基于回歸分析和碳排放影響機(jī)理分析的城市化環(huán)境影響研究

關(guān)鍵詞：碳排放；環(huán)境；回歸分析；城市化

前言

隨著全球城市化進(jìn)程的加速，城市化對(duì)環(huán)境的影響日益顯著。城市化進(jìn)程中的工業(yè)化和能源消耗是導(dǎo)致碳排放增加的主要原因之一。隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，工業(yè)生產(chǎn)和能源需求也相應(yīng)增加，從而增加了碳排放量。城市化對(duì)碳排放的影響機(jī)理復(fù)雜多樣，還涉及多個(gè)方面。因此，深入研究城市化對(duì)碳排放的影響機(jī)理，對(duì)于制定有效的減排政策和措施具有重要意義。研究的技術(shù)難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)收集和處理、模型建立、回歸分析的準(zhǔn)確性、政策引導(dǎo)分析。城市化環(huán)境影響的分析需要大量的數(shù)據(jù)收集，包括城市化水平、能源消耗、碳排放量等，數(shù)據(jù)的收集和處理是研究的基礎(chǔ)，但也可能面臨數(shù)據(jù)不全或不準(zhǔn)確的問題。建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來描述城市化與碳排放之間的關(guān)系是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要考慮多種因素和變量，確保模型的科學(xué)性和可靠性。研究創(chuàng)新在于方法論、碳排放計(jì)算方法、環(huán)境影響評(píng)估模型。研究提出了一種結(jié)合回歸分析和碳排放影響機(jī)理分析的城市化環(huán)境影響研究方法，嘗試通過機(jī)理分析深入理解城市化過程中碳排放變化的內(nèi)在機(jī)制。研究采用了排放因子法進(jìn)行碳排放量計(jì)算，可以相對(duì)準(zhǔn)確地獲得城市或地區(qū)的碳排放數(shù)據(jù)，為環(huán)保政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。以期為環(huán)境保護(hù)提供一定的技術(shù)參考。

1基于回歸分析和碳排放影響機(jī)理分析的城市化環(huán)境影響研究方法

1.1城市化對(duì)碳排放的影響機(jī)理分析

碳排放會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成諸多影響，其中全球變暖是碳排放對(duì)環(huán)境影響最直接的結(jié)果。碳排放也會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量惡化、產(chǎn)生煙霧和空氣污染，同時(shí)二氧化碳濃度的增加也會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)造成影響，進(jìn)而影響動(dòng)物的遷徙模式。城市化對(duì)碳排放的影響主要從幾個(gè)方面體現(xiàn)，見圖1。

由圖1可見，城市化對(duì)碳排放的影響可以從土地利用變化、能源消耗、人類活動(dòng)模式變化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化、城市熱島效應(yīng)和溫室氣體排放所體現(xiàn)。在城市化過程中，大量的自然土地被用于建設(shè)住宅、商業(yè)和工業(yè)設(shè)施，導(dǎo)致土地利用類型發(fā)生變化。土地利用變化還會(huì)影響地表反照率。這種差異會(huì)導(dǎo)致城市地區(qū)的氣溫升高，進(jìn)一步影響城市的氣候和碳排放。城市地區(qū)的能源消耗主要包括交通、建筑和工業(yè)等方面。這些能源消耗主要依賴于化石燃料，燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳排放。城市化過程中，自然生態(tài)系統(tǒng)被人工生態(tài)系統(tǒng)替代，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生變化。城市綠地和植被可以吸收和儲(chǔ)存碳，有助于減緩碳排放。然而，城市化導(dǎo)致綠地減少，植被覆蓋率下降，從而降低了城市的碳匯能力。城市化還會(huì)影響水資源、空氣凈化等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，間接影響碳排放。

1.2結(jié)合碳排放計(jì)算和回歸分析的城市化環(huán)境影響研究

對(duì)城市化環(huán)境影響進(jìn)行研究時(shí)，僅對(duì)大體的影響機(jī)理進(jìn)行分析是不足的，需要通過實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析才能使研究結(jié)果具有說服力。碳排放計(jì)算能夠?qū)Τ鞘谢h(huán)境影響的趨勢(shì)和潛力進(jìn)行定量描述。為了降低數(shù)據(jù)收集繁瑣程度和計(jì)算難度，研究選擇排放因子法進(jìn)行碳排放量計(jì)算。碳排放總量計(jì)算如式（1）所示：

式（2）中，C代表燃料的含碳量比例；F代表燃料固碳量比例；0代表燃料消耗過程轉(zhuǎn)化為二氧化碳的比例。研究以《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》和《城市溫室氣體核算工具2.0》作為資料對(duì)城市使用主要能源和對(duì)應(yīng)碳排放因子進(jìn)行了計(jì)算和規(guī)定，見圖2。

由圖2可見，城市使用主要能源類型可以分為原油及其加工產(chǎn)物、原煤及其加工產(chǎn)物、天然氣及其加工產(chǎn)物和其他類型能源。在諸多能源類型中，大多數(shù)能源的碳排放因子都在2.50到4.50之間。天然氣的碳排放因子因其本身特性而相較其他能源高出許多。進(jìn)行城市化環(huán)境影響的實(shí)證研究時(shí)，使用可拓展的、隨機(jī)性的環(huán)境影響評(píng)估模型從多角度對(duì)不同影響因素對(duì)環(huán)境的影響情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，環(huán)境壓力計(jì)算如式（3）所示：

