黑龍江省“十三五”期間市域碳排放時(shí)空分布特征研究

關(guān)鍵詞：碳排放；空間相關(guān)性；碳強(qiáng)度

前言

氣候變化導(dǎo)致的自然領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響已成為各國(guó)共識(shí)。Global Carbon Project相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)作為碳排放量最大的國(guó)家，2020年碳排放占全球總量的30.7%。中國(guó)碳達(dá)峰目標(biāo)的提出宣告著節(jié)能減排的工作進(jìn)入目標(biāo)總量的調(diào)控期。黑龍江省作為全國(guó)性的重工業(yè)基地和商品糧主產(chǎn)區(qū)，面臨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)體系的綠色現(xiàn)代化、城鎮(zhèn)化水平提升及重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面碳排放增長(zhǎng)的巨大壓力。

碳排放空間相關(guān)性以及空間分布特征的研究對(duì)于指導(dǎo)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)“雙碳”目標(biāo)意義重大。目前，在相關(guān)文獻(xiàn)中已有一定程度的研究，但多以省域視角的較大尺度開(kāi)展，市縣層面研究較少。王春基于河南省18個(gè)城市碳排放量的時(shí)空分布進(jìn)行研究，結(jié)果表明碳排放的空間分異主要驅(qū)動(dòng)因素為地區(qū)生產(chǎn)總值和社會(huì)消費(fèi)品零售總額。張雪華等對(duì)京津冀及其周邊地區(qū)能源碳排放的區(qū)域差異及其演變規(guī)律進(jìn)行探究，結(jié)果顯示出顯著的時(shí)空異質(zhì)性。劉杰等采用空間自相關(guān)、空間Markov鏈對(duì)華北地區(qū)市域視角碳排放空間分布特征進(jìn)行分析并探討城市間的聚集效應(yīng)并明確碳排放影響因素。為進(jìn)一步明確黑龍江省市域碳排放現(xiàn)狀、探尋未來(lái)減緩碳排放的潛在條件，此研究對(duì)“十三五”期間黑龍江省碳排放總量及碳排放強(qiáng)度時(shí)空變化特征及空間相關(guān)性進(jìn)行探究。

1研究區(qū)概況

黑龍江省位于東北亞區(qū)域腹地，南北跨約10個(gè)緯度，東西逾15個(gè)經(jīng)度，面積約46萬(wàn)km2，下轄12個(gè)地級(jí)市及一個(gè)地區(qū)。高緯度和冬季漫長(zhǎng)嚴(yán)寒的特殊地理氣候條件，使黑龍江省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)仍以高碳為主，煤炭占能源消費(fèi)總量的比例高于全國(guó)平均水平。目前，黑龍江省二氧化碳年排放量在國(guó)內(nèi)處于中游水平，碳強(qiáng)度高于全國(guó)平均水平。

2數(shù)據(jù)來(lái)源及分析方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

此研究碳排放相關(guān)數(shù)據(jù)，包括黑龍江省及各市地煤炭、油品及天然氣消費(fèi)數(shù)量、省級(jí)電力調(diào)入數(shù)據(jù)以及經(jīng)濟(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，來(lái)源于《黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒》及各市地歷年統(tǒng)計(jì)年鑒，部分?jǐn)?shù)據(jù)向環(huán)境管理部門(mén)調(diào)研獲取。

2.2分析方法

2.2.1碳排放測(cè)算

此研究以二氧化碳排放總量和碳強(qiáng)度兩個(gè)測(cè)度衡量黑龍江省省級(jí)層面及下轄的13個(gè)市地碳排放情況。省級(jí)層面的二氧化碳排放總量由能源活動(dòng)的直接二氧化碳排放量與電力調(diào)入蘊(yùn)含的間接二氧化碳排放量加總得到。市級(jí)層面不考慮間接碳排放，以化石能源消費(fèi)總量（煤炭、油品和天然氣）獲取直接碳排放。

式（1）中，A表示不同種類(lèi)化石能源（包括煤炭、石油、天然氣）的消費(fèi)量（標(biāo)準(zhǔn)量）。EF為化石能源的二氧化碳排放因子，采用最新國(guó)家溫室氣體清單排放因子數(shù)據(jù)。

