基于文獻計量的減污降碳協同減排研究進展與展望

顧斌杰，趙海霞*，駱新燎，朱天源，范金鼎

1.中國科學院南京地理與湖泊研究所

2.中國科學院大學

3.蘇州科技大學環(huán)境科學與工程學院

由于溫室氣體和主要大氣污染物的排放來自于經濟發(fā)展中對化石能源的大規(guī)模利用，因此二者的排放具有同根、同源、同過程的特征[1]。該特點為協同推進減污降碳提供了理論基礎。據統(tǒng)計，2017年我國碳排放量排名前5%的區(qū)域合計貢獻了全國68%的二氧化碳、60%的氮氧化物及46%的一次顆粒物，大氣污染物與二氧化碳排放空間高度聚集，其相互關系緊密[2]。然而，不同于發(fā)達國家先解決環(huán)境污染再應對氣候變化的過程，我國既要減污，實現生態(tài)環(huán)境質量根本好轉，同時又要有效控制碳排放。面對環(huán)境污染與溫室氣體排放這2個同根同源的問題，黨中央已明確要把碳達峰碳中和納入生態(tài)文明建設整體布局，并將協同推進減污降碳寫入國民經濟和社會發(fā)展“十四五”規(guī)劃[3]。因此，協同推進減污降碳無論在必要性、可行性與可操作性上，都將成為我國打贏污染防治攻堅戰(zhàn)、實現降碳目標的根本途徑。

“十四五”時期，我國生態(tài)文明建設進入了以降碳為重點戰(zhàn)略方向、推動減污降碳協同增效、促進經濟社會發(fā)展全面綠色轉型、實現生態(tài)環(huán)境質量改善由量變到質變的關鍵時期。但目前，全面綠色轉型的基礎依然薄弱，結構性、根源性、趨勢性壓力尚未得到根本緩解[4]。2020年，337個地級以上城市仍有40.1%的環(huán)境空氣質量超標（2020中國生態(tài)環(huán)境狀況公報，https://www.mee.gov.cn/hjzl/sthjzk/zghjzk gb/），PM2.5僅有62.9%達到世界衛(wèi)生組織第一階段過渡值（35 mg/m3）的標準[5]，大氣污染防治任重道遠。在碳排放方面，2006年中國已成為全球最大碳排放國，2018年達到了9 528.21 Mt（國際能源署，https://www.iea.org/countries/china），即使近年來碳排放有所下降，但排放量仍占全球總量的30%。此外，我國粗鋼、水泥產量和煤炭消費量均占世界總量1/2以上；能源資源利用效率偏低；局部地區(qū)生態(tài)破壞問題依然突出，生態(tài)資源環(huán)境承載能力已經達到或接近上限的狀況沒有根本改變。要實現30年內減碳100億t、年均減碳3億t的目標，時間緊、任務重，因此協同推進減污降碳任重道遠。

伴隨社會經濟的發(fā)展，中國對能源的需求仍在增長，協調能源需求的合理增長與減污降碳之間的關系是建設美麗中國和實現2030年前碳達峰，2060年前碳中和（“雙碳”目標）面臨的現實問題，識別減污降碳協同減排關鍵路徑及主要政策需求成為當前乃至未來一段時期研究的焦點與熱點。國內外相關方面的研究已有一定積累，但由于各國所處的發(fā)展階段與方向不同，研究的領域及各界關注的重點具有差異。為準確把握減污降碳協同減排的研究現狀，筆者對國內外相關文獻進行梳理，總結當前研究熱點，分析國內外研究存在的不足，以期為今后的研究提供參考與借鑒。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源與處理

國內文獻以CNKI（中國知網）數據庫為來源，以“減污降碳”“協同減排”為主題，不限年份，共檢索到370篇學術論文。在此基礎上，剔除會議報告、新聞宣傳等不相關文獻，得到306篇有效中文文獻。針對國外相關研究，采用Web of Science（WoS）核心合集數據庫，以“air pollution and carbon dioxide emission”和“reduction”為主題，選擇語種為English，文獻類型為Article和Review，內容設定為“全記錄與包含所引用的參考文獻”，檢索得到434篇有效英文文獻。

