新疆地級市CO2排放空間特征研究

陳前利+蔡博峰+胡方芳+王金南+曹麗斌

摘要 基于中國高空間分辨率網(wǎng)格數(shù)據(jù)，建立新疆地級市CO2排放數(shù)據(jù)集，探討新疆CO2排放的空間特征，為新疆低碳發(fā)展的空間布局規(guī)劃提供一定的依據(jù)。研究采用“自下而上”的空間化方法建立排放數(shù)據(jù)集，并用統(tǒng)計學方法分析排放數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征。研究結(jié)果：從整體看，CO2直接排放總體分散，局部集中，基本沿著天山分為南部和北部，北部地區(qū)排放高于南部地區(qū)。從區(qū)域看，天山北坡經(jīng)濟帶CO2排放最高；絲綢之路經(jīng)濟帶的中通道、北通道和南通道排放依次遞減。從部門看，服務(wù)業(yè)與城鎮(zhèn)生活CO2排放相關(guān)性最高，間接排放與其他部門排放相關(guān)性最弱。從類型看，工業(yè)型地級市CO2人均排放最高，總排放均值略低于服務(wù)業(yè)型地級市，遠高于其他類型地級市；人口規(guī)模越大的地級市CO2排放均值越大，但其人均排放越少。結(jié)論與討論：①新疆CO2排放空間差異顯著，其排放較大的地級市整體效率不高，將是減排的重點區(qū)。②工業(yè)化、城鎮(zhèn)化是新疆CO2排放的重要影響因素，將是減排的著力點。③省際生態(tài)補償和碳排放指標分配時應適度考慮能源輸出引致本地較高CO2排放的特情。

關(guān)鍵詞 CO2排放；空間特征；網(wǎng)格數(shù)據(jù)；地級市

中圖分類號 X196 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2017）02-0015-07 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2017.02.004

2015年3月，《推動共建絲綢之路經(jīng)濟帶和21世紀海上絲綢之路的愿景與行動》明確提出，要把新疆打造為絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)；并強調(diào)建設(shè)中要充分考慮氣候變化影響，建設(shè)綠色絲綢之路[1]。新疆地處西北邊陲，屬于干旱半干旱區(qū)，生態(tài)比較脆弱，受氣候變化的影響尤為顯著[2-5]。作為國家重要的能源戰(zhàn)略基地，新疆工業(yè)產(chǎn)值比重較高（近40%），化石能源消費量占比較大（90%以上），能源產(chǎn)品中相當一部分（20%以上）轉(zhuǎn)移到區(qū)外[6]。2012年新疆人均消費5.30 t標準煤，煤炭占能源消費的68.40%[6]；煤、油品、天然氣和電力的調(diào)出量占一次能源生產(chǎn)量的比重分別達21.07%、56.61%、58.43%和19.77%；與2000年相比，分別增加了13.81、-12.93、24.81和19.77個百分點[7-8]。新疆土地資源總量非常豐富，但適宜開發(fā)和建設(shè)的土地較少[9]；綠洲城市資源環(huán)境的承載壓力大，城市間平均交通距離較遠；地區(qū)發(fā)展水平普遍較低，經(jīng)濟發(fā)展差異大[10]。新疆在應對氣候變化、“綠色、低碳”發(fā)展方面正面臨難得的機遇與更大的挑戰(zhàn)。

因此，基于空間尺度的新疆碳排放問題研究應運而生，且較為緊迫。劉曉婷和陳聞君利用能源消費數(shù)據(jù)，研究了各地州能源碳排放空間差異動態(tài)演變特征[11-12]。陳煜和孫慧基于標煤轉(zhuǎn)換碳排放系數(shù)，利用能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)估算了新疆天山北坡經(jīng)濟帶各縣市的碳排放量[13]。鄭伯紅和劉路云將人口容量、GDP增長、交通模式等納入城市空間規(guī)劃方案中，采用情景模型評估了烏魯木齊西山新城低碳示范區(qū)三個不同的空間規(guī)劃方案[14]。石天戈等利用烏魯木齊市居民出行日志調(diào)查數(shù)據(jù)，在微觀尺度上探討了不同城市空間的居民出行碳排放的分布特征和影響因素[15]。現(xiàn)有新疆地級城市碳排放數(shù)據(jù)基本來自各行政單位的能源統(tǒng)計或調(diào)查數(shù)據(jù)。

