新疆地級市CO2排放空間特征研究

陳前利+蔡博峰+胡方芳+王金南+曹麗斌

摘要 基于中國高空間分辨率網格數據，建立新疆地級市CO2排放數據集，探討新疆CO2排放的空間特征，為新疆低碳發展的空間布局規劃提供一定的依據。研究采用“自下而上”的空間化方法建立排放數據集，并用統計學方法分析排放數據統計特征。研究結果：從整體看，CO2直接排放總體分散，局部集中，基本沿著天山分為南部和北部，北部地區排放高于南部地區。從區域看，天山北坡經濟帶CO2排放最高；絲綢之路經濟帶的中通道、北通道和南通道排放依次遞減。從部門看，服務業與城鎮生活CO2排放相關性最高，間接排放與其他部門排放相關性最弱。從類型看，工業型地級市CO2人均排放最高，總排放均值略低于服務業型地級市，遠高于其他類型地級市；人口規模越大的地級市CO2排放均值越大，但其人均排放越少。結論與討論：①新疆CO2排放空間差異顯著，其排放較大的地級市整體效率不高，將是減排的重點區。②工業化、城鎮化是新疆CO2排放的重要影響因素，將是減排的著力點。③省際生態補償和碳排放指標分配時應適度考慮能源輸出引致本地較高CO2排放的特情。

關鍵詞 CO2排放；空間特征；網格數據；地級市

中圖分類號 X196 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2017）02-0015-07 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2017.02.004

2015年3月，《推動共建絲綢之路經濟帶和21世紀海上絲綢之路的愿景與行動》明確提出，要把新疆打造為絲綢之路經濟帶核心區；并強調建設中要充分考慮氣候變化影響，建設綠色絲綢之路[1]。新疆地處西北邊陲，屬于干旱半干旱區，生態比較脆弱，受氣候變化的影響尤為顯著[2-5]。作為國家重要的能源戰略基地，新疆工業產值比重較高（近40%），化石能源消費量占比較大（90%以上），能源產品中相當一部分（20%以上）轉移到區外[6]。2012年新疆人均消費5.30 t標準煤，煤炭占能源消費的68.40%[6]；煤、油品、天然氣和電力的調出量占一次能源生產量的比重分別達21.07%、56.61%、58.43%和19.77%；與2000年相比，分別增加了13.81、-12.93、24.81和19.77個百分點[7-8]。新疆土地資源總量非常豐富，但適宜開發和建設的土地較少[9]；綠洲城市資源環境的承載壓力大，城市間平均交通距離較遠；地區發展水平普遍較低，經濟發展差異大[10]。新疆在應對氣候變化、“綠色、低碳”發展方面正面臨難得的機遇與更大的挑戰。

因此，基于空間尺度的新疆碳排放問題研究應運而生，且較為緊迫。劉曉婷和陳聞君利用能源消費數據，研究了各地州能源碳排放空間差異動態演變特征[11-12]。陳煜和孫慧基于標煤轉換碳排放系數，利用能源統計數據估算了新疆天山北坡經濟帶各縣市的碳排放量[13]。鄭伯紅和劉路云將人口容量、GDP增長、交通模式等納入城市空間規劃方案中，采用情景模型評估了烏魯木齊西山新城低碳示范區三個不同的空間規劃方案[14]。石天戈等利用烏魯木齊市居民出行日志調查數據，在微觀尺度上探討了不同城市空間的居民出行碳排放的分布特征和影響因素[15]。現有新疆地級城市碳排放數據基本來自各行政單位的能源統計或調查數據。

當前，中國碳排放數據存在著非常大的不確定性[16]，而且城市能源數據缺乏、溫室氣體清單數據缺失或沒有公開，基于城市尺度的碳排放問題研究有待深入。CO2排放網格化數據[17]為城市碳排放空間化研究提供了較好的數據基礎。本研究基于中國高空間分辨率網格數據（China High Resolution Emission Gridded Data， CHRED），結合新疆特點，重點從天山北坡經濟帶、環塔里木盆地、伊犁河谷、絲綢之路經濟帶等區域探討新疆CO2排放的空間特征，為新疆低碳發展的空間布局規劃提供一定的依據。

1 研究方法與數據

1.1 研究方法

首先，采用了基于現有方法[18-21]改進后的空間化方法，建立新疆地級市CO2排放數據集；其次，采用統計學方法，進行新疆及其各地級市碳排放數據統計特征分析，包括碳排放部門間相關性分析、碳排放分布離散性分析、描述性統計分析等。

