的主要內(nèi)容，其他城市的能耗除計(jì)算城市工業(yè)能源消耗外，還要計(jì)算交通能源消耗、生活能源消耗[16]。

1.1.1 工業(yè)能源消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放量

工業(yè)能源消耗導(dǎo)致的二氧化碳排放量按公式（1）計(jì)算，直接使用工業(yè)能源折算成的總標(biāo)準(zhǔn)煤乘以標(biāo)煤碳排放系數(shù)。

1.1.2 交通能源消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放量

交通二氧化碳排放量主要指居民乘坐小汽車、公交車、地鐵三種交通工具產(chǎn)生的碳排放量，其計(jì)算公式為：

式中：Tn代表城市居民單天通勤出行二氧化碳排放總量（tCO2/天）；i代表某種交通出行方式（i=1表示小汽車，i=2表示公交車，i=3表示地鐵）；P代表城市居民通勤人數(shù)（人）；Di代表使用交通方式i人數(shù)的比例；mi代表交通方式i的平均載客量；K代表居民平均出行距離（km/天）；Ei代表交通方式為i時(shí)單位距離的碳排放強(qiáng)度（tCO2/km）；C代表居民一年的交通二氧化碳排放總量（tCO2/a）；d代表通勤者一年通勤的天數(shù)（d=250天）。根據(jù)北京市公共交通使用情況調(diào)查報(bào)告，D1取3.92%，D2取42.16%，D3取53.92%；小汽車的平均載客量m1為2人/車，公交車的平均載客量m2為58人/車，地鐵的平均載客量m3為720人/列；E1為0.000 225 16 tCO2/km，E2為0.000 971 88 tCO2/km，E3為0.006 7 tCO2/km[17]；本研究取居民平均出行距離為6.5km/天[18]。

1.1.3 生活能源消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放量

根據(jù)居民生活消耗的主要能源類型[19]，本研究把生活消耗的能源分為煤氣、液化石油氣、天然氣，其計(jì)算公式為：

式中：S為生活能源消耗導(dǎo)致的二氧化碳排放量；ei為不同類型能源使用量，e1指煤氣使用量，e2指液化石油氣使用量，e3指天然氣使用量；ki為不同類型能源碳排放系數(shù)，k1為0.742 kgCO2/m3，k2為3.101 3 kgCO2/kg，k3為2.162 2 kgCO2/m3（碳排放系數(shù)數(shù)據(jù)通過查詢《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》獲得）。

1.2 工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)產(chǎn)生的二氧化碳排放量

工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)導(dǎo)致的二氧化碳排放量主要計(jì)算水泥、鋼材生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放量，但鋼材生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳排放主要體現(xiàn)在能源消耗方面，這部分能源已經(jīng)統(tǒng)計(jì)在城市能源消耗里面，因此不再計(jì)算鋼材生產(chǎn)過程中帶來的二氧化碳排放量。水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量計(jì)算方法參考婁偉[10]、王偉歌[20]的研究，水泥生產(chǎn)過程中二氧化碳排放系數(shù)如表2所示，每生產(chǎn)1噸水泥熟料大約排放1噸二氧化碳，其中使用能源帶來的二氧化碳排放量為0.35噸，這部分碳排放量已經(jīng)計(jì)算在城市能源消耗中，在計(jì)算水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量時(shí)不再做計(jì)算，水泥原料化學(xué)反應(yīng)帶來的二氧化碳排放量約為0.6噸。因此水泥生產(chǎn)過程中導(dǎo)致的二氧化碳排放絕對(duì)總量等于本地工業(yè)水泥生產(chǎn)量乘以0.6。

表2 水泥生產(chǎn)過程二氧化碳排放系數(shù)

1.3 廢棄物處理產(chǎn)生的二氧化碳排放量

廢棄物處理產(chǎn)生的二氧化碳排放量一般按照衛(wèi)生填埋、焚燒發(fā)電和堆肥的處置方式計(jì)算，填埋和堆肥主要產(chǎn)生甲烷，焚燒主要產(chǎn)生二氧化碳[7]。本研究把填埋和堆肥產(chǎn)生的溫室氣體轉(zhuǎn)換成了二氧化碳當(dāng)量的形式，具體的計(jì)算公式為：

