各省市碳排放強度核算及其空間相關(guān)性分析

(同濟大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院 上海 200092)

一、引言

碳元素是地球上構(gòu)成生命的必不可少元素之一，人類體重約有五分之一都是碳元素。溫室氣體中二氧化碳(CO2)中碳元素含量為12/44，是碳元素的主要存在形式之一。人類新陳代謝過程中會呼出二氧化碳，而植物、藻類和細菌等能夠通過光合作用，吸收二氧化碳進而轉(zhuǎn)化為碳水化合物。《京都議定書》指出主要的溫室氣體有二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氯(N2O)、氫氟碳化物(HFCS)、全氟化碳(PFCS)、六氟化硫(SF6)六種，其中二氧化碳是最主要排放氣體，占溫室氣體排放總量的60%，而且由于二氧化碳具有的“惰性”使得其無法利用化學(xué)作用予以消除，所以減少二氧化碳排放量是應(yīng)對氣候變暖的唯一途徑。碳排放(carbon emission)是二氧化碳和其它溫室氣體排放的總稱。根據(jù)再生性分為可再生碳排放和不可再生碳排放兩種。可再生碳排放包括保證地球表面存在的生命體運轉(zhuǎn)的碳循環(huán)以及消耗可再生能源所產(chǎn)生的碳排放。不可再生碳排放主要指的化石能源碳排放，化石能源是經(jīng)過幾億年的沉積才能形成的，具有不可再生性。可見，后者的碳排放對人類生存環(huán)境以及發(fā)展有更大的危害。基于二氧化碳在溫室氣體排放的主體地位，本文研究對象僅為CO2排放情況，不考慮其他溫室氣體。

二、碳排放強度核算

核算碳排放總量是進行碳排放研究的基礎(chǔ)，本文基于各省市的能源平衡表，對于不同能源種類分別核算其排放量并進行加總，具體公式如下所示。其中，cei表示碳排放強度，表示該省市的碳排放總量，為該省市實際GDP，本文選取2000年為基年進行平減。

(3.1)

對于省市碳排放的核算，主要基于各省市能源平衡表中化石燃料消費量，數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒、中國能源統(tǒng)計年鑒。其優(yōu)點在于官方數(shù)據(jù)普遍得到認(rèn)可，且收集所需時間相對較少，成本較低，能夠滿足本文對于省域范圍內(nèi)碳排放量的簡單核算的要求。本文基于《能源消耗引起的溫室氣體排放計算工具指南(2.1版)》中所列示的二氧化碳排放因子，分別對不同能源的碳排放量進行核算病假總，具體計算公式如下，其中j表示各省市消耗的不同能源品種：

CO2emission=∑化石燃料消費量j×CO2排放因子j

(3.2)

我們采用的上文的方法，計算了中國大陸30個省區(qū)市(西藏除外)的碳排放強度數(shù)據(jù)，并將其以地圖的形式呈現(xiàn)出來，如圖1所示，其分別為中國省區(qū)2003年及2015年的碳排放強度分布。本文由于篇幅限制僅選取了研究區(qū)間首尾兩年年進行展現(xiàn)。

圖1 2003和2015年碳排放強度分布圖

中國自改革開放以來，一直秉持著區(qū)域區(qū)別發(fā)展戰(zhàn)略，行政劃分為東部沿海、中部及西部內(nèi)陸三塊區(qū)域，從省市碳排放強度的分布上，我們可以看到區(qū)域碳排放強度水平與區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展梯度發(fā)展模式有密切聯(lián)系，總體上表現(xiàn)為西高東低、北高南低的特征，即西北地區(qū)和西南地區(qū)高，中東部地區(qū)低，東部沿海地區(qū)明顯低于全國平均水平。究其原因，可能是因為東部沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達、社會發(fā)展水平高，且在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有較強的空間集聚效應(yīng)，從而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較為合理，碳排放強度就較低；西北地區(qū)為主要能源輸出區(qū)域，碳排放強度高；西南地區(qū)則由于社會經(jīng)濟發(fā)展落后于東部地區(qū)，碳排放強度相比東部沿海地區(qū)也稍顯較高。

