蔡博峰(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院,氣候變化與環(huán)境政策研究中心,北京 100012)

中國4個(gè)城市范圍CO2排放比較研究
——以重慶市為例

蔡博峰*(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院,氣候變化與環(huán)境政策研究中心,北京 100012)

基于點(diǎn)排放源和輔助數(shù)據(jù),自下而上構(gòu)建重慶 1km CO2排放空間網(wǎng)格,分析市域(UB1)、市轄區(qū)(UB2)、建成區(qū)(UB3)和城區(qū)(UB4)4個(gè)城市范圍的 CO2排放特征.UB4是重慶城市合理表征,而 UB1更適合于區(qū)域邊界.城市邊界選擇的不同,將導(dǎo)致很大的排放差異.UB4的CO2總排放量僅為UB1的17.13%,但UB4的人均CO2排放量是UB1的1.6倍.UB4形成了重慶UB1的CO2排放核心,其內(nèi)單位網(wǎng)格的平均排放量超過了10000t,而UB1內(nèi)超過70%的范圍內(nèi)單位網(wǎng)格的排放水平都低于200t.工業(yè)排放占據(jù)絕對主體導(dǎo)致UB4人均排放水平較高,并且高于臨近周邊及區(qū)域人均水平,這和國際城市的情況正好相反.全局和局部顯著空間正自相關(guān)性說明部分地區(qū)高強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)活動和能源活動對周邊區(qū)域的排放有顯著影響.基于網(wǎng)格的累積排放分析顯示,個(gè)別網(wǎng)格的排放量已經(jīng)占到UB4總排放的40%以上.UB4內(nèi)7.00%的面積,UB1內(nèi)1.21%的面積和UB2內(nèi)3.84%的面積,其CO2排放都超過了其相應(yīng)范圍內(nèi)總排放的85%.

重慶；4個(gè)城市范圍；CO2排放特征

目前,城市已成為全球 CO2排放的絕對主體[1-4].根據(jù)IEA[1]計(jì)算,全球城市能源利用CO2排放占全球能源利用總排放的 71%(2006年).UNHABITAT(聯(lián)合國人居署)[2]認(rèn)為基于消費(fèi)端,城市溫室氣體的排放量占全球比例達(dá)到 60%～70%.城市化過程推動區(qū)域人均收入和化石能源消費(fèi)的提高,同時(shí)部分 CO2中性能源(生物質(zhì)和廢棄物)會轉(zhuǎn)為高CO2能源(化石能源),對CO2排放產(chǎn)生了強(qiáng)勁的驅(qū)動作用[5-7].在基準(zhǔn)情景下,2030年城市排放占全球的比例會增長到 76%,發(fā)展中國家城市CO2排放增長速度和幅度會更大[1].

中國正在經(jīng)歷快速城市化過程,同時(shí)中國也是全球CO2排放大國,因而城市在當(dāng)前和未來都對中國CO2排放和低碳發(fā)展有著決定性影響.然而中國城市在空間范圍上與發(fā)達(dá)國家城市有著很大差別.城市在中國是行政區(qū)劃中的一級,體現(xiàn)的是區(qū)域特征,城市內(nèi)部不僅有建成區(qū),而且包括了大范圍的非城鎮(zhèn)建設(shè)用地(森林、農(nóng)田等),而發(fā)達(dá)國家城市(Urban area)則是專為城市而設(shè)立的一種建制類型,其目的是凸顯人口聚集和城市自治,所以城市以建成區(qū)為主體[8].這種空間范圍的差異直接影響了中國城市與發(fā)達(dá)國家城市功能的差異和 CO2排放水平的差異.當(dāng)前中國城市CO2排放研究基本都是以城市行政區(qū)域?yàn)檫吔?/p>

[9-14],因而更多的是體現(xiàn)區(qū)域排放特征.如果以行政邊界為城市范圍,則城市對于區(qū)域及全國的排放占比和貢獻(xiàn)這一國際熱點(diǎn)和重點(diǎn)問題,幾乎無法解決.以行政區(qū)劃范圍作為城市邊界,使得城市與近郊、遠(yuǎn)郊及農(nóng)村地區(qū)排放比較等國際熱點(diǎn)問題[15-17]也難以開展,因?yàn)檫@種城市邊界實(shí)際上已經(jīng)包含了遠(yuǎn)近郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū).

國際研究也關(guān)注到了中國城市空間范圍的特殊性.例如 Montgomery[18]認(rèn)為中心城區(qū)而非市域才是北京城市的空間邊界;IEA[1,19]在研究全球城市碳排放問題時(shí),將中國城市區(qū)別于其他地區(qū)并特殊處理,得到中國城市CO2排放占全國排放的 75%;Dhakal[4]以市轄區(qū)作為中國城市范圍研究中國城市的CO2排放.

