碳排放與城市化關系的實證統計研究
關海玲，博士，副教授，主要研究方向為資源環境管理、產業經濟，北京林業大學林學院（北京 100083）；太原科技大學經濟與管理學院（山西 太原 030024）；陳建成，北京林業大學經濟與管理學院（北京 100083）；曹文，山東財經大學財政稅務學院（山東 濟南 250014）。
隨著人類社會的不斷進步和工業化水平的不斷提高，氣候變化問題已成為人類關注的焦點。全球氣候持續變暖已經嚴重威脅到人類的生存和健康，同時也已經并正在產生著一系列的嚴重后果，這些后果不僅僅局限于正在頻發的各種自然災害，同時由于各國或不同利益群體之間因之而產生的利益分歧及對損失的規避等一系列的行動，均可能進一步引起國家之間尖銳的經濟、政治沖突。而城市既是及其它溫室氣體的排放源，又是減排的重點領域。傳統的城市發展模式具有“高消耗、高排放、高污染”的特征，在未來的經濟社會發展中必然面臨著越來越嚴峻的能源稀缺、氣候變化和溫室氣體減排的壓力等諸多全球化的挑戰[1]。縱觀近兩百多年的城市發展，可以看出，人類的生態環境問題無論在規模上還是在危害程度上越來越嚴重，已從點源污染發展為目前大范圍、大規模的生態環境問題，這一切引起了全球碳平衡的失調，進而抬升了全球的溫度。同時生態環境問題的全球化使得當前城市競爭也在日趨生態化，探求城市發展的生態之路成為新一輪城市競爭的關鍵。2009年12月在哥本哈根氣候變化峰會上再一次將全球的目光聚焦到的排放和環境問題。中國的氣候變暖趨勢與全球基本一致，平均氣溫和極端天氣發生的頻率都在不斷升高，《中國應對氣候變化國家方案》指出，近百年來，中國的年平均氣溫升高了0.5℃-0.8℃，略高于同期全球增溫平均值，近50年來，中國沿海海平面年平均上升2.5 mm，略高于全球平均水平[2]。這些數字都告訴了我們一個嚴峻的事實：全球變暖正在威脅著人類賴以生存的地球;城市化、碳排放、氣候變化三者正以一種危險的方式交織在一起。因此，研究氣候變化條件下碳排放和城市化之間的關系，引導城市以一種節約資源、減少碳排放量、最大限度地維系生態環境格局的模式來建設和發展，是唯一可行的緩解發展與生存矛盾、優化城鎮化與生態環境關系的路徑。
1 氣候變化對城市化的影響
全球氣候變化對城市化的影響是全方位、多層面的，它可能會影響到城市的生產生活、生態系統、能源供給，還可能會擾亂當地經濟并使城市居民遭受生計和財產損失，甚至還可能導致大規模的人口遷移。尤其是極端天氣對全球各地的城市會產生明顯的影響，很多變化通過氣候影響的累積效應顯露出來，并且已經進入到人們的現實生活中。全球氣候變化對城市的影響集中體現在以下幾方面：
首先，對城市基礎設施的影響。全球氣候變化對城市中由建筑、道路、排水系統等構成的基礎設施會產生直接的影響，如酸雨會腐蝕城市的基礎設施建設，在低海拔的沿海地帶，這種影響尤為嚴重。城市就是一個能源和相關資源的高需求中心。氣候變化很可能會影響能源需求和供給兩方面，再加上城市人口增長的壓力、當地天氣條件改變、城市熱島效應的影響以及經濟增長等因素，都可能會切實增加對能源的需求。
其次，對經濟活動的影響。氣候變化能影響一系列廣泛的經濟活動。主要涉及農業、工業、旅游業和保險業。尤其是近年來，極端氣候事件的頻發使得城市經濟資產變得脆弱不堪，繼而增加了商業成本。一方面，表現為對農業的影響。全球變暖帶來干旱、缺水、災害、熱浪及氣溫劇變。近幾年，極端氣候事件對中國經濟社會造成的損失極其慘重。2008年1月中國南方大部分地區和西北地區東部出現了建國以來罕見的持續大范圍低溫、雨雪和冰凍的極端天氣，造成農作物受災面積達1186.7萬hm[2]，因災死亡畜禽6956萬頭(只)，水產養殖受災面積97萬hm[2]，部分設施損毀嚴重。另一方面，氣候變化對工業的直接影響包括建筑、基礎設施和其他資產的損毀以及由于氣候影響而造成的交通、通訊和電力設施的延誤和破壞。同樣，氣候變化還可能會造成地區性的季節改變，進而改變與季節相關的休閑娛樂業商機和旅游設施。尤其對于那些以旅游業為主要收入來源的城市，當地經濟可能會遭受嚴重的損失，并且可能導致失業率上升。
