基于市域尺度的陜西省碳排放空間特征分析

張靖妮，王慧麗

(西安財經(jīng)大學 統(tǒng)計學院，陜西 西安 710100)

0 引 言

“十四五”期間，習近平總書記重點強調(diào)我國生態(tài)文明建設進入以降碳協(xié)同增效、促進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉型和實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善質(zhì)變的關鍵時期。在全球變暖和能源危機的大背景下，建設“節(jié)約型社會”已成為共識[1]，有效利用能源、減少碳排放量的重要性也日益凸顯。目前，減少碳排放已經(jīng)成為全國乃至全球的關注點[2]，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與人民生活水平緊密相關，因此，我們應牢牢把握“綠水青山就是金山銀山”的相關理念，為我國生態(tài)文明建設制定完善的節(jié)能減排政策。

空間特征分析可以有針對性和目標性地尋找未來減緩碳排放的潛在條件，為此眾多學者基于國家和省級層面對碳排放的空間差異進行研究。韓夢瑤等結合泰爾指數(shù)和Tapio模型研究碳排放區(qū)域差異和演變趨勢，認為中國各省區(qū)域經(jīng)濟差異在減小，但碳排放差異在擴大[3]。張華明等分析中國東、西、中三大區(qū)域碳排放影響的空間特征，并建立空間計量模型，發(fā)現(xiàn)碳排放及影響機制具有顯著的空間差異性[4]。郝宇等基于空間統(tǒng)計學相關模型分析不同因素對區(qū)域碳排放的空間溢出效應，結果表明該區(qū)域存在顯著的空間溢出效應[5]。韋沁等采用泰戈爾指數(shù)研究我國農(nóng)業(yè)碳排放南北區(qū)域的差異，認為農(nóng)業(yè)碳排放強度區(qū)域內(nèi)部的差異比較大，整體上北方高于南方[6]。邱蔓以我國八大區(qū)的碳排放量為研究對象，測算區(qū)域碳排放量并分析其影響因素，發(fā)現(xiàn)碳排放的主要驅(qū)動因素是當?shù)亟?jīng)濟的增長[7]。通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)碳排放量具有極大的空間分布特征，劉賢趙等采用重心模型研究湖南省碳排放與經(jīng)濟發(fā)展的重心轉移關系，兩者重心轉移具有階段性，不平衡發(fā)展的主要影響區(qū)域是東西方向[8]。孫耀華等對碳排放強度進行等級劃分，發(fā)現(xiàn)高碳排放強度的省份逐年遞減，而相對低碳排放強度的省份則在日益增加[9]。張謙等采用聚類分析法研究陜西省低碳經(jīng)濟的發(fā)展狀況，其高碳區(qū)的碳排放量增速最大，且其高碳區(qū)和相對高碳區(qū)碳排放量大于低碳區(qū)[10]。

現(xiàn)有文獻研究表明，碳排放的空間差異分析已有不同程度的研究，并得到一些相關結論，但這些研究主要集中在碳排放空間差異分析，缺乏碳排放的動態(tài)演變規(guī)律研究。研究對象也主要是基于國家和省域?qū)用?，市域角度的研究不足，而陜西省位于我國西北地區(qū)，目前正遭遇環(huán)境污染嚴重、二氧化碳排放過多等急需解決的難題。考慮陜西省作為我國首批低碳試點省份和西部地區(qū)資源大省的特性[11]，探索其各市區(qū)碳排放的空間特征及動態(tài)演變規(guī)律，為減少陜西省碳排放提出因地適宜的有效措施顯得尤為重要。為此，本文基于市域尺度視角對陜西省碳排放的空間特征及其動態(tài)演變規(guī)律進行分析，研究碳排放的空間分布特征及差異，旨在實現(xiàn)陜西省節(jié)能減排，為維持經(jīng)濟穩(wěn)定增長與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文旨在對陜西省的碳排放空間特征展開研究，選取《陜西省統(tǒng)計年鑒》《中國能源統(tǒng)計年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》及陜西省各市統(tǒng)計年鑒所公布的能源消費量數(shù)據(jù)，依據(jù)《2006年國家溫室氣體清單指南》定義的排放因子或排放系數(shù)執(zhí)行IPCC的估算方法，并根據(jù)當年價格計算的地區(qū)生產(chǎn)總值、能源與碳排放系數(shù)測算陜西省10個市(西安市、咸陽市、渭南市、安康市、延安市、榆林市、商洛市、銅川市、寶雞市和漢中市)的碳排放量和碳排放強度。

