基于STIRPAT模型的碳排放預(yù)測
——以連云港市為例

郭海兵 孟 晨

江蘇海洋大學(xué)理學(xué)院 江蘇 連云港 222005

2020年12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會議明確提出做好碳達(dá)峰、碳中和工作，這是2021年八項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)之一。碳達(dá)峰是指二氧化碳排放量達(dá)到歷史最高值，然后經(jīng)歷平臺期進(jìn)入持續(xù)下降的過程，標(biāo)志著碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)脫鉤。所謂碳中和是指某個(gè)地區(qū)在一定時(shí)間內(nèi)（一般指一年）人為活動直接和間接排放的二氧化碳，與其通過植樹造林等吸收的二氧化碳相互抵消，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“凈零排放”[1]。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 碳排放測算方法

由于目前缺乏對碳排放數(shù)據(jù)的直接獲取方法，這里采用IPCC在其《國家溫室氣體排放清單指南》中使用的碳排放系數(shù)測量算法，根據(jù)能源消耗和碳排放系數(shù)來估計(jì)碳排放總量，如下所示：

表1 各類能源的轉(zhuǎn)化數(shù)值與碳排放系數(shù)

1.2 碳排放驅(qū)動因素分解方法

影響碳排放因素有很多，綜合各個(gè)文獻(xiàn)，主要?dú)w納為經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，人口規(guī)模等。LMDI模型是一種用于解析能源消費(fèi)變化的方法。它可以將能源消費(fèi)的變化分解為多個(gè)因素的貢獻(xiàn)度，從而幫助人們更好地了解和解決能源消費(fèi)問題。這里采用LMDI模型分析這幾個(gè)因素對于連云港市碳排放的影響。

其中，i表示能源種類，j表示不同產(chǎn)業(yè)或居民消耗類型。由于不同種類能源對應(yīng)的碳排放系數(shù)不變，所以本位假設(shè)碳排放系數(shù)U給碳排放總量帶來的變化為0。表2給出了各國變量的定義。

表2 LMDI模型變量定義表

下面我們帶入連云港市2010-2019年數(shù)據(jù)對照以上公式算出各個(gè)因素影響程度的大小，結(jié)果如表3所示。

表3 連云港市2010-2019年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

由于2011年碳排放數(shù)據(jù)與2010年數(shù)據(jù)相差不大，所以造成2011年數(shù)據(jù)偏大。但總的來說數(shù)據(jù)符合實(shí)際。人口規(guī)模與碳排放呈正相關(guān)，人口規(guī)模越大，碳排放量越大。但從數(shù)據(jù)上來人口規(guī)模造成的影響較小，從整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展來看，隨著人口老齡化加劇，將會造成大的潛在威脅。能源強(qiáng)度與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平密切相關(guān)，能源強(qiáng)度越小代表技術(shù)水平越高，碳排放量越少。從整個(gè)樣本期來看，能源強(qiáng)度效應(yīng)為正，表明單位產(chǎn)值的能耗仍然較高，整體生產(chǎn)技術(shù)水平還需要提高。從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)上來看，它的影響最大，煤炭占比越高，碳排放量越大，所以要想早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，就要進(jìn)一步優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，切實(shí)減少化石能源消費(fèi)比例，加快能源的發(fā)展。經(jīng)濟(jì)活動效應(yīng)反映的是經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大對碳排放變化的作用情況，從樣本數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)濟(jì)活動與碳排放呈正相關(guān)且影響巨大，連云港市要想早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，需早日拓寬經(jīng)濟(jì)來源渠道。

1.3 碳排放預(yù)測模型選擇

為了預(yù)測未來碳排放趨勢，我們建立碳排放的預(yù)測模型，以制定長期的碳排放控制和減排計(jì)劃。這里采用STIRPAT模型。STIRPAT模型通過因素對環(huán)境的影響進(jìn)行定量分析，找出主要的影響因素，并對其進(jìn)行針對性的調(diào)整和管理，從而達(dá)到降低環(huán)境壓力、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的目的，是一個(gè)用于分析人類活動對環(huán)境影響的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

公式如下：

C是指碳排放量，Q是指人均GDP，P是指人口規(guī)模，I是指能源強(qiáng)度，M是指能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，這些都是表格二提到的相關(guān)變量。a表示常系數(shù)，s表示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也就是第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)出占總經(jīng)濟(jì)之比，Ur表示城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝谥?，e表示標(biāo)準(zhǔn)誤差。計(jì)算結(jié)果如下表。

