DOI: 10.12006/j.issn.1673-1719.2020.223
组名大全蒋含颖, 段祎然, 张哲, 等. 基于统计学的中国典型大城市CO 2排放达峰研究 [J]. 气候变化研究进展, 2021, 17 (2): 131-139
Jiang H Y , Duan Y R, Zhang Z, et al . Study on peak CO 2 emissions of typical large cities in China [J]. Climate Change Research, 2021, 17 (2): 131-139
基于统计学的中国典型大城市CO 2排放达峰研究
蒋含颖1，段祎然1，张 哲2，曹丽斌3，徐少东4，张 立3，蔡博峰3
零基础学雅思1 清华大学环境学院，北京 100091;
2 上海交通大学中英国际低碳学院，上海 200240;
3 生态环境部环境规划院气候变化与环境政策研究中心，北京 100012;
4 中国人民大学统计学院，北京 100872
气候变化研究进展
第17卷 第2期 2021年3月
CLIMATE CHANGE RESEARCH V ol. 17 No. 2March
2021
收稿日期：2020-09-22；修回日期：2020-12-23
资助项目：国家自然科学基金“基于排放情景-空气质量模型的中国城市‘双达’评估方法研究”
（72074154）作者简介：蒋含颖，女，本科生，************************.edu ；蔡博峰（通信作者）
，男，研究员，************** 引 言
中国的CO 2排放居全球首位，并在2017年达到全球CO 2排放的27%[1]。中国在2015年提交的《强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献》（以下简称《国家自主贡献》）中，公开承诺CO 2排放将在2030年左右达到峰值，并争取尽快达峰[2]。2020年9月22日，在第七十五届联合国大会一般性辩论上，中国提出将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO 2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。中国CO 2达峰相关研究愈显重要和迫切。城
市CO 2排放占据全球约70%的CO 2排放来源[3]，中国城市CO 2排放的达峰对于2030年前全国CO 2排放达峰具有重要影响。为了实现尽早达峰，有必要对中国典型大城市的达峰情况进行判断，其达峰经验与教训也可以为中国未来的城市CO 2排放政策制定提供借鉴和参考。
国内外研究中，有关城市CO 2排放达峰的判断主要分为“历史CO 2排放达峰统计分析”与“未来CO 2排放达峰预测分析”。目前有关中国城市碳达峰的研究主要使用“未来CO 2排放达峰预测分析”方法。一些研究者使用环境库兹涅茨曲线进行CO 2排放拐点与达峰时间的测算分析[4-5]，也
气候变化研究进展 2021 年
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有不少研究者选择使用STIRPAT 模型探究CO 2排放与各驱动因素的关系，进而预测CO 2排放在不同
情景下的达峰路径[6-8]。李继峰等[9]使用中国多区域动态可计算一般均衡模型（CMRCGE ）模拟分析了“十四五”期间各省的CO 2排放情况，但并未进行达峰的统计分析与判断。而Tapio [10]脱钩模型作为衡量CO 2排放与经济增长之间脱钩关系的常用方法，常辅助其他模型进行城市CO 2排放达峰分析与预测[11-13]。国际上有关“历史CO 2排放达峰判断”的标准主要包括以下要求：该地区CO 2排放与新一期清单相比已达到最高水平[14]；在CO 2排放达到峰值后的5年内，地区CO 2排放量至少减少10%[15]；地区公开承诺将在未来继续无条件减排
[16]
。
中国城市层面由于缺乏长时间序列CO 2排放数据，导致覆盖面较大的城市CO 2排放达峰实证研究很少，更加缺乏不同城市类型的对比分析，已有文献或是样本量较少、或是止步于省级层面，且多为通过构建虚拟模型进行分析预测，对历史CO 2排放达峰的统计分析与判断不足。本文基于中国城市温室气体工作组（CCG ）长期数据建设成果，选取36个中国典型大城市2005—2019年长时间序列排放数据，构建城市CO 2排放达峰判断模型，并进行典型城市CO 2排放达峰统计判断分析，供决策者和研究者参考。
