潘 娜,楊鈺瑩,左芝鯉,3

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)科學(xué)技術(shù)發(fā)展院，湖北 武漢 430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北 武漢 430074；3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)中國礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略與政策研究中心，湖北 武漢 430074)

2013年中央城鎮(zhèn)化工作會議提出全國城鎮(zhèn)化向健康方向轉(zhuǎn)型，追求綠色和低碳發(fā)展的城鎮(zhèn)化，即在推進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí)，控制化石能源等資源的消耗，減少城市碳排放，促進(jìn)城市綠化，提高城市碳吸收能力，力圖使城市處于較高的碳平衡水平。如果地區(qū)碳排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳吸收，將不利于城市群、省域及國家的整體碳平衡目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，以城市群為研究主體，能促進(jìn)大中小城市碳平衡的協(xié)同發(fā)展，更有利于我國城鎮(zhèn)化發(fā)展和整體碳平衡目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

目前直接研究城市碳平衡水平的國內(nèi)外文獻(xiàn)較少，而國內(nèi)學(xué)者針對城市碳排放和碳吸收能力則進(jìn)行了多維度、多尺度的研究，如李宇等[1]、王海鯤等[2]、叢建輝等[3]、杜強(qiáng)等[4]對城市碳排放進(jìn)行了研究，溫家石等[5-6]、史琰[7]對城市碳吸收進(jìn)行了研究。也有學(xué)者結(jié)合城市碳排放和碳吸收研究了城市系統(tǒng)的碳循環(huán)，如李雪玉等[8]以南昌市為例，選取了人口、能源消耗情況、交通、城市綠化覆蓋率和農(nóng)作物等因素構(gòu)建了城市碳循環(huán)清單；趙榮欽等[9]則總結(jié)了近年來國內(nèi)外對城市系統(tǒng)碳循環(huán)與碳管理的相關(guān)研究。基于碳排放和碳吸收的估算與分析，不少學(xué)者對城市凈碳排放進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，如高軍波等[10]應(yīng)用橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和歐盟環(huán)保署提出的區(qū)域碳排放和碳吸收定量模型，分析了河南省域碳均衡的動(dòng)態(tài)變化；趙先超等[11]則對湖南省及14個(gè)地級市的碳排放與碳吸收均衡的時(shí)空差異進(jìn)行了研究。國外學(xué)者則意識到城市綠化空間對碳吸收的重要作用[12-15]，主要從城市綠化空間的角度估算單個(gè)城市的碳平衡，即碳吸收抵消其碳排放的能力，如Vaccari等[16]、Strohbach等[17]、Jo[18]分別研究了佛羅倫薩市、萊比錫市以及韓國的春川市、康梁市和首爾市等城市的碳平衡。

綜上可見，現(xiàn)有的研究主要集中在城市的碳排放和碳吸收以及城市的凈碳排放，較少涉及城市碳吸收抵消碳排放的碳平衡水平研究；同時(shí)，基于碳排放和碳吸收的凈碳排放視角的研究主要圍繞省域和單個(gè)城市為主[10-11]，較少涉及對城市群的研究，且也缺乏對城市碳吸收和碳排放的動(dòng)態(tài)預(yù)測分析。鑒于此，本文以當(dāng)前城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速的超級城市群[19]——珠江三角洲城市群(以下簡稱珠三角城市群)為研究對象，即以珠三角城市群中廣州、佛山、江門、深圳、惠州、肇慶、珠海、東莞、中山9個(gè)城市為研究對象，通過收集2009—2012年該地區(qū)碳排放和碳吸收的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，從新型城鎮(zhèn)化的視角，研究了其碳平衡及其演化軌跡，以為我國城市群的城鎮(zhèn)化發(fā)展積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