1.2 研究方法

最早由英國情報學家Pritchard提出的文獻計量法是以科技文獻的外部特征為研究對象，采用數學、統(tǒng)計學方法，描述、分析與展望各科技領域中的前沿熱點與發(fā)展方向[6]。在文獻計量中，常被用到的方法有詞頻分析法、引文分析法、共引分析法等，常被用到的軟件有 CiteSpace、VOSviewer、SATI等[7]。本文采用CiteSpace軟件進行知識圖譜可視化，從發(fā)文數量、時間、國家、機構、期刊與研究領域、熱點趨勢等角度，對國內外文獻進行以下分析。

發(fā)文國家/地區(qū)：在CiteSpace中導入WoS數據庫的英文文獻，將功能選擇區(qū)的節(jié)點類型（Node Types）設置為國家（Country），得到國家分布網絡圖譜。節(jié)點越大表示發(fā)文量越多，節(jié)點間的連線越粗則表示聯系越緊密。

發(fā)文機構：利用Institution功能模塊，分別對國內外文獻的發(fā)文機構進行分析，整合所有二級機構得到主要發(fā)文機構的排名。

期刊共被引：文獻共被引數量可以間接反映該期刊的影響力。把Node Type設置為Cite Journal，閾值設置為默認的g-index選項，得到國外文獻的共被引知識圖譜。圓圈的顏色表示當年被引時間，厚度表示被引次數，每個節(jié)點表示1個期刊，節(jié)點越大表明被引頻次越高，即影響力越高，節(jié)點之間連線的粗細表示期刊之間的共引程度。由于在 CNKI 數據庫下載的文獻信息不包括參考文獻的相關信息，因此無法用CiteSpace實現中文文獻的共被引分析。

研究方向與熱點分析：對研究內容進行關鍵詞共現及聚類分析是識別相關領域研究方向與熱點的重要手段。設置參數切片為1年，節(jié)點類型選擇keyword，選擇閾值為默認的g-index選項，圖譜修剪算法選取Pathfinder，修剪策略選取 Pruning the merged networks和 Pruning sliced networks，得到關鍵詞網絡共現圖譜，進一步繪制聚類知識圖譜，得到熱點詞聚類表，對國內外文獻進行關鍵詞共現分析。其中，聚類大小代表聚類中所包含的關鍵詞個數；緊密程度則代表各關鍵詞之間的聯系程度，數值越高代表聚類效果越好，聯系越緊密。一般來說，關鍵詞詞頻越高，其與其他關鍵詞共現的可能性越大，中心性也越高，在共現圖譜上表現出十字圈層的厚度越大，表明學者們對該研究方向越偏好。

此外，由于文獻計量法的研究對象是文獻的外部特征，所以分析結果忽視了文獻的內容特征。因而，本文在對文獻的可視化圖譜分析的基礎上，結合具體文獻內容開展進一步的分析。

2 文獻計量結果分析

2.1 研究發(fā)展階段

“碳排放”一詞近30年被國際社會為應對全球氣候變化頻繁提及，尤其英國政府2003年發(fā)表《我們未來的能源——創(chuàng)建低碳經濟》白皮書后，碳排放的議題受到國際社會廣泛響應與關注[8]。然而，二氧化碳減排與大氣污染物防治相結的議題直到21世紀初才引起學者關注。從國內外文獻數量變化趨勢（圖1）來看，國內與國外關于減污降碳、協同減排的研究階段劃分基本一致，大致可分為：1）萌芽期（2004——2009年）。學者開始注意到污染減排措施對減緩碳排放具有正負協同效應[9]，評價節(jié)能減排效果[10]，國內學者還會適當借鑒外國企業(yè)節(jié)能減排相關經驗與措施[11]。2）發(fā)展期（2010——2015年）。學界主要從重點行業(yè)入手對減污降碳、協同減排領域進行研究，如交通[12]、電力[13]、水泥[14]等行業(yè)，也有從不同類型污染物入手探究碳排放與大氣污染物之間的關系，如SO2和NOx[15]、VOCs[16]等；3）爆發(fā)期（2016年至今）。2016年《巴黎協定》簽署后，關于減污降碳、協同減排的研究呈爆發(fā)式增長。學者們不僅針對前期的研究領域繼續(xù)深入開展[17]，而且轉向減污降碳相關政策[18]及協同減排關鍵路徑[19]的研究。同時，隨著中國提出“雙碳”目標，相關中文文獻大量涌現[20]。