1 方法与数据
1.1 数据来源
选取中国36个GDP 排名靠前的典型城市，城市CO 2排放数据来自中国城市温室气体工作组城市CO 2排放数据集[17-20]①。CO 2排放包括直接排放和间接排放（城市外调电力导致的排放），两者之和即为总排放。为与国家及省级单位GDP CO 2排放（CO 2排放强度）考核保持一致，直接排放包括所有能源燃烧CO 2排放，不包括工业过程排放。
1.2 城市CO 2排放达峰状态判断函数
基于条件判断函数和Mann-Kendall （M-K ）趋势分析检验法构建城市CO 2排放达峰状态判断模型（图1)。M-K 方法是一种非参数统计检验方法，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，计算方便且实用性强。M-K 法在气候序列趋势的统计分析与判断方面广为应用，曾被用于检测地区水文特征的时间序列单调趋势[21]、城市一氧化碳排放趋势[22]、城市降水趋势[23]与臭氧趋势分析[24]等问题研究。
①数据来源于中国城市温室气体工作组制作的中国典型城市二氧化碳排放长时间序列数据集（2005—2019年）。
图1 城市CO 2排放达峰状态判断函数
Fig. 1 Urban CO 2 emission peak state judgment function
称某城市CO 2排放时间序列排放量最高的年份为最大值年份，对该年份后的所有年份进行M-K 趋势检验。若最大值年份后的数据量n <5，则认为该城市未达峰，这是因为地区在达峰后仍需要一段时间的检测证明其并非虚假达峰[15]，且当数据量过少时无法进行趋势检验[25]。若最大值年份后的城市CO 2排放有显著下降趋势，则认为该城市达峰；若没有显著趋势，则认为该城市处于平台期。令显著性水平α=0.05。根据城市直接排放与总排放达峰状态，综合判断城市CO 2排放达峰
CO 2直接排放
CO 2总排放
城市基础排放数据
最大值年份后数据量n ＜5
趋势检验
Mann-Kendall p ＜α综合条件判断函数
城市总体达峰状态已达峰
未达峰
平台期
是
是否
否
趋势显著
2期 133蒋含颖，等：基于统计学的中国典型大城市CO2排放达峰研究
状态，综合判断方法如表1所示。
2 结果分析
动车是不是高铁2.1 典型城市CO2排放达峰判断
36个中国典型大城市CO2排放达峰结果及CO2排放情况如图2。其中，昆明、深圳和武汉等3个城市已
达峰，北京、青岛、无锡、佛山、厦门、南通、上海、南京等8个城市处于平台期，其余25个城市综合来看尚未达峰。
本研究选择的36个城市2019年GDP占全国43.5%，总人口占全国25.9%，总CO2排放量占全国26.8%，直接CO2排放量占全国24.3%，对全国排放总量影响较大。2019年36个城市平均的总CO2排放强度与直接CO2排放强度（计算时GDP 采用以2005年为基年的实际GDP）分别为1.41 t/万元和1.15 t/万元，而全国平均为3.16 t/万元和2.91 t/万元。
在36个典型城市中，多数城市的CO2总排放与直接排放变化趋势相近，但厦门、杭州、绍兴等城市的总排放与直接排放变化趋势有较大差别。在近15年内，杭州的直接碳排放量一直稳定在较低水平，近年来更有下降趋势，但其总碳排放却持续增加；2010—2015年，厦门市直接碳排放逐步下降，2015年后维持低位，但其总碳排放量在2010—2016年的平台期后，又回到了升高的状态。
表1 城市CO2排放达峰状态判断表
Table 1 Judgment for the peak state of urban CO2 emissions
英语四级分值CO2总排放和直接排放变化趋势的不同步显示了城市经济结构的转变，另一方面则可能意味着城市减排路径对间接排放有所忽视。例如，《厦门市“十三五”节能减排综合工作方案》中关于CO2减排的主
要目标为：到2020年，全市万元地区生产总值能耗比2015年下降12%，能源消费总量控制在1479万tce以内，增速不超过15.6%。该目标中仅体现了对直接CO2排放的约束，缺少对间接CO2排放的限制。
2.2 典型城市达峰特征分析
图3展示了2005—2019年36个典型城市总CO2排放强度和人均CO2排放变化情况。CO2排放强度为年单位GDP（以2005年为基年）CO2排放总量。