1 城市碳平衡評價(jià)指標(biāo)體系的建立

評價(jià)一個(gè)城市在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中是否為低碳發(fā)展，需要知道該城市的碳平衡水平，其核心是考察該城市在某個(gè)發(fā)展階段的碳排放量和碳吸收量。在本研究中，珠三角城市群各城市的碳排放量、碳吸收量和碳平衡的計(jì)算是基礎(chǔ)研究內(nèi)容。但需要注意的是，這里的城市碳排放和碳吸收專指二氧化碳(CO2)的排放和吸收。由于能源消耗是碳排放的主要來源，加之化肥等的使用，耕地也會產(chǎn)生碳排放，所以本文的碳排放量主要是基于6種主要化石能源的消耗量以及耕地面積的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算得出。碳吸收主要是指依靠植物進(jìn)行光合作用時(shí)吸收的CO2，所以本文的碳吸收量主要是基于林地、草地和耕地面積的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算得出，其中耕地的碳吸收主要為土壤和作物吸收的CO2。因此，本文建立的城市碳平衡評價(jià)指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層三個(gè)層次：第一層目標(biāo)層為碳平衡水平；第二層準(zhǔn)則層由碳排放和碳吸收兩類指標(biāo)構(gòu)成；第三層指標(biāo)層包括煤炭、燃料油、汽油、柴油、液化石油氣和天然氣6種化石能源的消耗量以及耕地、林地和草地的面積，詳見表1。其中，各種化石能源消耗的碳排放系數(shù)來源于聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)于2008年發(fā)布的能源碳排放系數(shù)；耕地的碳排放系數(shù)和碳吸收系數(shù)參考文獻(xiàn)[20]；謝鴻宇等[21]在研究中指出林地的年固碳能力約為0.6～5.9 t CO2/hm2，由于珠三角洪澇和干旱災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生，臺風(fēng)的影響也較為頻繁，造成林地的碳吸收功能不穩(wěn)定，故林地的碳吸收系數(shù)取1 t CO2/hm2；草地的碳吸收系數(shù)參考文獻(xiàn)[21]。

表1 城市碳平衡評價(jià)指標(biāo)體系

1. 1 碳排放量的計(jì)算方法

各城市碳排放量的計(jì)算方法采用的是城市使用較為廣泛的煤炭、燃料油、汽油、柴油、液化石油氣和天然氣6種化石能源的消耗量與其相應(yīng)的碳排放系數(shù)的乘積之和，再加上耕地面積與其相應(yīng)的碳排放系數(shù)的乘積。具體計(jì)算公式如下：

碳排放量=煤炭消耗量×煤炭碳排放系數(shù)+燃料油消耗量×燃料油碳排放系數(shù)+汽油消耗量×汽油碳排放系數(shù)+柴油消耗量×柴油碳排放系數(shù)+液化石油氣消耗量×液化石油氣碳排放系數(shù)+天然氣消耗量×天然氣碳排放系數(shù)+耕地面積×耕地碳排放系數(shù)

式中：碳排放量的單位為t；化石能源消耗量的單位為t；化石能源碳排放系數(shù)的單位為t CO2/t；耕地面積為hm2；耕地碳排放系數(shù)的單位為t CO2/hm2。

1. 2 碳吸收量的計(jì)算方法

各城市碳吸收量的計(jì)算方法以廣泛存在的林地、草地和耕地作為碳吸收主體，這是因?yàn)樽匀唤缰兴鼈兊母采w面積較大，且吸收CO2的量也較大。具體計(jì)算公式如下：

碳吸收量=林地面積×林地碳吸收系數(shù)+草地面積×草地碳吸收系數(shù)+耕地面積×耕地碳吸收系數(shù)

式中：碳吸收量的單位為t；林地、草地和耕地面積的單位為hm2；林地、草地和耕地碳吸收系數(shù)的單位為t CO2/hm2。

1. 3 碳平衡值的計(jì)算方法

各城市碳平衡值是最終要計(jì)算的量，在本文中碳平衡值并不是指碳吸收量等于碳排放量，它是衡量一個(gè)地區(qū)碳吸收抵消碳排放的程度，表明一個(gè)地區(qū)低碳化的水平，即一個(gè)地區(qū)碳平衡值越大，說明其低碳化的水平越高；反之說明其低碳化的水平越低。本文中的碳平衡值主要用來表示城市碳平衡水平，即一個(gè)城市的碳平衡值等于該城市的碳吸收量減去其碳排放量。具體計(jì)算公式如下：