式中：Z代表每年的垃圾產(chǎn)生量（t/a）；We代表廢棄物總排放量（tCO2/a）；f代表標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)生填埋處理比例（%）；g代表垃圾焚燒比例（%）；h代表生物堆肥比例（%）；目前，我國(guó)城市垃圾填埋處理占比為61.4%，焚燒處理占比為21.1%，生物堆肥處理占比為2.3%[21]。e1代表標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)生填埋碳排放因子，參考值2.1 tCO2/t[22]。e2代表垃圾焚燒碳排放因子，參考值0.56 tCO2/t[23]。e3代表生物堆肥碳排放因子，參考值0.1 tCO2/t[22]。

1.4 城市林業(yè)的二氧化碳吸收量

在城市綠色空間中低矮的灌木叢及草地需要灌溉和施肥管理，既增加了生態(tài)系統(tǒng)的二氧化碳吸收，也增加了二氧化碳和其他溫室氣體的排放，因此對(duì)減輕溫室氣體排放有限[24-25]。本研究只計(jì)算城市林業(yè)對(duì)二氧化碳的吸收，具體計(jì)算公式如下：

式中：Ge代表城市林業(yè)總的二氧化碳吸收量（tCO2/a）；S代表城市森林面積（hm2）；e1代表林地碳匯因子[tCO2/(hm2·a)]，參考值為1.12 tCO2/(hm2·a)[26]。

2 由城市人均碳排放量向示范區(qū)域人均碳排放量的轉(zhuǎn)換

20世紀(jì)90年代，美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家[27-28]通過研究環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線（EKC）發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)呈倒“U”型曲線關(guān)系，用以解釋環(huán)境質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線理論的主要內(nèi)容為：大規(guī)模工業(yè)化階段，規(guī)模效應(yīng)超過技術(shù)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)，環(huán)境質(zhì)量隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)不斷惡化；在后工業(yè)化階段，技術(shù)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)超過規(guī)模效應(yīng)，環(huán)境質(zhì)量隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)逐步改善。歸結(jié)起來，這三類效應(yīng)共同決定了環(huán)境質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的倒“U”型曲線關(guān)系，如圖1所示，環(huán)境質(zhì)量隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)呈先惡化后改善的趨勢(shì)。Wang & Liu[29]研究證實(shí)了中國(guó)的許多城市存在二氧化碳的庫(kù)茲涅茨曲線。本研究提出的預(yù)測(cè)城市示范區(qū)域人均排放量的方法基于示范區(qū)域所在城市存在二氧化碳的庫(kù)茲涅茨曲線的假設(shè)和示范區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)模式，清潔能源應(yīng)用技術(shù)等綠色低碳綜合發(fā)展情況超前于所在城市發(fā)展這一事實(shí)。基于以上內(nèi)容和環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線的科學(xué)理念，首先對(duì)城市的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行單位根檢驗(yàn)和協(xié)整檢驗(yàn)，然后建立城市人均碳排放量和人均GDP的環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線模型，最后把示范區(qū)域的人均GDP代入建立的城市二氧化碳環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線模型，預(yù)測(cè)示范區(qū)域的人均碳排放量。

圖1 環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線理論

2.1 城市人均碳排放量和人均GDP的環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線模型

參考國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線的實(shí)證模 型[30-31]，本文設(shè)定碳排放環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線的線性對(duì)數(shù)模型為：

式中：lnPC和lnPGDP分別表示城市的人均碳排放量和實(shí)際人均GDP（2000年不變價(jià)）的對(duì)數(shù)值，a和b表示lnPGDP和(lnPGDP)2的估計(jì)系數(shù)，c表示常數(shù)項(xiàng)。b大于0，曲線表現(xiàn)為正“U”型，b小于0，曲線表現(xiàn)為倒“U”型。

