福州都市圈碳排放時空格局演變及其驅動因素分析

關鍵詞： 碳排放；kaya 公式；灰關聯；產業結構；福州都市圈

中圖分類號： F061.5 文獻標志碼： A 文章編號： 1673?5617 （2024） 01?0038?08

“雙碳”問題是我國新發展時期與新格局下的熱點與關鍵，不僅涉及我國所作出的重大承諾，還指向新的發展模式與格局，對地方創新驅動及轉型發展意義重大。以《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》為代表的一系列黨中央重要文件多次強調了“碳達峰、碳中和”的重要性。碳排放是研究雙碳問題的重要指標之一，都市圈是我國區域發展的重大項目，進行都市圈碳排放問題的相關研究，有助于圈內城市合理健康可持續發展。

國內外對都市圈發展過程中碳排放的變化及影響因素研究方向有所不同。就目前有關區域碳排放研究而言，國外相關研究主要集中于經濟與能源領域對碳排放的影響。如Jung等[1]以美國大都市區為研究對象，分析得出人口、GDP等指標和中心城市數量、空間布局等因素對美國大都市區碳排放的影響。Fujia等[2]對眾多城市碳排放與經濟增長關系的研究，認為城市碳排放與城市經濟增長之間存在反向變化關系。Haakman等[3]對Randstad和Rhine-Ruhr地區交通碳排放進行研究，并從地方政策角度提出建議。國內大多數成果聚焦于結合某一影響因素或角度探究省域等尺度的碳排放研究，如張騰飛等[4]基于城鎮化率的碳排放研究，朱勤等[5]基于居民消費結構的碳排放分析，以及馬大來等[6]對省際碳排放效率的研究，但研究具體地區的碳排放時空格局的案例較少，且現有研究主要集中于定量分析某個或某些影響因素，基于空間格局與時空演變并進行多因素的相關研究較少見。在都市圈相關研究方面，中國目前擁有34個都市圈，眾多學者對中國都市圈以及基于城市群的碳排放與產業結構聯系的研究積累了豐富經驗。如王騰飛等[7]以膠東半島為例，提出打造以青島為中心的國家級都市圈的構想；翟丙英等[8]指出產業結構對于人均碳排放量的影響，并提出未來的城市群發展應優化產業結構，重點發展第三產業；陳陽[9]則提出產業結構調整對經濟增長起決定性作用，也對產業系統綠色發展效率的提升有著重要影響；而鞏雪嬌[10]更是提出，由于黃河“幾”彎都市圈產業結構單一且主導產業大多為能源化工產業，造成了環境污染與資源浪費，提高了碳排放總量與能耗；此外，Wang等[11]在對中國臺灣地區臺北都市圈的碳排放研究中，結合城市規劃，認為土地利用活動與城市形態變化對城市碳排放有密切聯系。由此可見，研究地區碳排放的關鍵影響因素有助于指導該地未來發展模式的優化改革，為地區產業結構、經濟結構、能源結構等的調整提供借鑒。

近年來國內有關城市群碳排放的研究主要側重于已形成或趨于成熟的地區作為樣本，如河北省、京津冀城市群、鄭州都市圈、河西走廊地區等[12?15]。福州都市圈位于福建省東北部、臺灣海峽西岸沿岸，是2021年批復的國家級都市圈。其發展規劃定位將創新走廊構建、綠色協同發展作為重點，規劃提到的“推進生態環境共防共治，構建城市間綠色隔離和生態廊道”給予了該圈創新、協調、綠色、開放、共享的發展導向。對其發展歷程與現狀進行研究與探索，進而對福州都市圈碳排放結構進行合理的優化，加快實現“碳達峰、碳中和”，有著顯著的現實意義與政策啟示作用。作為新近批復的都市圈，福州都市圈概念提出時間晚且區域范圍較小，屬于一個相對新穎的研究區域，與福州都市圈碳排放相關的文獻資料較為匱乏。然而由于其地理位置特殊，該都市圈的發展有助于推動海西經濟圈乃至東南地區經濟合理發展，因而本文選取福州都市圈為研究區域，利用都市圈范圍內各縣市區歷年產業結構方面的碳排放數據，運用ArcGIS繪制多年碳排放時空格局演變圖，結合灰色關聯分析法及kaya公式等方法分析福州都市圈內碳排放體系的主要問題，并進一步研究都市圈碳排放主要來源，結合產業結構、人口規模、農產品生產量、經濟發展因素探討其驅動因素，旨在為福州都市圈綠色發展及我國都市圈碳排放合理控制等相關問題提供借鑒。

