中國溫室氣體排放增長的結構分解分析

計軍平 ,馬曉明 * (1.北京大學深圳研究生院環境與能源學院,城市人居環境科學與技術重點實驗室,廣東 深圳 518055；2.北京大學環境科學與工程學院,北京 100871)

中國溫室氣體排放增長的結構分解分析

計軍平1,2,馬曉明1,2*(1.北京大學深圳研究生院環境與能源學院,城市人居環境科學與技術重點實驗室,廣東 深圳 518055；2.北京大學環境科學與工程學院,北京 100871)

利用結構分解分析(SDA)的加權平均分解法分析了4類增長因素對1992～2007年中國溫室氣體排放變化的影響.結果表明:總體上,最終需求規模擴大是引起排放增長的主要因素,其次是投入產出結構的改變,溫室氣體排放強度降低是減緩排放量的主要因素,最終需求結構改變對排放量變化的影響不明顯.從部門角度看,建筑業和機械、電氣、電子設備制造業是隱含溫室氣體排放增加的主要來源.從變化趨勢看,2002～2007年溫室氣體排放增幅明顯高于其他時期,出口和固定資本形成的大幅增長是推動這一時期排放增長的主要原因.

環境投入產出分析；SDA加權平均分解法；排放增長因素分析；二氧化碳排放；甲烷排放；氧化亞氮排放

目前,中國已成為世界上最大的溫室氣體排放國[1-4].根據“共同但有區別的責任”,我國無需承擔減排責任,可在確保經濟發展的前提下采取適當的氣候減緩行動[5].為此,有必要深入認識推動中國溫室氣體排放增長的關鍵經濟技術因素.

現有相關研究集中于能源 CO2排放的增長因素分析[6-12],忽略了其他溫室氣體的排放. 1990～2005年其他溫室氣體的排放占我國溫室氣體排放總量的30%左右[1],僅考慮能源CO2排放并不能完整反映我國經濟發展對溫室氣體排放的影響[13],尤其在某些部門中其他溫室氣體排放的影響更大.從研究方法上看,由于結構分解分析法(SDA)可分析各生產部門間的相互影響及最終需求對排放的間接影響,因此該方法已成為因素分解研究中的重要方法[9-12].不過,現有研究在具體的分解方法以及對進口產品的處理方面存在不足.

基于此,本文核算了1992,1997,2002,2007年中國CO2、CH4及N2O的排放量,構建了(進口)非競爭型投入產出表,利用SDA加權平均分解法分析了排放強度、投入產出結構、最終需求結構和最終需求規模等 4個因素對中國溫室氣體排放的推動作用.

1 方法與數據

1.1 環境投入產出分析法

本文使用的環境投入產出模型為[14-15]:

式中, f表示為滿足最終需求y,生產鏈上各部門排放的溫室氣體總量;行向量F為溫室氣體排放強度,以各部門單位貨幣產出的直接溫室氣體排放量表示;I為單位矩陣;A為直接消耗系數矩陣;(I-A)-1為列昂惕夫逆矩陣,其元素稱為列昂惕夫逆系數,表示增加某部門單位最終需求時對其他部門產品的完全消耗量;列向量y為最終需求. f僅表示產品生產過程中排放的溫室氣體,不包括產品最終使用過程中的直接排放.關于環境投入產出分析的詳細討論見文獻[15].

1.2 結構分解分析法

結構分解分析是一種基于投入產出模型的用于分析經濟系統中各個自變量對因變量變動貢獻大小的方法[16].將式(1)中的y以最終需求結構向量ys和最終需求規模標量yv的乘積表示,ys中的各元素表示相應部門的最終需求在最終需求總量中所占的比重,(I-A)-1以L表示,則某一時間段內溫室氣體排放的變化量△f可表示為[17]:

式中:等式右邊第1項為溫室氣體排放強度F改變引起的溫室氣體排放量變化;第2項為投入產出結構L改變引起的排放量變化,第3項為最終需求結構ys改變引起的排放量變化,第4項為最終需求規模yv改變引起的排放量變化.

結構分解分析的分解形式存在非唯一性問題.若分解模型存在n個獨立變量,則存在n!種一階分解形式[18].本文采用理論上完善的加權平均法對所有的一階分解形式取均值[19].如果 xi(i=1,2,…,n)是n個獨立變量,且.記含?xi的 n!種分解形式的算術平均值為 E(?xi),則.對E(?xi)合并同類項,得到[19]:式中,time=0或t;Σi表示對{xj,time|j=1…n且j≠i}中time的所有組合求和;s是組合中time = t的個數,且f(s)=s!(n-s-1)!/n!.