基于以上原因,本文提出中國4種城市邊界,不僅包括了當(dāng)前研究和實(shí)踐領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用的邊界,例如市域、市轄區(qū)和建成區(qū),還包括基于OECD(經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織)方法建立的中國城市邊界.并以重慶市為例,通過自下而上建立重慶市域2007年1km CO2排放空間網(wǎng)格,研究和分析重慶4個(gè)城市范圍的CO2排放結(jié)構(gòu)和空間特征,探討不同城市范圍選擇所導(dǎo)致的排放結(jié)果差異,并且試圖提出中國城市 CO2排放研究較為合理的城市邊界.

1 研究方法與數(shù)據(jù)

1.1 城市空間邊界

重慶面積8.24萬km2,2007年末下轄19個(gè)區(qū)和21個(gè)縣(2011年,萬盛區(qū)與綦江縣合并為綦江區(qū),雙橋區(qū)和大足縣合并為大足區(qū),本文為保持與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)一致,仍使用 2007年的 40個(gè)區(qū)縣),2007年常住人口為2816萬人(本文所用人口都為常住人口).本文選擇 4個(gè)城市空間邊界,分別為市域(UB1)、市轄區(qū)(UB2)、建成區(qū)(UB3)和城區(qū)(UB4).市域?qū)儆谥袊姓^(qū)劃一級,由于行政歸屬、管理特點(diǎn)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相對完整,中國城市排放清單和低碳城市規(guī)劃主要是基于市域范圍開展;市轄區(qū)主要指市域內(nèi)的區(qū)(不包括縣),一般是中國城市中經(jīng)濟(jì)活動強(qiáng)度較大的區(qū)域;建成區(qū)是基于物理參數(shù)(主要是指硬化地面)定義城市的核心指標(biāo),主要是城鎮(zhèn)建設(shè)用地;城區(qū)是基于城市功能而確定的城市范圍,城市的主要功能是人口和就業(yè)的集聚,因而人口密度是判斷城市的核心參數(shù).

考慮重慶市可以較好地代表中國城市(尤其是地級市和地級以上城市,都下轄區(qū)和縣,并且城市內(nèi)部有較大面積的非城鎮(zhèn)建設(shè)用地),因而本文試圖以重慶市為例,研究中國城市在CO2排放及空間特征研究上的特殊問題.

OECD國家(發(fā)達(dá)國家)已經(jīng)基于人口密度建立了比較體系和完整的城市和農(nóng)村界定標(biāo)準(zhǔn),并且越來越得到國際社會的認(rèn)可[8,20],本文借鑒OECD的方法和程序,建立中國城區(qū)(UB4)邊界確定方法,具體過程可參考文獻(xiàn)[21],其中人口密度閾值選擇 1500人/km2,這一參數(shù)是中國 2000年第五次全國人口普查中對城市定義時(shí)所選擇的基本參數(shù)[22],也是OECD認(rèn)為中國城市劃分較為科學(xué)合理的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)[23].

1.2 CO2排放計(jì)算方法

城市CO2排放核算有著相對成熟的方法體系[24-26].本文結(jié)合當(dāng)前城市清單的主流方法和中國城市特征,主要核算重慶4個(gè)城市邊界的范圍1(Scope 1)和范圍2(Scope 2)排放,暫不考慮范圍3(Scope 3)排放.范圍1排放是城市邊界內(nèi)的所有直接排放,范圍2排放是城市由于向外界購買電力、熱力等導(dǎo)致的間接排放.范圍1排放中沒有考慮森林及土地利用變化導(dǎo)致的CO2排放和吸收.

1.3 數(shù)據(jù)來源

1.3.1 活動水平數(shù)據(jù) 參考國際城市溫室氣體清單結(jié)構(gòu)和我國城市統(tǒng)計(jì)體系特征,范圍 1排放源包括工業(yè)能源利用、工業(yè)過程、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)、居民生活和交通.服務(wù)業(yè)涉及一次能源利用的主要包括住宿、餐飲業(yè)、理發(fā)、洗浴、醫(yī)院、區(qū)域供暖等;居民生活包括城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民生活;交通包括城市所有交通(道路、鐵路、航空、水運(yùn));理論上,營運(yùn)交通也屬于服務(wù)業(yè),但考慮國際城市都將交通單獨(dú)列出,所以本文也將其獨(dú)立列出,所以道路交通包括營運(yùn)交通(公交車、出租車等)和非營運(yùn)交通(商務(wù)車、私家車等).