碳平衡值=碳吸收量-碳排放量

式中：碳平衡值的單位為t。

1. 4 指標(biāo)數(shù)據(jù)來源

碳排放指標(biāo)包括煤炭、燃料油、汽油、柴油、液化石油氣和天然氣6種化石能源的消耗量以及耕地面積，碳吸收指標(biāo)包括耕地、林地和草地的面積。6種化石能源的消耗量數(shù)據(jù)和耕地、林地、草地的面積數(shù)據(jù)來源于《珠江三角洲城市群年鑒》、《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國低碳年鑒》以及珠三角城市群中各城市的統(tǒng)計(jì)年鑒。

2 城市碳平衡分析方法

本文在開展珠三角城市群各城市碳平衡分析的過程中需要解決兩大問題，即如何選擇數(shù)據(jù)預(yù)測方法和仿真模擬方法。很多預(yù)測方法都需要大量的原始數(shù)據(jù)，由于本研究涉及的城市較多，有些指標(biāo)數(shù)據(jù)不全，無法獲取完整的指標(biāo)數(shù)據(jù)信息，所以在數(shù)據(jù)預(yù)測方法的選擇上，本文選擇可通過少量的、不完全的信息建立數(shù)學(xué)模型并做出預(yù)測的灰色預(yù)測DGM(1，1)模型。在仿真模擬方法的選擇上，本文選擇可進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模擬的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。

2.1 灰色預(yù)測DGM(1，1)模型的構(gòu)建

灰色預(yù)測[22]是一種對含有不確定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測的方法。該方法通過鑒別系統(tǒng)因素之間發(fā)展趨勢的相異程度，即進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并通過對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行生成處理來尋找系統(tǒng)變動(dòng)的規(guī)律，生成有較強(qiáng)規(guī)律性的數(shù)據(jù)序列，然后建立相應(yīng)的微分方程模型，從而預(yù)測事物未來發(fā)展趨勢的狀況。

城市碳平衡評價(jià)指標(biāo)體系中的每一個(gè)指標(biāo)都是一個(gè)影響變量，由于各指標(biāo)數(shù)據(jù)來源的不統(tǒng)一性，可能會導(dǎo)致有些變量在時(shí)間序列中的值突高突低，本文利用平滑算子來對振蕩序列進(jìn)行平滑化處理，從而提高對數(shù)據(jù)的預(yù)測精度。具體處理方法如下：

設(shè)振蕩序列X0=(x0(1),x0(2),…,x0(n))，設(shè)振蕩序列最大值為M=max{x0(k)|k=1,2,…,n}，振蕩系列最小值為m=min{x0(k)|k=1,2,…,n}，則稱T(X0)=M-m為振蕩序列X0的振幅。令：

則振蕩序列X0經(jīng)平滑化處理后生成的序列為

X0D=(x0(1)d,x0(2)d,…,x0(n-1)d)

式中：X0D為振蕩序列X0的平滑序列；D為振蕩序列X0的一階平滑性算子。

對平滑處理后的數(shù)據(jù)序列X0D采用灰色預(yù)測DGM(1,1)模型構(gòu)建時(shí)間響應(yīng)函數(shù)，并將時(shí)間響應(yīng)函數(shù)還原為原時(shí)間序列的預(yù)測模型，數(shù)據(jù)的預(yù)測值即由該模型產(chǎn)生。平滑序列灰色預(yù)測DGM(1,1)模型的構(gòu)建步驟如下：

隨機(jī)振蕩序列X0=(x0(1),x0(2),…,x0(n)),X(0)=(x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(n+1))，其一階平滑序列為Y(0)=(y(0)(1),y(0)(2),…,y(0)(n))，根據(jù)Y(0)建立DGM(1,1)模型，得到

y(1)(k+1)=β1y(1)(k)+β2

其中,β1和β2由最小二乘確定：

β=(β1,β2)T=(BTB)-1BTY

根據(jù)DGM(1,1)模型的最終還原式，得到振蕩序列X(0)之平滑序列Y(0)的灰色預(yù)測DGM(1,1)模型如下：

將灰色預(yù)測DGM(1,1)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中變量的輸入值:

式中：pow(x,y)表示計(jì)算x的y次冪；t表示該模擬數(shù)據(jù)位于響應(yīng)時(shí)間序列中的排序值。

2. 2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一門分析研究復(fù)雜反饋系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的系統(tǒng)科學(xué)方法[23]，該方法根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部組成要素互為因果的反饋特點(diǎn)，從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來尋找問題發(fā)生的根源。城市的碳排放量與碳吸收量之間相互影響，構(gòu)成了碳平衡，也就是說地區(qū)碳排放和碳吸收組成了影響碳平衡水平的反饋回路，應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能較好地模擬地區(qū)碳平衡的變化規(guī)律。AnyLogic是一款應(yīng)用廣泛的先進(jìn)建模工具，它能夠進(jìn)行可視化的“拖—拉式”建模，并能基于智能體、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、離散事件、連續(xù)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型建模。因此，本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建城市碳平衡仿真預(yù)測模型，并借助AnyLogic軟件[24-26]對地區(qū)碳平衡的演化趨勢進(jìn)行仿真模擬。

3 城市碳平衡仿真模擬與分析

本文首先利用灰色預(yù)測方法來處理多元化數(shù)據(jù)信息，并構(gòu)建時(shí)間響應(yīng)函數(shù)，進(jìn)而通過代入系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型，來預(yù)測珠三角城市群各城市的碳平衡水平。

3.1 城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測模型的建立

我國城鎮(zhèn)化正迅速展開，2018年城鎮(zhèn)化率將達(dá)到60%。此外，我國城市更多的基礎(chǔ)性建設(shè)正在大規(guī)模地推進(jìn)，而城市又是工業(yè)聚集區(qū)，是人們生產(chǎn)生活的主要區(qū)域，能源消費(fèi)大部分集中在城市，是碳排放強(qiáng)度較大的區(qū)域；加之城市群是城市的聚集形式，我國目前城市的發(fā)展主要以城市群帶動(dòng)發(fā)展為主，同時(shí)省域碳平衡的實(shí)現(xiàn)依賴于城市碳平衡的實(shí)現(xiàn)，因此有必要將城市群所轄各城市的碳平衡分析作為一個(gè)重要的研究內(nèi)容。本文對珠三角城市群內(nèi)9個(gè)城市的碳排放和碳吸收進(jìn)行分析，并基于灰色預(yù)測DGM(1，1)模型建立城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測模型，以期找到各個(gè)城市未來碳平衡發(fā)展中的問題，并建立適合該地區(qū)實(shí)際的碳平衡區(qū)間。

本文建立的城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測模型，見圖1。

圖1 城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測模型Fig.1 Dynamics model of urban carbon balance system

在仿真模擬過程中，用1 ms表示實(shí)際時(shí)間中的1 a，通過仿真模型的運(yùn)行，來預(yù)測城市未來碳平衡的演化趨勢。

本文通過收集2009—2012年珠三角城市群各城市碳排放和碳吸收的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用平滑算子來對振蕩序列進(jìn)行平滑化處理，平滑處理后的數(shù)據(jù)采用灰色預(yù)測DGM(1,1)模型構(gòu)建城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真灰色預(yù)測模型，并利用該模型預(yù)測未來十年珠三角城市群各城市的碳平衡值。由于受篇幅限制，本文僅列出廣州市碳排放和碳吸收相關(guān)指標(biāo)變量的計(jì)算公式(該計(jì)算公式為灰色預(yù)測模型公式轉(zhuǎn)換為AnyLogic仿真軟件里定義的函數(shù))如下：

煤炭消耗量=33.351 836 29×pow(0.998 9,t-3)-1.844 814 585×pow(-1,t)-3.134 118 318

(1)

燃料油消耗量=33.303 195 419×pow(1.0083,t-3)-0.038 149 338×pow(-1,t)-0.280 204 396

(2)

汽油消耗量=5.825 294 871×pow(1.074 4,t-3)-0.183 560 695×pow(-1,t)-1.825 948 077

(3)

柴油消耗量=0.644 380 49×pow(1.060 5,t-3)-0.017 056 062×pow(-1,t)-0.175 691 442

(4)