圖1 國內外文獻發(fā)表數量Fig.1 Number of domestic and foreign papers

2.2 發(fā)文國家分布

英文文獻發(fā)文量排名前 20 的國家如圖2所示。美國和中國發(fā)文量占比分別達到33.87%和31.11%。發(fā)文量大的國家主要集中在歐美及東亞地區(qū)，這些國家不僅碳排放量較高，也是全球大氣污染物影響較大的地區(qū)，學者們更加關注減污降碳、協同減排的相關領域。從國家之間的合作網絡分析圖譜（圖3）可見，美國、中國、英國和意大利是減污降碳、協同減排領域研究的中心國家，美國中心度最強。德國、法國、西班牙、荷蘭的發(fā)文量盡管不及上述國家，但作為參與該領域研究重要的國家具有較強的中心度。

圖2 排名前20的國家的發(fā)文量Fig.2 Number of articles published by the top 20 countries

圖3 發(fā)文國家合作網絡分析圖譜Fig.3 Analysis of regional cooperation network

2.3 研究機構排名

對中英文文獻的發(fā)文量居前10的機構進行統(tǒng)計，結果見表1。美國的加州大學發(fā)文量最多，美國的其他機構，如美國能源部、美國國家環(huán)境保護局（US EPA)、美國國家航空航天局（NASA）、美國國家大氣研究中心（NCAR）和太平洋西北國家實驗室的發(fā)文量較多。中國科學院、清華大學的英文發(fā)文量也位居前列。排名前10的還包括歐洲的國家機構、大學和非盈利機構組織，如國際應用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）、歐盟委員會聯合研究中心、法國國家科學研究中心（CNRS）和倫敦大學。中文發(fā)文量排名前列的主要是主管環(huán)境保護工作的生態(tài)環(huán)境部（包括原環(huán)境保護部）、國家相關的研究機構（中國科學院、中國環(huán)境科學研究院和國務院發(fā)展研究中心）以及清華大學、北京師范大學、西安交通大學、蘭州大學、昆明理工大學和暨南大學等在環(huán)境領域比較權威的綜合性大學和研究機構。

表1 國內外文獻發(fā)文機構排名（前10名）Table 1 Ranking of domestic and foreign research institutions(Top 10)

2.4 發(fā)文期刊的權威性

選取發(fā)文數量排名前5的國內外期刊進行比較分析，英文文獻的來源期刊均是目前國際環(huán)境科學與生態(tài)學領域、能源研究領域的核心期刊，研究方向包括環(huán)境科學、生態(tài)學、地學、大氣科學、經濟學和能源研究等。中文文獻的來源期刊主要是環(huán)境科學與安全科學類、經濟與管理類期刊，研究方向包括環(huán)境科學與資源利用、工業(yè)生態(tài)經濟、宏觀環(huán)境政策等（表2）。

表2 國內外文獻發(fā)文期刊排名（前5名）Table 2 Ranking of published journals at home and abroad(Top 5)

通過文獻共被引分析，減污降碳、協同減排領域影響較大的期刊有Atmospheric Environment、Environmental Science and Technology、Science of the Total Environment、Atmospheric Chemistry and Physics和Energy Policy，這些期刊在環(huán)境科學與生態(tài)學、地學和能源研究領域具有較高的中心性，對減污降碳、協同減排相關研究起著重要的支撐和引領作用（圖4和表3）。

表3 期刊共被引次數（前5名）Table 3 Total co-citations of journals (Top 5)

