江蘇省沿海地區經濟發展與碳排放相關性研究*

王 圣 王慧敏 蔣松凱 陳 輝 蔡春霞 孫雪麗 李亞春

(1.河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇南京210098;2.國電環境保護研究院，江蘇南京210031;3.江蘇省工程咨詢中心，江蘇南京210003;4.環保部環境發展中心，北京100029)

江蘇省沿海地區經濟發展與碳排放相關性研究*

王 圣1，2王慧敏1蔣松凱3陳 輝2蔡春霞4孫雪麗2李亞春2

(1.河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇南京210098;2.國電環境保護研究院，江蘇南京210031;3.江蘇省工程咨詢中心，江蘇南京210003;4.環保部環境發展中心，北京100029)

與能源結構和能源效率因素相比，經濟發展對人均碳排放的影響最為顯著。以江蘇省沿海地區能源消費情況為基礎，研究得出地區碳排放、人均碳排放，并且1999－2008年該地區碳排放量與人均碳排放量的增加趨勢一致。選取人均GDP來代表經濟增長數據，人均CO2排放代表碳排放數據，借助環境庫茲涅茨曲線(EKC)模型來分析江蘇省沿海地區經濟發展與CO2排放之間的關系和演變態勢。根據環境庫茲涅茨曲線研究江蘇省沿海地區經濟發展與人均碳排放之間的關系，相關性研究結果表明，最優擬合模型中參數 α0為0.245 7，α1為3.658 14e－5，α2為1.318 32e－8，α3為 －3.298 09e－13，所以根據模型設定判斷得出:1999 －2008 年間江蘇省沿海地區人均碳排放量和人均GDP并不符合標準的環境庫茲涅茨曲線(倒U型)關系，而是表現為三次方曲線模型。同時，依據人均碳排放量的變化特征，將江蘇省沿海地區人均碳排放分為兩個階段:1999－2006年，人均碳排放量隨著經濟的增長持續增加;2006－2008年人均碳排放量隨經濟增加趨勢變緩。

經濟發展;碳排放;相關性研究;排放因子;環境庫茲涅茨曲線;擬合優度

近200年來，隨著人口持續增長和工業化、城市化進程的加快，世界能源消費劇增，氣候變暖嚴重威脅到人類社會的可持續發展，應對氣候變化成為全球共同面臨的重大挑戰。CO2是氣候變暖的最大影響因素。中國能源報告(2008)的數據顯示，2005年，江蘇省CO2排放量緊隨山東省、河北省和廣東省，位居全國第四［1－2］。

Birdsall通過研究人口總量與碳排放的關系，認為人口增長使得人類對能源的需求越來越多，能源消費產生的溫室氣體排放也越來越多，人口增長是全球碳排放量增長的原因［3］。Michael等人采用能源－經濟增長模型研究美國人口年齡結構對能源消費及碳排放的影響，研究表明，人口老齡化對長期碳排放有抑制作用［4］。Schipper等人采用投入產出模型分析了居民消費與碳排放關系的研究。Kim研究了1985－1995年韓國居民消費模式的變化對碳排放的影響［5－6］。Lenzen、Weber等人分別建立評估模型，定量分析了澳大利亞、德國、法國、荷蘭等國的居民消費行為與生活方式因素對能源消費和碳排放的影響［7－8］。

近年來，我國研究學者在碳排放的影響因素研究方面也取得了一定的進展。張雷通過對發達國家和發展中國家的對比研究發現，經濟結構多元化導致了能源需求降低，從而降低了碳排放。王中英等人研究認為，過分依賴投資的經濟增長方式和以第二產業為主的經濟結構是導致溫室氣體增加的主要原因［9］。

本文選取人均GDP來代表經濟增長數據，用人均CO2排放代表碳排放數據。借助環境庫茲涅茨曲線(EKC)模型來分析江蘇省沿海地區(南通市、鹽城市和連云港市)經濟發展與CO2排放之間的關系和演變態勢，為相應的環保對策提供技術支持。

1 碳排放計算方法

目前，我國沒有碳排放量的直接監測數據，大部分碳排放數據都是基于能源消費量計算得到的。已知能源消費種類和消費量，利用能源消耗量乘以對應的排放因子以及其余參數可得到CO2排放量，見公式(1)(2)。公式(1)用于計算燃煤和燃油產生的CO2量，公式(2)用于計算燃氣產生的CO2量。

式中:

mi:燃料i的質量，萬噸或者億m3;

Hi:燃料i的CO2排放因子;

Ii:燃料i的碳氧化率，保守取100%;