液化石油氣消耗量=2.948 127 949×pow(1.015 8,t-3)-0.069 803 988×pow(-1,t)-0.738 260 514

(5)

天然氣消耗量=8.507 052 853×pow(1.094 5,t-3)-0.218 590 313×pow(-1,t)-2.877 697 842

(6)

耕地面積=0.103 445 876×pow(0.993 2,t-3)-0.000 301 124×pow(-1,t)-0.003 069

(7)

林地面積=0.327 101 138×pow(1.020 6,t-3)-0.010 781 758×pow(-1,t)-0.026 723 024

(8)

草地面積=0.141 535 75×pow(1.013 4,t-3)-0.001 213 25×pow(-1,t)-0.014 028

(9)

上式中：能源消耗量的單位為×107t；耕地、林地、草地面積的單位為×107hm2。

利用上述公式進(jìn)行預(yù)測所得預(yù)測結(jié)果的精度分析，詳見表2。

表2 灰色預(yù)測模型的精度分析

由表2可知，灰色預(yù)測模型的殘差最大值僅為0.019 1，而平均相對誤差均小于1%，其最大值僅為0.81%。由此可見，應(yīng)用灰色預(yù)測模型進(jìn)行預(yù)測所得到的預(yù)測結(jié)果精確度很高，適用于城市碳平衡的預(yù)測研究。

3. 2 城市碳平衡仿真結(jié)果分析

將2009—2012年珠三角城市群各城市碳排放和碳吸收的相關(guān)指標(biāo)變量的實(shí)際值與通過灰色預(yù)測模型計(jì)算得到的模擬函數(shù)導(dǎo)入上述建立的城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測模型，并將計(jì)算得出的各城市碳平衡實(shí)際值與碳平衡模擬值進(jìn)行比較，用來檢驗(yàn)預(yù)測結(jié)果的可靠性，見圖2和圖3。

圖2 2009—2012年珠三角城市群各城市碳平衡實(shí)際值的演化軌跡Fig.2 Evolution of the actual carbon balance valueas of cities in the Pearl River Delta from 2009 to 2012

由圖2可見，2009—2012年珠三角城市群9個(gè)城市的碳平衡實(shí)際值均為負(fù)值，即表明各城市碳排放量均大于碳吸收量，且各城市的碳平衡值排名變化幅度不大；佛山市、江門市、深圳市、惠州市、肇慶市、珠海市和中山市的碳平衡值變化軌跡很密集，其中深圳市、中山市、肇市慶和佛山市的碳平衡值在這四年中的變化較小，其變化軌跡接近于水平直線，而惠州市和珠海市的碳平衡值變化軌跡有小幅度下降趨勢，但珠海市在2010年碳平衡值有所上升，江門市碳平衡值的變化軌跡則呈現(xiàn)先下降后小幅上升的趨勢，東莞市的碳平衡值變化軌跡接近于水平直線，廣州市的碳平衡值在珠三角城市群中一直最低。

圖3 2009—2012年珠三角城市群各城市碳平衡模擬值的演化軌跡Fig.3 Simulation and prediction of simulated carbon balance values of cities in the Pearl River Delta from 2009 to 2012

由圖3可見，珠三角城市群各城市碳平衡值的仿真模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果基本一致，且各城市碳平衡值的演化軌跡與實(shí)際情況一致，各城市的碳平衡值排名也基本不變；除廣州市和東莞市以外，其他城市的碳平衡值變化軌跡均比較密集，且變化幅度不大，基本呈水平直線，但惠州市、肇慶市和珠海市的碳平衡值有小幅度的下降。

城市碳平衡值包含碳排放與碳吸收兩個(gè)方面的指標(biāo)，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市因經(jīng)濟(jì)增長導(dǎo)致能源消耗增加，因此城市碳排放量增長較快，但由于城市植被覆蓋面積相對穩(wěn)定，所以城市碳吸收量增長較緩慢。

本文將珠三角城市群各城市碳排放和碳吸收相關(guān)指標(biāo)變量的模擬函數(shù)導(dǎo)入城市碳平衡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測模型，對2009—2018年珠三角城市群各城市的碳排放量和碳吸收量進(jìn)行仿真預(yù)測，得到各城市碳排放量和碳吸收量預(yù)測結(jié)果。