圖4 期刊共被引網絡分析Fig.4 Network analysis of co-cited journals

2.5 重點研究方向

在關鍵詞聚類分析中，聚類模塊性指數(Q)和聚類輪廓性指數(S)是檢驗聚類有效性的重要指標。當Q＞0.3時，表明劃分出來的社團結構顯著；S＞0.7，得到的聚類高效且令人信服；S＞0.5則較為合理[21]。分別對英文獻和中文文獻進行聚類，得到的Q和S分別為0.782 4和0.894 3、0.750 7和0.899，表明聚類是有效的。

由圖5可見，英文文獻中共現頻次較高的關鍵詞主要有大氣污染物（ozone、aerosol、black carbon、PM2.5等）、碳排放（emission、CO2emission、greenhouse gas emission等）、環(huán)境事件（air pollution、climate change、particulate matter、energy consumption等）、環(huán)境經濟效應（air quality、impact、economic growth、health、mitigation、co-benefit等）、管理政策（policy、system等），還有一些研究方法如model、performance、source apportionment等。由此可見，國外關于減污降碳、協同減排研究主要集中在大氣污染物與碳排放的驅動機理、應對策略及其效應方面，包括對大氣污染物與CO2排放的管控策略，也有學者通過模型方法進行大氣污染排放的模擬預測等。

圖5 英文文獻關鍵詞共現分析Fig.5 Co-occurrence network analysis of keywords in English literature

中文文獻共現頻次較高的關鍵詞主要有大氣污染物與碳排放（溫室氣體、PM2.5、碳排放、燒結煙氣、CO減排等）、環(huán)境管理政策（協同控制、協同減排、協同推進、攻堅戰(zhàn)、碳減排、區(qū)塊鏈、碳市場等）與政策評估（效果評估、優(yōu)化調度等）、環(huán)境經濟效應（污染防治、綠色轉型、供應鏈、產業(yè)結構、經濟增長等），還包括多主體仿真、混合布谷鳥算法等研究方法（圖6）。此外，針對大氣污染和碳排放嚴重的水泥和煤炭等特定行業(yè)以及京津冀城市群等特定區(qū)域的減污降碳、協同減排的研究也較多。由此可見，國內關于減污降碳、協同減排研究主要集中在環(huán)境管理政策及其政策評估，并針對特定行業(yè)、特定區(qū)域開展研究。

圖6 中文文獻關鍵詞共現分析Fig.6 Co-occurrence network analysis of keywords in Chinese literature

2.6 研究熱點分析

聚類分析可以展示減污降碳、協同減排領域的研究熱點。由英文文獻關鍵詞共現分析（圖7）得到國際上研究熱點主要集中在：1）碳排放和不同大氣污染物包括NO2、carbon monoxide、ship emission等對環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)和全球氣候變化的影響；2）對減污降碳相關領域的環(huán)境管理調控政策研究，如energy efficiency、 alternative fuel、environmental policy；3）對減污降碳政策實施后的效應研究，如co-benefits、yield、economic growth、respiratory and cardiovascular mortality、uncertainty等；4）針對城市、森林的特定區(qū)域或國家減污降碳工作的相關研究。

圖7 英文文獻關鍵詞聚類分析Fig.7 Clustering network analysis of keywords in English literature

由中文文獻關鍵詞共現分析（圖8）得到國內研究熱點主要集中在：1）大氣污染物排放與碳排放的研究，如溫室氣體、污染防治；2）對減污降碳相關領域的環(huán)境管理調控政策及評價研究，如碳減排、節(jié)能減排、空氣質量；3）對減污降碳相關機制體制的探索性研究，如協同推進、區(qū)塊鏈、長效機制、碳市場；4）對特定行業(yè)（如鋼鐵行業(yè)、水泥行業(yè)等）的減污降碳影響效應的研究；5）對特定區(qū)域如京津冀地區(qū)減污降碳影響的研究。

圖8 中文文獻關鍵詞聚類分析Fig.8 Clustering network analysis of keywords in Chinese literature

3 研究領域與未來展望

雖然氣候變化議題在20世紀末已成為一個重要話題，但是早期的減排措施卻忽視了碳和大氣污染物的協同減排[22]，碳減排大都依靠能源政策實現，而大氣污染物則主要依靠末端治理達成減排[23]。減污降碳、協同減排在21世紀以來才受到廣泛關注與討論。

