基于主體功能區(qū)的山西省碳排放時空特征及減排評價

李 虹,張 紅,,*,賀桂珍,張霄羽,劉 勇

1 山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,太原 030006 2 山西大學(xué)黃土高原研究所,太原 030006 3 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實驗室,北京 100085 4 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049

自20世紀(jì)中葉以來,人類活動導(dǎo)致以CO2為主的溫室氣體含量增加,造成溫室效應(yīng)加劇,全球氣溫上升,對大氣、海洋、冰凍圈和生物圈等自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生前所未有的影響[1]。氣候變化作為全球性問題,需要世界各國攜手應(yīng)對。作為世界上最大的發(fā)展中國家和CO2排放國,中國在2020年9月明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)、國家自主貢獻(xiàn)力度新目標(biāo)[2],這不僅是推動生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求,也展現(xiàn)了中國深度參與全球氣候治理的責(zé)任擔(dān)當(dāng)[3]。中國各級行政區(qū)的資源稟賦、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在一定程度上決定了傳統(tǒng)的以行政區(qū)劃為實施單元不能完全適應(yīng)碳減排政策的制定和實施,亟需探討實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的可行政策路徑。主體功能區(qū)是根據(jù)縣域的資源環(huán)境承載能力、現(xiàn)有開發(fā)密度和發(fā)展?jié)摿Χ鴦澐值腫4],因此從主體功能區(qū)角度研究碳排放,有利于打破行政區(qū)劃,因地制宜地制定并實施有差異性的碳減排政策,推動中國雙碳目標(biāo)的實現(xiàn),適應(yīng)和減緩氣候變化。

鑒于全球能源部門的碳排放占CO2總排放量的90%以上,國內(nèi)外學(xué)者多圍繞化石能源消費(fèi)所產(chǎn)生的碳排放問題展開研究,主要集中在國家、省級尺度。國家尺度上,世界各國的碳排放研究基于國際上的溫室氣體數(shù)據(jù)集[5],包括美國能源信息署(EIA)、全球大氣研究排放數(shù)據(jù)庫(EDGAR)、全球碳預(yù)算數(shù)據(jù)庫(GCB)、國際能源署(IEA)等數(shù)據(jù)集。Koilakou、Fang等分別使用IEA的碳排放數(shù)據(jù)分析美國和德國碳排放的驅(qū)動因素、比較中國和美國碳排放及影響因素的差異[6-7];Dong等[8]基于EIA碳排放數(shù)據(jù)評估了32個發(fā)達(dá)國家在1990-2017年期間的碳排放效率;Zhang等[9]利用EDGAR的溫室氣體排放數(shù)據(jù)分析1970-2018年全球主要國家不同情景下的碳排放配額。省級尺度上,一些學(xué)者參考IPCC國家溫室氣體清單指南,使用《中國能源統(tǒng)計年鑒》中的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行碳排放核算,從碳排放強(qiáng)度的角度分析時空演變特征[10]、采用LMDI法研究碳排放的驅(qū)動因素[11]、分析城市發(fā)展與能源碳排放的關(guān)系[12]。

由于能源消費(fèi)數(shù)據(jù)的限制,縣級尺度的碳排放核算大多使用自上而下的方法收集社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)或點(diǎn)源數(shù)據(jù)獲得縣級尺度碳排放量[13-16],這種方法忽略了縣域經(jīng)濟(jì)與工業(yè)之間的異質(zhì)性,使得估算值與實際碳排放偏差較大[17]。此外夜間燈光數(shù)據(jù)也被選擇用于碳排放的降尺度研究,蘇泳嫻等[18]基于1992-2010年DMSP/OLS夜間燈光影像,建立省級尺度夜間燈光總值與碳排放量之間的線性相關(guān)關(guān)系模擬市級碳排放量;Chen等[19]采用PSO-BP算法基于夜間燈光數(shù)據(jù)對全省能源碳排放進(jìn)行降尺度研究,并計算1997-2017年全國2375個縣的能源相關(guān)碳排放量。也有學(xué)者考慮到不同主體功能區(qū)國土空間開發(fā)目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r及能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的差異,在縣級尺度碳排放核算的基礎(chǔ)上,分析四川省[20]、廣東省[21]、京津冀城市群[22]主體功能區(qū)碳排放的時空演變特征。

