基于熵權(quán)TOPSIS法的居民生活消費(fèi)碳排放特征分析

張冬詠， 魯書慧， 郝夢閣

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與管理科學(xué)學(xué)院，鄭州 450046）

聯(lián)合國氣候變化專門委員會（IPCC）在第五次報告中強(qiáng)調(diào)中國人均碳排放量為7.5 t，比歐盟國家平均水平（7 t）高出0.5 t，是全球平均水平（2.6 t）的2.88 倍，大約是印度人均碳排放的4.4 倍，是世界第一大碳排放國家［1］. 中國居民生活能源消費(fèi)已成為僅次于工業(yè)的第二大能源消費(fèi)部門，居民生活消費(fèi)碳排放已經(jīng)成為碳排放新的增長點(diǎn)之一［2］. 為了減少大氣污染，減緩生態(tài)惡化，習(xí)近平總書記鄭重宣布，“中國將采取更加有力的政策和措施，碳排放力爭2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”. 這一重要宣示為中國應(yīng)對氣候變化、綠色低碳發(fā)展提供了方向指引，擘畫了宏偉藍(lán)圖.

家庭是必不可少的能源消費(fèi)部門，居民生活消費(fèi)是碳排放的重要來源之一. 居民生活消費(fèi)所產(chǎn)生的碳排放包含直接碳排放和間接碳排放兩種，直接碳排放是指居民用于取暖、制冷、照明等項(xiàng)目所消耗的直接生活能源（如煤炭、天然氣等）產(chǎn)生的CO2；間接碳排放是指人們使用的各種產(chǎn)品與服務(wù)消耗的能源產(chǎn)生的CO2［3］. 目前，Bin、曾靜靜、劉晶茹等［4-6］學(xué)者通過碳排放系數(shù)法、CLA（消費(fèi)者生活方式法）、投入產(chǎn)出法以及生命周期法對居民生活碳排放進(jìn)行測算與研究. 白小偉和李遠(yuǎn)利［7］運(yùn)用碳排放系數(shù)法和投入產(chǎn)出法分析城鄉(xiāng)居民的直接碳排放與間接碳排放，得出居民消費(fèi)的間接碳排放遠(yuǎn)高于直接碳排放. 馬曉微等［8］采用差異性測度法對居民收入差距和居民消費(fèi)碳排放進(jìn)行相關(guān)分析研究，得出居民消費(fèi)碳排放的區(qū)域分布比收入分配更為平等. 胡振等［9］通過構(gòu)建日本家庭碳排放因素分解模型進(jìn)行分析，得出日本戶均碳排放波動上升趨勢是正向驅(qū)動因素和抑制因素共同作用的結(jié)果. 史琴琴等［10］通過構(gòu)建空間面板模型對中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城鎮(zhèn)居民消費(fèi)間接碳排放時空格局演變進(jìn)行分析，揭示了中原區(qū)域居民的碳排放差異的原因及影響因素.

基于上述文獻(xiàn)可知，現(xiàn)有文獻(xiàn)采用不同的研究方法多對居民生活消費(fèi)碳排放的影響因素進(jìn)行分析研究，但大多數(shù)研究集中于家庭層面，對全國范圍內(nèi)的居民生活消費(fèi)碳排放的測算與特征分析較為少見. 本文采用熵權(quán)TOPSIS法對中國31個?。ㄊ校?個不同生活領(lǐng)域的居民生活消費(fèi)碳排放水平進(jìn)行測算，綜合分析不同區(qū)域的居民生活消費(fèi)碳排放水平特征，并根據(jù)研究結(jié)果對地方政府提出相應(yīng)的政策建議，在一定程度上彌補(bǔ)了前人研究的不足；此外，對不同生活領(lǐng)域的碳排放進(jìn)行測算與分析，有助于從調(diào)整居民生活消費(fèi)結(jié)構(gòu)的角度有針對性地提出保持低碳生活的建議，從而提高居民對低碳生活的認(rèn)識與參與度.

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

居民人均年生活消費(fèi)原始數(shù)據(jù)、行業(yè)消費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)煤總量以及行業(yè)增加值分別來源于2018—2020 年的《中國統(tǒng)計年鑒》，選取食品煙酒、衣著、居住、生活用品、交通通信、教育文娛、醫(yī)療保健和生活服務(wù)8個主要生活消費(fèi)領(lǐng)域作為影響因子，綜合評價我國31個省（市）的居民人均年生活消費(fèi)的碳排放情況.