3.1 主要研究領域

根據從國內外研究中提取的關鍵詞，可將減污降碳領域已有的研究歸結為三大類：碳減排對大氣污染物減排的協同效應研究；環(huán)境治理對碳減排、氣候變化的協同效應研究；減污降碳對策措施及其協同效應評價研究。

3.1.1 碳減排對大氣污染物減排的協同效應研究

隨著氣候變暖引起學界的關注，部分學者探討了碳減排相關政策對大氣污染物減排的協同效應。相關政策包括國際氣候協定、碳交易市場構建、碳稅、植被修復、農業(yè)改革、能源政策等，相應的協同效應包括空氣質量的提升、居民健康的改善、生態(tài)環(huán)境的好轉、能源安全和經濟效益等。例如，Ramanathan等[24]證實，能源部門按《哥本哈根協議》的要求進行大規(guī)模脫碳，不僅減少碳排放，也減少了黑炭、臭氧和甲烷等的排放。Vandyck等[25]研究表明，若能達到《巴黎協定》的減排承諾，可在全球范圍內大幅度改善空氣質量，減排的協同效應可抵消氣候政策所產生的成本。Razmjoo等[26]對伊朗可再生能源措施的研究顯示，新能源政策和可再生能源的投資不僅促進碳減排，還使發(fā)電更加可持續(xù)。Wu等[27]以廣州市為例，探討了碳達峰對空氣質量和健康的協同效應。任亞運等[28]指出，碳交易政策的協同效應主要體現在SO2減排和區(qū)域環(huán)境質量改善等方面。

3.1.2 環(huán)境治理對碳減排、氣候變化的協同效應研究

大氣污染物、固體廢物、廢水污染物的減排是環(huán)境治理的重要手段。環(huán)境治理實踐中，對污染物的減排可以帶來碳減排及氣候變化等協同效應。目前，相關研究基本涵蓋了多數大氣污染物。如Okorn等[29]通過對洛杉磯某社區(qū)油氣設施中甲烷、CO等大氣污染物排放和CO2排放的同時監(jiān)測，驗證了污染物減排的協同性；Kirchstetter等[30]研究發(fā)現，美國城市黑炭排放濃度的下降緩解了由CO2排放增加所導致的大氣變暖，有利于居民健康；高慶先等[31]針對《大氣污染防治行動計劃》所提及的措施進行效果評估，認為技術進步可以實現SO2、NO2、煙塵和碳減排的正向協同效應。在固體廢物治理方面，McPhail等[32]認為，城市固體廢物與煤作為混合燃料或使用城市垃圾代替煤炭可以節(jié)省NO、NO2和SO2排放成本。水體治理方面，李薇等[33]明確了污水處理中COD的去除量與碳排放成正比關系。

3.1.3 減污降碳對策措施及其協同效應評價研究

減污降碳、協同減排的對策措施可分為技術改善、結構調整、監(jiān)督管理三大類[34]。其中，技術改善類是指不同行業(yè)通過自身技術的提高與改善，達到協同減排的目的。Xu等[35]認為增加節(jié)能技術的研發(fā)投資可以減少鋼鐵行業(yè)的碳排放和污染物排放。Zheng等[36]建議水泥行業(yè)采用脫硝裝置，使用替代原料和燃料以進一步降低環(huán)境負擔。印刷行業(yè)可引進無水印刷技術，實現VOCs與CO2協同減排[37]。在汽車行業(yè)，沈巖等[38]考察了北京市機動車結構優(yōu)化對周邊減污降碳的影響，阿迪拉·阿力木江等[39]研究認為推廣純電動公交車具有較好的減污降碳協同效應。結構調整類是指通過調整能源結構、產業(yè)結構、行為方式等達到協同減排的目的。Wang等[40]以北京市為例，認為職住關系調整政策會對城市交通運輸的CO2排放產生影響。Yu等[41]考察了經濟增長與產業(yè)結構調整對減污降碳的影響，認為產業(yè)結構調整的作用遠大于經濟增長的作用。王涵等[42]研究減污降碳與地區(qū)經濟發(fā)展水平的耦合協調性，為經濟結構綠色轉型提供建議。監(jiān)督管理類是指政府、立法機關通過制定規(guī)章制度或者法律來促進減污降碳，有研究發(fā)現相關政策手段在中國的協同減排中發(fā)揮著主要作用[43]。