山西省是典型的資源型和高碳經(jīng)濟(jì)省份,經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)長期依賴煤炭,碳排放總量、人均碳排放、碳排放強(qiáng)度長期居全國前列[23]。田云等[24]研究表明山西省呈現(xiàn)出較為明顯的“高排放、低配額”特征,且碳減排潛力相對較小,在實施碳減排措施、推動低碳轉(zhuǎn)型以及最終實現(xiàn)雙碳目標(biāo)等方面面臨著嚴(yán)峻的考驗。因此本文立足山西省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和碳排放的特征,從主體功能區(qū)的視角出發(fā),采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,構(gòu)建了適用于主體功能區(qū)的碳排放核算模型,對山西省重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)2006-2020年碳排放進(jìn)行核算,分析碳排放時空演變特征、碳排放區(qū)域差異及來源、碳減排成效,有利于促進(jìn)主體功能區(qū)之間資源整合和協(xié)同減排,為山西省碳減排政策和低碳發(fā)展道路的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

山西省總面積15.67萬km2,共轄11個地級市,117個縣區(qū),含煤面積約占全國總面積的40%,探明儲量約占全國的1/3,煤炭資源豐富,是我國重要的能源生產(chǎn)基地及典型的資源型省份,經(jīng)濟(jì)發(fā)展高度依賴能源,總能源消耗較大,導(dǎo)致其碳排放量大于其他省份,減排壓力巨大。本文以《山西省主體功能區(qū)規(guī)劃》[25]中的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)和重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)開展研究,三大主體功能區(qū)分別包含37、34、46個縣區(qū)級行政單元,占省域面積的20.15%、28.65%和51.2%(圖1)。

圖1 山西省主體功能區(qū)劃圖Fig.1 Map of the MFOZs in Shanxi ProvinceMFOZs: 主體功能區(qū)Major function oriented zones

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文分別采用IPCC清單法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算市級和縣級碳排放,縣級碳排放加總得到主體功能區(qū)的碳排放。用于市級碳排放核算的數(shù)據(jù)包括能源消費(fèi)數(shù)據(jù)[26-27]和排放因子,考慮到某些能源的消耗量小,而且質(zhì)量與其他燃料相似,將其合并為17種類型[28],排放因子采用Liu等[29]對國內(nèi)煤礦和煤炭樣品分析檢測得出的實際排放因子;用于縣級碳排放估算的數(shù)據(jù)包括人口、GDP、夜間燈光總值、植被覆蓋率、城市化水平,DMSP-OLS(30″)、NPP-VIIRS(15″)夜間燈光數(shù)據(jù)分別經(jīng)過裁剪、重投影、重采樣、去除異常值等預(yù)處理使兩種影像達(dá)到空間匹配后進(jìn)行相互校正[30]。數(shù)據(jù)來源說明見表1。

表1 數(shù)據(jù)來源Table 1 Data sources

1.3 研究方法

1.3.1主體功能區(qū)碳排放核算

主體功能區(qū)以縣級行政單位為基本單元,由于縣級能源消費(fèi)數(shù)據(jù)的不可獲取性,無法直接計算其碳排放量,本文首先基于IPCC指南中的方法2(即采用特定國家排放因子)和省級溫室氣體清單編制指南(試行),計算山西省各市2000-2020年能源相關(guān)碳排放,其公式如下:

CEenergy=ADi×EFi

(1)

式中,CEenergy為能源相關(guān)CO2排放量(Mt);ADi為i類能源的活動數(shù)據(jù)即消費(fèi)量,按標(biāo)準(zhǔn)煤計算(Mt),包括終端消費(fèi)(除用作原料、材料的部分)和火力發(fā)電、供熱兩個過程[31];EFi為i類能源的排放因子(表2)。

表2 能源排放因子Table 2 Emission factors for different energy

其次通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算2006-2020年山西省縣級CO2排放量[32],BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種按照誤差逆向傳播算法訓(xùn)練的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),由輸入層、輸出層和隱含層組成。在本研究中,輸入層為碳排放影響因子,包括人口、GDP、夜間燈光總值、植被覆蓋率、城市化水平,輸出層為碳排放量,訓(xùn)練樣本、測試樣本分別占70%、30%,訓(xùn)練集、測試集的相關(guān)系數(shù)R分別為0.995、0.990,驗證集和總樣本的相關(guān)系數(shù)R分別為0.986、0.993。然后通過該模型估算了山西省2006-2020年縣級CO2排放量。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬在MATLABR2018b中實現(xiàn)。最后根據(jù)主體功能區(qū)規(guī)劃將對應(yīng)縣域的碳排放匯總,得到重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的碳排放。