1.2 數據

新疆地級市數據采用基于中國高空間分辨率網格數據（CHRED）建立的新疆地級市CO2排放數據集，包括直接排放和間接排放，詳見本期“中國城市CO2排放數據集研究”。新疆及其各地州其他相關能源和社會經濟數據來自中國能源統計年鑒、新疆統計年鑒等。本研究中，新疆地級市是指新疆地級行政單位，即《新疆統計年鑒2015》中所列15個地州（市），即阿克蘇地區、阿勒泰地區、巴音郭楞蒙古自治州、博爾塔拉蒙古自治州、昌吉回族自治州、哈密地區、和田地區、喀什地區、克拉瑪依市、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、塔城地區、吐魯番地區、烏魯木齊市、伊犁州直屬縣（市）和新疆直轄縣級市。

2 結果與分析

2.1 新疆地級市CO2排放總量驗證

2012年新疆CO2直接排放總量為25 429.38萬t。根據《中國能源統計年鑒2013》上的能源數據計算得到新疆2012年CO2直接排放總量為26 351.75萬t，分別包括17種化石能源以及電力和熱力CO2排放。兩者相差3.50%，誤差在5%以內。因此，本研究所采用的CO2排放數據精度總體可接受。

2.2 新疆地級市CO2排放總體特征

2.2.1 新疆CO2排放部門相關性

新疆CO2直接排放占總排放的90.52%，其中能源排放占總排放的83.20%；工業能源排放最高，占比達73.70%。不同部門排放不僅存在差異，而且往往存在一定相關性，一定程度上反映了產業特點和產業間的關聯性。由圖1可知：服務業與城鎮生活相關性最高，其相關系數達0.931 3，且非常顯著（p<0.01）；與工業過程也顯著相關，與其他部分排放均不相關。這說明城鎮生活水平的提高導致服務業排放的增加。工業與城鎮生活、服務業的相關性較高，相關系數分別為0.690 9、0.659 2，且較為顯著（p<0.05），但與工業過程相關系數僅為0.429 6，且并不顯著。農業與工業過程、交通、農村生活較為相關，相關系數分別為0.562 3、0.553 6、0.533 2，且較為顯著（p<0.05）。工業過程除了與工業不顯著相關外，與其他部門相關系數卻更大，其中與交通、服務業和農業的相關系數分別為0.692 1、0.599 8、0.562 3，均比較顯著（p<0.05）。新疆工業主要以化石能源開采、加工轉化產業為主，金屬、設備、汽車等制造業比重很小，因而工業對水泥、石灰和鋼鐵生產過程為主的排放影響并不顯著，但新疆地級市間交通距離遠，由交通運輸等服務業導致建筑業的發展，對工業過程排放的影響往往更為顯著。間接排放與其他部門排放相關性最弱，且均不顯著。這也說明了新疆電力資源豐富，主要是外輸電力。交通僅與農業、工業過程較為顯著相關。這一定程度說明，特色農產品、建材、石油等工業產品的運輸需求催生了交通部門較高的排放。

2.2.2 新疆區域CO2總排放特征

（1）地級市累計總排放特征。圖2顯示了新疆地級市累積CO2總排放及相應的地區生產總值（GDP）、人口、土地面積的累積量。從圖2中可以看出，CO2排放累積曲線位于最上面，說明CO2排放的集聚性要高于其他要素，即存在一定數量的地級市，其CO2排放在新疆的占比要明顯高于其GDP、人口、土地面積的占比。這說明排放量較大的地級市整體CO2排放效率不高。CO2總排放量排名靠前的地級市是新疆CO2排放控制和減排的重點，相比全疆平均水平，存在較大改進空間和減排潛力。

（2）地級市總碳排放統計特征。從圖3可見，地級市的年總排放基本都在6 000萬t以下，而且絕大多數都位于2 000萬t以下，新疆地級行政單位總排放的平均水平為1 873萬t，150—2 000萬t這一區間的地級市相對較多。

（3）不同類型地級市CO2總排放統計特征。基于新疆地級市的第一產業、第二產業和第三產業的產值占地區生產總值比例對地級市分類，第二產業占比超過50%的為工業型地級市，第三產業占比超過50%的為服務業型地級市，均未超過50%的為其他類型地級市。由圖4可知，新疆服務業型地級市數量僅2個，即烏魯木齊市和克孜勒蘇柯爾克孜自治州，其平均排放水平最高（均值為2 732萬t），同時排放的離散程度也最高。工業型地級市4個，整體排放水平略低于服務業型地級市，均值為2 462萬t。其他類型地級市9個，整體排放水平最低（平均值為1 420萬t），標準方差最小（1 422.23）。若從人均排放角度看，工業型地級市人均排放最高（36.20 t/人），遠高于其他類型（10.86 t/人）和服務業型地級市（10.19 t/人）。