1研究區概況及數據來源

1.1福州都市圈概況

2021年5月，國家發展改革委正式批復同意福州都市圈發展規劃，使得福州都市圈成為第二個國家級都市圈[16]。該都市圈的發展建設貫徹習近平總書記“山海聯合、優勢互補、相互輻射、共同騰飛”的發展理念，堅持深化山海協作，推動城鄉統籌，加快解決發展不平衡不充分的問題。福州都市圈位于福建省東北部、臺灣海峽西岸沿岸，以福州為中心，包括莆田、平潭綜合實驗區全域，以及寧德市蕉城區、福安市、霞浦縣、古田縣，南平市建甌市的部分地區、延平區、建陽區。都市圈陸域面積2.6萬km2，2020年常住總人口約1300萬人，地區生產總值約1.5萬億元，分別占福建省的21.5%、33.5%和34.5%，區域現以第三產業為主導產業，規劃以基礎設施、產業與創新、公共服務、生態環保等領域協同為重點，至2025年形成現代產業體系格局，通過不斷提高能源資源利用效率，逐步建成我國東部沿海地區高質量發展示范區[4]。在都市圈中，有生態環境保護較好的鄉村，也有產業發達的城市。都市圈內城鄉協同發展必將加速區域內城鄉融合的進程，也必然會改變區域整體產業布局等影響碳排放的因素，進而影響區域內碳排放與創新綠色發展路徑。

1.2數據來源及處理

本文運用的福州都市圈各縣市區碳排放數據來源于中國碳排放數據庫（CEADS），運用ArcGIS繪制多年碳排放時空格局演變圖，結合灰色關聯分析法及kaya公式等方法分析了福州都市圈內碳排放體系的主要問題，并進一步研究了都市圈碳排放主要來源，結合產業結構、人口規模、農產品生產量、經濟發展因素探討其驅動因素。而驅動因素中三次產業占比、人口規模、農產品生產量、工業產值、消費品零售總額等數據來源于《福建省統計年鑒》及各地方統計年鑒。由于2020年碳排放數據庫未更新，利用2017年數據進行平滑預測，近似得到2020年都市圈碳排放相關數據，構建影響因素指標體系（表1），用以研究2020年都市圈碳排放格局及相關因素，具體包括如下：（1）選用人均GDP、農產品生產量、工業產值、社會消費品零售總額測度經濟發展水平；（2）選用人口規模測度人口分布狀況；（3）選用第一、二、三產業占比測度產業結構。

2福州都市圈碳排放時空格局分析

2.1都市圈碳排放總量的時間序列分析

根據福州都市圈碳排放總量的年變化圖可知（圖1），都市圈范圍內城市在2001—2020年內，碳排放保持波動上升趨勢，并逐漸趨于平緩。總體上，都市圈碳排放總量年際變化可大致分為2個階段：2001—2011年的快速增長期，以及2012—2020年的波動調整期。在第一階段，自2002年起福州都市圈的碳排放水平呈顯著提升趨勢，由2002年的1.03萬t增至2011年2.84萬t，年均增速達10.1%，這一階段，福建省總體經濟發展較快，碳排放量迅速增加，而福州都市圈內的縣市區也進入了快速發展時期，鄉鎮企業、運輸行業的高速發展帶動碳排放總量的大幅提升。自2012年起，都市圈碳排放總量進入波動調整期，平均維持在2.96萬t左右，增速則顯著下降，年均增速為4.15%左右，其中在2015年還出現了明顯降低的情況。在“十二五”期間，福建省政府下達了關于環境治理與排放管理相關的政策，有效遏制了碳排放水平上升速度，同時，能源結構也進行了積極的調整。尤其是自2014年起，福建核能開始大規模使用，降低了化石能源的比重，使得省內生產生活造成的碳排放情況有了改觀。