文獻(xiàn)[27]建立的中國工業(yè)企業(yè) CO2排放點(diǎn)源數(shù)據(jù)庫,城市生活、服務(wù)業(yè)等CO2排放區(qū)縣數(shù)據(jù)庫和中國CO2排放空間網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(以下簡稱數(shù)據(jù)庫),為中國城市尺度的CO2排放研究及空間化奠定了重要基礎(chǔ),也為本研究的順利開展提供了重要的數(shù)據(jù)支撐.范圍1活動水平數(shù)據(jù)主要來自數(shù)據(jù)庫中工業(yè)企業(yè)點(diǎn)源 CO2排放數(shù)據(jù)和城市生活、服務(wù)業(yè)等CO2排放區(qū)縣數(shù)據(jù);農(nóng)業(yè)和農(nóng)村居民生活數(shù)據(jù)來自重慶市能源平衡表數(shù)據(jù)[28];交通能源消耗和CO2排放來源于文獻(xiàn)[29].

分析和比較數(shù)據(jù)庫中重點(diǎn)能源消費(fèi)類型和重慶市能源平衡表數(shù)據(jù)[28]可以發(fā)現(xiàn),煤、火電用煤、工業(yè)和生活用天然氣都非常相近.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的總煤消費(fèi)量比統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)略低 3%,但兩種數(shù)據(jù)源對于焦炭消費(fèi)量的統(tǒng)計(jì)存在差異,統(tǒng)計(jì)年鑒中重慶 88%的焦炭來源于自身生產(chǎn),因而能源平衡表中可供本地區(qū)消費(fèi)的焦炭量很低,而數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的是企業(yè)實(shí)際的焦炭消費(fèi)量,相對比較高.因此,如果以企業(yè)實(shí)際焦炭消費(fèi)量反推煉焦煤(洗精煤)-原煤的使用量(按能源平衡表中焦炭和洗精煤比0.735計(jì)),約折原煤209萬t,加上這部分原煤,數(shù)據(jù)庫中總煤消費(fèi)高于統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù) 2.4%.此外,數(shù)據(jù)庫中的城鎮(zhèn)生活用煤(158萬t)遠(yuǎn)高于統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)(1.52萬t),本文認(rèn)為年鑒可能低估了城鎮(zhèn)生活用煤,因?yàn)閿?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是基于重慶市市轄區(qū)和縣中建制鎮(zhèn)的居民煤炭消費(fèi)量逐一統(tǒng)計(jì)的,相對比較全面和可靠.

范圍 2活動水平來自中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒中的重慶市能源平衡表數(shù)據(jù)[28],2007年重慶市從外省(區(qū)、市)調(diào)入電量為146.13億kW.h.重慶基本不存在范圍2中外調(diào)熱力導(dǎo)致的間接排放.

1.3.2 排放因子 排放因子主要源自國家發(fā)改委的《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》[30],部分排放因子參考文獻(xiàn)[31],該文獻(xiàn)推薦了中國分行業(yè)、分能源類型和分燃燒設(shè)備的排放因子,并且許多重點(diǎn)行業(yè)的排放因子都有重慶地方數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)詳盡且較為權(quán)威.考慮重慶市電網(wǎng)系統(tǒng)屬于華中區(qū)域電網(wǎng),因而外調(diào)電力排放因子參考文獻(xiàn)[32]中推薦的華中電網(wǎng)單位供電平均 CO2排放水平0.5676kg CO2/kW.h.

1.4 CO2排放空間網(wǎng)格化方法

高空間分辨率網(wǎng)格數(shù)據(jù)是研究重慶 4個(gè)城市范圍 CO2排放的基礎(chǔ),因?yàn)槌耸杏?UB1)以外,其他3個(gè)城市范圍都沒有較為系統(tǒng)和完整的能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)庫中的工業(yè)點(diǎn)源數(shù)據(jù)及其他領(lǐng)域區(qū)縣能源消費(fèi)數(shù)據(jù)為重慶自下而上實(shí)現(xiàn)1km網(wǎng)格排放數(shù)據(jù)提供了可能.

基于高空間分辨率的 CO2排放數(shù)據(jù)研究城市排放特征是碳排放研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)[33-36].隨著對CO2排放核算精準(zhǔn)化和CO2排放監(jiān)測、報(bào)告和核查的更趨嚴(yán)格,基于排放源自下而上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量 CO2排放空間數(shù)據(jù)成為了研究熱點(diǎn)[33,37].本研究僅空間化重慶CO2直接排放,間接排放僅在計(jì)算和比較不同城市范圍時(shí)考慮.外調(diào)電量導(dǎo)致的 CO2間接排放當(dāng)前尚沒有較為科學(xué)的方法將其分配至各區(qū)縣,因而按各區(qū)縣人口分配.對于純工業(yè)園區(qū)型區(qū)縣,這種處理會低估其排放量,但重慶區(qū)縣并不存在這種情況,因而這種分配方法不會帶來較大空間誤差.重慶CO2排放空間化的關(guān)鍵點(diǎn)在工業(yè)源的網(wǎng)格化過程,其他排放源相對工業(yè)源的排放很少.本研究工業(yè)源完全基于全口徑點(diǎn)源基礎(chǔ)數(shù)據(jù),確保了空間化的數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度.