再次，對社會生活的影響。全球氣候變化對社會不同群體的影響程度是不同的，比如被邊緣化的少數族群、婦女、兒童、青年及老人。極端氣候的變化加劇了種族和性別間的不平等，貧困的少數族群和婦女更容易受到影響，如此下去，就會形成一個貧困的惡性循環，即被邊緣化的少數族群承擔了氣候變化的更多風險，承擔過多的風險又讓他們難以脫貧，使得他們在面臨未來的氣候變化時繼續成為易受災人口。此外，由于極端氣候變化會引起生態環境惡化、旱災和海平面升高迫使人員永久地遷移，結果推動了國內和國際移民潮。據有關資料估計，2008年僅突發性自然災害就導致了3千萬人口的重新安置。預計到2050年，因氣候變化引起的人口安置量將達到2億人。
最后，對生態系統的影響。全球氣候變化是造成生態系統服務衰退的關鍵因素，這一事實已經得到了全社會公認。生態系統服務主要包括供給服務(如提供食物和水)、調節服務(如控制洪水和疾病)、文化服務(如精神、娛樂和文化收益)以及支持服務(如維持地球生命生存環境的養分循環)。人類的過度開發、生態污染及濕地破壞等都可能致使這些生態系統服務受損。城市化規模的擴大增加了居民對自然資源的需求，迫使生態系統服務中那些能夠使人類社會受益的環境處理流程出現明顯的改變。
與此同時，城市化的進程中也產生了一系列的負面效應，如城市化推動了全球溫度的升高。在經濟合作與發展組織(OECD)發表的《城市與氣候變化》的報告中指出，與農村地區相比，城市中存在著大量的混凝土和瀝青以及像工廠機器、家用電器和城市照明等設備發出的余熱，同時，大面積的城市建筑使得城市綠地生態系統破壞，進一步加劇城市的熱島效應，使得年平均溫度往往比農村地區高出3.5℃-4℃，并且，這一差值預計會每10年升高1℃。
2 碳排放與城市化的關系
城市在應對全球氣候變化和溫室氣體減排方面發揮著決定性的作用[2]。城市不僅是溫室氣體排放的主要源頭和絕對主體，同時也受到氣候變化的嚴重影響。由于城市人口、資源和基礎設施相對集中，氣候變化的不利影響最可能出現在城市地區
[4-9]。
2.1 不同類型城市碳排放情況
不同類型的城市由于能源消耗、人口規模以及城市發展程度不同，碳排放的情況也有所不同。從碳排放的源頭來看，城市是人口、建筑、交通、工業、物流的集中地，也是高耗能、高碳排放的集中地。從終端使用的角度看，碳排放的來源可以分為產業、居民生活和交通[10]。大量研究文獻證實，城市碳排放量大約占全球碳排放的75%-80%[11]。
(1)重工業城市的碳排放情況。重化工業是資金和知識含量都較高的基礎原材料產業。我國的重化工業城市主要分布在四個地區，即以上海、南京、杭州為中心的滬寧杭工業基地;以北京、天津、唐山為主的京津唐工業基地;以沈陽、撫順、鞍山、本溪、大連為中心的遼中南工業基地;以重慶、德陽為主的西南工業基地。由于重工業部門占GDP的比重較大，其碳排放量占碳排放總量的84%以上，單位GDP排放強度高于農業和服務業。按照國際能源署(IEA)的部門劃分，電力和熱力工業碳排放比重占總量的將近一半，是目前中國碳排放量的最高部門。其次是制造業和建筑業，占比重的31.2%。不同產業部門碳排放所占的比重見圖1。
圖1 國內不同產業部門的碳排放比重(%)