從珠三角各城市碳排放量的預(yù)測結(jié)果來看，珠三角城市群的總碳排放量將由2009年的87.13×106t增長至2018年的246.11×106t，漲幅高達(dá)182.47%;到2018年，珠三角城市群各城市因經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素的差別使各城市碳排放量的增速不同，廣州市、佛山市、江門市、深圳市、惠州市、肇慶市、珠海市、東莞市和中山市碳排放量年均增速*分別為2.53%、9.76%、9.18%、3.85%、55.26%、33.50%、23.99%、1.09%、5.34%。從珠三角城市群各城市碳吸收量的預(yù)測結(jié)果來看，到2018年，珠三角城市群各城市碳吸收量的增速相對于碳排放量的增速差距很大，廣州市、佛山市、江門市、深圳市、惠州市、肇慶市、珠海市、東莞市和中山市碳吸收量的年均增速則分別僅為1.88%、-0.98%、1.97%、-0.23%、0.98%、-0.59%、1.54%、1.95%和0%；而在草地、林地、耕地3種碳吸收主體中，各城市的林地碳吸收量最多，其次是耕地、草地。

利用2009—2018年珠三角城市群各城市的碳排放量和碳吸收量預(yù)測結(jié)果，得到各城市碳平衡值的演化軌跡，見圖4。

圖4 2009—2018年珠三角城市群各城市碳平衡預(yù)測值的演化軌跡Fig.4 Evolution of the carbon balance of cities in the Pearl River Delta from 2009 to 2018

由圖4可見，2009—2018年間，珠三角城市群各城市碳平衡值幾乎都處于零臨界值以下，即各城市每年的碳排放量幾乎都高于碳吸收量；而因經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境條件等的差異，各城市的碳平衡值的演化軌跡不同。其中，廣州市、深圳市和東莞市碳平衡值的演化軌跡類似，其波動(dòng)幅度小、降幅小且較為穩(wěn)定；佛山市、江門市、肇慶市和中山市碳平衡值的演化軌跡雖然波動(dòng)幅度小，但到2018年時(shí)碳平衡值的降幅相對較大；惠州市和珠海市的碳平衡值的演化軌跡則波動(dòng)最大，且降幅最大，到2018年兩個(gè)城市的碳平衡值甚至超過廣州市。具體原因分析如下：

(1) 惠州市的碳平衡值下降幅度最大?；葜菀恢币浴肮I(yè)立市”為發(fā)展戰(zhàn)略，而工業(yè)生產(chǎn)是能源消耗的“主力軍”，經(jīng)濟(jì)得到大力發(fā)展的同時(shí)碳排放量增長迅速，2009年至2018年間碳排放量年均增速為55.26%，而碳吸收量則增長緩慢，其年均增速僅為0.98%。碳吸收量與碳排放量之間的增速差距，致使惠州的碳平衡水平下降迅速，其降幅最大，甚至到2018年低于廣州市成為珠三角城市群中碳平衡值最低的城市。

(2) 與惠州市類似，珠海市的碳平衡值也具有類似的演化軌跡。以第二產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)的珠海市，在2009—2018年間因經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生的碳排放量的年均增速僅次于惠州市、肇慶市，高達(dá)23.99%；而相對來說，在2009—2018年間碳吸收量則有下降趨勢，其年均增速為-0.59%。碳排放與碳吸收的相悖演化，致使珠海市的碳平衡水平顯著下降，至2018年僅略高于惠州市。由此可見，惠州市和珠海市在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長、推動(dòng)城鎮(zhèn)化過程中，除控制能耗而減少碳排放外，更需要提高城市植被覆蓋度，增加碳吸收能力，最終促使城鎮(zhèn)化與環(huán)境間的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(3) 廣州市、深圳市和東莞市碳平衡值的演化軌跡類似，其波動(dòng)幅度小、降幅小且較為穩(wěn)定。地理區(qū)位相鄰的廣州市、深圳市和東莞市均以服務(wù)業(yè)為主，在2009—2018年間碳排放量增長較慢，年均增速分別僅為2.53%、3.85%、1.09%，而碳吸收的年均增速則分別為1.88%、-0.23%、1.95%;碳吸收量的增長部分抵消了碳排放量的增長，使該三個(gè)城市在2009—2018年間碳平衡值的波動(dòng)幅度小，且較為穩(wěn)定，其中因深圳市碳吸收量的下降，使其碳平衡值在三個(gè)城市中波動(dòng)相對較大，且降幅最大，其次是廣州市、東莞市。值得一提的是，廣州市因經(jīng)濟(jì)總量居于珠三角之首，碳排放量基數(shù)大，而植被覆蓋面積相對較小，因此廣州市在2009—2017年間的碳平衡值一直最小；東莞市經(jīng)濟(jì)總量雖然低于深圳市，然而具有“世界工廠”之稱的東莞市，相對于深圳市，其第二產(chǎn)業(yè)占比較高，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展而產(chǎn)生的碳排放量較高，2009—2018年間東莞市的碳排放量高于深圳市，碳平衡值也低于深圳市。