Ji:燃料 i的平均低位發熱量，MJ/t，km3。

不同燃料的Hi、Ii和Ji的IPCC值見表1。

2 江蘇省沿海地區碳排放量計算

江蘇省沿海地區包括南通、鹽城和連云港三市。根據三市統計年鑒(2000－2009年)得到1999－2008年江蘇省沿海地區能源消耗量，見表2。

根據公式(1)、(2)計算得到1999－2008年江蘇省沿海地區碳排放量，見表3。

圖1為1999－2008年江蘇省沿海地區碳排放量與人均碳排放量變化趨勢圖。

由圖1可知，1999－2008年間江蘇省沿海地區碳排放量呈逐年增加趨勢，2003年以前增長幅度較緩，2003年以后逐年增長幅度較大。同時1999－2008年間江蘇省沿海地區人均碳排放量也呈逐年增長趨勢，2003年以后增長幅度較大。所以，與碳排放量增加趨勢一致。

表1 不同燃料的參數取值［10］Tab.1 Parameters of all kinds fuels

表2 1999－2008年江蘇省沿海地區能源消費情況Tab.2 The quality of consumed fuels in Jiangsu province coastal areas from 1999 to 2008

表3 1999－2008年江蘇省沿海地區碳排放、人均碳排放和人均GDP情況Tab.3 The carbon emissions，carbon emissions per capita and GDP per capita in Jiangsu province coastal areas from 1999 to 2008

圖1 1999－2008年江蘇省沿海地區碳排放量與人均碳排放量變化趨勢圖Fig.1 The carbon emissions and carbon emissions per capita in Jiangsu province coastal areas from 1999 to 2008

3 指標選取與模型構建

考察經濟增長對環境質量影響的研究比較多，其中最具代表性的是環境庫茲涅茨曲線(EKC)的提出和實證。1995年，美國經濟學家格魯斯曼和克魯格受到庫茲涅茨曲線的影響，根據經驗數據提出了經濟增長與環境質量之間的倒U型關系，提出了EKC曲線的概念。EKC曲線的基本涵義為:在區域經濟發展的初期階段，由于人口增長較快、工業生產技術相對落后和資源浪費嚴重，造成了環境污染的不斷加劇;隨著經濟的發展，以科技進步為主導的產業發展對經濟的貢獻作用越來越突出，人們控制環境污染的意識和能力也逐漸增強，污染物排放趨勢逐步趨緩，經濟發展將會有利于環境質量的改善。EKC曲線是發達國家和新興工業國家在工業化時期所普遍適用的，如美國、西歐、日本、韓國和新加坡等的經驗分析都符合EKC曲線的特征。EKC曲線認為特別是在發達國家，經濟增長與環境質量之間滿足倒U形關系。但也有學者認為，EKC曲線的形態不一定就是倒U形關系，在一定階段可能是倒U形，也可能是正U形或者三次曲線［11－12］。

一般的，倒U型的EKC模型的基本函數有三種:二次函數型、三次函數型以及將二次函數、三次函數與對數形式相結合的模型。根據現有的環境庫茲涅茨曲線研究的常見模式，結合我國的實際情況并根據模擬的圖形結果、模型檢驗參數，比較判定系數R2，在三種函數模型中進行優選。模型可以表示為:

式中:Y 是人均 CO2排放量;x 是人均 GDP;α0、α1、α2、α3是模型參數;ε是隨機誤差。

其中模型參數 α0、α1、α2、α3具有重要意義，根據其取值的不同可反映CO2排放量與經濟發展之間有以下關系:

(1)當 α1≠0、α2=0、α3=0，CO2排放量與經濟發展之間呈線性關系;

(2)當 α1＞0、α2＜0、α3=0，CO2排放量與經濟發展之間符合倒U型EKC曲線關系;

(3)當 α1＜0、α2＞0、α3=0，CO2排放量與經濟發展之間呈正U型曲線關系;

(4)當 α1≠0、α2≠0、α3≠0，CO2排放量與經濟發展之間呈三次曲線關系。

4 模擬過程及相關性結果分析

對1999－2008年江蘇省沿海地區人均碳排放量和人均GDP分別進行了線性、二次函數型、三次函數型曲線擬合，并對擬合結果進行比較，選擇最優擬合結果。各種函數型擬合結果見圖2－圖4。

曲線擬合采用擬合優度評判擬合結果的優劣，擬合優度是指回歸直線對觀測值的擬合程度。衡量擬合優度的統計量用比較判定系數R2表示，通常R2越大表明曲線的擬合度越好。若數據點離回歸直線近，則擬合程度好;反之則擬合程度差。