當前，中國碳排放數(shù)據(jù)存在著非常大的不確定性[16]，而且城市能源數(shù)據(jù)缺乏、溫室氣體清單數(shù)據(jù)缺失或沒有公開，基于城市尺度的碳排放問題研究有待深入。CO2排放網(wǎng)格化數(shù)據(jù)[17]為城市碳排放空間化研究提供了較好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本研究基于中國高空間分辨率網(wǎng)格數(shù)據(jù)（China High Resolution Emission Gridded Data， CHRED），結(jié)合新疆特點，重點從天山北坡經(jīng)濟帶、環(huán)塔里木盆地、伊犁河谷、絲綢之路經(jīng)濟帶等區(qū)域探討新疆CO2排放的空間特征，為新疆低碳發(fā)展的空間布局規(guī)劃提供一定的依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)

1.1 研究方法

首先，采用了基于現(xiàn)有方法[18-21]改進后的空間化方法，建立新疆地級市CO2排放數(shù)據(jù)集；其次，采用統(tǒng)計學方法，進行新疆及其各地級市碳排放數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征分析，包括碳排放部門間相關(guān)性分析、碳排放分布離散性分析、描述性統(tǒng)計分析等。

1.2 數(shù)據(jù)

新疆地級市數(shù)據(jù)采用基于中國高空間分辨率網(wǎng)格數(shù)據(jù)（CHRED）建立的新疆地級市CO2排放數(shù)據(jù)集，包括直接排放和間接排放，詳見本期“中國城市CO2排放數(shù)據(jù)集研究”。新疆及其各地州其他相關(guān)能源和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來自中國能源統(tǒng)計年鑒、新疆統(tǒng)計年鑒等。本研究中，新疆地級市是指新疆地級行政單位，即《新疆統(tǒng)計年鑒2015》中所列15個地州（市），即阿克蘇地區(qū)、阿勒泰地區(qū)、巴音郭楞蒙古自治州、博爾塔拉蒙古自治州、昌吉回族自治州、哈密地區(qū)、和田地區(qū)、喀什地區(qū)、克拉瑪依市、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、塔城地區(qū)、吐魯番地區(qū)、烏魯木齊市、伊犁州直屬縣（市）和新疆直轄縣級市。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆地級市CO2排放總量驗證

2012年新疆CO2直接排放總量為25 429.38萬t。根據(jù)《中國能源統(tǒng)計年鑒2013》上的能源數(shù)據(jù)計算得到新疆2012年CO2直接排放總量為26 351.75萬t，分別包括17種化石能源以及電力和熱力CO2排放。兩者相差3.50%，誤差在5%以內(nèi)。因此，本研究所采用的CO2排放數(shù)據(jù)精度總體可接受。

2.2 新疆地級市CO2排放總體特征

2.2.1 新疆CO2排放部門相關(guān)性

新疆CO2直接排放占總排放的90.52%，其中能源排放占總排放的83.20%；工業(yè)能源排放最高，占比達73.70%。不同部門排放不僅存在差異，而且往往存在一定相關(guān)性，一定程度上反映了產(chǎn)業(yè)特點和產(chǎn)業(yè)間的關(guān)聯(lián)性。由圖1可知：服務(wù)業(yè)與城鎮(zhèn)生活相關(guān)性最高，其相關(guān)系數(shù)達0.931 3，且非常顯著（p<0.01）；與工業(yè)過程也顯著相關(guān)，與其他部分排放均不相關(guān)。這說明城鎮(zhèn)生活水平的提高導致服務(wù)業(yè)排放的增加。工業(yè)與城鎮(zhèn)生活、服務(wù)業(yè)的相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)分別為0.690 9、0.659 2，且較為顯著（p<0.05），但與工業(yè)過程相關(guān)系數(shù)僅為0.429 6，且并不顯著。農(nóng)業(yè)與工業(yè)過程、交通、農(nóng)村生活較為相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.562 3、0.553 6、0.533 2，且較為顯著（p<0.05）。工業(yè)過程除了與工業(yè)不顯著相關(guān)外，與其他部門相關(guān)系數(shù)卻更大，其中與交通、服務(wù)業(yè)和農(nóng)業(yè)的相關(guān)系數(shù)分別為0.692 1、0.599 8、0.562 3，均比較顯著（p<0.05）。新疆工業(yè)主要以化石能源開采、加工轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)為主，金屬、設(shè)備、汽車等制造業(yè)比重很小，因而工業(yè)對水泥、石灰和鋼鐵生產(chǎn)過程為主的排放影響并不顯著，但新疆地級市間交通距離遠，由交通運輸?shù)确?wù)業(yè)導致建筑業(yè)的發(fā)展，對工業(yè)過程排放的影響往往更為顯著。間接排放與其他部門排放相關(guān)性最弱，且均不顯著。這也說明了新疆電力資源豐富，主要是外輸電力。交通僅與農(nóng)業(yè)、工業(yè)過程較為顯著相關(guān)。這一定程度說明，特色農(nóng)產(chǎn)品、建材、石油等工業(yè)產(chǎn)品的運輸需求催生了交通部門較高的排放。