1.3.2空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)是一種探究地理現(xiàn)象屬性因空間位置而產(chǎn)生相關(guān)性程度的空間分析方法,可以解釋地理現(xiàn)象的空間分布特征、相關(guān)程度和聚集性。本文選擇空間自相關(guān)Moran I指數(shù)分析碳排放高值或低值的空間集聚特征,Getis-Ord G*進(jìn)一步分析局部空間集聚特征,識別具有統(tǒng)計顯著性的高值和低值的空間聚類,即碳排放熱點(diǎn)區(qū)與冷點(diǎn)區(qū)的空間分布。

1.3.3碳排放區(qū)域差異分析

采用Dagum基尼系數(shù)及其按子群分解的方法計算山西省2006-2020年碳排放空間分布的基尼系數(shù)并從主體功能區(qū)角度對總體基尼系數(shù)進(jìn)行分解,該方法克服了標(biāo)準(zhǔn)差、基尼系數(shù)、變異系數(shù)等傳統(tǒng)測算變量空間非均衡性方法僅考慮總體差異的弊端,已廣泛用于研究區(qū)域差異[33]。Dagum基尼系數(shù)將總體差異(G)分解為區(qū)域內(nèi)差異(Gw)、區(qū)域間差異(Gnb)和超變密度(Gt)三部分,基尼系數(shù)的定義如公式(2)所示,具體計算方法見文獻(xiàn)[34]。

(2)

1.3.4碳減排成效評價

碳排放強(qiáng)度變化傾向率體現(xiàn)其在時間序列下的變化趨勢,可以檢驗碳減排成效,本文采用線性擬合方程的斜率表征碳排放強(qiáng)度的變化趨勢和幅度,在給定α=0.05的置信水平下,對碳排放強(qiáng)度時間序列變化趨勢的顯著性進(jìn)行判斷。計算公式為:

(3)

式中,n為研究期長度(本研究n=15),t代表時間序列,CEIt為第t年碳排放強(qiáng)度,slope表示碳排放強(qiáng)度變化的趨勢。如果slope>0表示研究期間碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)增長趨勢,說明該地區(qū)碳減排無效,slope<0則表示研究期間碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)減小趨勢,該區(qū)域碳減排有效。

2 結(jié)果分析

2.1 主體功能區(qū)碳排放時空演變特征

2.1.1碳排放時間演變特征

近15年來山西省主體功能區(qū)的碳排放量呈現(xiàn)逐年增長的趨勢,增長率表現(xiàn)為重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域>農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)>重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的特征(圖2),與各主體功能區(qū)的功能定位和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)顯著相關(guān)(圖3)。重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域是碳排放主要區(qū)域,其排放量占全省的比重穩(wěn)定在60%左右,總體呈增長趨勢且增速最快,從2006年的233.92 Mt增長到2020年的477.67 Mt。作為山西省經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū),重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域GDP總量最高,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以二三產(chǎn)業(yè)為主,碳排放與第二、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的相關(guān)性最強(qiáng),人口密集、能源消費(fèi)總量大、城市化水平高,因此排放量最大且增速最快。

圖2 2006-2020年山西省主體功能區(qū)碳排放變化圖Fig.2 Carbon emission changes in the MFOZs of Shanxi Province from 2006 to 2020

圖3 主體功能區(qū)碳排放與各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的Person相關(guān)系數(shù)(P<0.01)Fig.3 Person Correlation coefficient between carbon emission and output value of various industries of the MFOZs (P<0.01)

農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)和重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的碳排放量明顯低于重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域,分別占山西省碳排放總量的25%和12%左右。農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)以發(fā)展農(nóng)業(yè)和提供農(nóng)產(chǎn)品為主要功能,第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與碳排放的相關(guān)性是三大主體功能區(qū)中最強(qiáng)的,由于推進(jìn)落實農(nóng)業(yè)低碳技術(shù),增加農(nóng)田有機(jī)質(zhì)含量,鞏固和提升農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力,故碳排放增速緩慢[35];重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的碳排放量同樣表現(xiàn)出隨時間連續(xù)增長的趨勢,碳排放與第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的相關(guān)性最高,是山西省生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的關(guān)鍵區(qū)域,工業(yè)活動少,林草覆蓋率高,以提供生態(tài)服務(wù)為主,故碳排放總量增速緩慢。

2.1.2碳排放空間集聚特征

采用空間自相關(guān)方法分析主體功能區(qū)碳排放在空間上的集聚特征,從山西省碳排放局部空間自相關(guān)分布圖看(圖4),高-高聚集區(qū)、低-高聚集區(qū)都分布在重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域,其中太原都市圈的高-高聚集現(xiàn)象未發(fā)生變化,說明該區(qū)域的空間集聚格局較為穩(wěn)定,存在“高碳鎖定”效應(yīng),分布在山西省太原盆地、臨汾盆地和大同盆地,由于地勢優(yōu)勢,人口、經(jīng)濟(jì)不斷集聚在此區(qū)域,逐漸陷入高碳排放的困境;晉北、晉南、晉東南城鎮(zhèn)群中的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域的空間自相關(guān)性減弱,由高-高集聚轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙@著,這反映了三大城鎮(zhèn)群產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級、綠色低碳技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用、與太原都市圈的融合發(fā)展帶來的集聚效應(yīng)等因素,對晉北、晉南、晉東南地區(qū)的碳排放產(chǎn)生負(fù)影響,從而使這些地區(qū)碳集聚效應(yīng)減弱。高-高區(qū)域在中心相互作用,集中和消耗更多的資源,低-高區(qū)域在重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域的邊緣地區(qū),優(yōu)先保障高-高區(qū)域的發(fā)展,能源消耗量較少。農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡,碳排放存在空間差異性,集聚特征不顯著。主體功能區(qū)的空間集聚特征與山西省“兩山夾一川”的獨(dú)特地勢相關(guān)[36],空間集聚特征穩(wěn)定的區(qū)域集中在山西省中部,集聚特征不顯著的區(qū)域分布在東部和西部。

圖4 山西省主體功能區(qū)碳排放局部空間自相關(guān)分布圖Fig.4 Local spatial autocorrelation distribution map of carbon emissions in the MFOZs of Shanxi Province

計算Getis-Ord G*得到山西省碳排放冷熱區(qū)分布圖(圖5),熱點(diǎn)圖分析表明山西省碳排放整體上呈現(xiàn)核心-邊緣結(jié)構(gòu),以重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域中的太原都市圈為熱點(diǎn)區(qū),向外逐漸擴(kuò)散,依次為次熱區(qū)、次冷區(qū)、冷點(diǎn)區(qū);晉北、晉東南城鎮(zhèn)群形成次級核心。2006-2020年熱點(diǎn)區(qū)范圍擴(kuò)大且更加集聚,分布在重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域。太原都市圈是人口和經(jīng)濟(jì)密集區(qū),晉北、晉東南城鎮(zhèn)群是工業(yè)密集區(qū),城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展伴隨能源消費(fèi)量的增長,導(dǎo)致該區(qū)域成為山西省碳排放的高值區(qū)。

圖5 山西省主體功能區(qū)碳排放冷熱區(qū)分布圖Fig.5 Distribution of carbon emissions hot spots in the MFOZs of Shanxi Province

2.2 主體功能區(qū)碳排放差異及來源分解

為了進(jìn)一步分析山西省主體功能區(qū)碳排放分布的區(qū)域差距,根據(jù)基尼系數(shù)及其按子群分解的方法,分別測算了2006-2020年山西省碳排放總體基尼系數(shù)并按照重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)三大區(qū)域進(jìn)行了分解(圖6)。研究期間山西省主體功能區(qū)碳排放的總體差異表現(xiàn)為下降趨勢,由2006年的0.505下降到2020年的0.498,年均下降0.102%,說明山西省縣區(qū)碳排放之間存在較為明顯的不均衡現(xiàn)象,且不均衡程度有縮小的趨勢,原因是各縣區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨于平衡導(dǎo)致碳排放量的差異減弱。

圖6 Dagum基尼系數(shù)分解結(jié)果Fig.6 Dagum Gini coefficient decomposition results

從主體功能區(qū)的差異來看,重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域、重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)碳排放的區(qū)域內(nèi)差異逐年上升,年均增長率分別為1.47%、0.95%,而農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)呈現(xiàn)下降的趨勢,年均下降2.55%,主要原因是重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的步調(diào)不一致,太原城市群以高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為經(jīng)濟(jì)支柱,晉北、晉南、晉東南三大城鎮(zhèn)群依賴于傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)和制造業(yè),能源消費(fèi)量大,使得區(qū)域內(nèi)碳排放的差異增大。