對于所選取的兩年中，均處于最高排放強度區(qū)間的省市有：新疆、內(nèi)蒙古、山西、寧夏；均處于最低排放強度區(qū)間的省市有：福建、廣東。隨著時間的變化，其他各省市的碳排放強度也發(fā)生了一定的變化，但全國總體上呈現(xiàn)出下降趨勢。

三、空間相關(guān)性分析

其次，檢驗空間相關(guān)性及運用空間計量模型還需確定空間權(quán)重矩陣形W。空間權(quán)重矩陣選擇問題一直是空間計量經(jīng)濟學(xué)中的一個難題，權(quán)重矩陣的選擇正確與否關(guān)系到模型的最終估計結(jié)果。本文首先對已有研究中一般空間權(quán)重矩陣的設(shè)定方法做出簡要介紹，并提出本文的設(shè)定方法與合理性。具體說明如下：

一般空間權(quán)重矩陣為目前研究使用最為廣泛的一種設(shè)定方法，即相鄰省市給予的權(quán)重為1，而非相鄰的省市給予權(quán)重為0。一般空間權(quán)重矩陣有其自身的優(yōu)點。首先，權(quán)重設(shè)置非常簡便，根據(jù)中國各省市的地理位置便可輕松設(shè)置，而不用考慮過多的其他因素，即本文以中國內(nèi)陸30個省市(除西藏外)為研究主體，共計65對相鄰省市①。被給予權(quán)重1，其余均為0；其次，全國30個省份在空間分布上具有連續(xù)性，且省級行政單元地理范圍較廣，中心坐標(biāo)所處地理位置不能完全代表該省實際碳排放產(chǎn)生的源頭；最后，由于我國國情實行區(qū)域化管理，如行政區(qū)域劃分為東、中、西部地區(qū)，政策的實施也參考行政區(qū)域的劃分，因此采用臨近原則更容易從行政區(qū)域分析碳排放強度分布特點。

確定了了空間權(quán)重矩陣，便可考察各省市碳排放強度是否存在空間依賴性，目前文獻中提出了常用度量空間自相關(guān)的方法，最為流行的是“莫蘭指數(shù)I”(Moran’s I)，其計算公式如下：

(3.6)

其中表示第i個省市的碳排放強度值，分別表示該年碳排放強度的均值和方差，n為地區(qū)總數(shù)(本位為30)，為基于車相鄰原則構(gòu)建的空間權(quán)重矩陣。

莫蘭指數(shù)I的取值一般介于-1到1之間，大于0表示正自相關(guān)，即高值與高值相鄰、低值與低值相鄰；小于0表示負自相關(guān)，即高值與低值相鄰。如果莫蘭指數(shù)I接近于0，則表明空間分布是隨機的，不存在空間自相關(guān)。本文基于前文的所獲得的數(shù)據(jù)、計算方法，分別在W權(quán)重下借助Stata計量軟件得到2003-2015各年碳排放強度的全局莫蘭指數(shù)及其顯著性，如表1所示。

表1 2003-2015年我國各省間碳排放強度莫蘭指數(shù)I

注：***，**，*分別表示在1%，5%和 10%水平上顯著。

從上表可以看出，2003-2015年省際碳排放強度的全局莫蘭指數(shù)I值在所有年份都顯著為正，說明省際碳排放強度存在較強的空間正相關(guān)關(guān)系，某一地區(qū)碳排放強度會對其相鄰地區(qū)的碳排放強度產(chǎn)生正向的影響。當(dāng)然，也會受相鄰地區(qū)碳排放強度的影響。引入綜合空間權(quán)重矩陣與常規(guī)的一般空間權(quán)重矩陣相對比，即在考慮各省際間的地理距離和能源稟賦因素后，莫蘭指數(shù)更大，碳排放強度的正相關(guān)性更強。