2.2.2空間相關(guān)性檢驗(yàn)

二氧化碳排放并不只涉及區(qū)域的內(nèi)部環(huán)境問(wèn)題，在一定程度上也受到地理自然條件、產(chǎn)業(yè)聚集、經(jīng)濟(jì)聚集、交通運(yùn)輸?shù)纫蛩氐挠绊憽？臻g相關(guān)性是用來(lái)描述研究對(duì)象主體在地理空間范圍內(nèi)的相關(guān)程度。由于黑龍江省各市地之間碳排放總量存在較大差異，為衡量?jī)蓚€(gè)相鄰市地碳排放總量及強(qiáng)度之間的空間相關(guān)性，此研究采用莫蘭指數(shù)（Moran's I）檢驗(yàn)進(jìn)行空間相關(guān)性檢驗(yàn)。莫蘭指數(shù)分為全局莫蘭指數(shù)（Global Moran's I）和局部莫蘭指數(shù)（LocalMoran's I），兩者都是用來(lái)分析空間相關(guān)性的指標(biāo)。全局莫蘭指數(shù)可衡量鄰近區(qū)域?qū)傩缘南嗨瞥潭龋u(píng)估要素的空間分布特征（聚類(lèi)、離散或隨機(jī)），取值范圍在-1.0到1.0之間。當(dāng)Moran's I大于0時(shí)說(shuō)明數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出空間正相關(guān)性，正值越大說(shuō)明各元素空間相關(guān)性越明顯、聯(lián)系越密切、相似程度越高；Moran's I統(tǒng)計(jì)量小于0時(shí)說(shuō)明數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出空間負(fù)相關(guān)，其值越小說(shuō)明空間的差異性越大或分布越不集中；Moran's I=0或接近0時(shí)說(shuō)明數(shù)據(jù)在空間上呈現(xiàn)隨機(jī)分布狀態(tài)，不存在空間相關(guān)性。

局部莫蘭指數(shù)大于0時(shí)表明鄰近區(qū)域的屬性相似，存在一定程度的空間相關(guān)性（“高一高”聚集或“低一低”聚集），局部莫蘭指數(shù)小于0時(shí)，表示鄰近區(qū)域的屬性沒(méi)有相似性存在空間異質(zhì)性（“高一低”聚集或“低一高”聚集），局部莫蘭指數(shù)等于0時(shí)，代表附近區(qū)域的屬性空間上呈現(xiàn)隨機(jī)性，不存在空間相關(guān)性。

3黑龍江省區(qū)域碳排放總量及強(qiáng)度特征分析

3.1時(shí)間變化特征分析

3.1.1二氧化碳排放量時(shí)間特征分析

根據(jù)2.2.1對(duì)2015年- 2020年黑龍江省碳排放總量進(jìn)行測(cè)算并分析，整個(gè)“十三五”期間黑龍江省碳排放總量雖然上下略有波動(dòng)，但總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這說(shuō)明在過(guò)去的一段時(shí)間里省級(jí)層面對(duì)碳排放的控制較為有效。黑龍江省處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型時(shí)期，正逐步改變以往粗放型的發(fā)展經(jīng)濟(jì)模式。能源消費(fèi)、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)确矫孀鳛槎趸寂欧诺闹饕獊?lái)源，對(duì)碳排放的需求又是在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是不可改變的，導(dǎo)致了黑龍江省二氧化碳排放呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)。根據(jù)黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒可知，黑龍江省2015年后第二產(chǎn)業(yè)比重呈逐年下降趨勢(shì)，從2015年占比33.6%下降到2020年25.3%，而第一、第三產(chǎn)業(yè)，尤其后者比重逐漸增加。第三產(chǎn)業(yè)作為黑龍江省經(jīng)濟(jì)的主要來(lái)源之一，其占比提高的同時(shí)化石燃料消耗下降，說(shuō)明黑龍江省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)化石燃料的依賴(lài)逐漸降低，在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能提高能源使用效率、控制非能源活動(dòng)溫室氣體排放以及碳排放監(jiān)管體系等方面取得了積極成效（見(jiàn)圖1）。