基于重慶市域GIS矢量數(shù)據(jù),建立重慶1km空間網(wǎng)格體系,共有 84489個(gè)網(wǎng)格.重慶的所有工業(yè)企業(yè)排放空間化都是基于點(diǎn)源排放實(shí)現(xiàn),具體方法見文獻(xiàn)[21],與文獻(xiàn)[21]有所不同的是,本文基于重慶的城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和農(nóng)田(包括水田、水澆地、旱地) Landsat TM遙感解譯結(jié)果,城鎮(zhèn)生活排放僅分配到各區(qū)縣中城鎮(zhèn)建設(shè)用地網(wǎng)格上,各網(wǎng)格排放量基于網(wǎng)格中的人口數(shù)確定;農(nóng)業(yè)排放平均分配至全市域農(nóng)田網(wǎng)格上;農(nóng)村生活排放僅分配至全市域農(nóng)村居民點(diǎn)網(wǎng)格上,排放量基于網(wǎng)格中的人口數(shù)確定.改進(jìn)后的空間化方法,更加接近真實(shí)情況,進(jìn)一步提高了排放空間精度.

人口密度數(shù)據(jù)在交通、服務(wù)業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活排放等空間化過程中發(fā)揮了重要作用.重慶1km人口數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺,但該數(shù)據(jù)僅更新至2003年,且無其他可獲取的人口網(wǎng)格數(shù)據(jù),因而本研究基于統(tǒng)計(jì)年鑒中各區(qū)縣人口數(shù)據(jù)將其調(diào)整為2007年數(shù)據(jù).重慶市域2003年～2007年期間常住人口增加了0.46%,并且無較大幅度的人口空間遷移,因而可以認(rèn)為這種調(diào)整帶來的誤差較小.

2 結(jié)果與分析

2.1 重慶4個(gè)城市邊界分析

重慶4個(gè)城市空間邊界見圖1.渝中區(qū)、江北區(qū)、大渡口區(qū)、南岸區(qū)、沙坪壩區(qū)和九龍坡區(qū)6個(gè)區(qū)構(gòu)成了重慶城區(qū)(UB4),也是重慶都市發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)圈的主體.城區(qū)(UB4)總面積 1429km2,占重慶市域(UB1)總面積的1.73%,人口345.55萬人,占市域(UB1)總?cè)丝诘?0.68%[38-39].

重慶 4個(gè)城市范圍的基本情況見表 1.由于重慶UB4城市范圍是按照OECD判定程序確定的,其不僅人口密度大(2105人/km2),而且城鎮(zhèn)建設(shè)用地比例高于 UB1(市域)和 UB2(市轄區(qū)),達(dá)到14.51%.盡管當(dāng)前國際上沒有以城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積的比例界定城市邊界的情況,但硬化地面(水泥或?yàn)r青)卻是城市最為直接的景觀表征,也是公眾對城市最直觀的認(rèn)知[23].因而,如果城市內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積比例過低,則其已經(jīng)過渡到區(qū)域?qū)用?重慶的UB1和UB2的城鎮(zhèn)建設(shè)用地比例分別僅有 0.64%和 1.67%,且人口密度較低,和城市人口和經(jīng)濟(jì)集聚的功能相去較遠(yuǎn),更接近OECD國家的州(State)或縣(County)的概念.UB3是物理意義上確定城市的最直接指標(biāo)[23],也是城市擴(kuò)張和城市形態(tài)等研究中所使用的城市概念,但由于其往往與行政區(qū)劃邊界并不完全吻合,因而國際上在城市管理中應(yīng)用較少.

表1 重慶4個(gè)城市范圍基本情況Table 1 Basic information of four urban boundaries of Chongqing

UB4從人口密度、建成區(qū)面積比例和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(人均GDP)等方面都顯著高于UB1和UB2,充分體現(xiàn)了UB4作為人口和經(jīng)濟(jì)集聚區(qū)的特征.因而,UB4可以作為重慶城市的地理邊界.這種城市邊界的確定,符合城市功能的主流觀點(diǎn),也和國際大都市的城市邊界相對一致,有利于城市之間的比較和經(jīng)驗(yàn)借鑒.UB1和UB2可以作為區(qū)域邊界,即重慶區(qū)域,考慮行政管理和統(tǒng)計(jì)體系的完整性,UB1作為區(qū)域可能更為合適.UB4到UB2的范圍可以看作是UB4的近郊區(qū),UB2到UB1的范圍可以看作是UB4的遠(yuǎn)郊區(qū).