2.2 檢驗(yàn)方法

為了防止出現(xiàn)偽回歸的問題，本研究采用ADF單位根檢驗(yàn)法對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行了平穩(wěn)性檢驗(yàn)。然后使用協(xié)整關(guān)系檢驗(yàn)變量之間是否存在長(zhǎng)期穩(wěn)定的關(guān)系，在統(tǒng)計(jì)中，協(xié)整關(guān)系表現(xiàn)為多個(gè)同階單整的非平穩(wěn)時(shí)間序列的線性組合是平穩(wěn)的。協(xié)整檢驗(yàn)主要有兩種方法，一種是基于殘差的EG兩步法，一種是基于回歸系數(shù)的Johansen檢驗(yàn)，本研究選擇Johansen協(xié)整檢驗(yàn)法對(duì)變量進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 國(guó)家級(jí)新區(qū)所在城市的二氧化碳排放量

通過查詢各個(gè)城市的統(tǒng)計(jì)年鑒以及城市的政府工作報(bào)告等文獻(xiàn)資料，根據(jù)以上研究?jī)?nèi)容，計(jì)算得到各個(gè)城市的二氧化碳排放量，由于成都市2005年前后能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)口徑發(fā)生變化，本研究的城市二氧化碳排放量不包括成都市。

圖2展示了在2000—2018年期間，東部8個(gè)城市每年的二氧化碳排放量，可以看出所有城市碳排放量增速整體上都是呈現(xiàn)先急劇增加，然后趨于平緩的趨勢(shì)。其中，上海市、天津市、廣州市的二氧化碳排放量明顯高于其他東部城市，特別是上海市產(chǎn)生的二氧化碳量比較多，主要是由于上海市整體經(jīng)濟(jì)規(guī)模、發(fā)展規(guī)模比較大，能源消耗比較多。舟山市的二氧化碳排放量比較小并且呈現(xiàn)出緩慢的增長(zhǎng)趨勢(shì)，主要是因?yàn)橹凵绞薪?jīng)濟(jì)體量比較小，城市發(fā)展速度相對(duì)其他城市比較緩慢。圖3為中部4個(gè)城市的二氧化碳排放量，中部城市碳排放量有增有減，但整體趨勢(shì)還是一直上升的。其中，長(zhǎng)春市二氧化碳排放量先急劇增加，然后再逐漸減少，最后趨于平穩(wěn)，這主要是由于長(zhǎng)春市前期快速的城鎮(zhèn)化過程消耗了大量的能源，后期節(jié)能政策干預(yù)，能源結(jié)構(gòu)發(fā)生變化造成的結(jié)果。圖4顯示，在西部的5個(gè)城市中，重慶市二氧化碳排放量增長(zhǎng)速度比較快，其余4個(gè)城市碳排放量增加比較平緩，重慶市是西部比較大的城市，其人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)體量、城市規(guī)模的增長(zhǎng)速度比較快，進(jìn)而消耗了大量的能源。

圖2 東部城市二氧化碳排放量

圖3 中部城市二氧化碳排放量

圖4 西部城市二氧化碳排放量

3.2 單位根檢驗(yàn)和協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果

運(yùn)用ADF方法對(duì)東、中、西部城市2000—2018年的lnPC、lnPGDP和(lnPGDP)2數(shù)據(jù)進(jìn)行平穩(wěn)性綜合檢驗(yàn)（東部、中部、西部城市2000—2018年實(shí)際人均GDP水平是把每年名義人均GDP折算成2000年不變價(jià)的實(shí)際人均GDP），結(jié)果如表3所示，對(duì)原序列數(shù)據(jù)和一階差分序列數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果均不滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，二階差分序列數(shù)據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果在5%置信水平下通過檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，表明序列數(shù)據(jù)之間平穩(wěn)。采用Johansen檢驗(yàn)方法對(duì)多變量數(shù)據(jù)進(jìn)行是否存在長(zhǎng)期均衡性關(guān)系進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)，結(jié)果見表4，選取滯后階數(shù)為2，使得誤差項(xiàng)的自相關(guān)和自由度最優(yōu)，結(jié)果表明人均碳排放量與人均GDP存在長(zhǎng)期穩(wěn)定關(guān)系。