1.2 分析方法

1.2.1 碳排放測算

本文采用碳排放量和碳排放強度來測度陜西省10個市的碳排放，碳排放量和碳排放強度計算公式如式(1)和式(2)：

(1)

(2)

式中：記C為碳排放量，萬t;IC為碳排放強度，t/萬元GDP;Ei為第i種能源的消耗量，萬t(標準煤)，i=1，2，3，…，n;Ki為第i種能源相對應的碳排放系數(shù)，t /t(標準煤)[12]。

1.2.2 空間統(tǒng)計分析

空間統(tǒng)計分析是研究空間特性的重要手段，對研究對象的空間位置及屬性的空間特性進行分析，通過區(qū)域化變量及對空間事物的定量描述，分析事物或現(xiàn)象的地理空間信息特征、空間相互作用及變化規(guī)律[13]。假定陜西省各市區(qū)之間都是非獨立的，相互之間存在自相關性，基于空間統(tǒng)計分析的主要技術——ArcGIS，分析陜西省及各市區(qū)本身的特征、決策和復雜的時空演化過程[14]，可以直觀顯示陜西省各市區(qū)的碳排放空間分布差異及時空動態(tài)演變趨勢。

1.2.3 空間自相關法

現(xiàn)有文獻對各省的國內(nèi)生產(chǎn)總值、碳排放等研究中，許多經(jīng)濟數(shù)據(jù)都涉及一定的地理空間位置，但研究通常是基于區(qū)域地理空間相互獨立的假設而展開。根據(jù)空間地理學家Tobler(1970)提出的地理學第一定律——“所有事物都與其他事物相關聯(lián)，較近的事物比較遠的事物關聯(lián)性更大”[15]。而各市區(qū)碳排放量存在緊密聯(lián)系，且距離越近的市區(qū)聯(lián)系越緊密[16]。因此，可利用Moran’I指數(shù)分析陜西省各市區(qū)碳排放的空間特征，判斷各市區(qū)之間的獨立性關系，計算公式如式(3)：

(3)

式(3)中：xi、xj表示城市i和城市j的碳排放強度，t/萬元GDP；n為陜西省市區(qū)數(shù)量(n=10)；Wij為空間權重矩陣的(i,j)的元素；I表示市區(qū)碳排放強度的全局莫蘭指數(shù)，其取值范圍是[-1，1][17]。利用空間自相關研究陜西省各市區(qū)之間的碳排放強度是否有關聯(lián)，分析各市區(qū)碳排放強度是相互獨立還是相互聯(lián)系。

2 陜西省區(qū)域碳排放強度特征

2.1 陜西省區(qū)域碳排放強度特征

碳排放強度是指每單位國民生產(chǎn)總值的增長所帶來的二氧化碳排放量。該指標主要是用來衡量一國經(jīng)濟同碳排放量之間的關系，如果一國在經(jīng)濟增長的同時，每單位國民生產(chǎn)總值所帶來的二氧化碳排放量在下降，說明該國實現(xiàn)了經(jīng)濟增長與碳排放脫鉤[18]。陜西省豐富的資源是經(jīng)濟快速發(fā)展的強大動力，大規(guī)模的資源整合與技術改造加快了開采速度、提高了開采效率，更大限度地帶動了陜西省經(jīng)濟的飛速發(fā)展。由于陜西省各市區(qū)經(jīng)濟、資源發(fā)展水平有所差異，其碳排放強度在能源和經(jīng)濟的影響下也存在著差異。因此，根據(jù)陜西省各市區(qū)碳排放強度的數(shù)據(jù)得到陜西省區(qū)域碳排放強度對比圖，如圖1所示。

圖1 陜西省區(qū)域碳排放強度對比圖Fig.1 Comparison of regional carbon emission intensity in Shaanxi Province