2.2 重慶CO2排放空間特征

經(jīng)過空間運(yùn)算和分析,得到重慶市域CO2排放1km空間網(wǎng)格(圖2).重慶市域CO2排放的空間結(jié)構(gòu)比較簡單,城區(qū)(UB4)形成了排放的核心和熱點(diǎn)地區(qū),UB4內(nèi)平均單位網(wǎng)格的排放量超過了10000t;UB4周邊地區(qū)的網(wǎng)格排放水平相對核心區(qū)域有所降低,但依然維持在較高水平,構(gòu)成了相對較高的排放區(qū)域.市轄區(qū)(UB2)沒有表現(xiàn)較為明顯的排放邊界,其中萬州區(qū)相對來說排放水平較高,構(gòu)成了UB4及其周邊區(qū)域以外的小核心,其排放主要集中在萬州街道.黔江區(qū)雖然也屬于市轄區(qū),但其排放水平并不高.值得注意的是,重慶市域內(nèi)各區(qū)縣都分布著數(shù)量不等的高值(>100000t)網(wǎng)格,而且這些高排放網(wǎng)格空間表現(xiàn)上并不集中,這可能和重慶高能耗與高排放企業(yè)在市域內(nèi)分散布局有關(guān).UB1內(nèi)70.23%面積的網(wǎng)格,其排放水平都低于200t.

圖1 重慶4個(gè)城市范圍Fig.1 Four urban boundaries of Chongqing selected by this paper

圖2 重慶1km CO2排放(直接排放)網(wǎng)格Fig.2 Spatial distribution of Chongqing 1km gridded CO2emissions (direct emission)

重慶以UB4為排放核心,其周邊近郊區(qū)排放水平逐漸降低,廣大的遠(yuǎn)郊區(qū)縣的排放水平都很低,反映了城區(qū)(UB4)高人口密度、高工業(yè)活動和高經(jīng)濟(jì)活動的整體特征.空間自相關(guān)分析得到全局Moran指數(shù)為0.0076(Z值= 3.65,P<0.01),可以判斷,重慶市域CO2排放空間格局在1km空間分辨率水平上,具有顯著的正空間自相關(guān)性,即空間上存在顯著的集聚效應(yīng),而非隨機(jī)雜散分布.但是全局Moran指數(shù)很低,也說明重慶市域范圍內(nèi)的空間正相關(guān)性很弱.局部Moran指數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示,只有少數(shù)區(qū)域存在顯著(P<0.01)的局地空間正自相關(guān),主要分布在大渡口區(qū)東部和巴南區(qū)的西北角、萬盛區(qū)和綦江縣接臨地區(qū)及長壽區(qū)南部等地.說明這些區(qū)域的網(wǎng)格CO2排放一定程度上相互影響,地理位置的相鄰對地區(qū)CO2排放具有顯著的正向影響.這些區(qū)域CO2排放很可能受重點(diǎn)耗能企業(yè)的能源和經(jīng)濟(jì)活動影響,其網(wǎng)格排放水平在空間上表現(xiàn)出一定程度的正相關(guān)性.這進(jìn)一步說明由于工業(yè)和居民生活在建成區(qū)的集聚,導(dǎo)致主城區(qū)及中心城鎮(zhèn)的高碳排放,而其他區(qū)域工業(yè)活動強(qiáng)度相對較低,其CO2排放水平也相對較低.

2.3 重慶市域CO2排放結(jié)構(gòu)特征

由表3可見,2007年重慶市域內(nèi)CO2排放總量為1.38億t,人均排放4.9t.總排放中范圍1(直接) 排放 12975萬 t,占總排放的 93.99%;范圍2(間接) 排放 829萬t,占總排放的6.01%.重慶能源利用(不包括電力間接排放)CO2排放為 11227萬t,占范圍1排放的86.53%,占總排放的81.33%.能源利用 CO2排放中,燃煤排放占 84.03%,燃油占 7.48%,燃?xì)庹?8.49%,煤炭是重慶絕對主要的一次能源消費(fèi)類型.

楊謹(jǐn)?shù)萚40]核算的重慶市域2007年CO2直接排放為11471萬t,比本研究低11.59%,因?yàn)槠鋬H核算了鋼鐵和水泥生產(chǎn)的排放,而本研究核算了鋼鐵、水泥、石灰和合成氨的過程排放;徐思源[41]較為系統(tǒng)地核算了重慶市域2007年CO2排放清單,其中能源利用CO2排放為11143萬t,和本研究的結(jié)果較為接近,但其核算的工業(yè)過程排放高于本研究37.48%,主要原因在于其核算鋼鐵生產(chǎn)過程的方法采用IPCC方法而非中國國家清單編制方法[30],所以其核算的重慶市域CO2直接排放比本研究高4.45%.

以上研究文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果和本研究結(jié)果的差異除方法上外,數(shù)據(jù)源也是結(jié)果差異的主要原因,上述文獻(xiàn)的活動數(shù)據(jù)都來自重慶市能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),而本研究活動水平完全是數(shù)據(jù)庫中基于點(diǎn)源自下而上匯總得到的.