(2)輕紡工業城市的碳排放情況。輕紡工業是生產消費資料的工業部門，是國民經濟的重要組成部分，也是國家積累資金和出口創匯的重要生產部門。我國的輕紡工業相對集中在沿海地區，其中上海和江蘇是中國大型紡織工業基地和最主要的紡織品出口基地[12]。江蘇的紡織生產業主要集中在無錫、常州、蘇州、南通(見圖2)。
圖2 國內主要輕紡工業城市碳排放情況
(3)商業文化城市的碳排放情況。商業文化城市，是指區域性商業和文化活動的中心城市，各種商業和文化活動占據了城市生活的主導地位，對周邊地區的商業和文化活動具有較大的集聚、引導和輻射效應。其碳排放情況主要體現在商業、文化活動、居民日常生活和旅游觀光方面，主要是消費性排放為主。目前國內主要的商業文化城市有北京、上海、天津、成都、南京、廣州、深圳、杭州、蘇州和西安等，其碳排放量見表1。
由于居民日常的碳排放主要集中于生活能源的消費，通過計算可知，2010年北京、上海兩個城市的平均生活能耗為743.5和631.62 kg標準煤，遠遠高于全國平均水平。此外，由于在生產、生活以及建筑、交通方面的高能耗的驅動，上海的能源消費總量在全國城市中名列前茅。從排放的平均增長率來看，“九五”以來，北京、天津、上海市有不斷加快的趨勢，重慶自“十一五”以來增速放緩。而在“十二五”期間，北京、天津碳排放的多年平均增長率增長較快。
2.2 城市化對碳排放的影響
城市既是重要的碳排放源之一，但同時也具有較高的碳排放效益。人類的整個進化和發展過程實際上就是城市化的過程。盡管全球城市面積僅占地球表面積的2%，但全世界人口中約有50%以上居住在城市，城市消耗了全球能源消耗量的75%，排放的溫室氣體占全球所產生的溫室氣體的80%左右。根據美國的相關資料表明，城市建筑物排放的約占總量的39%，交通工具排放的約為33%，工業排放的約為28%。這決定了城市成為能源消耗的主體。
自1800年以來，全球碳排放量和城市化水平一直在同步穩定增長，并且均有加快的趨勢(見圖3)，可以說城市化與碳排放之間存在著高度的相關性。
圖3 全球碳排放量增長與城市化水平發展軌跡比較
首先，從生產方式來看，隨著城市化和工業化的發展，能源消耗的增長對氣候及碳排放有很大的影響。尤其是由人類活動引起的溫室氣體排放量所占比例高達50%-70%。此外，用地擴張，人口膨脹，工業的迅猛發展，基礎設施的完善，生產生活方式的無節制等在推動城市化進程的同時，也使得碳排放量急劇增加。其次，從消費方式來看，隨著城市化、工業化的快速發展，在給人類生活帶來極大物質滿足的同時，也導致居民長期的消費慣性對能源的高消耗產生依賴。由此可以看出，城市是排放和其它溫室氣體的排放源，是減排的重點領域。
3 城市化與碳排放關系的實證
3.1 變量的選擇及說明
本文在借鑒前人研究成果的基礎上，根據中國城市化發展過程中，排放及其他氣體排放的實際情況，選擇城市化率及碳排放量為主要指標。
(1)城市化率。城市化是一個涉及人口、空間、經濟社會轉換等的動態過程，目前學術界普遍采用人口比重指標法，即用城市人口占總人口的比重來衡量城市化水平。本文也將采用這一指標來衡量我國的城市化水平，記為U。
(2)碳排放量。對碳排放量本文采用以下公式進行估算：
以上指標所用到的全部數據來源于《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》、《中國區域統計年鑒》，數據年度為1980-2011年。
3.2 實證分析與結果