由圖2可知，線性擬合時，偏離曲線的數據點相對較多，并且比較判定系數R2小于圖4中三次型曲線擬合時的R2，說明三次型擬合優于線性擬合。由圖3可知，二次型擬合時，比較判定系數R2為三個情景中最小，并且1999年之前人均碳排放呈負值趨勢，這不符合實際情況。綜合分析得到，三次型擬合相對準確。比較分析得到最優擬合結果見式(4)。

圖2 線性擬合結果R2=0.9945Fig.2 Result of fitting linear curve

圖3 二次型擬合結果R2=0.9941Fig.3 Result of fitting polynomial curve with order two

圖4 三次型擬合結果R2=0.9950Fig.4 Result of fitting polynomial curve with order three(R2=0.9950)

式中:

Y:人均碳排放量，t/人;

x:人均 GDP，元/人;

R2:比較判定系數。

由式(4)可知，1999－2008年間江蘇省沿海地區人均碳排放量和人均GDP并不符合標準的環境庫茲涅茨曲線(倒U型)模型，而是表現為三次方曲線模型。由于三次方項的系數為負(－3.29809)，從圖4可知人均碳排放量呈上升趨勢，依據其變化特征可以分為兩個階段:1999－2006年，人均碳排放量隨著經濟的增長持續增加;2006－2008年人均碳排放量隨經濟增加趨勢變緩。

結果表明，江蘇省沿海地區目前人均碳排放量和人均GDP關系并不呈發達國家所描述的倒U型，CO2的排放仍然處于惡化階段，沒有證據顯示庫茲涅茨曲線拐點出現的跡象。2006－2008年江蘇省沿海地區人均碳排放量增加趨勢變緩，這與國家提出的經濟結構調整政策，從高耗能經濟逐漸向低碳經濟轉變是基本一致的。在“十二五”期間，環境經濟政策還需進一步加強，如果沒有環境經濟政策的約束，CO2的排放量不會隨著經濟的增長而下降。環境與經濟協調發展的結果不會自然而然的實現，而需要一系列的環境與經濟政策以及技術干預。

5 結論

(1)江蘇沿海地區人均碳排放量和人均GDP不符合EKC曲線的倒U型模型，而是表現為三次方曲線模型。

(2)1999－2008年間江蘇沿海地區人均碳排放量呈增長趨勢，2006年之前人均碳排放量隨經濟的增長持續增加，2006年之后隨經濟增加趨勢變緩。

(3)如果沒有環境政策的約束，江蘇省沿海地區CO2的排放量可能不會隨著經濟的增長而自動下降，環境與經濟協調發展的結果不會自然而然的實現，而需要一系列的政策與技術干預。

References)

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Relativity Study on Economic Development and Carbon Emissions in Jiangsu Coastal Areas

WANG Sheng1，2WANG Hui-min1JIANG Song-kai3CHEN Hui2CAI Chun-xia4SUN Xue-li2LI Ya-chun2
(1.State Key Laboratory of Hydrology-Water Resource and Hydraulic Engineering，Hohai University，Nanjing Jiangsu 210098，China;2.State Power Environmental Protection Research Institute，Nanjing Jiangsu 210031，China);3.Jiangsu Engineering Consulting Center，Nanjing Jiangsu 210003，China;4.Environmental Development Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100029，China

The influence of economic development to carbon emissions per capita is greater than energy structure and energy efficiency.Based on energy consumption of the coastal area in Jiangsu province，carbon emissions and per capita carbon emission can be given.And the variation trend is consistent between carbon emissions and per capita carbon emission in this area from 1999 to 2008.Per capita GDP is on behalf of economic development information，and per capita carbon dioxide emission is on behalf of carbon emissions information.The EKC model has been used to analyze the relation and change trend between the economic development and carbon dioxide emissions in the Jiangsu coastal area.Based on the above condition and study，the relativity results show that all the parameters in the optimum fitting curve model is α0=0.245 7，α1=3.658 14e－5，α2=1.318 32e－8and α3= －3.298 09e－13.So from the EKC model，the conclusion has been provided that the relationship between carbon emissions per capita and GDP per capita is not contrary U type，while is three times polynomial.In the meantime，according to the dynamic transformation of per capita carbon emission，two steps can be divided as from 1999 to 2006 and from 2006 to 2008 about per capita carbon emission in the Jiangsu coastal area.In the first step，per capita carbon emission increases with the economic development continuously;and in the second step，per capita carbon emission increases slowly.

economic development;carbon emissions;relativity study;emission factor;EKC;goodness of fit

F224.9;F812.0

A

1002－2104(2011)06－0170－05

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.06.028

2010－12－26

王圣，碩士，高級工程師，主要研究方向為電力環評、規劃環評、電力環境保護等。

*國家發改委碳排放清單研究課題;江蘇省沿海地區綜合開發戰略研究子課題(編號:2009LY29)。

(編輯:于 杰)