一種城市群碳排放績效的核算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于低碳城市和節(jié)能減排的研究領(lǐng)域，具體的，本發(fā)明涉及一種城市群碳 排放績效的核算方法，該方法可為研究低碳城市和節(jié)能減排技術(shù)提供一定的借鑒。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國際社會對氣候變化問題的日益關(guān)注，發(fā)展低碳經(jīng)濟已成為全球共識。面對 國際減排壓力，發(fā)達國家與發(fā)展中國家承擔(dān)"共同但有區(qū)別的責(zé)任"。中國作為最大的發(fā)展 中國家和碳排放大國，歷來重視氣候變化問題，承諾降低碳排放強度以應(yīng)對全球變暖。然 而，由于中國幅員遼闊，各地區(qū)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和資源稟賦存在顯著差異，部分地區(qū)經(jīng)濟增長靠粗 放式高碳增長方式，碳排放績效低，部分地區(qū)經(jīng)濟增長源于生產(chǎn)率的提升，碳排放績效較 高。因此，減排政策的制定應(yīng)充分考慮碳排放績效的空間異質(zhì)性問題。城市群是推進城鎮(zhèn) 化的主體形態(tài)，同時也是中國非均衡發(fā)展、實現(xiàn)效率優(yōu)先的主要空間載體，以城市群為單元 研究碳排放績效（包括排放強度和排放績效）及其空間分異，進一步研究減排潛力和影響 因素，有助于節(jié)能減排政策制定的同時促進低碳城鎮(zhèn)化發(fā)展。鑒此，首先基于DMSP/0LS夜 間燈光數(shù)據(jù)模擬反演了全國地級城市單元的碳排放；然后以中國20個城市群為研究單元， 基于DEA模型核算碳排放績效；最后分析其時空格局變化。本發(fā)明旨在有效提高城市群節(jié) 能減排效率和實現(xiàn)低碳城市化發(fā)展提供理論支撐和政策建議。
[0003] 碳排放績效是從環(huán)境生產(chǎn)理論出發(fā)，基于經(jīng)濟產(chǎn)出是期望產(chǎn)出（正產(chǎn)出）和碳排 放（負產(chǎn)出）是非期望產(chǎn)出的視角，選取轉(zhuǎn)換函數(shù)定量衡量投入產(chǎn)出效率的指標(biāo)，具體來 講，排放績效高則投入產(chǎn)出效率高，排放績效低則投入產(chǎn)出效率低?；诖?，從生產(chǎn)理論的 角度，綜合考慮能源、資本、勞動力等相關(guān)要素，利用投入產(chǎn)出分析構(gòu)建兼顧期望與非期望 產(chǎn)出的一種可考察動態(tài)變化的碳排放績效指數(shù)。然后利用20個城市群的面板數(shù)據(jù)對城市 群地區(qū)的碳排放績效進行實證研究，以期填補城市群碳排放績效研究這一薄弱環(huán)節(jié)，并為 提高城市群碳排放績效和制定有效的節(jié)能減排措施提供科學(xué)依據(jù)。
[0004] 目前已有的若干針對碳排放績效(效率）和能源效率的發(fā)明專利主要集中在兩個 方面：一是大部分都集中于測算基礎(chǔ)設(shè)備的功效或者效率，如申請?zhí)枮?01310289569X的 名為一種數(shù)據(jù)中心碳排放效率的評價方法，公開號為CN103345706A的發(fā)明專利，它是基 于設(shè)備能耗來測算碳排放效率的評價方法，該數(shù)據(jù)中心碳排放效率的評價方法和現(xiàn)有技 術(shù)相比，分析出數(shù)據(jù)中心的碳排放真正能夠發(fā)揮的價值水平，實用性強，易于推廣。又如 申請?zhí)枮?013102508729的名為一種評估數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施能源效率的方法，公開號為 CN103310107A的發(fā)明專利，它也是一種評估數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施能源效率的方法，通過測算 設(shè)備的能耗，并對對數(shù)據(jù)中心內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施進行能效的評價，與現(xiàn)有技術(shù)相比可以更加深入、 全面的掌握數(shù)據(jù)中心內(nèi)的能效狀況，進而有效找出數(shù)據(jù)中心內(nèi)能效優(yōu)化的方向。