圖3可以看出,工業(yè)能源消耗是重慶絕對主體的排放源,占直接排放的 69.20%,如果加上工業(yè)過程排放,即工業(yè)總排放占重慶直接排放的82.67%,占總排放 77.71%.因而,可以說,重慶市域 2007年的排放是以工業(yè)排放為絕對主體.而煤炭利用排放是 CO2直接排放的絕對主體,占72.70%.范圍1排放占總排放的93.99%,反映了重慶工業(yè)化特征.對比天津市域的排放結(jié)構(gòu)特征,天津市域內(nèi)工業(yè)排放占范圍 1排放的85.53%,占總排放的 76.43%[21],重慶的工業(yè)排放比例與天津比較接近.

區(qū)縣層面上,排放量最高的是江津區(qū)和大渡口區(qū),分別達(dá)到1723萬t和1217萬t,江津區(qū)內(nèi)的火電廠、鋼鐵廠和水泥廠(華能珞璜電廠、重慶鋼鐵集團(tuán)鐵業(yè)有限責(zé)任公司、騰輝地維水泥等)都是排放大戶,而大渡口區(qū)內(nèi)的鋼鐵(重慶鋼鐵股份有限公司等)排放是其排放大戶.渝中區(qū)和雙橋區(qū)的排放量在區(qū)縣中最小,分別為41萬t和14萬t,主要是其面積較小,同時(shí)高能耗企業(yè)相對較少.

2.4 重慶4個(gè)城市范圍CO2排放比較

重慶4個(gè)城市范圍內(nèi)的CO2排放特征比較見表 2.根據(jù)前面對于城市和區(qū)域的界定,重慶的UB4占UB1的比例即為城市排放占區(qū)域排放比例,達(dá)到 17.13%,城市排放比例較低一個(gè)重要原因是重慶許多大型排放源并未在UB4范圍內(nèi),而是分布在UB1的不同區(qū)縣內(nèi).

UB4內(nèi)的工業(yè)(能源和過程)排放占到其范圍1排放的89.32%,說明工業(yè)仍然是UB4的絕對主要排放源,同時(shí),UB4內(nèi)部的高排放(5000t以)企業(yè)的空間密度是UB1的8倍,都說明UB4內(nèi)仍然保留了大量的高排放工業(yè)企業(yè),這和歐美典型城市中的工業(yè)體量已經(jīng)較小有著明顯差異[1,42-43],歐美典型城市的工業(yè) CO2排放一般不超過總排放的 10%[42,44].此外,工業(yè)能源消費(fèi)以煤為主,煤炭排放占 UB4總排放的 69.51%,并且絕大部分的煤炭用于工業(yè)生產(chǎn).煤炭占能源消費(fèi)總量比例較高,并且工業(yè)CO2排放占城市的主體是重慶城市排放的主要特征,也是許多發(fā)展中國家城市在城市化進(jìn)程中的典型表現(xiàn)[45].

圖3 重慶市域2007年CO2流通Fig.3 Flow chart of CO2emissions of Chongqing UB1

表2 重慶4個(gè)城市范圍CO2排放Table 2 CO2emissions in four urban boundaries of Chongqing

UB4中,交通排放占范圍1排放的3.79%,占總排放的3.65%,這一比例相對較低,甚至低于全國水平(中國2007年交通CO2排放占全國總排放的7%),典型歐美國家城市例如倫敦、紐約等的交通溫室氣體排放往往會占到城市總排放的20%以上[46].

由圖 4可見,4個(gè)城市范圍的排放結(jié)構(gòu)比較接近,都是以工業(yè)排放為絕對主體.UB3的人均排放水平最高,反映了工業(yè)主要集中在城鎮(zhèn)建成區(qū),導(dǎo)致建成區(qū)高排放水平.

重慶4個(gè)城市范圍CO2排放空間差異的核心原因是其所表征的區(qū)域特征不同,UB4所表征的是真正意義上的城市范圍,其高人均排放是由于高強(qiáng)度的工業(yè)和居民能源利用導(dǎo)致,而UB1/UB2是區(qū)域范疇,其表征的是區(qū)域整體排放水平,包括廣大農(nóng)村地區(qū),UB4和UB1/UB2排放水平的差異,說明重慶農(nóng)村地區(qū)人均CO2排放水平要比城市地區(qū)低很多.

圖4 重慶4個(gè)城市范圍排放結(jié)構(gòu)比較Fig.4 Emission features under the four urban boundaries of Chongqing

UB4的人均排放量高于UB1和UB2,如果按照本文 2.1中對于遠(yuǎn)近郊區(qū)的界定,則重慶的人均排放特征是,城區(qū)-近郊區(qū)-遠(yuǎn)郊區(qū),排放水平逐漸降低,這正好和加拿大的多倫多市情況相反,多倫多市從市區(qū)-郊區(qū)-區(qū)域,人均CO2排放水平逐漸升高[16].事實(shí)上,發(fā)達(dá)國家城市由于人口密度高、能源利用效率高,公共交通如軌道交通相對完善,所以人均CO2排放水平較低,而其郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)往往由于更長的交通和電力傳輸距離,以及難以采取集中供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)等,導(dǎo)致能效低,人均排放水平高[15-17,35].