真实GDP可以在一定意义上反映一个地区的生产状况。在本研究选取的36个典型大城市中，已达峰的3个城市真实GDP均呈稳健的上升趋势，经济社会生产力增长与CO2排放增长明显脱钩，证明其减排过程没有给生产和经济带来较大负面影响。相应地，其CO2排放强度有显著下降趋势，年人均CO2排放量出现一定程度下降，呈现出一种良性的减排过程。
图3中，已达峰城市CO2排放强度在峰值后均呈现明显下降趋势；而处于平台期和未达峰的城市中，也有许多城市CO2排放强度早已达峰，其排放量却仍未达峰；另一方面，这一差异也体现于各城市人均GDP逐年变化情况的不同。
人均GDP可以表示为人均碳排放与碳排放强度之比。已达峰城市在CO2排放量峰值后，其人均GDP变
动往往较为缓慢。例如，比较深圳（已达峰)、南通（平台期）和泉州（未达峰）3个城市的CO2排放强度与人均CO2排放曲线，相似之处在于两曲线几乎同时到达峰值，随后两曲线逐渐远离，反映了其人均GDP的增加；3个城市曲线的差异在于两指标在峰值后斜率差异不同，即其人均GDP的增速不同，已在2010年达峰的深圳人均GDP增速较缓，南通和泉州的增速较快。人均GDP的波动与变动较小，说明经济结构较稳
存在歌词气候变化研究进展 2021年
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图2 中国36个典型大城市CO 2排放情况Fig. 2 CO 2
emissions in 36 typical large cities in China
C O 2排放/(万t /a )
定，而尚未达峰的城市中，如南通、泉州等城市经济结构的成熟度尚不及深圳、昆明等已达峰城市，但其人均CO 2排放和CO 2排放强度均处于下降趋势或已进入平台期，可以预见，随着其经济结构的逐渐成熟、稳定，其CO 2排放量也将到达峰值，从而进一步进入下降阶段。2.3 案例分析
2.3.1 已达峰城市：武汉市
武汉市为湖北省省会、特大城市，截至2019年末，常住人口1121.2万人，地区生产总值1.62
万亿元[26]。武汉市在2012年12月被批准为第二批低碳试点城市，此后，武汉市着重发展现代产业体系，通过加强重点用能单位节能低碳监管、降低工业部门在产业结构中的比重、加强循环经济等一系列手段，调整了能源消费状况，进行了城市能源结构的改良与发展。
数据显示，武汉市2005—2019年CO 2总排放与直接排放的最大值年份均为2012年，并经过M-K 趋势检验证明最大值年份后直接碳排放与总碳排放都具有显著下降趋势。根据趋势判断函数认为两者均已达峰，通过综合判断函数判定武汉
2期
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蒋含颖，等：基于统计学的中国典型大城市CO 2排放达峰研究
图3 中国36个典型大城市CO 2排放强度与年人均CO 2排放量情况
Fig. 3 CO 2 emission intensity and annual per capita CO 2
emissions of 36 typical large cities in China
C O 2排放强度/(t /万元)
人均C O 2排放/(t /a )
市综合碳排放处于已达峰阶段。
分析武汉市碳排放能够达峰的经济、社会与政策基础，得到以下几点。
桌面显示不出来武汉市具备碳排放达峰的经济社会基础，社会经济增长与碳排放增长明显脱钩。武汉市2000—2010年间规模以上工业经济增长与碳排放总体脱钩，且大部分年份处于强脱钩状态[27]。武汉市1996—2009年间建设用地强度与经济效益的增长与建设用地碳排放之间也总体呈现脱钩状态[28]。
武汉市实施比较彻底的能源结构优化调整，推行清洁能源。武汉市在“十二五”期间进行能
源结构的优化改革，大幅削减煤炭用量，建成了多期热电联产机组并实现电网分片运行，并基本构建
了“四源、两环、一储备”的天然气接输配气布局[29]。此外，武汉市着重发展氢能等清洁能源相关产业，强力淘汰落后产能。截至2018年，武汉市已拥有了含大量燃料电池技术的先进企业[30]。2.3.2 平台期城市：北京市
北京市为全国首都、超大城市，截至2019年末，常住人口2153.6万人，地区生产总值35371.3亿元[31]。北京市在2012年成为第一批国家碳排放交易试点城市，并第一个提出达峰目标，即到2020
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