二是基于 某一特定視角來測算或者提升能源效率的方法，如申請?zhí)枮?012100905245的名為基于能 源管理系統(tǒng)的能源效率評測設(shè)備及其使用方法，公開號為CN103366075A的專利，它基于能 源管理視角分析評價了設(shè)備的能源效率，相比于已有技術(shù)具有全面性、精確性和高效性。又 如申請?zhí)枮?011101236516的名為用以提升云端運算的能源效率的系統(tǒng)及方法，公開號為 CN103138370A的發(fā)明專利，它基于云端技術(shù)視角，發(fā)明了一種能提高云端運算裝置能源效 率的系統(tǒng)方法，該方法相比于已有技術(shù)方法可減少碳或碳化物的排放，進而減輕全球暖化 所造成的傷害，并降低能源的耗損。還如申請?zhí)枮?013104445847的名為一種曳引電梯能 源效率計算方法，公開號為CN103473474A的發(fā)明專利，它基于曳引電梯視角，發(fā)明了一種 能提升曳引電梯能源效率的方法，相比于已有技術(shù)方法能有效減少實際測量工作量，提高 測量效率，并能解決一些電梯曳引力不足致電梯滿載不能啟動而無法進行測量的問題。
[0005] 由以上發(fā)明專利可以看出，目前針對碳排放績效的計算方法比較少，已有的技術(shù) 方法主要是針對能源效率的測度，對碳排放效率或者碳排放績效的發(fā)明較少，在對于效率 的測算中大部分都是基于設(shè)備或流程工藝視角，對單個城市或城市群的投入產(chǎn)出效率測算 較少。還有可能由于碳排放核算的尺度問題的存在，目前已有技術(shù)方法主要應(yīng)用于宏觀尺 度和微觀尺度。宏觀尺度在世界范圍主要是全球、區(qū)域或國家尺度，對單一國家而家主要指 省級尺度，而城市尺度的碳排放研究較為匱乏，主要是基于城市尺度能源統(tǒng)計資料的匱乏。 因此，構(gòu)建一種基于樣本數(shù)據(jù)進而估算全國城市尺度碳排放的方法，進而基于投入產(chǎn)出視 角核算城市群碳排放績效的技術(shù)具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有研究的不足，本發(fā)明提供了一種城市群碳排放績效的核算方法，該方法 旨在提高城市群的節(jié)能減排效率，為低碳經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供思路和方法，由此為低碳城 市及低碳城市群發(fā)展提供科學(xué)、理性的決策支持。
[0007] 本發(fā)明的特點在于，首先收集和計算城市群碳排放績效的投入指標(biāo)，之后收集和 計算城市群碳排放績效的產(chǎn)出指標(biāo)，最后基于DEA模型核算全國每個城市群的碳排放績 效。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方法包括以下步驟： 1、收集和計算城市群碳排放績效的投入指標(biāo)： (1)資本投入：采用資本存量來表示城市群的資本投入（K)。由于資本存量無法直接從 統(tǒng)計年鑒獲得，根據(jù)"永續(xù)盤存法"來估算城市群以1995年為不變價換算的資本存量，建筑 和設(shè)備的折舊年限為20年和6. 5-7. 5年。
[0009] (2)勞動力投入：采用城市群歷年從業(yè)人員數(shù)作為勞動力投入量算指標(biāo)（L)。
[0010] (3)能源投入；選取城市群能源消費量作為能源投入（E)，具體包括原煤、焦炭、原 油、汽油、煤油、燃料油、天然氣和電力等，由于并不是每個城市都具有能源消費統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 所以利用DMSP/0LS夜間燈光數(shù)據(jù)模擬反演能源消費以獲取城市尺度能源消費數(shù)據(jù)。
[0011] 2、收集和計算城市群碳排放績效的產(chǎn)出指標(biāo)。具體步驟為： (1) 期望產(chǎn)出：選用20個城市群以1995年基期的實際地區(qū)生產(chǎn)總值⑶P (Y); (2) 非期望產(chǎn)出：選擇20個城市群的歷年C02排放量（C)。由于城市尺度碳排放無法 獲取，利用DMSP/0LS夜間燈光數(shù)據(jù)模擬反演碳排放； ①收集樣本城市的能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)，能源類型涵蓋煤炭、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料 油、天然氣、熱力和電力。