重慶作為工業(yè)型城市,工業(yè)排放對城市排放有絕對影響.重慶城市化和工業(yè)化過程在空間上重合,同時(shí)城區(qū)人均化石能源消費(fèi)水平往往要高于郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū),都導(dǎo)致城區(qū)人均排放較高.發(fā)展中國家城市常常出現(xiàn)這種現(xiàn)象,Pachauri等[47], Sovacool等[34]發(fā)現(xiàn)發(fā)展中國家的城市能源消費(fèi)和CO2排放要高于周邊區(qū)域和全國平均水平.發(fā)展中國家的工業(yè)能源消耗往往是城市能源消耗的主體,而發(fā)達(dá)國家城市的工業(yè)能源消耗往往處于次要地位.此外,歐美國家城市和農(nóng)村地區(qū)的人均收入和能源消費(fèi)水平基本相當(dāng),因而影響人均CO2排放水平的主要是能效水平、采暖規(guī)模及建筑密度,而發(fā)展中國家城市和非城市居民的收入和消費(fèi)水平往往差距較大.UN-Habitat[2]認(rèn)為發(fā)展中國家的城市通常都是經(jīng)濟(jì)、財(cái)富和消費(fèi)中心,人均溫室氣體排放量會比周邊地區(qū)更高.

UB4內(nèi)單位GDP的CO2排放水平最低,說明重慶城市化過程中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和化石能源集約高效化利用取得一定成效.UB4內(nèi)單位GDP的CO2排放是UB1的一半,并且其單位工業(yè)增加值的CO2排放也遠(yuǎn)低于UB1,說明UB4內(nèi)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相比區(qū)域水平,已經(jīng)趨于低碳化,也說明UB4作為城市,其集約化生產(chǎn)提高了城市的能源效率.

在進(jìn)行國際城市碳排放對比分析時(shí),采用UB4更能表達(dá)重慶城市的真正特征,而不是當(dāng)前主要采用以重慶行政邊界(UB1)作為城市邊界的普遍做法.以 UB1為城市邊界,將嚴(yán)重高估重慶城市的排放水平,其總排放水平達(dá)到同年紐約市總排放(范圍1+范圍2)[43]的2.56倍,事實(shí)上,重慶城區(qū)(UB4)的排放僅有重慶區(qū)域(UB1)排放的17.13%,重慶2007年UB4的總排放不到同年紐約市的一半.因而,邊界選擇的不同,對于重慶與國際城市的對比將會產(chǎn)生較為明顯的影響.然而即便以UB4為城市邊界,重慶城市人均排放水平在2007年也超過紐約市2007年人均排放(6.33t CO2/人[43]),而且是中國 2007年人均排放的1.72倍(中國2007年人均CO2排放采用IEA數(shù)據(jù),為4.58t/人).因此,以工業(yè)排放為絕對主體的城市高碳排放是重慶在國際城市低碳發(fā)展大趨勢下的嚴(yán)峻挑戰(zhàn).

圖5統(tǒng)計(jì)分析重慶3個(gè)城市范圍內(nèi)的網(wǎng)格累積排放特征(UB3的行政管理意義不顯著,所以圖中未表示),3個(gè)城市的網(wǎng)格累積曲線比較相似.明顯特征是,非常少數(shù)的網(wǎng)格占據(jù)了3個(gè)城市范圍排放的主體,例如UB1和UB2內(nèi)個(gè)別網(wǎng)格的排放量已經(jīng)占據(jù)其總排放量的10%～20%;而UB4內(nèi)個(gè)別網(wǎng)格的排放量占比已經(jīng)超過了 40%.排放量居前10位的10個(gè)網(wǎng)格,其累積排放總量基本分別占據(jù)UB1和UB2的30%～50%,占據(jù)UB4總排放量超過70%.對于UB4,排放前100個(gè)網(wǎng)格,即總面積的 7.00%的排放量已經(jīng)占據(jù)總排放的86.34%;對于UB1,排放前1000個(gè)網(wǎng)格,即其總面積的1.21%的排放量已經(jīng)占據(jù)總排放的85.78%,

對于 UB2,排放前 1000個(gè)網(wǎng)格,即其總面積的3.84%的排放量已經(jīng)占據(jù)總排放的 93.00%,說明重慶 CO2排放的空間高度集中特征.而且從圖 5可以看出,UB4的累積排放占比水平始終高于UB1和UB2,說明高排放網(wǎng)格的空間集聚性在城市(UB4)內(nèi)更為明顯.