1.2 碳排放計量模型

國際碳排放量主要分為自下而上的微觀層面核算和自上而下的宏觀層面核算兩種方法. 前者是通過計算產(chǎn)品的碳排放因子，確定各類微觀主體的碳排放量，理論上可以得到一定領(lǐng)域的碳排放總量；而自上而下的核算方法是以IPCC的《國家溫室氣體清單指南》為代表，通過對國家的碳排放源進(jìn)行分類，在各分類項(xiàng)目下再構(gòu)建子目錄，直到包括所有的碳排放源［11］. 因此，采用自上而下的方法計算人均年生活消費(fèi)的碳排放量.

基于《中國統(tǒng)計年鑒（2020 年）》中的居民消費(fèi)性支出項(xiàng)目，首先，將居民的生活消費(fèi)劃分為8 個領(lǐng)域，結(jié)合《中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒》，選取相對應(yīng)行業(yè)；其次，由于各行業(yè)能源消費(fèi)量不同，根據(jù)生產(chǎn)某一生活領(lǐng)域所有相關(guān)行業(yè)所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量之和與相關(guān)行業(yè)的增加值之和的比值，得出該生活領(lǐng)域單位GDP所需要的標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量，即該生活領(lǐng)域的能耗強(qiáng)度，如表1 所示；最后，將該生活領(lǐng)域的能耗強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)煤的碳排放系數(shù)相乘計算得出該生活領(lǐng)域的碳排放強(qiáng)度，計算公式如（1）式所示. 借鑒胡振、Wei 等［12-13］學(xué)者的研究方法，居民生活消費(fèi)產(chǎn)生的CO2采用CLA法進(jìn)行量化，計算公式如（2）式所示：

表1 消費(fèi)領(lǐng)域的相關(guān)行業(yè)和能耗強(qiáng)度Tab.1 Related industries and energy consumption intensity in the consumer sector

式中：pi為i生活消費(fèi)領(lǐng)域的碳排放強(qiáng)度（kg/元）；ωm為i領(lǐng)域?qū)?yīng)的第m類行業(yè)所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤（kgce）；Δm為第m類行業(yè)的增加值（元）；d為標(biāo)準(zhǔn)煤的碳排放系數(shù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤折算而得d=2.493[14]（C/kgce）；P為居民人均年生活消費(fèi)所產(chǎn)生的碳排放量（kg）；Fi為i生活消費(fèi)領(lǐng)域內(nèi)人均年生活消費(fèi)的金額（元）；i為生活消費(fèi)的8大消費(fèi)領(lǐng)域.

1.3 熵權(quán)法

熵權(quán)法是一種客觀權(quán)重賦值方法，相比于模糊綜合評價法、層次分析法來說，它避免了決策者的主觀性，使決策更加客觀真實(shí)[15]. 影響家庭生活消費(fèi)的碳排放量的因素很多，采用熵權(quán)法可以根據(jù)每個因素的影響程度進(jìn)行賦權(quán).

熵權(quán)法源于信息熵的概念，信息熵是系統(tǒng)有序化程度的一個度量. 熵權(quán)法根據(jù)各指標(biāo)的離散程度，利用信息熵計算出各指標(biāo)的熵權(quán)，從而計算出各指標(biāo)的權(quán)重. 一般來說，若某個指標(biāo)的信息熵越小，表明指標(biāo)值的離散程度越大，提供的信息量越多，在綜合評價中所能起到的作用越大，相應(yīng)的權(quán)重也就越大[16]. 熵權(quán)法的具體步驟如下：

1）現(xiàn)有m個評價對象，n個評價指標(biāo)，形成原始數(shù)據(jù)矩陣M=(Xij)mn.

式中：Xij為第j（1 ≤j≤n）個指標(biāo)下的第i（1 ≤i≤m）個評價對象的評價值；Ai為第i（1 ≤i≤m）個評價對象.