主體功能區(qū)之間的差異見圖6,從差異的數(shù)值水平來看,重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域和重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)之間的差異較大,其研究期內(nèi)均值達(dá)到0.730,重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域和農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)與重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)之間的差異較小,樣本均值分別為0.478、0.527,這與主體功能區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡、能源消費(fèi)總量的差異密切相關(guān);從差異的時間變化趨勢來看,整體上農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)與重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域和重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的地區(qū)間差異呈現(xiàn)下降趨勢并同步變化,年均下降分別為1.127%、0.127%,重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域和農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)的地區(qū)間差異波動幅度較小,表現(xiàn)為上升趨勢,年均增長率為0.153%。

進(jìn)一步分析主體功能區(qū)碳排放差異的來源及貢獻(xiàn)率(圖6),區(qū)域內(nèi)差異的貢獻(xiàn)呈現(xiàn)上升趨勢,由2006年的20.242%上升到2020年的21.443%,年均增長率為0.413%;超變密度反映的是主體功能區(qū)之間交叉重疊部分對于總體差異的貢獻(xiàn),其貢獻(xiàn)率在7%上下波動,呈現(xiàn)明顯的倒“U”形特征;區(qū)域間差異的貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)下降趨勢,由2006年的72.272%下降至2020年的71.516%,始終高于區(qū)域內(nèi)差異和超變密度對碳排放總體差異的貢獻(xiàn),是山西省碳排放總體差異的主要來源。

2.3 主體功能區(qū)碳減排成效評價

碳排放強(qiáng)度是指單位GDP的碳排放量,是衡量能源強(qiáng)度、碳排放效率和碳減排成效的重要指標(biāo)。研究期間重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域和農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)的碳排放強(qiáng)度高于全省水平,三類主體功能區(qū)的碳排放強(qiáng)度均呈現(xiàn)逐年下降趨勢(圖7),重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的下降幅度最大(51.43%),農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)次之(46.61%),重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域最小(45.84%)。

圖7 2006-2020年山西省主體功能區(qū)碳排放強(qiáng)度Fig.7 Carbon emission intensity of the MFOZs in Shanxi Province from 2006 to 2020

進(jìn)一步分析碳排放強(qiáng)度年際變化趨勢,2006-2020年主體功能區(qū)碳排放強(qiáng)度呈顯著下降趨勢的(P<0.05)區(qū)域占比排序為:重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域(97.30%)>重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)(95.65%)>山西省(95.73%)>農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)(94.12%)(表3),重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域的碳減排成效顯著高于農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)和重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)。從空間上看(圖8),重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域整體碳減排成效較好,太原市作為以“資源型城市轉(zhuǎn)型升級”為主題的國家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū),可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略輻射重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域,大力發(fā)展新能源,推動能源清潔低碳轉(zhuǎn)型,能源利用效率提高,單位產(chǎn)出能源資源消耗和碳排放強(qiáng)度降低;農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)和重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的減排成效存在較大程度的空間異質(zhì)性,緊鄰太原都市圈的區(qū)域承擔(dān)著向中心區(qū)域輸送資源的任務(wù),制約了低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,碳排放強(qiáng)度下降緩慢,碳減排成效不容樂觀。

表3 2006-2020年碳排放強(qiáng)度變化趨勢統(tǒng)計Table 3 Statistics of carbon emission intensity from 2006 to 2020

圖8 2006-2020年山西省主體功能區(qū)碳排放強(qiáng)度傾向率空間分布圖Fig.8 Spatial distribution of carbon emission intensity tendency rates in the MFOZs of Shanxi Province from 2006 to 2020

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

碳排放領(lǐng)域已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn),然而以往研究大多以國家、省級尺度為主,較少從主體功能區(qū)尺度開展研究。山西省是我國首個國家資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型綜合配套改革試驗區(qū),實施雙碳目標(biāo)的“山西行動”,有助于推進(jìn)全國碳達(dá)峰碳中和進(jìn)程[37]。本文從山西省主體功能區(qū)的碳排放入手,結(jié)合遙感數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù),通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算山西省縣級尺度碳排放,進(jìn)而分析了主體功能區(qū)的碳排放時空特征、碳排放區(qū)域差異并評價碳減排成效,研究方法有一定的創(chuàng)新性,但是由于夜間燈光數(shù)據(jù)存在過飽和、精度低等缺點(diǎn),未來可以選擇更高精度的數(shù)據(jù),結(jié)合實地調(diào)研和碳排放在線監(jiān)測,更準(zhǔn)確地核算碳排放,為低碳發(fā)展戰(zhàn)略提供強(qiáng)有力的依據(jù)。