全局莫蘭指數(shù)I只能從整體上描述省際碳排放強度空間相關(guān)性，而無法描述不同地區(qū)空間相關(guān)性的具體類型，莫蘭散點圖在這方面做了很好的改進。莫蘭散點圖將空間劃為四個象限，第一象限內(nèi)的地區(qū)屬性值高，周圍地區(qū)屬性值也高；第二象限內(nèi)的地區(qū)屬性值低，周圍地區(qū)屬性值高；第三象限內(nèi)的地區(qū)屬性值低，周圍地區(qū)屬性值也低；第四象限內(nèi)的地區(qū)屬性值高，周圍地區(qū)屬性值低。位于第一、三象限的區(qū)域?qū)傩灾蹬c周圍地區(qū)屬性值存在空間正相關(guān)，位于第二、四象限的區(qū)域?qū)傩灾蹬c周圍地區(qū)屬性值存在空間負相關(guān)。本文運用計量軟件Stata空間計量模塊繪制各年度省際碳排放強度的莫蘭散點圖。因本文篇幅限制，僅以表格的形式展現(xiàn)2003年及2015年各省市莫蘭指數(shù)散點圖象限分布，如表2所示：

表2 2003年及2015年各省市莫蘭指數(shù)散點圖象限分布

以上分析表明：省際碳排放強度存在空間正相關(guān)關(guān)系，與傳統(tǒng)計量經(jīng)濟理論所假設(shè)的不同個體同質(zhì)且相互獨立相背離，因此，在對碳排放強度進行研究時，不能簡單的引入傳統(tǒng)計量模型，應(yīng)加入空間效應(yīng)進行考察，從而表明在相關(guān)問題上構(gòu)建空間計量經(jīng)濟模型的必要性。

四、結(jié)論及政策建議

本文通過基于各省市的能源平衡表數(shù)據(jù)，測算得到我國2003-2015年的碳排放強度數(shù)據(jù)，并引入了空間權(quán)重矩陣，對省際間碳排放強度的相關(guān)性進行檢驗，測算了各年全國范圍內(nèi)的莫爾指數(shù)。通過本文的研究，主要得到以下結(jié)論：

2003-2015年期間，雖然我國二氧化碳排放量總逐年增加，但大部分省市碳排放強度數(shù)據(jù)表現(xiàn)為逐年下降，表明節(jié)能減排的工作已取得一定成效；從全國角度來看，我國的碳排放總量和碳排放強度都具備“西高東低”、“北高南低”的特征，由于區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展不平衡和地區(qū)差異顯著，少部分區(qū)域碳排放量和碳排放強度向相反方向演化，表明減排政策的制定需要因地制宜；從省際層面看，針對本文所研究的30個省市中有個別省市碳排放強度水平一直徘徊在高位，且各省際間碳排放強度差異巨大，說明當(dāng)前不少省市達成碳排放強度下降目標(biāo)任務(wù)艱巨。此外，我國省際碳排放強度存在空間正相關(guān)關(guān)系而不是相互獨立，并且正相關(guān)性隨著時間表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。

基于本文結(jié)論，政府應(yīng)當(dāng)實施差異化減排策略，重視排放轉(zhuǎn)移問題。正是由于不平衡的發(fā)展格局，決定減排策略的制定與實施須因地制宜，不能“一刀切”。應(yīng)該充分考慮地區(qū)發(fā)展的不同特點及空間關(guān)聯(lián)效應(yīng)，尤其是個別區(qū)域間的“內(nèi)涵排放”的問題，以區(qū)域為單位，實行連帶責(zé)任，共同減排的責(zé)任分配，而非以單個省市為個體。

【注釋】

①由于海南省為獨立島嶼不與任何其他省份接壤，為便于分析，在設(shè)置空間權(quán)重矩陣時將其設(shè)置為與廣東省相鄰。

[1]IPCC國家溫室氣體清單指南(1996年修訂版)

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