2.2都市圈碳排放空間格局及其演化

結合福州都市圈碳排放數據，利用ArcGIS自然斷裂法繪制福州都市圈碳排放格局演變圖（圖2）。為便于分析，仍將碳排放量發展階段分為快速增長期（2001—2011）及波動調整期（2012—2020）。

由都市圈碳排放空間格局演變情況可知（圖2），在研究初始階段（2001年），福州都市圈碳排放以福清市為高值區，福州市晉安區以及福清市北部毗鄰的長樂區、閩侯縣為中高值區域，中值區分布在福州市倉山區、連江縣以及莆田市等圍繞中高值區的地區，而中低值與低值區則分別分布于建陽區、霞浦縣、永泰縣、平潭縣以及建甌市、古田縣、閩清縣等外圍地區。而后都市圈碳排放進入快速增長期，期間其碳排放空間格局有所變化，高值及中高值區域明顯增加，2011年高值區增加了長樂區、閩侯縣，而中高值區范圍除原本晉安區外，擴大到莆田市仙游縣、涵江區、荔城區以及連江縣、福安市、延平區等部分原中值區地區。中值區則基本維持原有的分布規律，除去轉為中高值區的地區，還包含秀嶼區和蕉城區。進入波動調整期（2011—2020年）后，都市圈內碳排放格局保持相對穩定。相較于2011年前高值區擴大的趨勢，2020年圈內地區碳排放格局有了一定的改善。高值區只有福清市，中高值區范圍縮減至仙游縣、秀嶼區、閩侯縣和長樂區，其余地區均為碳排放中值、中低值及低值區域。

總體上看，整體碳排放格局有所好轉，但碳排放總量依然在增加。福州都市圈內部存在一個碳排放核心，呈現由沿海向內陸遞減的趨勢。都市圈碳排放高值區核心位于都市圈東南區域，集中于福清、閩侯、長樂一帶，體現出區域碳排放分布與各城市產業結構密切相關，區域內第二產業占比高的則碳排放量相對而言亦較高。其中，福清市多年來一直是都市圈碳排放的高值區域，這與其多年來以港區經濟、工業經濟為主導的產業結構有關。碳排放中值區域多年間有所變化，但總體上集中于莆田市周邊及福州市連江區等靠近高值區的地區，而碳排放總量相對較低的區域則集中于區域外圍遠離高值區的地區，以永泰、平潭和霞浦為主要縣區，這與縣區內較好的生態環境及第三產業為主的產業結構有關，也與地方開發的時間總體較短有關[17]。

3福州都市圈碳排放驅動因素分析

在研究某地碳排放量變化的影響因素時，往往會聚焦到某個或某些要素上，例如GDP、人口、產業、能源消費結構等方面[18]。本文借鑒kaya公式，利用灰關聯分析法定量分析福州都市圈碳排放量主要影響因素。Kaya公式是由日本YoichiKaya教授于1989年提出，將經濟、政策、人口等因素與人類活動產生的CO2聯系起來，并從中發現不同影響因素對碳排放的不同影響力[19]。結合Kaya公式，本文主要探討經濟發展、產業結構、人口規模等因素對區域碳排放量的影響，分別以各區域人均GDP與常住人口總量、三次產業比重來表征各地區經濟發展水平、人口分布狀況與產業結構，以農產品生產量、工業產值、社會消費品零售總額表征三次產業發展狀況，在數據無量綱化的基礎上，利用灰色關聯分析法試圖分析都市圈碳排放的主要驅動因素（表2）。