2基于回歸分析和碳排放影響機(jī)理分析的城市化環(huán)境影響研究方法有效性分析

使用研究方法進(jìn)行城市化環(huán)境影響實(shí)證分析時(shí)，選取中國多座不同發(fā)展程度的城市作為分析對(duì)象。對(duì)城市的二氧化碳和甲烷摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，其中兩座城市數(shù)據(jù)見圖3。

由圖3可見，兩座城市的二氧化碳和甲烷摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)在整體走勢(shì)上都呈現(xiàn)出一種周期性的規(guī)律。由圖3（a）可見，城市A多年間的二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)呈年初年尾高、年中低的姿態(tài)。在2014年至2020年區(qū)間內(nèi)，二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)在2015年初達(dá)到最高值，約483x10-1；在2016年中達(dá)到最低值，約417×10-6。城市年均二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)呈緩慢上升趨勢(shì)。城市B多年間的二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)呈年初年尾低、年中高的姿態(tài)。在2014年至2020年區(qū)間內(nèi)，二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)在2019年中達(dá)到最高值，約436×10-6。城市年均二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)呈緩慢上升趨勢(shì)。由圖3（b）可見，城市A多年間的甲烷摩爾分?jǐn)?shù)呈年初年尾高、年中低的姿態(tài)。在2014年至2020年區(qū)間內(nèi)，二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)在2015年初達(dá)到最高值，約2676×10-9;在2016年中達(dá)到最低值，約2161×10-9。城市B多年間的二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)呈年初年尾高、年中低的姿態(tài)，但整體較為平均，基本在2033x10-9附近波動(dòng)。結(jié)合城市A處于北方地區(qū)，城市B處于南方地區(qū)的實(shí)際情況，說明集中供暖等冬季建筑保暖措施會(huì)明顯提升溫室氣體產(chǎn)生，夏季空調(diào)大面積使用也會(huì)導(dǎo)致溫室氣體排放增多。收集與城市化相關(guān)的數(shù)據(jù)，使用式（1）進(jìn)行碳排放總量計(jì)算，通過式（3）計(jì)算環(huán)境壓力，使用式（4）計(jì)算建筑碳排放。對(duì)不同城市化地區(qū)的環(huán)境影響效應(yīng)回歸估計(jì)彈性系數(shù)進(jìn)行分析，見表1。

由表1可見，所有變量的彈性系數(shù)得到了生成，且保證了數(shù)據(jù)具有5%的顯著水平。其中高度城市化地區(qū)的模型系數(shù)計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，為-3.606。高度城市化地區(qū)第三產(chǎn)業(yè)增加值的彈性系數(shù)計(jì)算結(jié)果也為負(fù)值，為-0.115。中度城市化地區(qū)和高度城市化地區(qū)的人口比重彈性系數(shù)計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，分別為-0.057和-0.184。中高度城市化地區(qū)第三產(chǎn)業(yè)比重彈性系數(shù)計(jì)算結(jié)果為負(fù)值。中度城市化地區(qū)和中高度城市化地區(qū)的建筑容積率彈性系數(shù)計(jì)算結(jié)果為負(fù)值。將所有地區(qū)合為一類后，得到的建筑容積率彈性系數(shù)和制冷日數(shù)彈性系數(shù)計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，分別為-0.204和-0.053。不同城市化地區(qū)的特點(diǎn)都反映在了各項(xiàng)變量的彈性系數(shù)中，說明研究方法能夠有效生成指向正確的彈性系數(shù)值。研究對(duì)20座不同發(fā)展程度和體量的城市化環(huán)境影響回歸檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了生成。在20座城市中，有4座城市的城市化環(huán)境影響回歸檢驗(yàn)樣本值在11以上；有11座城市的城市化環(huán)境影響回歸檢驗(yàn)樣本值在9到11區(qū)間內(nèi)；有5座城市的城市化環(huán)境影響回歸檢驗(yàn)樣本值在9以下。20座城市的城市化環(huán)境影響回歸檢驗(yàn)擬合值曲線與樣本值曲線走向一致，且較為貼合。雖然城市化環(huán)境影響回歸檢驗(yàn)擬合值與樣本值存在一定偏差，但所有偏差絕對(duì)值保持在5%以內(nèi)。說明使用研究方法進(jìn)行城市化環(huán)境影響研究得到的結(jié)果是有效的，能夠?qū)Σ煌潭瘸鞘谢沫h(huán)境影響效應(yīng)進(jìn)行分析。

3結(jié)論

研究設(shè)計(jì)了一種對(duì)碳排放進(jìn)行分析的城市化環(huán)境影響研究方法。過程中從土地利用變化、能源消耗、人類活動(dòng)模式變化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化、城市熱島效應(yīng)和溫室氣體排放對(duì)城市化對(duì)碳排放的影響機(jī)理進(jìn)行了分析，之后使用排放因子法進(jìn)行城市碳排放計(jì)算，使用可拓展的隨機(jī)性的環(huán)境影響評(píng)估模型對(duì)環(huán)境的影響情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，獲取到所選取南方和北方地區(qū)城市的不同二氧化碳和甲烷摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)表現(xiàn)；進(jìn)行環(huán)境影響效應(yīng)回歸彈性系數(shù)生成時(shí)保證了數(shù)據(jù)具有5%的顯著水平，得到高度城市化地區(qū)在4項(xiàng)彈性系數(shù)上的值為負(fù)值；在20座城市中的回歸分析誤差分析偏差絕對(duì)值小于5%。說明研究方法能夠?qū)Σ煌潭瘸鞘谢沫h(huán)境影響效應(yīng)進(jìn)行有效的分析。