1.3 溫室氣體排放數據

1992、1997、2002、2007年的溫室氣體排放量根據《2006年 IPCC國家溫室氣體清單指南》[20]的參考方法進行估算,結果見表1.基礎數據取自各部門的統計年鑒.其中,《中國能源統計年鑒2009》[21]對1996～2007年的能源數據做了修訂.按電熱當量法計算,修訂后 1997、2002、2007年的能源終端消費總量分別比原年鑒中的值增加了-1.10%,9.56%,8.04%,本文采用了修訂后的數據.溫室氣體排放系數參考了Chen等[13]、張強等

[22]、Zhang等[23]、國家發改委應對氣候變化司[24]及能源研究所[25]的結果,盡可能采用了中國化的系數(大部分系數比 IPCC缺省值小2%～16%).

計算的溫室氣體包括CO2、CH4和N2O.考慮了能源活動、工業生產過程、農業活動及廢物處理等排放活動,活動的具體內容見文獻[26].

表1 中國溫室氣體排放量(Mt CO2-eq)Table 1 China's greenhouse gas emissions (Mt CO2-eq)

本文估算的溫室氣體排放量與國內外主要機構數據的比較見表1、表2及表3.由于時間原因,各機構未采用修訂后的能源數據.在各數據中國家發改委公布的數字最為權威.CO2方面,因美國橡樹嶺國家實驗室CO2信息分析中心(CDIAC)數據與國家發改委1994年和2004年的數據最接近,故假定 CDIAC其他年份的數據也具有較高的可信度.本文數據比CDIAC 1992、1997、2002、2007年數據分別大-2.77%,-2.87%,7.49%,6.88%.若按修訂前的能源數據計算,則本文結果比 CDIAC結果高-2.77%,-2.25%,-0.52%, 2.16%.CH4和N2O方面,本文 CH4數據與世界資源研究所(WRI)數據接近,N2O數據與國家發改委數據接近.這是由于本文采用了不同的排放系數[13,22-23].

表2 二氧化碳排放數據比較(Mt CO2-eq)Table 2 Comparison of CO2 emissions (Mt CO2-eq)

表3 甲烷及氧化亞氮排放數據比較(Mt CO2-eq)Table 3 Comparison of CH4 and N2O emissions (Mt CO2-eq)

1.4 可比價投入產出表

投入產出表的處理包括3個方面,一是編制可比價投入產出表.1992、1997、2002年的可比價投入產出表引自劉起運等[29]的結果.2007年表根據劉起運等[29]的方法在《中國投入產出表2007》(135部門)[30]的基礎上編制.價格基年為2000年.二是將可比價投入產出表調整為(進口)非競爭型投入產出表.中國目前編制的投入產出表均為競爭型投入產出表,即中間使用和最終使用同時包括國內產品和進口產品.現有文獻通常假設進口產品的溫室氣體排放強度與中國國內產品的相同.不過,由于各國的生產技術和溫室氣體排放強度存在巨大差異,因此對于本文研究的問題該假設并不合理.投入產出表調整方法參考Weber等[31]的研究,即按比例將進口從各部門產品的中間使用和最終使用中減去.三是合并部門.為使投入產出表和溫室氣體排放數據的部門分類相對應,依據《國民經濟行業分類與代碼》(GB/T 4754-2002)合并成24個部門,見表4.為便于表述下文圖表中使用表4中的序號代表相應的部門.

表4 部門分類Table 4 Industry information

2 結果與討論

2.1 總體影響

由圖 1可見,1992～2007年溫室氣體排放量增加了4702.3 Mt CO2-eq,其中2002～2007年的增量占 65.8%.最終需求規模的擴大是引起排放增長的主要因素(214.6%,占溫室氣體排放總增量的比重,下同),其中出口和固定資本形成是最終需求規模擴大的主要原因[29].投入產出結構的改變是引起排放增長的重要原因(40.2%),這是由于期間生產結構轉向排放強度大的部門.排放強度降低是減緩排放的主要因素(-153.4%),這主要得益于技術進步和生產效率的提高.最終需求結構的改變對排放量變化的影響不明顯(-1.4%).

圖1 各因素對中國溫室氣體排放變化的貢獻量Fig.1 Contribution of decomposition factors to total changes in China’s GHG emissions

2.2 對各部門的影響

2.2.1 溫室氣體排放強度的影響 由圖2(a)可見,排放強度減小是各部門隱含排放減緩的主要因素.減排量主要分布在建筑業(21,為部門序號,下同)、機械、電氣、電子設備制造業(16,以下簡稱機電制造業)和其他服務業(24), 3者的合計減排量分別占1992～1997年、1997～2002年和2002～2007年減排總量的49.4%、52.9%和61.2%.這主要是技術進步和生產效率的提高[32]使 17個部門的排放強度在15年間下降了50.0%以上,尤其是電力、熱力的生產和供應業(18,以下簡稱電力業)、金屬冶煉及壓延加工業(14,以下簡稱金屬冶煉業)及非金屬礦物制品業(13)等主要排放部門下降了 60.0%以上,節能減排政策的實行加速了排放強度的下降[33].另外對建筑業(21)、機電制造業(16)及其他服務業(24)的最終需求穩步增長.根據1.4節構建的可比價投入產出表,上述3者占最終需求總量的比重由1992年的49.8%增至2007年的64.8%.

圖2 各分解因素對各部門溫室氣體排放變化的影響Fig.2 Contribution of decomposition factors to changes in GHG emissions by industry

2.2.2 投入產出結構的影響 由圖 2(b)可見,投入產出結構的改變對多數部門隱含排放的影響并不顯著.建筑業(21)對資源能源的依賴程度加大推動了排放量的增長,尤其是2002～2007年這一趨勢更為明顯.從表5可以看出,1992～2007年建筑業每提供一個單位最終需求對多數部門產品的完全消耗量有所增加.特別是對燃氣生產和供應業(19)、電力業(18)、機電制造業(16)、非金屬礦物制品業(13)和化學工業(12)等部門的產品,完全消耗量增長率達到 150%以上,其中電力業(18)和非金屬礦物制品業(13)屬于高排放部門.這反映了建筑業的粗放式發展.

表5 1992～2007年建筑業列昂惕夫逆系數增長率(%)Table 5 Growth rate in Leontief inverse coefficients of Construction industry 1992～2007 (%)

2.2.3 最終需求結構的影響 由圖 2(c)可見,因最終需求結構改變而增加或減少隱含排放的部門約各占一半.機電制造業(16)和金屬冶煉業(14)是排放增加的主要部門.這是由于機電制造業(16)在最終需求中的比重大幅增加(表6),15年間絕對增幅達到 20.4%,由此推動了排放量的上升.出口是拉動該部門最終需求增加的主要原因.雖然金屬冶煉業(14)最終需求結構系數的增幅僅為 2.2%,但由于該部門產品排放強度較大,因此也引起了較多的排放.農業(1)是排放減少的主要部門.這是由于農業(1)在最終需求中的比重由14.3%大幅降至3.4%,且農業的溫室氣體排放強度下降量較大,減排效果明顯.

表6 主要部門最終需求結構系數(%)Table 6 Final demand structure coefficients of major industries (%)

2.2.4 最終需求規模的影響 由圖 2(d)可見,最終需求規模改變使所有部門的隱含排放量增加,而建筑業(21)和機電制造業(16)是排放增加的主要部門.這兩個部門的增排量分別占 1992～1997年、1997～2002年和2002～2007年該因素增排總量的36.7%、44.4%和50.2%.1992～2007年我國的最終需求規模增加了 3.3倍,而固定資本形成和出口是最終需求增長的主要驅動力,兩者對總增量的貢獻率為69.8%(圖3).固定資本形成在十五年間穩步增長,其需求增量的 54.4%和 36.1%分布于建筑業(21)和機電制造業(16),集中程度高.出口量在加速增長,尤其是我國加入WTO之后的2002～2007年.出口增量的53.7%來自機電制造業(16).可見,我國的城市化建設和日益開放的經濟拉動了最終需求規模的快速增長,這是我國溫室氣體排放增長的重要因素.

圖3 各類最終需求的變化趨勢Fig.3 Variation trends in different final demand categories

2.3 與已有研究的比較

由表7可見,本研究結果與已有研究的主要差異為:各時段的總增量高于其他研究結果;除郭朝先[10]外,?F項的減緩量絕對值、?L項的增量以及?yv項的增量大于其他同時段或相近時段的結果;?ys項的增量小于其他結果.造成這些差異的主要原因是數據源與計算方法的不同.溫室氣體排放數據方面,其他研究主要利用IPCC缺省排放因子及修訂前的能源消費數據計算能源CO2排放,而本文利用已有研究中的中國化排放因子及修訂后的能源消費數據計算了各主要排放源的 CO2、CH4及N2O排放,排放數據相對全面.投入產出表方面,本文使用了劉起運等[29]編制的可比價序列表,該表在 2004年經濟普查結果的基礎上修訂而成,數據相對可靠.另外,本文將可比價投入產出表調整為(進口)非競爭型投入產出表.SDA的分解方法方面,除 Peters等[9]外其他研究均采用近似算法兩極分 解法,而本文采用了理論上完善的加權平均法.

表7 與已有研究的比較(Mt CO2-eq)Table 7 Comparison of results from related studies (Mt CO2-eq)

2.4 建議與不足

2.4.1 政策建議 在溫室氣體排放的主要直接來源部門采用低碳技術,從而降低排放強度.如采用超臨界火電機組、第三代煉鐵技術及包膜控稀肥料等[32];推進集約化管理,采用先進生產技術,提高生產效率,從而降低單位最終需求產品對資源能源的完全消耗量,尤其是建筑業.如采用工廠化制造房屋技術、高效房間空調器及智能照明技術[32]等;轉變經濟發展方式,由目前依靠出口和固定資本形成帶動發展逐步轉向消費與投資、內需與外需協調發展[10].同時轉變出口商品的結構,由目前的機械、電氣、電子設備等碳排放密集產品逐步轉向低碳排放產品.

2.4.2 不足 首先,未計算進口產品的隱含溫室氣體排放量.這是由于難以獲取各貿易國的投入產出表及其不同部門的溫室氣體排放數據.目前已有學者通過建立多區域環境投入產出模型初步解決了該問題[17],但關于中國的研究仍缺少可靠的數據.其次,投入產出表的部門分類較粗.為統一投入產出表、價格指數和能源消費數據的部門分類,本文合并了大量部門.有研究表明[34]部門合并對SDA的計算結果有影響.對于上述不足將在今后的研究中做進一步探討.

3 結論

3.1 1992～2007年中國溫室氣體排放增長了4702.3Mt CO2-eq,其中 2002～2007年的增量占65.8%.最終需求規模增加是排放量增長的主要因素,投入產出結構改變也是增長因素,而排放強度降低是排放量減少的主要因素,最終需求結構改變對排放量變化的影響不明顯.這4個因素對總增量的貢獻率分別為214.6%、40.2%、-153.4%和-1.4%.

3.2 4類因素對各部門的影響存在差異.溫室氣體排放強度減小是各部門隱含排放減緩的主要因素,尤其是建筑業、機械、電氣、電子設備制造業和其他服務業.雖然投入產出結構的改變對多數部門隱含排放的影響并不顯著,但建筑業對資源能源的依賴程度加大,推動了排放量的增長.因最終需求結構變化而使排放量增加或減少的部門約各占部門總數的一半,其中機械、電氣、電子設備制造業和金屬冶煉及壓延加工業是排放增加的主要部門,農業是排放減少的主要部門.最終需求規模改變使所有部門的隱含排放量增加,其中建筑業和機械、電氣、電子設備制造業是排放增加的主要部門.出口和固定資本形成是排放增長的主要驅動力.

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Structural decomposition analysis of the increase in China's greenhouse gas emissions.

JI Jun-ping1,2, MA Xiao-ming1,2*(1.Key Laboratory for Urban Habitat Environmental Science and Technology, School of Environment and Energy, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055, China；2.College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China). China Environmental Science, 2011,31(12)：2076～2082

Effects of four driving factors on greenhouse gas (GHG) emissions in China from 1992 to 2007 were studied by employing a weighted average decomposition method of structural decomposition analysis. The results showed that growth in final demand volume was the top determinant for the increase of emissions, followed by changes in input-output structure. Decrease in emission intensity was the major emission offset determinant. Changes in final demand structure contribute little to emission reduction. In terms of emissions from industry, the main sources of the embodied GHG emission increase were construction industry and machinery, electric and electronic manufacture industry. In terms of emission trend, the increase in GHG emission from 2002 to 2007 was much higher than that in other periods. Export and fixed capital formation, which increased dramatically from 2002 to 2007, were the main drivers.

environmental input-output analysis；weighted average decomposition method of structural decomposition analysis；determinant analysis of China’s GHG emissions increase；CO2emissions；CH4emissions；N2O emissions

X196

A

1000-6923(2011)12-2076-07

2011-03-02

北京大學深圳研究生院院長科研基金項目(2009021)

* 責任作者, 教授, xmma@pku.edu.cn

計軍平(1983-),男,江蘇蘇州人,北京大學環境科學與工程學院博士研究生,研究方向為環境規劃與管理.發表論文5篇.