由圖1可知：在2000～2017年間，陜西省各市的碳排放強度整體呈下降趨勢，說明陜西省在減排方面取得了一定的成效。榆林市的下降速度最快，從2000年的11.98 t/萬元GDP下降至2017年的1.75 t/萬元GDP。2000～2008年，榆林市的碳排放強度最高，其次是渭南市、銅川市和延安市，安康市和西安市的碳排放強度較低；2008年之后榆林市的碳排放強度下降變得較為平緩，延安市的碳排放強度最高。各市的碳排放強度變化特征存在差異，各市之間的空間特征顯著，因此需要對陜西省十個市進行空間特征分析。

2.2 區(qū)域碳排放空間差異分析

下面從碳排放量和碳排放強度兩個方面對陜西省碳排放的空間差異進行分析，首先，利用ArcGIS軟件[19]，將得到的各市碳排放量數(shù)據(jù)導入到陜西省區(qū)域地圖中，基于測算所得的各市碳排放量和碳排放強度數(shù)據(jù)，將碳排放量和碳排放強度進行劃分。本研究在了解陜西省各市間碳排放狀況的基礎上，將陜西省各市的碳排放劃分為五個等級，劃分結果如表1所示，根據(jù)劃分類型繪制2000年、2006年、2010年和2017年陜西省區(qū)域碳排放空間分布特征，如圖2所示。

表1 碳排放量及碳排放強度劃分

圖2 陜西省各市碳排放量的空間分布圖Fig.2 Spatial distribution maps of carbon emission of cities in Shaanxi Province

圖2(a)表明2000年陜西省區(qū)域碳排放量主要位于在低碳區(qū)和次低碳區(qū)，次低碳區(qū)只有西安市，其碳排放總量為1 525.63萬t，其他地區(qū)均為低碳排區(qū)域，其中安康市和商洛市的碳排放量最低，分別為158.83萬t和178.80萬t；而圖2(b)中2006年榆林市、延安市和西安市的碳排放量變化最顯著，均上升至中碳排區(qū)，咸陽市和渭南市從低碳排區(qū)上升至次低碳排區(qū)，其他區(qū)域仍處于低碳排區(qū)域，延安市較2000年碳排放量增長了1 875.46萬t，增幅最大，銅川市的碳排放量增長了135.99萬t，增幅最小。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源、生產(chǎn)、生活的消費增加，到2010年，如圖2(c)所示，西安市、延安市和榆林市從中碳排區(qū)上升至次高碳排區(qū)，渭南市從次低碳排區(qū)增長至中碳排區(qū)，寶雞市從低碳排區(qū)增長至與咸陽市同區(qū)域的次低碳排區(qū)，而銅川市、漢中市、安康市和商洛市仍處于低碳排區(qū)，碳排放最高的地區(qū)為延安市和榆林市，最小的地區(qū)為安康市和銅川市；由圖2(d)可知，2017年陜西省區(qū)域碳排放量的增長更明顯，榆林市和延安市上升至高碳排區(qū)，西安市處于次高碳排區(qū)，咸陽市的碳排放增長至中碳排區(qū)，與渭南市處于同區(qū)域，寶雞市仍屬于次低碳排區(qū)，而商洛市、漢中市和安康市仍保持在低碳排區(qū)。處于低碳排放區(qū)的市區(qū)數(shù)明顯減少，部分城市甚至上升至次高碳排區(qū)和高碳排區(qū)，說明陜西省區(qū)域碳排放量在明顯上升，且近年來陜西省地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，生活水平提高，拉動了經(jīng)濟的增長，導致產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求量大，因此碳排放量在顯著增加。

碳排放強度能夠有效反應區(qū)域碳排放水平，便于比較區(qū)域間減排效果。為進一步分析各市區(qū)碳強的空間差異和空間分布演變特征，根據(jù)碳排放強度的劃分類型繪制2000年、2006年、2010年和2017年陜西省空間分布特征圖，陜西省區(qū)域碳排放強度的空間分布如圖3所示。

圖3 陜西省各市碳排放強度的空間分布圖Fig.3 Spatial distribution maps of carbon emission intensity of cities in Shaanxi Province