3.2 研究展望

3.2.1 多重環(huán)境政策的協同減排效應綜合評價研究

當前，碳減排和污染物減排政策的焦點是碳排放交易、碳稅和污染稅等政策的相關研究。但是減污降碳是一項多目標的工作，需要多種環(huán)境政策并存實現。這些環(huán)境政策之間如何相互作用，也成為當前實踐中需要解決的問題。已有學者注意到碳稅和碳補貼[44]、財政貨幣等宏觀經濟政策[45]的組合使用可以產生協同減排效應。此外，當前的機制與治理主要是由政府部門主導，尚未形成“政府-市場-社會組織”共治的多元互動體系[46]。因此，現有研究缺乏對多項環(huán)境政策相互作用的認識，全面分析多重環(huán)境政策的協同減排效應對未來戰(zhàn)略布局有重要意義。

3.2.2 考慮產業(yè)或行業(yè)差異的減污降碳協同推進路徑研究

不同類型的產業(yè)或行業(yè)具有顯著的污染排放差異性，當前學者聚焦重污染行業(yè)的減污降碳的相關研究，且多用產量[47]或者在GDP中的占比[48]表征產業(yè)結構，并未從產業(yè)或行業(yè)內部存在的根本差異入手，缺乏對行業(yè)產品供需特點、產業(yè)環(huán)?？萍妓讲町愊聟f同減排效應的深入甄別。今后研究應聚焦于更加細化的減污降碳、協同減排的推進路徑與政策體系構建。

3.2.3 區(qū)域聯防聯控機制下減污降碳與協同效應研究

當前，國外相關研究多從國家或重點區(qū)域等大尺度研究區(qū)入手[49-50]，國內則受近年區(qū)域一體化推進的影響，相關研究主要針對特定區(qū)域如京津冀[51]、長江流域[52]、典型省域[53]、重點城市[54]等。當前研究雖專注于重點地區(qū)，卻忽視了跨區(qū)域合作帶來的協同減排效應的研究。由于區(qū)域間存在差異，CO2和污染物可能存在跨區(qū)域的污染，因此，多區(qū)域研究對確定區(qū)域政策的實施范圍具有重要意義。雖然有學者研究了區(qū)域政策在當地協同減排的效益，但較少考慮到對非目標區(qū)域的潛在排放泄漏[55]。多區(qū)域研究可以彌補這方面缺陷，也可幫助區(qū)域間建立聯防聯控協作機制，實現減污降碳、協同減排的目標。

4 結論

（1）國內外對于減污降碳、協同減排研究起步時間、經歷階段相近，且該領域研究在當前呈現出爆發(fā)式的上升趨勢，美國和中國發(fā)文量較多，其他發(fā)文國家主要集中在歐洲和東亞地區(qū)。就文獻影響力而言，盡管中國發(fā)文量較大，但中心度不強。國內外減污降碳、協同減排領域發(fā)文期刊主要為環(huán)境科學類期刊，此外國外發(fā)文期刊還有能源類期刊影響力較大，國內期刊中經濟與管理類期刊有較大影響力。

（2）國外研究以實證分析研究大氣污染物與碳排放的驅動機理、應對策略及其效應等，也有通過數理模型方法進行大氣污染物排放和碳排放的模擬研究；國內研究針對特定行業(yè)和特定區(qū)域關注環(huán)境管理政策及其評估，進行減污降碳、協同減排的效益評價，旨在進行減污降碳、協同減排的體制機制研究。

（3）未來協同減排領域可能的研究重點將會聚焦于分析多重環(huán)境政策的協同減排，細化對不同產業(yè)、行業(yè)結構調整的環(huán)境政策實施的評價研究，并將當前單區(qū)域的研究轉向區(qū)域聯防聯控對減污降碳的協同效應研究，以建立多區(qū)域間、多環(huán)境政策相互作用、多部門或多行業(yè)協同的減污降碳、減排政策體系。