2）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化. 假設(shè)對各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的值為Y1,Y2,…,Yk，標(biāo)準(zhǔn)化公式如（4）式：

3）計算各指標(biāo)的信息熵，計算公式如（5）式：

4）計算各指標(biāo)的效用值，效用值越小，表明指標(biāo)對評價結(jié)果的影響就越小，計算公式如（6）式：

5）確定各指標(biāo)的權(quán)重Wj，計算公式如（7）式：j=1

1.4 改進(jìn)的TOPSIS法

TOPSIS法是C.L.Hwang和K.Yoon在1981年提出，其原理是對原始矩陣進(jìn)行歸一化處理之后，找出正、負(fù)理想解，并分別計算出各評價對象與正、負(fù)理想解之間的距離，根據(jù)距離的大小，來評價結(jié)果[17]. 一個評價對象受多個指標(biāo)影響，且各評價指標(biāo)的優(yōu)劣程度可能不一，傳統(tǒng)的TOPSIS法的權(quán)重都是事先確定的，其值具有一定的主觀性和隨意性[16]. 改進(jìn)的TOPSIS法引進(jìn)了熵的概念來確定評價指標(biāo)的權(quán)重，克服了傳統(tǒng)的TOPSIS法在確定評價指標(biāo)權(quán)重因子時主觀因素的影響[18]. 因此，采用改進(jìn)的TOPSIS法進(jìn)行評價分析，具體步驟如下.

1）建立標(biāo)準(zhǔn)化處理后的決策矩陣R，計算公式如（8）式：

2）計算加權(quán)后的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z，計算公式如（9）式：

式中：wj為指標(biāo)j的權(quán)重，計算方法見式（3）～（7）.

3）確定加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z的正、負(fù)理想解，計算公式如（10）和（11）式：

式中：maxZij代表所有評價對象的第j個評價指標(biāo)的最大值；minZij代表所有評價對象的第j個評價指標(biāo)的最小值.

4）計算每個評價對象分別與正、負(fù)理想解之間的距離，計算公式如（12）和（13）式：

5）計算各評價對象與理想解的貼近度Ci，計算公式如（14）式：

6）按照Ci的大小排序，給出評價結(jié)果.

2 結(jié)果與分析

2.1 權(quán)重結(jié)果分析

采用熵權(quán)法綜合測算得出食品煙酒、衣著、居住、生活用品、交通通信、教育文娛、醫(yī)療保健和生活服務(wù)8個生活領(lǐng)域的權(quán)重分別是0.161、0.081、0.215、0.140、0.105、0.057、0.050和0.191，即：8個生活消費(fèi)領(lǐng)域中，對中國人均年生活消費(fèi)的碳排放水平影響程度按照從大到小的順序，分別為居住類>生活服務(wù)類>食品煙酒類>生活用品類>交通通信類>衣著類>教育文娛類>醫(yī)療保健類.

在8類生活消費(fèi)支出所產(chǎn)生的碳排放中，居住類、生活服務(wù)類和食品煙酒類對我國居民人均年生活消費(fèi)碳排放水平影響較大，相應(yīng)的必然產(chǎn)生更多的碳排放量. 隨著我國不斷推進(jìn)城鎮(zhèn)化發(fā)展，居民的住房水平不斷提高，居住方面的碳排放量也在逐步上升. 生活服務(wù)類和食品煙酒類對碳排放水平影響相對較大的原因是居民的生活水平提高了，不再僅僅追求溫飽問題的解決，對日常飲食和服務(wù)有了更高的要求. 其他方面對碳排放水平影響相對較小，尤其是教育文娛類和醫(yī)療保健類. 隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，政府不斷加大對人們教育和醫(yī)療方面的投資與福利，因此，這兩方面對居民人均年生活消費(fèi)碳排放水平影響相對較小，相應(yīng)地產(chǎn)生較少的碳排放量.

2.2 基于熵權(quán)TOPSIS法的碳排放綜合評價

根據(jù)公式（10）和（11）計算出各個評價指標(biāo)的正、負(fù)理想解，分別為Z+=（0.051 7，0.024 7，0.108 1，0.054 0，0.035 9，0.021 7，0.016 5，0.079 8），Z-=（0.017 2，0.006 2，0.013 9，0.013 4，0.008 4，0.002 0，0.001 5，0.014 5）；然后，根據(jù)公式（14）測算出我國31個?。ㄊ校┑馁N近度，貼近度按從小到大排序. 貼近度越小，排序越小，碳排放水平相對越低，結(jié)果如表2所示.