圖3表明，2000年榆林市碳排放強度處于高碳強區(qū)，碳排放強度為11.98 t/萬元GDP，延安市、銅川市和渭南市處于中碳強區(qū)，咸陽市、寶雞市和商洛市均處在次低碳強區(qū)，其他地區(qū)處于低碳強區(qū)；對比圖3(b)，2006年渭南市碳排放強度最大，為5.48 t/萬元GDP，仍保持在中碳強區(qū)，而榆林市、延安市和銅川市的碳排放強度下降至與咸陽市同區(qū)域的次低碳排區(qū)，其中榆林市下降最明顯，寶雞市和商洛市下降至下一個等級，與漢中市、西安市和安康市處于低碳排區(qū)，其中西安市的碳排放強度最低為1.87 t/萬元GDP；到了2010年如圖3(c)所示，陜西省碳排放強度均下降至低碳強區(qū)和次低碳強區(qū)，其中渭南市下降至次低碳強區(qū)，與銅川市和渭南市處于同區(qū)域，榆林市和咸陽市下降至低碳排區(qū)，與其他市處于低碳強區(qū)；而2017年，如圖3(d)所示，陜西省碳排放強度仍處于低碳強區(qū)和次低碳強區(qū)，延安市仍處于次低碳強區(qū)，銅川市和渭南市碳排放強度下降至低碳強區(qū)，與其他市均處于同一區(qū)域的低碳強區(qū)，其中延安市碳排放強度最高，為4.16 t/萬元GDP，西安市最低，為0.61 t/萬元GDP。處于高碳強區(qū)域的地區(qū)數(shù)明顯減少，部分地區(qū)由高碳強區(qū)，次高碳強區(qū)下降至低碳強區(qū)。說明陜西省碳排放強度整體上呈下降趨勢，所以整體上調(diào)控各市碳排放強度才是控制陜西省碳排放強度的關鍵。因此，陜西省節(jié)能減排戰(zhàn)略可通過加強區(qū)域合作，實現(xiàn)減排互補，進而更有效降低碳排放量。

3 區(qū)域碳排放強度空間動態(tài)演變規(guī)律

3.1 市域碳排放強度總體空間布局

結合時間和空間兩個維度的分析發(fā)現(xiàn)，陜西省各市之間的碳排放差異較大。因此，進一步對其空間動態(tài)演變規(guī)律進行分析。根據(jù)2000～2017年陜西省各市碳排放強度數(shù)據(jù)，借助全局自相關系數(shù)(Global Moran’sI)度量陜西省各市碳排放強度整體上的空間關聯(lián)程度。得到的陜西省各碳排放強度的莫蘭指數(shù)如表2所示。

表2 碳排放強度的莫蘭指數(shù)

從表2中可以看出2000～2017年陜西省各市的碳排放強度的Moran’sI都通過1%的顯著性水平檢驗，且碳排放強度的Moran’sI都為正值，說明陜西省各市的碳排放強度具有較強的空間相關性。據(jù)此可以判斷：地理距離是影響碳排放強度的重要因素，將地理距離作為空間權重矩陣有一定的合理性。

構建陜西省各市分布的莫蘭指數(shù)圖，由莫蘭指數(shù)圖驗證陜西省各市碳排放強度的空間相關性，2000年、2006年、2010年和2017年的全局莫蘭指數(shù)如圖4所示。

如圖4所示，2000年陜西省各市的碳排放強度全局莫蘭指數(shù)為0.375，說明分布空間正相關性強，其顯著性水平P值為0.006，其莫蘭指數(shù)具有統(tǒng)計學意義。2006年、2010年和2017年的全局莫蘭指數(shù)分別為0.614、0.375、0.411，其顯著性水平P值分別為0.002、0.007和0.003，均驗證了上述分布模式。

3.2 市域碳排放強度聚集特征分析

陜西省各市碳排放強度具有較強的空間正相關性，因此，可進一步分析陜西省各市碳排放強度的空間聚集狀態(tài)及其動態(tài)演變規(guī)律，陜西省各市空間聚集狀態(tài)分布如圖5所示 。