3 結(jié)論

3.1 從城市功能角度講,UB4作為城市邊界更為合理,這種城市邊界的確定,符合城市功能的主流觀點(diǎn).UB1可以作為重慶區(qū)域邊界.UB1的總CO2排放量為1.38億t,人均排放4.9t,UB4的總CO2排放量為0.24億t,人均排放7.86t.重慶城市排放僅占重慶區(qū)域排放的17.13%,而城市人均水平高出區(qū)域水平的60%.城市邊界選擇的不同,將導(dǎo)致很大的排放差異.因而,在研究中國城市溫室氣體排放時(shí),明確邊界的選擇是首要工作,而在進(jìn)行國內(nèi)外城市排放比較時(shí),以UB4作為城市邊界是比較合理的選擇.

3.2 不論是城市還是區(qū)域,工業(yè)排放都占據(jù)絕對主體.UB4內(nèi)工業(yè)排放占到范圍 1排放的89.32%,同時(shí),UB4內(nèi)部的高排放(5000t以)企業(yè)的空間密度是UB1的8倍,都說明UB4內(nèi)仍然保留了大量的高排放企業(yè),導(dǎo)致重慶城市人均排放水平較高.人均排放水平在空間上表現(xiàn)出從城市-郊區(qū)-區(qū)域的逐漸降低,與發(fā)達(dá)國家城市所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象截然相反,體現(xiàn)了發(fā)展中國家城市化和工業(yè)化在空間上高度重合的特征.

3.3 城市(UB4)形成了重慶市域排放的核心地區(qū)和熱點(diǎn)地區(qū).UB4平均單位網(wǎng)格的排放量都超過了10000t,重慶市域內(nèi)70.23%面積的單位網(wǎng)格的排放水平都低于 200t.全局空間自相關(guān)分析表明,排放在空間上存在顯著的集聚效應(yīng).局部顯著空間正自相關(guān)性也說明部分網(wǎng)格高強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)活動和能源活動對周邊區(qū)域的排放有顯著影響.因而,基于重點(diǎn)企業(yè)、重點(diǎn)網(wǎng)格采取CO2減排政策和措施,將會產(chǎn)生帶動效應(yīng)和連鎖反應(yīng),其實(shí)際減排效果很可能要大于直接預(yù)期的減排效果.

3.4 重慶 CO2排放在空間上高度集中.基于排放網(wǎng)格的累積排放分析顯示,個(gè)別網(wǎng)格的排放量已經(jīng)占到區(qū)域排放量的10～20%;而UB4內(nèi)個(gè)別網(wǎng)格的排放量占比已經(jīng)超過了 40%.UB4內(nèi)7.00%的面積,UB1內(nèi) 1.21%的面積和 UB2內(nèi)3.84%的面積,其 CO2排放都超過了其相應(yīng)范圍總排放的85%.因而,在碳排放控制和減排政策制定過程中,可以更加具體化和強(qiáng)化針對性,監(jiān)測、評估和控制重慶不到 8%的區(qū)域,就可以管理全區(qū)域內(nèi)85%以上排放.

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CO2emissions in four urban boundaries of China-Case study of Chongqing

CAI Bo-feng (Center for Climate Change and Environmental Policy, Chinese Academy for Environmental Planning, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012, China). China Environmental Science, 2014,34(9)：2439～2448

Chongqing 1km resolution CO2emission gridded data had been built up based on point emission sources and other supporting data. The CO2emissions in Chongqing’s four urban boundaries, namely city administrative boundary (UB1), city district boundary (UB2), city built-up area (UB3) and urban proper (UB4), were analyzed and compared based on this emission gridded dataset. UB4 was the appropriate spatial boundary for city of Chongqing, while UB1 was suitable for the spatial boundary of Chongqing region. Different urban boundaries could result in substantial emission discrepancy. The total emissions of UB4 only accounted for 17.13% of the emissions of UB1, whereas the per capita emissions of UB4 were 1.6 times of UB1 level. The UB4, with average emissions of grid more than 10000tons, shaped the emissions center of the UB1. The emissions of grids in more than 70% area of UB1 were lower than 200tons. The predominant share of industrial emissions in total emissions in UB4 resulted in the spatial pattern that the per capita emissions were higher in urban area than in its peripheral area. This pattern was opposite to what was found in cities of developed countries. There was spatially clustering phenomenon in CO2emissions in UB1, as indicated by spatial autocorrelation analysis. This implied that the economic activities and energy consumption in some areas have significant positive effect on its surroundings. Emissions of certain individual grid accounted for more than 40% of the total emissions in UB4. The emissions in 7.00% area of UB4, 1.21% area of UB1 and 3.84% area of UB2, had accounted for more that 85% of emissions in their correspondent urban boundaries.

Chongqing；four urban boundaries；characteristics of CO2emissions

X32

A

1000-6923(2014)09-2439-10

蔡博峰(1977-),男,陜西岐山人,副研究員,博士,主要從事城市溫室氣體清單和低碳發(fā)展研究.發(fā)表論文30余篇.

2014-01-30

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41101500)

* 責(zé)任作者, 副研究員, caibf@caep.org.cn