在構建計量模型之前，需要對時間序列的平穩性進行檢驗。為了檢驗城市化率與碳排放量是否具有協整關系，本文采用協整檢驗和Granger因果關系檢驗。由于二者均要求時間序列為平穩序列，而一般時間序列都是非平穩的，因此需要先對時間序列數據的平穩性進行檢驗。為了消除原始數據可能存在的異方差，本文對城市化水平和碳排放數據均做了取對數處理，分別記為lnU和lnC，在對lnU和lnC進行單位根檢驗時，若是平穩系列，可直接進行因果關系檢驗;若是非平穩序列，就需要對二者進行協整關系檢驗，在此基礎上，再進一步檢驗它們之間的因果關系，并構建模型進行估計。
(1)平穩性檢驗。為了確保估計結果的有效性，本文首先通過Eviews 6.0對lnU和lnC的對數和一階差分序列的時間路徑圖進行平穩性檢驗。
(2)單位根檢驗。首先對lnU和lnC數據序列及其差分序列進行平穩性檢驗，其差分序列分別記為ΔlnU和ΔlnC。ADF(Augmented Dickey-Fuller)單位根檢驗結果表明：
lnU和lnC序列的ADF檢驗在各個顯著性水平下都是非平穩的，而其一階差分則是平穩序列，ΔlnU和ΔlnC的ADF檢驗值在各顯著性水平下都小于其臨界值，ΔlnU的ADF檢驗值小于5%置信水平的臨界值，所以它們是一階單整序列，此時，即可對lnU及lnC進行協整分析。
為進一步判斷變量之間是否存在協整關系，采用AEG檢驗法，通過OLS進行協整回歸，其標準化協整方程為：
對殘差進行的單位根檢驗結果表明：
殘差序列的ADF檢驗值小于5%水平的臨界值，所以殘差序列是平穩的。因此，lnU和ln
C存在協整關系。由此可知，我國碳排放量與城市化水平之間存在長期穩定的均衡關系，且從長期來看，改革開放以來我國城市化水平對碳排放水平的彈性系數為1.643，即城市化水平每增長1%，碳排放量將相應地增長1.643%，說明城市化是導致我國碳排放量增長的一個重要因素。
(3)Granger因果關系檢驗。上述單位根檢驗揭示了我國碳排放與城市化水平之間的動態關系，但它們是否具有經濟意義還需借助Granger因果檢驗[12]。Granger因果關系檢驗可用來分析變量之間的相關關系，判斷一個變量的變化是否是另一個變量變化的原因。Granger因果關系檢驗結果見表2。
分析結果可知，在滯后期分別為1和2的情況下，接受“LNY does not Granger Cause LNX”的原假設，即碳排放不是城市化的Granger原因;拒絕“LNX does not Granger Cause LNY”的原假設，即城市化是碳排放的Granger原因。
通過以上分析，可以得出以下結論：
(1)城市化水平與碳排放量呈正相關關系，兩者的相關系數為0.9752。單位根檢驗結果表明，我國碳排放與城市化水平之間存在長期穩定的均衡關系，研究結果表明，改革開放以來我國城市化水平對碳排放水平的彈性系數為1.643，說明城市化是導致我國碳排放量增長的一個重要因素。
(2)Granger因果檢驗表明，城市化是碳排放量持續增長的Granger原因，而碳排放卻不是城市化水平提升的Granger原因。這說明城市化是碳排放持續增長的原因，而碳排放不是城市化的推動因素。因此，我國在推進城市化進程中應注重轉變經濟發展方式，調整產業結構，大力發展低碳產業，積極推進資源節約型和環境友好型社會建設，在推進城市化的同時達到節能減排的戰略目標，實現我國低碳生態城市的可持續發展。
(3)建設低碳城市是碳減排、減緩氣候變化的重要途徑。鑒于碳排放量和全球平均氣溫不斷增加的事實，建設低碳城市、促進城市發展和環境保護的和諧共進已經日益成為全世界發展模式轉變的迫切選擇。降低碳排放，加強碳管理與經濟發展并不矛盾，完全可以在提高人們生活水平的同時通過采用低碳強度的交通系統、使用清潔能源和新能源、調節城市規劃、土地和交通基礎設施、塑造健康文明的消費文化等措施來實現城市U型反轉，即從城市發展初期的低碳到現在的高碳，再到未來的低碳，最終實現可持續發展，緩解城市化對全球變暖的影響[13-15]。