圖5表明，陜西省碳排放強度整體上由北部向南遞減，形成北部地區(qū)的高高聚集和南部地區(qū)的低低聚集，呈顯著的聚集狀態(tài)，這與南北的礦產(chǎn)資源和經(jīng)濟狀況的空間自相關性相吻合。2000年和2017年碳排放強度的比較發(fā)現(xiàn)不同年份其分布模式差異不大，2000年銅川市碳排放強度的聚集狀態(tài)不顯著，但2017年處于顯著的高高聚集，說明銅川市的碳排放強度在近些年有顯著變化。延安市在2000年呈高高格局，2017年仍處于高高格局，西安市、漢中市和安康市仍處于低低格局。

圖4 陜西省各市區(qū)碳排放強度的全局莫蘭指數(shù)Fig.4 Global Moran’s I of carbon emission intensity of cities in Shaanxi Province

圖5 陜西省各市碳排放強度聚集狀態(tài)Fig.5 Aggregation state of carbon emission intensity of cities in Shaanxi Province

礦產(chǎn)資源稟賦促進經(jīng)濟的發(fā)展，而能源消費是碳排放的重要原因，自然資源豐富的市具有發(fā)展的帶動作用。20世紀以來，隨著陜西省工業(yè)化水平的推進，其對各種資源的需求不斷增大，部分礦產(chǎn)資源豐富的市區(qū)因礦產(chǎn)資源的不斷開采，使得陜西省各市的碳排放強度在空間格局上呈現(xiàn)出一定規(guī)律的聚集。隨著陜西省能源與工業(yè)的推進，部分礦產(chǎn)資源豐富的市因礦產(chǎn)資源的不斷開采，導致陜西省各市的碳排放強度在空間格局上呈現(xiàn)出一定規(guī)律的聚集。從北部到南部采取差異化的低碳政策，北部地區(qū)促進經(jīng)濟發(fā)展，提高技術產(chǎn)業(yè)和優(yōu)化礦產(chǎn)資源的同時，充分重視市與市之間的交互作用，提高自身城市環(huán)境質(zhì)量并帶動周邊市區(qū)的碳排放效應的提升。

4 總 結

本文利用空間統(tǒng)計分析和空間自相關法對陜西省10個市的碳排放特征及其動態(tài)演變規(guī)律進行分析，所得結論如下：

(1)陜西省各市的碳排放強度整體呈下降趨勢，榆林市下降速度最快。各市的碳排放強度變化特征存在差異，榆林市、延安市、渭南市和銅川市的碳排放強度較高，安康市、漢中市和商洛市的碳排放強度較低，結合各市環(huán)境及低碳經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀，謹慎采取優(yōu)化調(diào)整措施。對碳排放強度較低且發(fā)展空間較大的市，政府可適當給與支持。

(2)陜西省各市碳排放量和碳排放強度的動態(tài)演變規(guī)律：整體上，碳排放量在顯著增加，處于低碳排區(qū)的數(shù)量在減少，部分市甚至上升至次高碳排區(qū)和高碳排區(qū)。碳排放強度在顯著降低，處于高碳排放強度的數(shù)量明顯減少，榆林市的碳排放強度從高碳強區(qū)下降至低碳強區(qū)，延安市從中碳強區(qū)下降至次低碳強區(qū)，其他市均不同程度的下降至低碳強區(qū)，所以整體上調(diào)控各市碳排放強度才是關鍵，因此，陜西省節(jié)能減排戰(zhàn)略可以重點加強區(qū)域合作，加強各市的合作與交流，實現(xiàn)減排互補，更有效降低碳排放量。

(3)空間集聚特征分析表明：陜西省各市的碳排放強度具有較強的空間相關性。整體上由北向南遞減，形成了顯著的聚集狀態(tài)。形成北部市高高聚集和南部市區(qū)低低聚集，這與南北的礦產(chǎn)資源和經(jīng)濟狀況的空間自相關性也是一致的，陜西省各市的碳排放強度存在顯著的空間相關性，應充分重視相鄰市區(qū)的經(jīng)濟狀況和減排效應，加強各市之間的信息共享。區(qū)域發(fā)展是陜西省推進節(jié)能減排的關鍵，政府的宏微觀政策對區(qū)域碳排放起著引導作用。陜西省要加強市級協(xié)作，開發(fā)新的節(jié)能減排技術，盡早完成減排目標。