3.1.2碳排放強(qiáng)度時(shí)間特征分析

2015年-2020年黑龍江省碳排放強(qiáng)度呈穩(wěn)定下降趨勢(shì)，下降幅度超過(guò)全國(guó)平均水平。盡管如此，從碳強(qiáng)度絕對(duì)值來(lái)看，2020年黑龍江省碳強(qiáng)度依然高于全國(guó)均值。這主要是由于黑龍江省在能源上比較依賴(lài)煤炭、石油等化石燃料，工業(yè)體系以能源、裝備、石化等重工業(yè)為主。黑龍江省碳排放總量相對(duì)較低，未來(lái)可通過(guò)利用生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能等清潔能源，對(duì)碳排放強(qiáng)度進(jìn)一步控制（見(jiàn)圖2）。

3.2空間分布特征分析

此研究從市域?qū)用娴奶寂欧趴偭亢吞寂欧艔?qiáng)度兩個(gè)方面對(duì)黑龍江省碳排放空間差異性進(jìn)行分析。利用ArcGIS軟件，以2016年-2020年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將各黑龍江省13個(gè)市地碳排放量和碳排放強(qiáng)度進(jìn)行級(jí)別劃分，觀察5年變化情況。此研究在了解黑龍江省各地碳排放狀況的基礎(chǔ)上，將黑龍江省各地的碳排放總量及碳強(qiáng)度以自然斷點(diǎn)法劃分為五個(gè)等級(jí)。自然斷點(diǎn)法是一種根據(jù)數(shù)值統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律分級(jí)和分類(lèi)的統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)把研究對(duì)象分成性質(zhì)相似的群組，形成分級(jí)的良好界限，并使類(lèi)與類(lèi)之間的不同最大化。此研究中，碳排放總量依據(jù)年度劃分為低排放區(qū)、次低排放區(qū)、中排放區(qū)、次高排放區(qū)以及高排放區(qū)5個(gè)等級(jí)；碳排放強(qiáng)度依據(jù)年度劃分為低強(qiáng)度區(qū)、次低強(qiáng)度區(qū)、中強(qiáng)度區(qū)、次高強(qiáng)度區(qū)及高強(qiáng)度區(qū)5個(gè)等級(jí)。

3.2.1二氧化碳排放量空間分布特征

結(jié)果表明，5年間，碳排放總量未發(fā)生等級(jí)變化的市地共有8個(gè)（如圖3所示），具體如下：大興安嶺地區(qū)和雞西市始終為低排放區(qū)；七臺(tái)河市始終劃分為次低排放區(qū)；齊齊哈爾市和牡丹江市始終劃分為中排放區(qū)；鶴崗市始終劃分為次高排放區(qū)；高排放區(qū)始終為哈爾濱市及大慶市。等級(jí)劃分發(fā)生變化的市地共5個(gè)：伊春市在2018年碳排放總量劃分為低排放區(qū)，其余年份為次低排放區(qū)；佳木斯市在2018、2019兩個(gè)年份劃分為次低排放區(qū)，其余年份均為中排放區(qū)；黑河市在2020年由低排放區(qū)上升為次低排放區(qū)；雙鴨山市在2020年由中排放區(qū)上升為次高排放區(qū)。綏化市在2019年之后，由中排放區(qū)上升為次高排放區(qū)。