其次，不同人口規模分類下地級市總排放特征。新疆地級市隨著人口規模的下降，地區CO2總排放水平（中位數）呈下降趨勢（見圖5）。總人口≥100萬且<500萬的地級市共有8個，排放均值為2 205萬t，其排放分布的離散程度高于人口<50萬的地級市，但低于總人口≥50萬且<100萬的地級市。總人口≥50萬且<100萬的地級市共有5個，其排放均值為1 676萬t，排放分布的離散程度最高，而且其排放部分主要集中在低值區域。總人口<50的地級市共有2個，其排放均值為1 034萬t，排放分布的離散程度最低。若從人均排放角度看，人口規模越大的地級市人均排放依次遞減，分別為25.89 t/人、23.98 t/人、11.41 t/人。

2.3 新疆CO2直接排放空間分布特征

新疆整體CO2直接排放空間格局的特點是總體分散，局部集中，基本沿著天山分為南部和北部，北部地區高于南部地區；北部的天山北坡經濟帶、伊犁河谷地區相對集中，南部的環塔里木盆地西北部連接成片，其CO2排放明顯高于其他地區。新疆CO2排放明顯受城市活動和交通活動的影響，網格排放高值區域都是以烏魯木齊市、克拉瑪依市等城市為核心的區域。天山北坡經濟帶、伊犁河谷地區、環塔里木盆地西北部是新疆CO2排放空間格局的重點地區。

烏魯木齊市、石河子市等天山南北坡城市分布著大量的開發區，其中國家級開發區包括烏魯木齊經濟技術開發區、石河子經濟技術開發區、庫爾勒經濟技術開發區、奎屯-獨山子經濟技術開發區，其工業比重較高，其產值比重甚至超過50%[22]。開發區、重點企業相對密集、能源燃燒CO2排放強度較大，是新疆重點城市及其周邊區域成為新疆CO2排放熱點地區的主要原因。另外，新疆綠洲城市間交通距離較遠，因此，總體上碳排放集中區主要由主干交通線“串聯”起來。

2.3.1 天山北坡經濟帶CO2直接排放

根據國務院2012年批復的《天山北坡經濟帶發展規劃》可知，天山北坡經濟帶涉及9個地區，32個縣市（師）；其情況見表1。烏魯木齊市、克拉瑪依市、昌吉市、石河子市等重點城市是排放的熱點地區，例如：克拉瑪依市人均CO2排放超過38 t，單位平方公里CO2排放超過1 947 t，而其單位平方公里建成區排放高達26萬t。而這些高排放網格基本都集中在城市及其周邊地區。烏魯木齊市是整個地區的排放中心，其網格排放水平不僅高，而且空間上較為集中。

2.3.2 環塔里木盆地CO2直接排放

環塔里木盆地區域地處南疆，分布著中國最大的沙漠，其石油、天然氣等自然資源豐富，但生態環境非常脆弱，受氣候變化的影響異常顯著。根據年鑒可知，南疆年平均氣溫由2012年的7.4℃凸增為2014年的12.6℃，而年平均降水量由218 mm銳減到70.7 mm。區域內分布著南疆五地州，是新疆最為落后的少數民族集聚區。該區域面積占全疆60%之多，2012年人口占比近50%，少數民族人口占比超65%；地區生產總值占比不到30%。該區域的低碳發展對全疆乃至全國將有著特殊而重要的意義。

環塔里木盆地區域碳排放主要集中在阿克蘇地區、巴音郭楞蒙古自治州和喀什地區，和田地區和克孜勒蘇柯爾克孜自治州CO2排放最少。重點城市庫爾勒市、阿克蘇市、喀什市等地都是排放的相對熱點地區，例如，巴音郭楞蒙古自治州CO2總量占該區域近30%，人均排放超過10 t。而這些相對高排放網格也主要集中在城市及其周邊地區。庫爾勒市是整個地區的排放中心，其網格排放水平高且集中（見表2）。

注：①本表未包括石河子市、五家渠市之外的兵團農業師。②天山北坡經濟帶涵蓋烏魯木齊市、克拉瑪依市、吐魯番地區三個地級單位全境，以及其他地區的部分縣市。③所涉及地級區域部分縣市的CO2排放數據引自文獻[13]。④五家渠市CO2數據為規模以上工業企業能源消費CO2排放，是按國家科委氣候變化項目研究中擬定的參數值0.726 tc/t進行折算的，其基礎數據來自《新疆生產建設兵團統計年鑒2013》。