由表2可知，2001年，都市圈碳排放影響因素中，人口規模是影響力最大的因素，相關系數達0.96，而人均GDP、社會消費品零售總額等因素次之，相關系數分別為0.75、0.69，工業產值、第三產業占比、農產品生產量、第二產業占比和第一產業占比分列其后。2011年碳排放影響因素中，人口依舊是影響最大的因素，但較2001年有所下降，相關系數為0.86，第二產業占比、工業產值、人均GDP、第一產業占比、農產品生產量、第三產業占比和社會消費品零售總額分列其后。2020年，都市圈碳排放影響因素中第三產業占比成為影響力最大的因素，關聯系數高達0.86，農產品生產量、人口、第二產業占比、工業產值、第一產業占比、人均GDP、社會消費品零售總額次之，關聯系數分別為0.71、0.67、0.49、0.40、0.37、0.37、0.35。

總體上，在2001—2020年的福州都市圈各年碳排放驅動因素關聯度最大的且次數最多的為區域人口規模，關聯系數高達0.85；而經濟發展指標影響力居次，人均GDP、農產品生產量、工業產值、消費品零售總額等指標分列第二至第五位。由驅動因素關聯系數的演變可知，快速增長期（2001—2011年）內，所選指標與碳排放的關聯度總體保持上升，第二產業與人口總量與碳排放的關聯度呈明顯上升趨勢；波動調整期（2012—2020年）內，都市圈碳排放增速放緩，各指標與碳排放的關聯度趨于平穩。由此可見，各項指標中“區域人口規?！币蛩貙ΩＶ荻际腥μ寂欧庞绊懽顬槊黠@。因此，在2001—2020年的福州都市圈碳排放中，不斷增加的區域人口規模和農產品生產量是導致碳排放上升的主要因素，而經濟發展與產業結構則一直對區域碳排放有著重要影響。

綜上所述，人口是影響都市圈碳排放最明顯的關鍵要素。2001—2020年區間內，人口對于都市圈碳排放的影響常年位居高位。結合現有文獻可知，觀察“主要年份福州都市圈碳排放空間格局”（圖2），對比都市圈人口密度，可以發現人口密度最高的福州市區碳排放低于地域周邊地區，而人口密度較福州市低的莆田市等地碳排放較高，表明都市圈內各城市地區發展水平存在較大差異，有的縣市跨過了第一或第二臨界點，有的顯示仍處于發展起步階段[20]。因此實質上，相較于人口密度，經濟發展差異性在都市圈碳排放空間分布上的關聯性更大。

產業結構對都市圈碳排放的影響稍遜于人口規模，但是其變化也會左右碳排放情況。由表2可知，第一產業與第二產業在2001—2020年都市圈碳排放的占比中呈現以2009年為折點的先波動上升后波動下降的過程，而第三產業在經歷了2001—2008年的上升后也出現了波動下降的趨勢，但在2014年前后重新呈增長趨勢，并逐漸居于各大要素之首。在第一產業方面，農產品生產量對都市圈碳排放的影響僅次于人口因素。福州都市圈的農產品生產總量增長，且農作物播種面積減少，原因是農業機械化的發展，投入的生產要素增加了能源消耗，化肥使用成為農業碳源。農產品生產量的影響不是直接作用，其背后蘊含的是農業技術的提高導致的農業碳排放的增加。相較本文所選其他指標而言，第二產業在都市圈碳排放的貢獻度并不高，其在經濟結構中的占比與碳排放關聯度在2009年達到峰值（0.9381），同期全中國碳排放量躍居世界第一，全國正處于經濟高速發展階段。之后都市圈范圍內第二產業與碳排放關聯度波動下降，反映區域工業化水平較發達地區有較大差距。結合已有研究分析，都市圈產業結構的地域差異導致了二三產業過度集中于東部沿海發達地區，在導致了經濟發展不平衡的同時也影響到了地區碳排放重心的分布，使其徘徊在都市圈東南區域[21?22]。由此可以發現，經濟結構與能源結構是影響區域碳排放的重要因素。以工業為主導的傳統工業經濟模式在沒有改善能源結構的情況下就會持續高碳排放，經過產業結構調整或能源結構優化的地區碳排放情況就會得到改善。