表3 東部、中部、西部城市l(wèi)nPC、lnPGDP和ln(PGDP)2的單位根檢驗(yàn)

表4 東部、中部、西部城市l(wèi)nPC和lnPGDP、lnPC和D(lnPGDP)2的協(xié)整檢驗(yàn)

3.3 國(guó)家級(jí)新區(qū)所在城市人均碳排放量和人均GDP的環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線模型

通過對(duì)東部、中部、西部共計(jì)17個(gè)城市的人均碳排放量和人均GDP數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如圖5所示。結(jié)果顯示，舟山市、南京市和貴陽(yáng)市人均碳排放量和人均GDP成正“U”型關(guān)系，其余城市人均碳排放量和人均GDP全部呈現(xiàn)倒“U”型關(guān)系。

圖5 東部、中部、西部城市l(wèi)nPGDP和lnPC的擬合圖形

各個(gè)城市的人均碳排放量和人均GDP線性對(duì)數(shù)模型如表5所示。根據(jù)東部、中部、西部城市人均碳排放量和人均GDP數(shù)據(jù)的擬合曲線以及建立的各個(gè)城市碳排放環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線線性對(duì)數(shù)模型，可以看出：在東部城市中，大連市、天津市、上海市、青島市、福州市、廣州市人均碳排放量和人均GDP的關(guān)系均符合碳排放環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線，呈現(xiàn)出倒“U”型的圖形；舟山市和南京市人均碳排放量和人均GDP的關(guān)系呈現(xiàn)出正“U”型的圖形。在中部城市中，哈爾濱市、長(zhǎng)春市、長(zhǎng)沙市、南昌市人均碳排放量和人均GDP的關(guān)系均符合碳排放環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線，呈現(xiàn)出倒“U”型的圖形。在西部城市中，蘭州市、西安市、重慶市、昆明市人均碳排放量和人均GDP的關(guān)系均符合碳排放環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線，呈現(xiàn)出倒“U”型的圖形；貴陽(yáng)市人均碳排放量和人均GDP的關(guān)系呈現(xiàn)出正“U”型的圖形。對(duì)于人均碳排放量和人均GDP關(guān)系呈現(xiàn)正“U”型的舟山市、南京市、貴陽(yáng)市，不符合本研究的假設(shè)規(guī)定，因此不再對(duì)這3個(gè)城市對(duì)應(yīng)的國(guó)家級(jí)新區(qū)做人均碳排放量的預(yù)測(cè)。

表5 東部、中部、西部城市的碳排放環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線線性對(duì)數(shù)模型

3.4 國(guó)家級(jí)新區(qū)人均碳排放量

查詢國(guó)家級(jí)新區(qū)自成立時(shí)間以來人均GDP數(shù)據(jù)[2,8]，把國(guó)家級(jí)新區(qū)每年的人均GDP數(shù)據(jù)代入各自城市的碳排放環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線線性對(duì)數(shù)模型，預(yù)測(cè)各個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)的人均碳排放量（由于國(guó)家級(jí)新區(qū)的人口數(shù)量、GDP數(shù)量信息不能夠完整地獲取，有的國(guó)家級(jí)新區(qū)人均碳排放量預(yù)測(cè)年份晚于新區(qū)的成立時(shí)間）。