(4) 肇慶市、佛山市、江門市和中山市碳平衡值的降幅較大。位于珠三角西南相鄰的肇慶市、佛山市、江門市和中山市，2009—2018年間碳平衡值下降幅度按西北到東南地理位置依次減小，碳平衡值的降幅分別為2 763.43%、132.85%、124.88%、61.11%，其中中山市的碳平衡值降幅較小，這是由于其碳排放量的增長緩慢(年均增速為5.34%)，而碳吸收量則保持不變(年均增速為0%)。因此，中山市在推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化過程中，更需要重視對林地、耕地和草地覆蓋的保護(hù)。

(5) 肇慶市和佛山市在2009—2018年間的碳吸收量年均增速分別為-0.59%、-0.98%，即出現(xiàn)負(fù)增長現(xiàn)象，特別是兩個(gè)城市的林地，在2009—2018年間碳吸收量逐年下降；而兩個(gè)城市的碳排放量增長迅速，年均增速分別高達(dá)33.50%、9.76%，最終致使肇慶市和佛山市在2009—2018年間碳平衡值年均降速分別為39.85%、8.82%。因此，肇慶市和佛山市在推動(dòng)城鎮(zhèn)化過程中，更需要重視對植被的保護(hù)，特別是對林地等的保護(hù)。

(6) 江門市與肇慶市和佛山市不同，雖然其碳排放量的年均增速(9.18%)與佛山市相近(9.76%)，但是在2009—2018年間江門市草地、林地和耕地的面積逐年增長，使其碳吸收量的年均增速高達(dá)1.97%，居珠三角城市群之首。因此，江門市碳吸收量的增長部分抵消了碳排放量的增長，使其碳平衡值的降幅低于肇慶市和佛山市。

植被的覆蓋度不僅影響城市生態(tài)的安全性，同時(shí)也影響城市的碳平衡[27]，可見在促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、推動(dòng)城鎮(zhèn)化的過程中，不僅需要控制城市碳排放量，同時(shí)也需要提高城市植被覆蓋度，如廣州市、江門市、珠海市和東莞市通過提高城市草地、林地和耕地等的覆蓋面積，提高了城市的碳吸收量，走出了一條綠色、低碳的發(fā)展道路，維持了城市較高的碳平衡水平。

4 結(jié)論與建議

本文以珠三角城市群中廣州、佛山、江門、深圳、惠州、肇慶、珠海、東莞、中山9個(gè)城市為研究對象，通過分析2009—2012年間各城市化石燃料消耗量和植被面積的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出各城市的碳排放量和碳吸收量，并進(jìn)行了碳平衡分析，同時(shí)通過各城市碳平衡值的仿真模擬與分析，得到在2009—2018年間各城市碳平衡的發(fā)展趨勢，得到的結(jié)論如下：

(1) 各城市碳排放量增長迅速。珠三角城市群，作為我國經(jīng)濟(jì)最活躍的區(qū)域之一，在經(jīng)濟(jì)快速增長的過程中，也導(dǎo)致碳排放量過多等問題，如果該城市群中各城市仍維持當(dāng)前城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和能源利用結(jié)構(gòu)等，未來各城市碳排放量將會繼續(xù)增加，除廣州市、深圳市、東莞市和中山市以外，其他5個(gè)城市的碳排放量增長相對迅速。