整體上，黑龍江省各市地碳排放在5年間空間格局呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，部分有等級(jí)劃分變化的市地存在相鄰兩級(jí)間波動(dòng)的變化趨勢(shì)。伊春市2018年碳排放總量相較于2017年有所下降，為5年內(nèi)最低值，但2020年碳排放量有一定程度的增長(zhǎng)，這也能解釋在2018年度伊春市劃分為低排放區(qū)的原因；佳木斯市碳排放量從2016年開(kāi)始逐年下降，到2020年才開(kāi)始部分增長(zhǎng)，這可能是因?yàn)榧涯舅故幸?guī)模以上工業(yè)發(fā)展，高產(chǎn)值與高增長(zhǎng)帶來(lái)的正常影響；黑河市過(guò)去五年內(nèi)碳排放量持續(xù)增長(zhǎng)，尤其是2019年碳排量最高。根據(jù)黑河市2020年政府工作報(bào)告，2019年黑河市固定資產(chǎn)投資增長(zhǎng)3.2%、規(guī)模以上工業(yè)增加值增長(zhǎng)22%、萬(wàn)元地區(qū)生產(chǎn)總值綜合能耗下降2%、多項(xiàng)主要指標(biāo)增幅位居黑龍江省前列，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致黑河市碳排放級(jí)別的上浮；雙鴨山市5年間碳排放量總體處于上升階段，由于雙鴨山市碳排放總量本身較大，5年間增長(zhǎng)量較高。根據(jù)2020年雙鴨山市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，全年煤炭、電力、鋼鐵、糧加工、煤化工、建材六大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)增加值同比增長(zhǎng)5.6%，占規(guī)模以上工業(yè)增加值92.8%，這也能解釋雙鴨山市上升為次高排放區(qū)的原因；同樣地，綏化市在5年間碳排放量增幅巨大，根據(jù)綏化市2019年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，2019年綏化市規(guī)模以上工業(yè)增加值增幅列黑龍江省第5位，導(dǎo)致其由中排放區(qū)上升為次高排放區(qū)。

3.2.2碳排放強(qiáng)度空間分布特征

2016年-2020年黑龍江省各地市碳強(qiáng)度的空間分布趨勢(shì)未發(fā)生明顯變化。5年間，碳強(qiáng)度未發(fā)生級(jí)別變化的市地有6個(gè)，具體如下：鶴崗市始終為高強(qiáng)度區(qū)；雙鴨山和七臺(tái)河市始終劃分為次高強(qiáng)度區(qū)；伊春市和大慶市始終劃分為中強(qiáng)度區(qū)；雞西市始終劃分為低強(qiáng)度區(qū)。鶴崗市、七臺(tái)河市和雙鴨山市是黑龍江省碳強(qiáng)度最高的三個(gè)區(qū)域。這三個(gè)市地作為典型的資源枯竭城市，長(zhǎng)期的煤炭開(kāi)采限制了產(chǎn)業(yè)升級(jí)，是導(dǎo)致碳強(qiáng)度較高的重要原因。經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地市，如哈爾濱市、齊齊哈爾市、牡丹江市、佳木斯市和大慶市5年間碳排放強(qiáng)度在短暫上升至中強(qiáng)度區(qū)后穩(wěn)定在次低強(qiáng)度區(qū)，這些市地產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對(duì)比較完善，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)能源消耗的依賴(lài)程度相對(duì)較低，但考慮到其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值對(duì)黑龍江省的巨大貢獻(xiàn)，碳排放總量增長(zhǎng)上仍需一定空間。綏化市、黑河市和大興安嶺地區(qū)碳排放強(qiáng)度分級(jí)較低，作為黑龍江省農(nóng)業(yè)和生態(tài)型城市，特別是綏化市第一產(chǎn)業(yè)占比高，第二產(chǎn)業(yè)占比極低的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)增加了其未來(lái)對(duì)二氧化碳排放總量和強(qiáng)度的控制的壓力（見(jiàn)圖4）。

4黑龍江省市域碳排放空間相關(guān)性

4.1碳排放總體空間布局分析

此研究根據(jù)2016年-2020年黑龍江省各市碳排放總量及碳強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以全局自相關(guān)系數(shù)（GlobalMoran's I）度量黑龍江省各市碳排放總量及碳排放強(qiáng)度的空間關(guān)聯(lián)程度，見(jiàn)表1。

2016年-2020年黑龍江省各市的碳排放總量及碳排放強(qiáng)度Moran's I都未通過(guò)5%的顯著性水平檢驗(yàn)，說(shuō)明全局上黑龍江省各市的碳排放總量及碳排放強(qiáng)度不存在明顯的空間相關(guān)性。莫蘭指數(shù)的顯著性檢驗(yàn)依賴(lài)于樣本數(shù)量。當(dāng)樣本數(shù)量較少時(shí)，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的能力較弱，導(dǎo)致莫蘭指數(shù)不顯著。此研究中樣本數(shù)量為黑龍江省13個(gè)市地，樣本量小，無(wú)法觀測(cè)出明顯的空間相關(guān)性。