2.2.2 新疆區(qū)域CO2總排放特征

（1）地級市累計總排放特征。圖2顯示了新疆地級市累積CO2總排放及相應的地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）、人口、土地面積的累積量。從圖2中可以看出，CO2排放累積曲線位于最上面，說明CO2排放的集聚性要高于其他要素，即存在一定數(shù)量的地級市，其CO2排放在新疆的占比要明顯高于其GDP、人口、土地面積的占比。這說明排放量較大的地級市整體CO2排放效率不高。CO2總排放量排名靠前的地級市是新疆CO2排放控制和減排的重點，相比全疆平均水平，存在較大改進空間和減排潛力。

（2）地級市總碳排放統(tǒng)計特征。從圖3可見，地級市的年總排放基本都在6 000萬t以下，而且絕大多數(shù)都位于2 000萬t以下，新疆地級行政單位總排放的平均水平為1 873萬t，150—2 000萬t這一區(qū)間的地級市相對較多。

（3）不同類型地級市CO2總排放統(tǒng)計特征。基于新疆地級市的第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值占地區(qū)生產(chǎn)總值比例對地級市分類，第二產(chǎn)業(yè)占比超過50%的為工業(yè)型地級市，第三產(chǎn)業(yè)占比超過50%的為服務(wù)業(yè)型地級市，均未超過50%的為其他類型地級市。由圖4可知，新疆服務(wù)業(yè)型地級市數(shù)量僅2個，即烏魯木齊市和克孜勒蘇柯爾克孜自治州，其平均排放水平最高（均值為2 732萬t），同時排放的離散程度也最高。工業(yè)型地級市4個，整體排放水平略低于服務(wù)業(yè)型地級市，均值為2 462萬t。其他類型地級市9個，整體排放水平最低（平均值為1 420萬t），標準方差最小（1 422.23）。若從人均排放角度看，工業(yè)型地級市人均排放最高（36.20 t/人），遠高于其他類型（10.86 t/人）和服務(wù)業(yè)型地級市（10.19 t/人）。

其次，不同人口規(guī)模分類下地級市總排放特征。新疆地級市隨著人口規(guī)模的下降，地區(qū)CO2總排放水平（中位數(shù)）呈下降趨勢（見圖5）。總?cè)丝凇?00萬且<500萬的地級市共有8個，排放均值為2 205萬t，其排放分布的離散程度高于人口<50萬的地級市，但低于總?cè)丝凇?0萬且<100萬的地級市。總?cè)丝凇?0萬且<100萬的地級市共有5個，其排放均值為1 676萬t，排放分布的離散程度最高，而且其排放部分主要集中在低值區(qū)域。總?cè)丝?lt;50的地級市共有2個，其排放均值為1 034萬t，排放分布的離散程度最低。若從人均排放角度看，人口規(guī)模越大的地級市人均排放依次遞減，分別為25.89 t/人、23.98 t/人、11.41 t/人。

2.3 新疆CO2直接排放空間分布特征

新疆整體CO2直接排放空間格局的特點是總體分散，局部集中，基本沿著天山分為南部和北部，北部地區(qū)高于南部地區(qū)；北部的天山北坡經(jīng)濟帶、伊犁河谷地區(qū)相對集中，南部的環(huán)塔里木盆地西北部連接成片，其CO2排放明顯高于其他地區(qū)。新疆CO2排放明顯受城市活動和交通活動的影響，網(wǎng)格排放高值區(qū)域都是以烏魯木齊市、克拉瑪依市等城市為核心的區(qū)域。天山北坡經(jīng)濟帶、伊犁河谷地區(qū)、環(huán)塔里木盆地西北部是新疆CO2排放空間格局的重點地區(qū)。

烏魯木齊市、石河子市等天山南北坡城市分布著大量的開發(fā)區(qū)，其中國家級開發(fā)區(qū)包括烏魯木齊經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、石河子經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、庫爾勒經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、奎屯-獨山子經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，其工業(yè)比重較高，其產(chǎn)值比重甚至超過50%[22]。開發(fā)區(qū)、重點企業(yè)相對密集、能源燃燒CO2排放強度較大，是新疆重點城市及其周邊區(qū)域成為新疆CO2排放熱點地區(qū)的主要原因。另外，新疆綠洲城市間交通距離較遠，因此，總體上碳排放集中區(qū)主要由主干交通線“串聯(lián)”起來。

2.3.1 天山北坡經(jīng)濟帶CO2直接排放

根據(jù)國務(wù)院2012年批復的《天山北坡經(jīng)濟帶發(fā)展規(guī)劃》可知，天山北坡經(jīng)濟帶涉及9個地區(qū)，32個縣市（師）；其情況見表1。烏魯木齊市、克拉瑪依市、昌吉市、石河子市等重點城市是排放的熱點地區(qū)，例如：克拉瑪依市人均CO2排放超過38 t，單位平方公里CO2排放超過1 947 t，而其單位平方公里建成區(qū)排放高達26萬t。而這些高排放網(wǎng)格基本都集中在城市及其周邊地區(qū)。烏魯木齊市是整個地區(qū)的排放中心，其網(wǎng)格排放水平不僅高，而且空間上較為集中。

2.3.2 環(huán)塔里木盆地CO2直接排放

環(huán)塔里木盆地區(qū)域地處南疆，分布著中國最大的沙漠，其石油、天然氣等自然資源豐富，但生態(tài)環(huán)境非常脆弱，受氣候變化的影響異常顯著。根據(jù)年鑒可知，南疆年平均氣溫由2012年的7.4℃凸增為2014年的12.6℃，而年平均降水量由218 mm銳減到70.7 mm。區(qū)域內(nèi)分布著南疆五地州，是新疆最為落后的少數(shù)民族集聚區(qū)。該區(qū)域面積占全疆60%之多，2012年人口占比近50%，少數(shù)民族人口占比超65%；地區(qū)生產(chǎn)總值占比不到30%。該區(qū)域的低碳發(fā)展對全疆乃至全國將有著特殊而重要的意義。

環(huán)塔里木盆地區(qū)域碳排放主要集中在阿克蘇地區(qū)、巴音郭楞蒙古自治州和喀什地區(qū)，和田地區(qū)和克孜勒蘇柯爾克孜自治州CO2排放最少。重點城市庫爾勒市、阿克蘇市、喀什市等地都是排放的相對熱點地區(qū)，例如，巴音郭楞蒙古自治州CO2總量占該區(qū)域近30%，人均排放超過10 t。而這些相對高排放網(wǎng)格也主要集中在城市及其周邊地區(qū)。庫爾勒市是整個地區(qū)的排放中心，其網(wǎng)格排放水平高且集中（見表2）。

注：①本表未包括石河子市、五家渠市之外的兵團農(nóng)業(yè)師。②天山北坡經(jīng)濟帶涵蓋烏魯木齊市、克拉瑪依市、吐魯番地區(qū)三個地級單位全境，以及其他地區(qū)的部分縣市。③所涉及地級區(qū)域部分縣市的CO2排放數(shù)據(jù)引自文獻[13]。④五家渠市CO2數(shù)據(jù)為規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)能源消費CO2排放，是按國家科委氣候變化項目研究中擬定的參數(shù)值0.726 tc/t進行折算的，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團統(tǒng)計年鑒2013》。

2.3.3 伊犁河谷CO2直接排放

伊犁河谷多個縣市是天山北坡經(jīng)濟帶中的重點城市。根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)主體功能區(qū)規(guī)劃》可知，伊寧市、伊寧縣的吉里于孜鎮(zhèn)、察布查爾縣的察布查爾鎮(zhèn)、霍城縣的水定鎮(zhèn)與霍爾果斯經(jīng)濟開發(fā)區(qū)是國家重點開發(fā)區(qū)。而且，伊犁州的首府和伊犁河谷核心城市——伊寧市是全國的新型城鎮(zhèn)化試點城市，“綠色低碳”是其重要議題。伊犁河谷地區(qū)碳排放主要集中在伊寧市、霍城縣和伊寧縣，其他縣CO2排放較少。這些相對高排放網(wǎng)格也主要集中在城市及其周邊地區(qū)。伊寧市是整個地區(qū)的排放中心（見表3）。

2.3.4 絲綢之路沿線地區(qū)CO2直接排放

氣候變遷影響“絲綢之路”之興衰[23]。在新的歷史背景下，應對氣候變化，“綠色低碳”發(fā)展將關(guān)乎“一帶一路”國家戰(zhàn)略的可持續(xù)推進[24-25]。據(jù)資料可知，絲綢之路經(jīng)濟帶新疆段總體上有北、中、南三個通道[26]，基本上貫穿了新疆所有的重點區(qū)域和核心城市，其通道途徑縣市的協(xié)同低碳化發(fā)展將對全疆，乃至“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展具有全局意義。