圖6表明，東部新區(qū)整體的人均碳排放量比較高，東部新區(qū)人均碳排放量整體偏高與東部新區(qū)較大的經(jīng)濟(jì)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)規(guī)模有關(guān)。在預(yù)測(cè)出的東部新區(qū)中，目前所有的新區(qū)人均碳排放量隨著人均GDP的增長(zhǎng)都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。舟山群島新區(qū)主要包括舟山市及其周圍島嶼，因此可以把舟山市的碳排放環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線作為舟山群島新區(qū)的碳排放環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線，舟山群島新區(qū)自2011年以后人均碳排放量隨著人均GDP的增加一直處于增加的狀態(tài)。圖7表明，在預(yù)測(cè)出的中部新區(qū)中，人均碳排放量處于上升階段和下降階段的新區(qū)各占一半，長(zhǎng)春新區(qū)、贛江新區(qū)人均碳排放量處于上升階段，哈爾濱新區(qū)、湘江新區(qū)人均碳排放量處于下降階段。圖8顯示，預(yù)測(cè)出的西部新區(qū)人均碳排放量幾乎都是處于下降階段，只有重慶市兩江新區(qū)人均碳排放量處于上升階段。由圖9可以看出，東部新區(qū)人均碳排放量的大致范圍為5～14噸CO2/人，中部新區(qū)人均碳排放量的大致范圍為3～8噸CO2/人，西部新區(qū)人均碳排放量的大致范圍為2～14噸CO2/人。人均碳排放量處于下降階段的新區(qū)表明新區(qū)的低碳發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出一種比較好的現(xiàn)象，人均碳排放量處于上升階段的新區(qū)，需要進(jìn)一步調(diào)整和優(yōu)化新區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)低碳技術(shù)的應(yīng)用，盡快使新區(qū)人均碳排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)脫鉤的狀態(tài)。

圖6 東部新區(qū)lnPGDP和lnPC的趨勢(shì)圖形

圖7 中部新區(qū)lnPGDP和lnPC的趨勢(shì)圖形

圖8 西部新區(qū)lnPGDP和lnPC的趨勢(shì)圖形

圖9 國(guó)家級(jí)新區(qū)人均碳排放量

4 結(jié)論

本研究基于國(guó)家級(jí)新區(qū)所在城市存在二氧化碳環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線的假設(shè)和新區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)模式以及清潔能源應(yīng)用技術(shù)等綠色低碳綜合發(fā)展情況超前于所在城市發(fā)展這一現(xiàn)狀，首先計(jì)算出了城市的二氧化碳排放數(shù)據(jù)，建立了城市人均碳排放量和人均GDP的環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線模型，在所計(jì)算的17個(gè)城市中，舟山市、南京市、貴陽(yáng)市的人均碳排放量和人均GDP呈現(xiàn)出正“U”型的曲線關(guān)系，其他城市都滿足倒“U”型的曲線關(guān)系。然后對(duì)滿足倒“U”型曲線關(guān)系的城市進(jìn)行了其新區(qū)人均碳排放量的預(yù)測(cè)計(jì)算。結(jié)果表明，在東部新區(qū)中，金普新區(qū)、濱海新區(qū)、浦東新區(qū)、西海岸新區(qū)、福州新區(qū)、南沙新區(qū)人均碳排量都是隨著人均GDP的增長(zhǎng)處于下降的階段，東部新區(qū)的人均碳排放量的大致范圍為5～14噸CO2/人。

在中部新區(qū)中，哈爾濱新區(qū)、湘江新區(qū)人均碳排量隨著人均GDP的增長(zhǎng)處于下降的階段，長(zhǎng)春新區(qū)、贛江新區(qū)人均碳排量隨著人均GDP的增長(zhǎng)處于上升的階段，中部新區(qū)人均碳排放量的大致范圍為3～8噸CO2/人。在西部新區(qū)中，蘭州新區(qū)、西咸新區(qū)、滇中新區(qū)人均碳排量隨著人均GDP的增長(zhǎng)處于下降的階段，兩江新區(qū)人均碳排量隨著人均GDP的增長(zhǎng)處于上升的階段，西部新區(qū)人均碳排放量的大致范圍為2～14噸CO2/人。無論新區(qū)的人均碳排放量是處于上升階段還是下降階段，都是超前于同時(shí)期所在城市的綠色低碳綜合發(fā)展?fàn)顩r的，研究人員可以利用本研究提出的方法對(duì)示范區(qū)域的碳排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而深入分析示范區(qū)域的低碳發(fā)展?fàn)顩r。