4 結論與對策建議
4.1 研究結論
本文研究了1980-2010年間我國城市化水平與碳排放之間的關系，協整檢驗的結果表明我國城市化水平與碳排放量之間存在長期穩定的均衡關系。Granger因果檢驗表明，城市化是碳排放量持續增長的Granger原因，而碳排放卻不是城市化水平提升的Granger原因;碳排放是氣候變化的重要成因之一，城市在氣候變化的過程中扮演著十分重要的角色，城市不僅是重要的碳排放源地，又是減排的重點領域;最后提出建設低碳城市是節能減排、減少氣候變化的重要途徑。
4.2 對策建議
(1)加強國際合作，普及先進的低碳技術，以提高各國應對氣候變化的能力。借鑒國外先進經驗及技術，促進城市的發展，適應氣候變化。適應氣候變化和如何實現城市的低碳化發展是當前城市要實現發展和轉型的兩大問題，其關鍵就是如何做到兩者兼顧。在節能減排方面，中國可以借鑒和采用國外的很多經驗和做法，如出臺相關鼓勵政策，加強與智能電網結合等措施來鼓勵城市發展太陽能產業，減緩城市的碳排放;制定鼓勵使用清潔能源的經濟、技術政策，推廣使用清潔能源，改善城市能源結構，提高城市天然氣、煤氣、液化氣等能源的使用比例;積極引進、研發清潔生產技術，優先發展符合中國城市經濟發展需要的適用技術。
(2)明確城市發展戰略，優化城市產業結構。從現實情況看，我國城市當前的發展戰略定位還有待進一步明晰，要強化城市金融中心、以高端服務業為主的戰略定位。同時，在已有產業結構相對穩定的情況下，在各產業大力推廣低碳技術。一方面政府可以通過技術推動型政策降低企業技術創新的成本，包括對于知識交流效率的提升;完善財政、稅收、價格、金融等政策措施;健全管理體系和監督實施機制;加大在財政和科技方面的支持力度。另一方面則可以通過需求拉動型政策來保證企業技術創新的回報，如知識產權的保護、授權與標準管制等。
(3)應對全球變化所帶來的問題，要求人類用低碳城市規劃尋求城市發展的低碳化和適應性方向，探索面向可持續發展的低碳城市運行模式。建設低碳城市是搶占科技制高點、控制城市高碳產業發展速度和發展綠色生產力的需要。低碳城市建設是一種以良好生態環境為基礎的科學發展模式，在低碳城市建設過程中要緊緊圍繞低碳發展這條主線，同時以城市生態化發展理念為指針，在城市發展中有效地逐步降低資源消耗和減少碳排放，在適應環境限度內實現資源環境負荷從超載向適度承載轉變，創建人與自然和諧的城市。因此，要從國情和區域實際出發，制訂應對氣候變化的方案。不斷優化能源結構，實施鼓勵節能、提高能效等政策措施，發展清潔能源和低碳能源，不斷增加應對氣候變化科技研發投入，努力減緩溫室氣體排放，增加森林碳匯，提高適應能力。
(4)提高全民節能減排的意識，提倡低碳化的生活方式。向全民普及低碳、環保、節能、減排的相關知識，通過多種方式有重點地引導居民消費習慣的轉變。推行節約消費需要全社會力量的積極參與，一方面通過政府購買及政府消費等方式，優先選用綠色產品、再生產品，制止資源過度消耗和奢侈消費現象;另一方面，鼓勵消費者選用資源節約型產品、倡導社會循環式消費，努力實現廢棄物資源化、減量化、無害化，逐步形成節約型消費方式;通過各種媒體介紹節能減排、氣候變化和居民日常生活的關系以及由于氣候變化所帶來的短期和長期影響;號召公眾從生活的各方面進行節能減排，減少溫室氣體的排放;鼓勵公眾監督各種浪費行為和違法排放;通過全民參與行動，將國家政策變為每個公民的自覺行動。
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