注：鐵門關(guān)市為新疆維吾爾自治區(qū)直轄縣級市，于2012年12月29日掛牌成立，位于環(huán)塔里木盆地區(qū)域，上表數(shù)據(jù)均未包含該市。阿拉爾市、圖木舒克市土地和人口數(shù)據(jù)來自《新疆統(tǒng)計年鑒2013》，地區(qū)生產(chǎn)總值、綜合能源數(shù)據(jù)來自《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團統(tǒng)計年鑒2013》。阿拉爾市、圖木舒克市碳排放為規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)能源消費CO2排放數(shù)據(jù)，是按國家科技部氣候變化項目研究中擬定的參數(shù)值0.726 0 tc/t進行折算的。

注：以上未包括轄區(qū)的兵團。2014年6月26日，國務(wù)院正式批準同意新疆維吾爾自治區(qū)設(shè)立縣級霍爾果斯市；表中均未包含霍爾果斯市數(shù)據(jù)。根據(jù)文獻[13]的計算結(jié)果可得奎屯市CO2排放245.96萬t；本表CO2排放數(shù)據(jù)扣除了這一數(shù)值。

中通道的碳排放最高。該通道基本是沿著天山北坡和南坡，沿哈密市，經(jīng)烏魯木齊市、昌吉市、石河子市、奎屯市、精河縣向西，一路從阿拉山口口岸出境，一路經(jīng)伊寧市，從察布查爾錫伯自治縣的都拉塔口岸、霍城縣的霍爾果斯口岸以及昭蘇縣的木扎爾特口岸進入哈薩克斯坦，其主干線與天山北坡經(jīng)濟帶多數(shù)城市相重疊。其支線從哈密市進入，沿吐魯番市、庫爾勒市、阿克蘇市，向西經(jīng)烏什縣通過別迭里口岸（待開放）進入吉爾吉斯斯坦，向南過阿圖什市，然后經(jīng)烏恰縣的伊爾克什坦和吐爾尕特口岸進入吉爾吉斯斯坦，與環(huán)塔里木盆地西北部區(qū)域重疊。

北通道碳排放其次。從伊吾縣進入，沿巴里坤縣、富蘊縣、北屯市、阿勒泰市，向北從布爾津縣過吉克普林口岸（待開放）到俄羅斯，與天山北坡經(jīng)濟帶有少部分重疊，其途徑縣市排放較少。但北通道支線經(jīng)克拉瑪依市、塔城市（巴克圖口岸），其碳排放相對較高。

南通道碳排放最低。從格爾木市進入若羌縣后，經(jīng)且末縣、和田市、莎車縣、喀什市、塔什庫爾干塔吉克自治縣，從紅其拉甫和卡拉蘇口岸進入巴基斯坦和塔吉克斯坦，其中喀什市的碳排放相對較高。

3 結(jié)論與討論

基于“自下而上”的空間化方法建立的CHRED在新疆地級市CO2排放清單建立和區(qū)域空間分析方面較為適用。本研究主要結(jié)論如下：①新疆CO2排放空間差異顯著，其排放較大的地級市整體效率不高，將是減排的重點區(qū)。天山北坡經(jīng)濟帶主要城市是排放的熱點地區(qū)，其他地區(qū)相對較低。全疆排名前8的地級市總排放占比均大于其GDP、人口、土地面積的占比。因而，排放較大地區(qū)減排的潛力相對較大。②工業(yè)化、城鎮(zhèn)化是新疆CO2排放的重要影響因素，將是減排的著力點。工業(yè)CO2排放比重最高，工業(yè)型地級市CO2總排放和人均排放均非常高，而且工業(yè)與城鎮(zhèn)生活、服務(wù)業(yè)排放的相關(guān)性均較高。因此，低碳工業(yè)化和城鎮(zhèn)化將是低碳發(fā)展的重要路徑。③省際生態(tài)補償和碳排放指標分配時應適度考慮能源輸出引致較高CO2排放的特情。新疆各地級市的間接排放與其他部門排放均不相關(guān)。這與國家能源戰(zhàn)略基地的定位和電力等能源輸出比較高的現(xiàn)實基本一致。因此，在未來省際生態(tài)補償和碳排放指標分配時，應酌情考慮這一實際情況。

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