本文基于山西省各主體功能區(qū)碳排放的特征,結(jié)合其資源環(huán)境承載能力、現(xiàn)有開發(fā)強(qiáng)度、發(fā)展?jié)摿蜕轿魇∥磥戆l(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃,針對性地提出各主體功能區(qū)的減排建議:

重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域近年來碳減排取得一定成效,未來應(yīng)優(yōu)化太原都市圈、三大城鎮(zhèn)群的城鎮(zhèn)化與工業(yè)化用地,推進(jìn)發(fā)展技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè);發(fā)揮平遙縣、介休市、陽曲縣等地旅游資源豐富的優(yōu)勢,大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級;對于太原市小店區(qū)、大同市平城區(qū)等人口密集的區(qū)縣,推進(jìn)自身的輻射帶動作用,充分發(fā)揮人口集聚的規(guī)模效應(yīng)與創(chuàng)新優(yōu)勢對碳排放的負(fù)影響[38],優(yōu)化三生空間布局,建設(shè)低碳城市。

農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)存在較強(qiáng)的城鎮(zhèn)化發(fā)展?jié)摿39],未來應(yīng)嚴(yán)格控制城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)張,落實主體功能區(qū)配套政策,因地制宜選擇低碳發(fā)展路徑,注意防范增排風(fēng)險;優(yōu)化農(nóng)業(yè)用地布局,提升耕地質(zhì)量,發(fā)展以陽高縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈、高平市種養(yǎng)結(jié)合為案例的農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì),提高農(nóng)業(yè)資源的利用效率,推進(jìn)農(nóng)業(yè)碳減排;增加農(nóng)田有機(jī)質(zhì)含量,鞏固和提升農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力;加強(qiáng)綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)研究開發(fā),增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適應(yīng)氣候變化的能力。

重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)應(yīng)加強(qiáng)資源合理開發(fā)利用、新能源開發(fā)建設(shè)和生態(tài)修復(fù),特別是晉城市沁水縣、朔州市平魯區(qū)、呂梁市柳林縣等煤炭產(chǎn)量較高的縣區(qū),能礦資源的開采必須以保護(hù)生態(tài)為前提,加強(qiáng)管控力度,嚴(yán)格按照該區(qū)域的主體功能定位實行“點(diǎn)上開發(fā)、面上保護(hù)”;立足資源優(yōu)勢和地理優(yōu)勢,以創(chuàng)新為驅(qū)動加快實現(xiàn)盂縣煤層氣和地?zé)崮?、平魯區(qū)風(fēng)電等地優(yōu)質(zhì)清潔能源的開發(fā)建設(shè),提高能源利用效率,降低碳排放強(qiáng)度;建設(shè)以呂梁山、太行山、太岳山、中條山為主體的生態(tài)屏障帶,發(fā)揮濕地、森林、草原等生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)保育和水源涵養(yǎng)功能,保障山西省生態(tài)安全的同時增加陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯。

3.2 結(jié)論

本文從主體功能區(qū)的視角出發(fā),采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建市級能源消費(fèi)碳排放與人口、GDP、夜間燈光總值、植被覆蓋率、城市化水平的關(guān)系并間接估算2006-2020年山西省各縣區(qū)的能源消費(fèi)碳排放量,進(jìn)而計算出各類主體功能區(qū)的碳排放量。

結(jié)果表明各類主體功能區(qū)的碳排放存在顯著差異,研究期間碳排放量及其增長率始終表現(xiàn)為重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域>農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)>重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的特征,碳排放量與各區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)正相關(guān)性。山西省碳排放總體差異表現(xiàn)為下降趨勢,主體功能區(qū)之間的差異,尤其是重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域和重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)之間的差異,是山西省碳排放總體差異的主要來源,各主體功能區(qū)之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不同、能源消費(fèi)需求量不同導(dǎo)致了各區(qū)域間碳排放量的差異。碳排放強(qiáng)度的趨勢分析可以用于評價碳減排成效,2006-2020年各主體功能區(qū)碳減排均取得一定成效且具有空間差異性。