(2) 各城市碳吸收量增長緩慢。城市碳吸收主體主要以草地、林地和耕地為主，而從仿真模擬結(jié)果來看，珠三角城市群各城市碳吸收量以林地最多，若各城市仍維持當(dāng)前城市的綠化發(fā)展模式，未來各城市碳吸收量除佛山市、深圳市、肇慶市將會出現(xiàn)負(fù)增長以及中山市保持不變以外，其他5個(gè)城市的碳吸收量增長相對緩慢。

(3) 2009—2018年間，珠三角城市群各城市碳平衡值逐年減少，碳平衡水平逐年下降。從仿真模擬結(jié)果來看，2009—2018年間珠三角城市群各城市碳平衡值處于零臨界值以下，中山市碳平衡值最高而廣州市最低，且逐年下降；各城市因經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、植被覆蓋等差異，致使碳平衡值的降幅差異顯著；各城市碳平衡值的演化軌跡呈現(xiàn)區(qū)域相似特征，如位于珠三角西南相鄰的肇慶市、佛山市、江門市和中山市碳平衡值的演化趨勢基本相似。

碳排放與碳吸收最理想的途徑是達(dá)到碳均衡[12]，從2009—2018年間珠三角城市群各城市碳平衡值的仿真結(jié)果來看，各城市的碳排放與碳吸收處于碳失衡狀態(tài)，若各城市仍維持當(dāng)前的城鎮(zhèn)化發(fā)展模式，城市碳排放與碳吸收之間的差距將會繼續(xù)拉大，尤其碳平衡水平將會更低。因此，珠三角城市群各城市在推進(jìn)城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中，尤其要注意減少碳排放量和增加碳吸收量。對此，本文提出如下建議：

(1) 提高能源利用效率，減少碳排放量。從2009—2012年珠三角城市群各城市碳排放量的數(shù)據(jù)來看，盡管各城市因城鎮(zhèn)化發(fā)展而帶來了GDP的快速增加，但也造成碳排放量的增長，因此必須降低碳排放量，特別是惠州市、肇慶市、珠海市，建議調(diào)整城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低第二產(chǎn)業(yè)比重而增加服務(wù)業(yè)比重，提高能源利用效率，減少化石能源的消耗量，采用清潔能源和可再生能源等。

(2) 加強(qiáng)植樹造林，增加各城市林地覆蓋率和碳吸收能力，如佛山市、深圳市、肇慶市這些城市碳吸收量甚至出現(xiàn)負(fù)增長，因此建議提高這些城市的林地面積，并在推進(jìn)城鎮(zhèn)化過程中增加城鎮(zhèn)化建成區(qū)的綠化覆蓋率，縮小碳排放量與碳吸收量之間的差距，使城市的碳排放與碳吸收達(dá)到碳均衡的理想狀態(tài)。

(3) 充分利用城市間協(xié)同效應(yīng)，共同提高城市的碳平衡水平。從珠三角城市群各城市碳平衡值來看，城市群內(nèi)相鄰城市間碳平衡值的演化軌跡相似，如廣州市、深圳市和東莞市之間，肇慶市、佛山市、江門市和中山市之間，因此建議在發(fā)展城鎮(zhèn)化過程中，除了發(fā)展城市自身外，還要考慮通過與相鄰城市的協(xié)同發(fā)展，形成資源互補(bǔ)，共同提高城市的碳平衡水平。

(4) 轉(zhuǎn)變當(dāng)前城鎮(zhèn)化發(fā)展的模式，推進(jìn)綠色城鎮(zhèn)化建設(shè)。我國“十二五”規(guī)劃綱要明確指出，堅(jiān)持把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作為轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要著力點(diǎn)。因此，建議在推進(jìn)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中要推進(jìn)綠色城市建設(shè)，即把握住綠色、節(jié)約、低碳的原則，并貫穿到城市建設(shè)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，貫穿到城市的規(guī)劃、建設(shè)和管理中。