2.3.3 伊犁河谷CO2直接排放

伊犁河谷多個縣市是天山北坡經濟帶中的重點城市。根據《新疆維吾爾自治區主體功能區規劃》可知，伊寧市、伊寧縣的吉里于孜鎮、察布查爾縣的察布查爾鎮、霍城縣的水定鎮與霍爾果斯經濟開發區是國家重點開發區。而且，伊犁州的首府和伊犁河谷核心城市——伊寧市是全國的新型城鎮化試點城市，“綠色低碳”是其重要議題。伊犁河谷地區碳排放主要集中在伊寧市、霍城縣和伊寧縣，其他縣CO2排放較少。這些相對高排放網格也主要集中在城市及其周邊地區。伊寧市是整個地區的排放中心（見表3）。

2.3.4 絲綢之路沿線地區CO2直接排放

氣候變遷影響“絲綢之路”之興衰[23]。在新的歷史背景下，應對氣候變化，“綠色低碳”發展將關乎“一帶一路”國家戰略的可持續推進[24-25]。據資料可知，絲綢之路經濟帶新疆段總體上有北、中、南三個通道[26]，基本上貫穿了新疆所有的重點區域和核心城市，其通道途徑縣市的協同低碳化發展將對全疆，乃至“一帶一路”可持續發展具有全局意義。

注：鐵門關市為新疆維吾爾自治區直轄縣級市，于2012年12月29日掛牌成立，位于環塔里木盆地區域，上表數據均未包含該市。阿拉爾市、圖木舒克市土地和人口數據來自《新疆統計年鑒2013》，地區生產總值、綜合能源數據來自《新疆生產建設兵團統計年鑒2013》。阿拉爾市、圖木舒克市碳排放為規模以上工業企業能源消費CO2排放數據，是按國家科技部氣候變化項目研究中擬定的參數值0.726 0 tc/t進行折算的。

注：以上未包括轄區的兵團。2014年6月26日，國務院正式批準同意新疆維吾爾自治區設立縣級霍爾果斯市；表中均未包含霍爾果斯市數據。根據文獻[13]的計算結果可得奎屯市CO2排放245.96萬t；本表CO2排放數據扣除了這一數值。

中通道的碳排放最高。該通道基本是沿著天山北坡和南坡，沿哈密市，經烏魯木齊市、昌吉市、石河子市、奎屯市、精河縣向西，一路從阿拉山口口岸出境，一路經伊寧市，從察布查爾錫伯自治縣的都拉塔口岸、霍城縣的霍爾果斯口岸以及昭蘇縣的木扎爾特口岸進入哈薩克斯坦，其主干線與天山北坡經濟帶多數城市相重疊。其支線從哈密市進入，沿吐魯番市、庫爾勒市、阿克蘇市，向西經烏什縣通過別迭里口岸（待開放）進入吉爾吉斯斯坦，向南過阿圖什市，然后經烏恰縣的伊爾克什坦和吐爾尕特口岸進入吉爾吉斯斯坦，與環塔里木盆地西北部區域重疊。

北通道碳排放其次。從伊吾縣進入，沿巴里坤縣、富蘊縣、北屯市、阿勒泰市，向北從布爾津縣過吉克普林口岸（待開放）到俄羅斯，與天山北坡經濟帶有少部分重疊，其途徑縣市排放較少。但北通道支線經克拉瑪依市、塔城市（巴克圖口岸），其碳排放相對較高。

南通道碳排放最低。從格爾木市進入若羌縣后，經且末縣、和田市、莎車縣、喀什市、塔什庫爾干塔吉克自治縣，從紅其拉甫和卡拉蘇口岸進入巴基斯坦和塔吉克斯坦，其中喀什市的碳排放相對較高。

3 結論與討論

基于“自下而上”的空間化方法建立的CHRED在新疆地級市CO2排放清單建立和區域空間分析方面較為適用。本研究主要結論如下：①新疆CO2排放空間差異顯著，其排放較大的地級市整體效率不高，將是減排的重點區。天山北坡經濟帶主要城市是排放的熱點地區，其他地區相對較低。全疆排名前8的地級市總排放占比均大于其GDP、人口、土地面積的占比。因而，排放較大地區減排的潛力相對較大。②工業化、城鎮化是新疆CO2排放的重要影響因素，將是減排的著力點。工業CO2排放比重最高，工業型地級市CO2總排放和人均排放均非常高，而且工業與城鎮生活、服務業排放的相關性均較高。因此，低碳工業化和城鎮化將是低碳發展的重要路徑。③省際生態補償和碳排放指標分配時應適度考慮能源輸出引致較高CO2排放的特情。新疆各地級市的間接排放與其他部門排放均不相關。這與國家能源戰略基地的定位和電力等能源輸出比較高的現實基本一致。因此，在未來省際生態補償和碳排放指標分配時，應酌情考慮這一實際情況。

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