經統計，經濟發展對都市圈碳排放的影響與人口指標相比較低。其中，人均GDP、社會消費品零售總額碳排放與工業產值、農產品生產量相比關聯度較低，僅2014年呈現與碳排放有明顯的關聯性。但根據一般規律，碳排放與經濟增長直接掛鉤?，F有研究表明，經濟發展和碳排放關系與人口和碳排放“N”型關系不同，隨著經濟發展和產業集聚的初步發展，碳排放會呈現降低趨勢；隨著經濟發展越過某一臨界點時，碳排放會隨著產業集聚發展而上升；越過第二臨界點后，碳排放會隨著產業結構的優化與清潔能源的普及而減少。因此，經濟發展作用于碳排放會呈現出地域差異性[23]。而在福州都市圈范圍內，則表現為經濟重心所在的福州地區碳排放量市中心較低，市區外圍較高，郊區較低。從福州各轄區經濟結構與發展情況來看，低碳排放的市中心包括鼓樓區、臺江區、以金融業商業及眾多第三產業集聚形成經濟組團等，其較為發達的經濟結構使區域碳排放水平維持較低水平；閩侯、福安、長樂等外圍地區以輕重工業區、產業園為經濟支柱，著重發展第二產業，貨物集散密集且能源消耗量大，伴有大量污染物排放，則會造成碳排放較高；福州轄區最外圍為閩清、永泰等以生態保護為主要職能的區縣，這些地區經濟以林業、旅游業為主導產業，其穩定的經濟結構、良好的生態與較低的人口使得地區碳排放量處于較低水平。而在整個福州都市圈范圍，不同地區碳排放水平的差異依然與地區經濟結構與發展水平的不同相關，并表現為上述規律。

4結論與建議

4.1主要結論

本文通過研究福州都市圈碳排放的時空格局演變，進而利用kaya公式以及灰色關聯分析法分析福州都市圈內碳排放的主要驅動因素，由此較為全面深入地分析福州都市圈碳排放時空格局及其驅動因素，得到主要結論如下：（1）在碳排放的時間序列分析方面，本文發現福州都市圈內大致分為快速增長期（2001—2011年）和波動調整期（2011—2020年），其中高速增長時期（2001—2011年）碳排放量開始逐年增加，歷年的增加量也開始平穩上升，但在波動調整期（2011—2020年），碳排放量雖然依然在上升，但總體速度減緩，歷年的增加量大幅減少乃至下降?？偟膩碚f，2001—2020年的福州市都市圈碳排放量大致呈“S”型增長并仍保持一定的增長態勢。（2）在碳排放的空間格局演化方面，空間格局由2001年的碳排放東南沿海單一高值核心向2010年碳排放高值區東部沿海條狀分布發展，截至2020年碳排放量呈現自東南向西北逐級遞減的環狀格局。由上述分析看，2001—2020年福州市都市圈周邊地區的碳排放格局在不斷改善，至2020年都市圈碳排放格局仍呈現自東南向西北遞減的格局，中高值區與高值區退居都市圈東南沿海，大體范圍包括以福清市為中心的福州部分區域以及莆田市大部分區域，而中值區范圍主要為福州市區以及寧德沿海環三都澳地區，其余中低值區多位于都市圈西北邊緣地區。但同時高值區和中高值區范圍趨于固定，需要針對重點區域進行進一步整治。（3）通過灰色關聯模型的分析可知，在2001—2020年的福州都市圈各年碳排放驅動因素關聯度最大的為區域人口規模，其次為農產品生產量與第三產業占比，最后為工業產值與消費品零售總額。由此可見，區域人口規模因素對福州都市圈碳排放影響最為明顯，而經濟結構與產業結構的地區差異性導致了都市圈碳排放地域差異。產業結構的調整將改變能源結構，其合理的優化將使區域碳排放水平進一步降低并維持在正常水平。

4.2討論

綜上，針對影響福州市都市圈最大的幾個因素：區域人口規模、第三產業占比、農產品生產量與工業產值，福州市都市圈應積極優化現有城市結構，緩解“強省會”政策下人口增加導致碳排放量增加的問題，同時避免城市化進程的無序發展導致大量人口涌入城市；整體可繼續降低第二產業比重，大力發展金融商貿、電子信息等第三產業，配合“強省會”戰略，使區域整體經濟越過第二臨界點，從而實現碳排放水平降低。具體如下：