[0012] ②查找基于IPCC溫室氣體排放清單中關(guān)于各類能源碳排放系數(shù)，詳見表1。
[0013] 表1能源碳排放系數(shù)表
注：熱力換算成標(biāo)準(zhǔn)煤單位為kg標(biāo)煤/百萬kj，電力的換算系數(shù)單位為kg/kWh。
[0014] ③根據(jù)各類能源消費量和碳排放系數(shù)核算碳排放，計算公式為：
(1) 式中4為能源i消費量，按標(biāo)準(zhǔn)煤計，IO4 t ;尤為能源i碳排放系數(shù)，（104t碳v(104t 標(biāo)準(zhǔn)煤）為能源種類，尤值來源于IPCC碳排放計算指南缺省值，原始數(shù)據(jù)單位為J，為與 統(tǒng)計數(shù)據(jù)單位一致，將其轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)煤，轉(zhuǎn)化系數(shù)為IX 104 t標(biāo)準(zhǔn)煤等于2. 93 X 105GJ。
[0015] ④獲取1992-2010年間所有城市單元的DMSP/0LS夜間燈光數(shù)據(jù)影像； ⑤ 從中篩選樣本城市的DMSP/0LS夜間燈光數(shù)據(jù)影像； ⑥ 根據(jù)遙感解譯流程提取樣本城市的建成區(qū)范圍； ⑦ 核算樣本城市建成區(qū)范圍的燈光數(shù)據(jù)總值。
[0016] ⑧核算樣本城市建成區(qū)范圍內(nèi)燈光數(shù)據(jù)值和碳排放的相關(guān)關(guān)系，公式為： SD^aX C (2) 式中，為樣本城市建成區(qū)范圍的燈光數(shù)據(jù)總值；6是碳排放量；a為相關(guān)系數(shù)。
[0017] ⑨根據(jù)DMSP/0LS夜間燈光數(shù)據(jù)提取全國每個城市單元的建成區(qū)范圍，核算每個 城市單元建成區(qū)范圍內(nèi)燈光數(shù)據(jù)總值，根據(jù)公式計算每個城市的碳排放及碳排放強度，公 式為： Clj^SDN1Ja (3) CIlj=CljZGDP (4) 式中，7代表城市個數(shù)；^/表示年份；Ci_j表示第i個城市J年的碳排放；表示第i 個城市j年的燈光數(shù)據(jù)總值表示第i個城市J年的碳排放強度。
[0018] ⑩核算樣本城市建成區(qū)范圍內(nèi)燈光數(shù)據(jù)值和碳排放的相關(guān)關(guān)系，公式為： SD^aX C (5) 式中，為樣本城市建成區(qū)范圍的燈光數(shù)據(jù)總值；6是碳排放量；a為相關(guān)系數(shù)。
[0019] 3、基于DEA模型核算城市群碳排放績效。具體步驟為： 碳排放績效用歷年碳排放績效表示，反映了實際投入產(chǎn)出對最優(yōu)投入產(chǎn)出的比例，用 VRS-DEA模型測算。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA)是使用數(shù)學(xué)規(guī)劃評價具有多個輸入與輸出的決策 單元（DMU)間的相對有效性，也就是說評價DMU是否位于生產(chǎn)可能集的"前沿面"上。基于 規(guī)模報酬不變（CRS)的DEA模型，記為CRS模型。該模型假定了各決策單元位于最佳生產(chǎn) 規(guī)模，從而忽略了規(guī)模效應(yīng)。在CRS模型中引入約束條件就可以將其轉(zhuǎn)化為規(guī)模報酬可變 (VRS)模型，記為VRS模型，利用VRS模型可以將綜合效率分解為純技術(shù)效率與規(guī)模效率的 乘積，記為CE=PTEX SE，CE為碳排放靜態(tài)績效，PTE為純技術(shù)效率，SE為規(guī)模效率。VRS具 體模型如下：
式中，/表示城市群個數(shù)；似表示投入要素；Λ表示產(chǎn)出要素；(x_>0)表示第#城 市群第?種投入要素；(JW>〇)表示第#城市群第〃種產(chǎn)出要素；對于第h個城市群P 表示投入產(chǎn)出綜合效率指數(shù)；f為阿基米德無窮小量；表示權(quán)重變量用來判斷城市群 的規(guī)模收益情況；表示松弛變量，表示城市群達到有效需要減少的投入量，Z表示剩余變 量，表示城市群達到有效增加的產(chǎn)出量；為約束條件。 k;
[0020] 至此，完成一種城市群碳排放績效的核算方法。
[0021] 本發(fā)明為解決城市