4.2碳排放聚集特征分析

利用全局莫蘭指數(shù)對(duì)整體的空間相關(guān)性進(jìn)行識(shí)別時(shí)，可能會(huì)忽略局部區(qū)域的一些空間特征，而局部莫蘭指數(shù)可以對(duì)某區(qū)域的空間相關(guān)性進(jìn)行識(shí)別。為了進(jìn)一步了解黑龍江省各市與鄰近區(qū)域的具體相關(guān)特征，文章利用ArcGIS軟件對(duì)2016年及2020年黑龍江省二氧化碳排放總量及碳排放強(qiáng)度開(kāi)展局部空間相關(guān)性檢驗(yàn)和分析。

由于黑龍江省碳排放總量及碳排放強(qiáng)度在整體上不存在顯著的全局空間相關(guān)性，大多數(shù)區(qū)域的局部自相關(guān)上也未呈現(xiàn)出顯著的聚集狀態(tài)。結(jié)果表明，在碳排放總量上，綏化市2016年及2020年呈現(xiàn)出低一高聚集狀態(tài)，說(shuō)明綏化市作為農(nóng)業(yè)型城市相對(duì)于相鄰的大慶市及哈爾濱市呈現(xiàn)低排放狀態(tài)。碳排放強(qiáng)度上，2016年及2020年，伊春市呈現(xiàn)高一高聚集狀態(tài)、佳木斯呈現(xiàn)低一高狀態(tài)，說(shuō)明伊春市碳強(qiáng)度較高且被同樣碳強(qiáng)度較高的鶴崗市、哈爾濱市包圍，可通過(guò)加強(qiáng)區(qū)域合作和產(chǎn)業(yè)聯(lián)合改造等方式共同降低碳排放強(qiáng)度；而佳木斯市周邊出現(xiàn)碳強(qiáng)度相對(duì)較高的區(qū)域，如鶴崗市和七臺(tái)河市，未來(lái)可通過(guò)發(fā)展壯大接續(xù)替代產(chǎn)業(yè)，建設(shè)大力發(fā)展特色旅游、現(xiàn)代物流等服務(wù)業(yè)，帶動(dòng)周邊區(qū)域進(jìn)一步控制碳排放強(qiáng)度。

黑龍江省13個(gè)市地發(fā)展相對(duì)不平衡，許多城市第一產(chǎn)業(yè)占比較大，仍然處于“一三二”的初級(jí)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)模式。為適應(yīng)“雙碳”要求，各地未來(lái)要進(jìn)一步調(diào)整第二產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)是在嚴(yán)格控制高耗能高排放行業(yè)增速的同時(shí)，提高低耗能低排放行業(yè)的比重，不斷提升服務(wù)業(yè)低碳發(fā)展水平、運(yùn)用高新技術(shù)和先進(jìn)適用技術(shù)改造推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)水平提升。

5結(jié)論

此研究基于2016年-2020年黑龍江省13個(gè)市地能源消費(fèi)及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值面板數(shù)據(jù)，對(duì)黑龍江省二氧化碳排放總量及碳排放強(qiáng)度時(shí)間和空間變化特征進(jìn)行探索性分析。黑龍江省碳排放總量呈現(xiàn)出波動(dòng)下降的趨勢(shì)、碳排放強(qiáng)度數(shù)值上雖仍高于全國(guó)平均水平，但也呈現(xiàn)出穩(wěn)定下降趨勢(shì)且降幅已超過(guò)全國(guó)平均水平。黑龍江省“十三五”期間對(duì)碳排放總量的控制較為有效，但經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)能源仍存在一定依賴(lài)，未來(lái)能源利用技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)還需要不斷優(yōu)化。黑龍江省省域?qū)用嫣寂欧趴偭考疤寂欧艔?qiáng)度的空間分布特征不顯著。在市域?qū)用嫔希寂欧艔?qiáng)度在伊春市呈現(xiàn)出高一高的聚集狀態(tài)，佳木斯市區(qū)域呈現(xiàn)低一高的聚集狀態(tài)，而其他區(qū)域局部空間相關(guān)性并不顯著。黑龍江省各地發(fā)展定位、資源稟賦的差異性是導(dǎo)致其空間相關(guān)性較低、規(guī)律性較小的因素。