從表4可以看出，這幾個(gè)變量之間存在著嚴(yán)重的多重共線性。OLS不能基于STIRPAT模型給出穩(wěn)定的回歸方程。為了克服因素本身存在的相關(guān)性問題，采用嶺回歸的辦法，以犧牲掉部分?jǐn)M合精度，來獲取更符合實(shí)際情況的系數(shù)。通過觀察嶺跡圖，以方差擴(kuò)大因子法得K=0.181作為參數(shù)，得到方程如下：

表4 普通最小二乘回歸結(jié)果

圖1 嶺跡圖

圖2 實(shí)際值與預(yù)測值的碳排放對比

1.4 不同場景下的連云港市碳排放趨勢預(yù)測

基于國家發(fā)展和改革委員會能源研究所的情景設(shè)置作為參考方法：通過估計(jì)人口規(guī)模、人均GDP，城市化水平等眾多影響因素設(shè)置了三種場景：高速、中速和低速，報(bào)告的基準(zhǔn)年為2019年，估計(jì)連云港市2020年到2050年的二氧化碳排放量。具體設(shè)置見表5。

表5 不同減排情景的相關(guān)設(shè)置

根據(jù)設(shè)定的情景，結(jié)合STIRPAT模型，對連云港市2020-2050碳排放進(jìn)行預(yù)測。

從圖3可以看出，連云港市在常規(guī)的情景下大約在2035年前迎來碳排放的最大值。從碳達(dá)峰時(shí)間來看，高速發(fā)展模式下，將會在2030年達(dá)到碳達(dá)峰，其后的減排速率也是三種模式中最快的。低速發(fā)展模式下，將會在2040年達(dá)到峰值，其后的減排速率也是最慢。中速模式位于二者之間，將會在2035年左右達(dá)到峰值，減排速率相較于低速快，但也遠(yuǎn)慢于高速。高速模式也就是GDP高速增長，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，在連云港市后期工業(yè)發(fā)展情況中，經(jīng)濟(jì)增長不會造成碳排放的增加，對于連云港市的碳排放也能很好控制。低速模式也就是低經(jīng)濟(jì)增長，高碳排放。這將導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)和社會增長放緩，能源消費(fèi)強(qiáng)度和技術(shù)水平停滯，人口增長緩慢，經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重失衡，二氧化碳排放難以控制。而中期發(fā)展模式處于這兩種之間。因此，高速發(fā)展規(guī)劃最適合連云港市的發(fā)展形勢。它不僅可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，還可以控制社會碳排放[2]。

圖3 連云港市不同情景下的碳排放

2 對策建議

提高對綠色低碳發(fā)展意識、適當(dāng)管理人口增長。連云港市應(yīng)該搞好上層意識，推動綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展，將低碳生活意識切實(shí)貫行到生活中去。人口的增長對于碳排放影響是顯著的，連云港市應(yīng)在響應(yīng)國家政策的基礎(chǔ)上，做好長期規(guī)劃并負(fù)擔(dān)起監(jiān)督的職責(zé)，以促進(jìn)人口平穩(wěn)增長。

推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級。連云港市作為一個(gè)以重工業(yè)發(fā)展為主的城市，能源結(jié)構(gòu)對于碳排放起著舉足輕重的效果。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)多以煤炭，焦炭為主，應(yīng)加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造升級，促進(jìn)第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動清潔能源的利用，激發(fā)經(jīng)濟(jì)增長新動能。

加大節(jié)能減排科技投入，突出重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新。聚焦連云港優(yōu)勢主導(dǎo)業(yè)，加強(qiáng)國際協(xié)作。實(shí)現(xiàn)連云港的產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)體系，促進(jìn)碳利用[3]。

3 結(jié)語

碳達(dá)峰與碳中和緊密相連，碳達(dá)峰是二氧化碳排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點(diǎn)。達(dá)峰時(shí)間的早晚和峰值的高低直接影響碳中和實(shí)現(xiàn)的時(shí)長和實(shí)現(xiàn)的難度。預(yù)測碳達(dá)峰的時(shí)間和速度對于氣候變化很有意義。選擇研究碳排放對象則需要考慮多方面因素，如數(shù)據(jù)可獲得性、區(qū)域代表性、政策關(guān)注度等。在此條件下，我們選取了連云港市。通過對連云港市碳排放影響因素的研究，對該城市的碳排放管理和減排乃至對全國范圍內(nèi)的碳排放控制提供了參考價(jià)值。