（1）針對關聯度最大的驅動因素，即區域人口規模，福州都市圈的目標應是在未來將人口規模控制于一定的區間內，優化措施方向應為積極改善現有城市結構，緩解“強省會”政策下人口增加導致碳排放量增加的問題，同時避免城市化進程的無序發展導致大量人口涌入城市。在實際政策上，政府可以出臺福州都市圈內統一的城鄉規劃法，加快農村土地制度與戶籍制度改革的改革，將城鄉用地進行市場化整合，發掘工農用地成為服務城鄉產業功能區的潛力，促進城鄉生產要素的雙向流動，加快城市化發展以減少人口向現有市區的涌入。同時基于國土空間規劃這一背景，嚴格落實“多規合一”政策，促進農村文化建設，城鄉基礎設施和公共服務均等化，以及教育資源與醫療資源的共享化。

（2）針對第三產業占比與工業產值這2個驅動因素，福州都市圈的優化措施方向應為在整體上繼續降低第二產業比重，大力發展金融商貿、電子信息等第三產業，配合“強省會”戰略，使區域整體經濟越過第二臨界點，從而實現碳排放水平降低。都市圈內也要加快減少經濟產業地域差異性，西部落后地區可以承接由經濟發展較好的縣市經過產業升級后的剩余產業，因地制宜，依托于招商引資項目使產業集聚起步，以優厚福利吸引人才進駐，借助其豐富的發展經驗盡快實現由第一產業向二三產業的轉化，特別是在鄉村振興戰略的大背景下旅游產業的加速發展，進而使經濟邁入高速發展行列，及早進入碳排放后期階段。在實際政策上，可以學習國際主流方式，在碳交易權上效仿北京、上海、廣東等地，由人大出臺碳排放管理和碳排放權交易的相關法律法規，力求在更高的層面上，更加規范合理化地管理碳排放，也是為了配合“強省會”政策，避免產業集中帶來的碳排放強度無序上升。對于都市圈內所有高污染、高排放的企業應統籌推進節能監察，確保相關政策標準落實落地，嚴格工作責任，完善通報批評、用能預警、約談問責、整改督辦等工作機制，完善行業節能降碳監管體系。同時要發揮信用信息共享平臺作用，加強對違規企業的失信聯合懲罰，在區域產業結構優化的同時減少因產業結構變動造成的碳排放上升。最終培養一批結構優化、經濟效益好、資源消耗低、相互協調的區域產業。

（3）針對農產品生產量這一驅動因素，從實際上看，要控制的是農業發展過程中碳排放量的提高，所以優化措施方向應為對農業的發展做出整體規劃。應避免氮肥等生產過程中可能造成污染的肥料的使用，壓低農業中以柴油為動力的機械的使用比例，大力普及新技術農業機械，如無人機技術。應積極調動科研技術的力量，研究改善現有能源結構的方案，全面降低三次產業化石能源使用比重，逐步普及新型能源。統籌管理好都市圈內有限的資源與環境容量，同時注意實際政策與農業發展的協同，福州市都市圈應出臺相關規劃，引導都市圈內部農業的產業升級，向低碳、環保的方向發展。生態保護方面的法律也應加以完善，特別是關于福州都市圈內豐富的林業資源與城鎮綠地資源的保護利用與擴大，以保證碳吸收部分；出臺關于土地管理利用的法規，規劃利用都市圈內有限的農業土地資源，避免盲目擴張工業用地。

本文由于數據獲取渠道等限制，收集數據有較大難度，因此只對2001—2020年的部分數據指標進行分析，同時2018—2020年的福州市都市圈碳平均排放為加權預測法得出。另外在灰預測模型的構建中，缺少針對結果的驗證。在未來的研究中，若能擴大福州都市圈碳排放研究的時間跨度，結合“庫茲涅茨曲線”建立模型以預測福州都市圈地區碳排放量的拐點，給福州都市圈的整體發展提供更高效的行動路徑，在灰預測模型的構建中，針對結果進行驗證，便能讓研究結果更加完善。