表2 31個?。ㄊ校┵N近度及排序Tab.2 The closeness degree and ranking of 31 provinces（cites）

由表2排序結(jié)果可知，不同地區(qū)的人均年生活消費(fèi)的碳排放水平有所差異. 根據(jù)地理位置劃分，中國華東、華北地區(qū)的人均年生活消費(fèi)的碳排放水平較高，其次是東北、華南、華中地區(qū)，碳排放水平相對較低的是西北地區(qū)和西南地區(qū). 隸屬于中國華東、華北地區(qū)的北京、上海、江蘇、天津等省（市）經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速、人均GDP（國內(nèi)生產(chǎn)總值）水平相對較高，因此居民對生活標(biāo)準(zhǔn)的要求也較高，為滿足日益增長的需求所消耗的生活能源就較多，因此中國華東、華北地區(qū)的人均生活消費(fèi)碳排放水平較高. 中國的東北、華南和華中地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展稍低于華東、華北地區(qū)，且勞動力密集，因此隸屬于中國東北、華南和華中地區(qū)的遼寧、廣東、河南等?。ㄊ校┤司鵊DP水平低于華東、華北地區(qū)，對生活能源的消費(fèi)也低于華東、華北地區(qū)，人均年生活消費(fèi)碳排放水平也稍低；西北、西南地區(qū)與其他地區(qū)不同，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較為緩慢，人均GDP水平也低于華東、華北、東北等區(qū)域，因此居民對生活能源的消費(fèi)最低，生活消費(fèi)碳排放水平最低.

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

文章以31個省（市）的居民人均年生活消費(fèi)量為研究對象，選取食品煙酒、衣著、居住、生活用品、交通通信、教育文娛、醫(yī)療保健和生活服務(wù)作為評價因子，根據(jù)碳排放計量模型可得知不同省（市）不同生活領(lǐng)域的人均碳排放量，其次采用熵權(quán)TOPSIS法對居民生活消費(fèi)的碳排放水平進(jìn)行客觀綜合評價，最后得出8個生活領(lǐng)域的碳排放的綜合相對高低水平. 從不同的消費(fèi)類別來看，對碳排放水平影響較大的是居住類、生活服務(wù)類和食品煙酒類，較小的是醫(yī)療保健類和教育文娛類. 從不同的地區(qū)看，中國人均年生活消費(fèi)碳排放的區(qū)域差異明顯. 由于收入水平、消費(fèi)觀念和生活方式等條件存在著較大差異，導(dǎo)致不同省（市）的人均年生活消費(fèi)碳排放水平和結(jié)構(gòu)差別較大.

3.2 建議

1）鼓勵使用低碳家用設(shè)備，開展節(jié)能降耗的工作. 政府可以通過獎懲措施激勵企業(yè)積極研發(fā)低碳技術(shù)，生產(chǎn)出符合更低碳要求的高能效、低能耗的家用設(shè)備. 同時，政府也可以激勵房地產(chǎn)商使用更節(jié)能的建筑材料，提高住房的節(jié)能效果.

2）建立低碳檔案，調(diào)整居民生活消費(fèi)結(jié)構(gòu). 政府可以幫助建立低碳檔案，核算每月每人的碳排放量，努力使居民都成為“低碳一族”. 同時，政府可以加強(qiáng)生活娛樂、教育文化以及醫(yī)療保健類的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，使居民的生活消費(fèi)結(jié)構(gòu)層次升級.

3）因地制宜制定區(qū)域低碳經(jīng)濟(jì)政策. 中國華東、華北地區(qū)可以鼓勵企業(yè)使用創(chuàng)新技術(shù)和低碳設(shè)備，走新型工業(yè)發(fā)展道路；東北、華中以及華南地區(qū)可以加強(qiáng)資源的綜合利用，使廢棄物資源化、減量化，推進(jìn)一種循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式；西南和西北地區(qū)則建議合理利用當(dāng)?shù)氐奶厣包c(diǎn)，積極開發(fā)特色旅游景區(qū)，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì).