基于PSR模型的低碳交通運輸發展評價研究

王建偉，張曉明，宋慶亮，高 潔

(長安大學 經濟與管理學院，陜西 西安 710064)

0 引 言

氣候變化已成為影響人類發展的主要挑戰之一，這一共識正在推動著全球走向溫室氣體減排和低碳經濟轉型，并且一些國家的社會經濟政策已經朝著低碳發展的方向開始了切實而持續的轉變。2009年我國提出到2020年單位GDP碳排放比2005年下降40%～45%的發展目標，并作為約束性指標納入國民經濟和社會發展中長期規劃。交通運輸業是國民經濟結構中的先導和基礎產業，在推動經濟發展的同時，能源消耗及溫室氣體排放的規模也逐年上升，給環境和生態帶來沉重負擔。因此，構建適合我國國情的低碳交通運輸體系意義重大且迫在眉睫，而建立用于判定評價區域低碳交通發展進程的指標體系及相應的評價方法應成為低碳交通運輸發展急需解決的問題。

盧會芬[1]以節能減排和效益最大化為切入點，從時效性、便捷性、服務性、通暢性、安全性以及信息化水平6個方面出發，構建了低碳城市客運交通系統評價指標體系，并進行了實證分析；郭杰，等[2]從基礎設施、運輸裝備、城市交通、運輸組織管理等4個方面構建了一套低碳交通評價指標體系，提出了綜合評價方法，并選取華東地區進行了區域低碳交通發展水平的實例分析。目前，現有評價研究僅是為了描述交通運輸低碳發展現狀，并沒有結合低碳發展內涵提出較為完善的評價指標體系。而學者對低碳經濟發展評價的研究[3-9]及對交通運輸可持續發展評價的研究[10-14]為把握低碳交通運輸發展內涵，開展相關評價研究提供了參考借鑒。

低碳交通運輸發展作為一種以高能效、低能耗、低污染、低排放為特征的新的交通運輸發展方式，是從國家層面提出的應對交通、資源與環境問題的矛盾和沖突的戰略措施，其核心在于滿足社會經濟發展的需求前提下，通過結構調整、科技進步、管理提升、政策支持等戰略措施提高交通運輸能源效率，優化用能結構，使交通運輸系統最終減少以傳統化石能源為代表的高碳能源的高強度消耗，推進交通運輸的可持續發展。因此，對低碳交通運輸發展進行綜合評價，不僅要評價其發展現狀，還要深入探析交通運輸系統低碳發展的因果關系和作用機理，反應其發展壓力和發展能力，并通過有效的激勵和正確的制度約束緩解壓力，提升能力。而“壓力-狀態-響應”(Pressure-State-Response, PSR)模型能從系統的角度，全面分析系統發展變化所面臨的壓力、所處的狀態以及所采取的對策，并動態的反映其因果關系和作用機理，為進一步的發展激勵和約束提供參考借鑒，符合開展低碳交通運輸發展評價研究的需求，且王煒等學者已有將PSR模型和DPSIR(驅動力-壓力-狀態-影響-響應)模型應用于交通運輸系統發展評價的相關研究[15-16]，因此，筆者試用其理論和方法構建低碳交通運輸發展模型，提出發展指數，建立評價指標體系，利用熵值法進行指標賦權，利用綜合評價法進行模型計算，得到低碳交通運輸發展的壓力指數(P指數)、狀態指數(S指數)、響應指數(R指數)以及綜合發展指數(PSR指數)，最后應用河北省相關數據進行實證分析。

1 基于PSR模型的低碳交通運輸發展分析

1.1 低碳交通運輸發展模型分析

PSR模型源于社會經濟系統與環境之間的壓力-狀態-響應關系，在理論上具有清晰的因果關系，而根據PSR模型建立的評價指標體系也將評價指標分成壓力指標、狀態指標和響應指標3種類型，其中壓力指標指人類的經濟和社會活動對環境系統的作用；狀態指標指特定時間階段的自然資源和環境變化狀況；響應指標指人類如何行動來減輕、阻止、恢復和預防人類活動對環境的負面影響，以及對生態環境已經發生的不良變化進行補救的措施[17-21]。對交通運輸系統來說,即人口增長及人類的社會經濟活動對交通運輸系統的運行產生壓力,加大了交通運輸系統的能源消耗和二氧化碳排放，從而影響自然資源和環境系統發生不良變化，人類又會通過行動對引起不良變化的高能耗、高排放做出響應,以降低交通運輸系統的能源消耗和碳排放，這3個環節正是低碳交通運輸發展策略制定的全過程?；赑SR的低碳交通運輸發展模型如圖1。

圖1 基于PSR的低碳交通運輸發展模型Fig.1 Development model of low carbon transportation based on PSR

1.1.1 低碳交通運輸發展的壓力分析

交通運輸業作為社會經濟發展的基礎性和先導性產業，其低碳發展壓力來源于為滿足社會經濟發展所產生的交通運輸需求，可分為外部壓力和內部壓力。外部壓力主要體現在人口、GDP等社會經濟發展指標，內部壓力主要體現在運量以及運輸周轉量等交通運輸發展指標。

1.1.2 低碳交通運輸發展的狀態分析

即壓力的作用下低碳交通運輸發展現狀。隨著社會經濟的發展，交通運輸發展到一定階段,必然具有向高效率、低能耗、低污染、低排放的發展模式轉型的內在動力，交通運輸系統會逐步向具有低碳特征的狀態和階段發展，與一定時期的經濟社會發展水平相適應，這種狀態可通過能源的投入和GDP、碳排放量的產出進行綜合度量。

1.1.3 低碳交通運輸發展的響應分析

即人類社會針對低碳交通發展需求而做出的行為反應及其所產生的作用。在交通運輸發展的現狀基礎上，針對低碳發展的壓力采取措施轉變交通運輸發展方式，在滿足社會經濟發展需求的同時推進交通運輸低碳發展。

1.2 低碳交通運輸發展指數構建

應用PSR模型和綜合評價法構造低碳交通運輸綜合發展指數——PSR指數，它反映一定區域內低碳交通發展進程，可用于不同區域低碳交通發展的橫向比較和同一區域不同時期的縱向比較，包括：①壓力指數——P指數，即一定區域內社會經濟的發展及其狀況對交通運輸發展的需求，反映外部環境對低碳交通運輸發展需求的迫切程度；②狀態指數——S指數，即一定區域內低碳交通運輸發展的現狀，反映交通運輸系統對低碳發展需求的適應程度；③響應指數——R指數，即一定區域內低碳交通發展政策措施的制定情況及其實施效果，反映低碳交通運輸的發展方向和發展能力。

關系模型為：

PSR指數 =f(P指數，S指數，R指數)。

2 基于PSR模型的低碳交通運輸發展評價指標體系構建

2.1 指標體系構建原則

基于PSR模型建立低碳交通運輸發展評價指標體系，體系既要客觀反映低碳交通運輸發展的情況，又要具有較強的實用性和政策指導性。筆者遵循科學性、可比性、可操作性、系統性、指導性的原則。

2.2 指標體系構建方法

根據對PSR模型的分析和其指標體系構建原則，結合學者們對低碳經濟發展評價、可持續交通發展評價以及PSR模型的研究，筆者從低碳交通運輸發展的壓力、狀態、響應等3個方面選取指標構建評價體系，從宏觀上突出三者之間的動態關系。指標可依據評價對象所在不同的區域、所處不同的發展階段進行相應的調整。評價指標體系可歸納為：

1)目標層，以低碳交通運輸發展水平作為總目標層；

2)準則層，包括低碳交通運輸發展壓力(U1)、低碳交通運輸發展狀態(U2)、低碳交通運輸發展響應(U3)；

3)指標層，由可直接度量的指標構成。

此外，按照指標對準則層所起的作用，將逆向作用的指標定義為負指標，正向作用的指標定義為正指標，指標體系如表1。

表1基于PSR模型的低碳交通運輸發展評價指標體系

Table1EvaluationindexsystemforthedevelopmentoflowcarbontransportationbasedonPSRmodel

3 基于綜合評價法和熵值法的評價模型構建

3.1 綜合評價模型

由分析可知，PSRI綜合指數由P指數、S指數、R指數綜合合成，其關系模型如式(1)：

PSRI=f(PI,SI,RI)

(1)

式中：PSRI為綜合指數；PI為壓力指數；SI為狀態指數；RI為響應指數。

PI，SI，RI分別用綜合評價法進行計算，具體評價模型如式(2)～式(4)：

(2)

(3)

(4)

式中：wpi為第i個壓力指標的權重值；wsi為第i個狀態指標的權重值；wri為第i個響應指標的權重值；rpij，rsij，rrij分別為其無量綱量化值；np，ns，nr分別為壓力指標、狀態指標、響應指標的個數。

3.2 指標權重計算

熵值法是一種在綜合考慮各因素提供信息量的基礎上計算指標權重的數學方法。作為客觀綜合定權法，其主要根據各指標傳遞給決策者的信息量大小來確定權重。按照熵思想，人們在決策中獲得信息的多少和質量,是決策精度和可靠性大小的決定因素,而熵就是一個理想的尺度[22]。筆者將熵思想引入低碳交通運輸體系發展評價研究，根據各評價指標提供的信息，客觀確定其權重。假設反映區域低碳交通運輸體系發展水平的指標有n個，并有m年的統計數據，設其矩陣為：

(5)

式中：rij′是第j年第i指標的統計值。

為消除指標間不同單位、數量等級的影響，對R′進行標準化，得到標準化矩陣。設標準化后的矩陣為：

R=(rij)m×n，(i=1,…,n;j=1,…,m)

(6)

建立標準化公式，正向指標數據標準化如式(7)，逆向指標數據標準化如式(8)：

(7)

(8)

式中：rij-max′為第i個指標在m年中的最大值；rij-min′為第i個指標在m年中的最小值。

對統計數據進行標準化后就可計算各指標的信息熵。第i個指標的熵Hi可定義為：

(9)

確定指標熵后就可確定第i個指標的熵權Wi:

(10)

根據式(1)～式(4)即可得到綜合指數、壓力指數、狀態指數以及響應指數。

4 實證研究

4.1 區域概況分析

河北省是我國重要的經濟大省，正處于工業化、城鎮化和人民生活質量提高的關鍵階段，近年來河北省經濟發展較快，年均增長率在10%左右，截至2010年，國民生產總值達到20 197.1億元，人均國民生產總值達到28 668元/人，人口達到7 193.6萬人，城鎮化率達到45%，年貨物周轉量達到7 673.09億t ·km，同比增長28.3%；旅客周轉量1 172.9億人 ·km，同比增長12.4%，預計今后一段時期內仍將保持高速增長的勢頭。

河北省是我國重要的交通樞紐，是華東、華南和西南等區域連接東北、西北及華北地區的樞紐地帶和商品流通的中轉站，也是東北、西北及華北地區重要的出海通道，同時又是連接首都北京與全國各地的交通樞紐，已形成較為完善的陸、海、空綜合立體交通運輸網，承擔著巨大的交通運輸任務。因此，隨著河北省工業化、城鎮化的加速推進，交通運輸領域能源消耗和CO2排放量還將持續增長，對實施低碳交通運輸提出了迫切需求。

4.2 數據來源

實證分析中各指標數據通過查閱整理《中國交通運輸統計年鑒2011》[23]、《中國能源統計年鑒》[24]、《河北省經濟統計年鑒》[25]等相關數據以及實地調研獲??；各能源CO2轉換系數來自《2006年IPCC國家溫室氣體排放清指南》[26]；低碳交通運輸發展相關政策規劃實施情況的指標值為河北省各年份已頒布的相關政策規劃的數量[27]。

4.3 指標權重設置

指標權重根據熵值法計算得到，綜合權重分配見表2。

表2低碳交通運輸發展評價指標體系權重分配

Table2Weightassignmentfortheevaluationindexsystemoflowcarbontransportationdevelopment

從準則層權重分配來看，壓力指標權重最小，響應指標權重最大，比較符合河北省低碳交通運輸發展的實際情況，因為在評價指標體系中的壓力指標總體上劃為逆指標，但是(如表征經濟發展水平的人均GDP)也能在一定程度上促進低碳交通運輸發展，其部分作用效應可以抵消，且近年來相應的壓力指標數據的變化幅度減小，所以其對整體結果的影響程度也在減弱；而隨著河北省低碳交通運輸發展戰略的深入實施和低碳交通運輸體系建設試點工作的逐步開展，相應的響應行動對整體發展水平的影響會日益凸顯，因此響應指標的權重較大。

4.4 結果分析

根據表2可得河北省低碳交通運輸發展的壓力指數PI、狀態指數SI、響應指數RI以及綜合指數PSRI，見表3。

表3 2001—2010年河北省低碳交通運輸發展指數

1)壓力指數PI分析。如表2，河北省2001—2010年低碳交通運輸發展壓力指數總體呈快速下降的趨勢，因為壓力指標均為負指標，表明隨著社會經濟的發展，河北省低碳交通運輸發展所面臨的壓力日益增大。根據表2指標權重分析結果，壓力指標中客運量和客運周轉量對壓力指數產生的影響較大。

2)狀態指標SI分析。河北省2001—2010年低碳交通運輸發展狀態指數總體呈下降的趨勢，其中2001—2005年下降幅度大，2006—2010年變化波動較小。究其原因，交通運輸能源消耗量和交通運輸碳排放量的指標權重較大，且實際中能源消耗量和碳排放量增長較快，所以會導致狀態指數持續快速下降。此外，2006—2010年變化較小，說明“十一五”期間，盡管低碳交通運輸發展的壓力持續增大，但是響應措施的成效也逐步突顯，緩解了低碳發展狀態持續、快速惡化，狀態變化較為穩定。

3)響應指標RI分析。河北省2001—2010年低碳交通運輸發展響應指數總體呈上升趨勢，其中2001—2005年上升幅度較小，2006—2010年上升幅度大，結合表2分析可知，交通運輸業能耗中天然氣比例、低碳交通技術投入產出比等指標的權重較大，且指標值從2006年開始快速上升，這與河北省自“十一五”開始著力推進交通運輸節能減排和低碳發展有很大的關系。

4)綜合指數PSRI分析。河北省2001—2010年低碳交通運輸發展綜合指數總體呈“先降后升”的發展趨勢，可分為兩個階段：第1階段是2001—2005年(“十五”期間)，綜合指數由高到低，其中2001—2003年處于最高水平，主要是社會經濟的發展所產生的壓力相對較小，能源消耗和碳排放量也相對較小，2004—2005年急速下降，并在2005年達到最低，綜合指數值僅為0.387，主要是因為社會經濟發展壓力逐漸增大的同時，交通運輸能耗量和碳排放量急劇增大，而相應的政策措施還未發揮明顯作用；第2階段是2006—2010年(“十一五”期間)，綜合指數逐年提高，說明河北省社會經濟發展的同時，低碳交通運輸發展水平也在逐步提升，低碳發展政策措施成效較為明顯。但是應該注意到，綜合指數上升緩慢，因此“十二五”期間，河北省還應加大低碳交通運輸發展支持力度，以保持低碳發展水平持續提升的良好勢頭。

5)發展階段分析。按照河北省低碳交通運輸發展綜合指數從高到低排序，反映其從優到劣的變化，評價結果共分為6個等級：①[0.9,1.0]處于最優狀態；②[0.8,0.9]處于良好狀態；③[0.6,0.8]處于較好狀態；④[0.4,0.6]處于警戒狀態；⑤[0.2,0.4]處于較差狀態；⑥[0,0.2]處于極差狀態。根據河北省低碳交通運輸發展水平綜合評價結果，僅有2001年處于“較好狀態”，2005—2007年處于“較差狀態”之外，其余年份均處于“警戒狀態”，所以河北省低碳交通運輸發展形勢不容樂觀。

5 結 論

1)河北省低碳交通運輸發展壓力指數逐年增大；狀態指數在“十五”期間急速下降后，“十一五”期間基本保持穩定，但處于較低水平；響應指數逐年提升，并在“十一五”期間作用逐漸突顯；PSRI綜合評價指數“先降后升”，可分為兩個階段：第1階段是2001—2005年由高到低，最低值出現在2005年，指數值僅為0.387；第2階段是2006—2010年由低到高，但是上升緩慢，并帶有微小波動，預計“十二五”期間隨著各項低碳發展政策措施的深入實施，綜合指數會進一步提升。

2)構建了低碳交通運輸發展的綜合評價指標體系，運用熵值法確定指標的權重。結果表明，壓力指標中客運周轉、客運量等指標的權重較大，狀態指標中交通運輸能源消耗量和碳排放量的權重較大，響應指標中交通運輸業能耗中天然氣比例、低碳交通技術投入產出比等指標的權重較大，權重的確定是綜合評價的基礎，比較符合河北交通運輸的發展現狀，可為相關政策措施的制定提供參考借鑒。

3)隨著社會經濟的持續，河北省交通運輸低碳發展壓力將會進一步增大，交通運輸能耗量和碳排放量也會進一步增加，在今后推進低碳交通運輸發展的過程中，應加大政策支持力度，擴大交通運輸基礎設施投資和低碳技術投入，提高替代能源和新能源對低碳發展的貢獻率，降低交通運輸單位GDP能耗量和單位GDP碳排放量。

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