中国城市经济增长与碳排放脱钩程度与潜力分析 | Cell Press 青促会述评

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地球科学

Earth science

作为世界领先的全科学领域学术出版社，细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏，以期增进学术互动，促进国际交流。

2021年第三期专栏文章，由中国科学院亚热带农业生态研究所研究员 沈健林，就One Earth中的论文发表述评。

随着气候变化的加剧，决策者对更具体的地区级别的碳排放来源、减排潜力和减排措施有效性信息的需求越显迫切。城市经济活动占全球国内生产总值（GDP）80%、能源消耗的60% - 80%和碳排放的75%，是碳排放的热点地区。据估计，未来几十年全球人口增长主要发生在发展中国家的城市地区。受高收入和城市生活方式的影响，城市人口的人均碳排放量更高，因而实现城市低碳发展对减缓全球气候变化具有更重要的意义。一个城市的碳排放增长通常与其国内生产总值（GDP）密切相关。然而，一些城市已经表现出GDP与排放增长脱钩（比如GDP增长快于排放）。由于数据的限制，目前这种脱钩现象仅在北京、上海、重庆和广州等中国高收入城市进行了研究。鉴于中国是世界上最大的碳排放国和发展最快的国家之一，拥有众多城市，且在经济发展程度、规模和结构方面存在巨大的区域差异，因此，尽可能全面及深入地研究城市脱钩模式对中国及其它发展中国家具有重要的理论和实际意义。

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以往研究中国城市碳排放与经济增长脱钩存在几个难点，主要集中在碳排放核算上。首先，大多数研究采用自上而下的方法，利用社会经济指标将国家或省级碳排放降至城市水平。自上而下的方法假定城市具有与其上级行政区划相似的特征，包括经济结构、能源结构、生活方式或气候条件，而这些上级行政区划的数据是可获取的。这些假定会潜在地导致对排放量的不准确估计。第二，大多数研究只计算了特定时间点的城市排放，而不是更长的时间跨度，这对观察微观层面的变化和理解潜在的机制造成困难。第三，现有的城市排放量核算使用不同的方法、系统边界和数据来源，使它们彼此无法比较。

来自荷兰格罗宁根大学的Shan Yuli团队，与中国生态环境部环境规划院Cai Bofeng和广东工业大学Zhou Ya合作，克服了以上研究挑战，编制了2005年、2010年和2015年中国294个地级市的碳排放数据集，对这些城市的碳排放进行了详细和最新的统计，并解析了这些城市的经济增长与碳排放的脱钩程度。研究表明，从2005到2015年，只有11%的城市表现出强脱钩，而65.6%的城市表现为弱脱钩，23.4%的城市表现为不脱钩。城市的经济发展与碳排放脱钩归因于经济的结构和规模、排放强度和人口规模等社会经济因素，而通过提高生产和能源利用效率（例如，通过建立可再生能源系统使能源结构脱碳）来降低排放强度是最重要的因素。该研究为中国城市碳减排方案提供了基于脱钩程度的基准和定量证据。鉴于中国城市从东部到西部处于不同的工业化和城市化阶段，所经历的情况对其他发展中经济体和转型经济体的减排努力具有重要启示，因此该研究对全球碳减排也具有重要意义。该研究成果于2021年1月22日发表于Cell Press旗下环境科学旗舰期刊One Earth上。

作者首先解析了中国城市的碳排放格局。来自农业、工业、服务业、交通和家庭取暖的一类碳排放量从2005年的62.48亿吨增加到2010年的88.55亿吨，增长了41.7%，然后又增加了16.5%，至2015年的103.15亿吨。人均排放量也呈现出类似的趋势。尽管一类排放快速增长，但同期城市排放强度（单位GDP排放）呈下降趋势。2015年全国84%的城市排放强度较2005年下降，在2020年以前提前减排，落实了中国对《巴黎协定》的承诺。从排放结构来看，第二产业（如制造业、能源生产与供应、建筑业）是一类排放的最主要来源，占总量的78.3%（2015年）至83.3%（2010年）。第三产业和交通排放量均呈上升趋势，表明中国服务业和城际旅游的不断发展。

对于电力净购入城市，来自电力购入的二类排放的总排放量从2005年的3.97 亿吨，增加到2010年的7.79 亿吨，几乎翻了一番，2015年进一步增加到10.85亿吨，分别占2005年、2010年和2015年一类和二类总排放量的13.5%、13.2%和15.2%。研究也发现城市及其排放表现出较大的区域异质性，包括城市化程度、经济规模和结构的差异。较富裕城市人均排放量较高，具有能源密集型经济结构的区域人均排放强度和单位GDP排放强度更大。

从2005年到2015年，有31（11.0%）个城市的经济增长与碳排放之间存在强脱钩关系，即碳排放随GDP的增加而减少。185（65.6%）个城市实现了弱脱钩，即碳排放比GDP增长缓慢。其余23.4%的城市仍处于碳排放和GDP耦合的阶段或碳排放增速高于GDP。脱钩的城市具有较高的经济水平和人均碳排放水平。相较于2005-2010年，2010-2015年间有更多城市实现了经济增长与碳排放脱钩。

研究发现，人均GDP更高的城市经济增长与碳排放脱钩程度越高，这与环境库兹涅茨曲线假设是一致的。通过建立人均GDP与人均碳排放量的关系，也验证了库兹涅茨倒U型曲线，即随着人均GDP的增加，人均碳排放先增长后下降（图1）。

▲图1  环境库兹涅兹曲线。灰色曲线为所有样本回归拟合曲线，曲线的二级系数显著且为负值，表明曲线符合环境库兹涅兹曲线假设。不同颜色的点代表四类不同脱钩程度的城市

作者进一步分析发现，城市脱钩程度与其经济结构之间的相关性不大。除了服务业占主导的城市外，能源生产、重工业、轻工业和高科技产业分别占主导地位的城市脱钩程度没有显著差异。这一结果传递出的关键信息是，城市可以不受其本身经济结构的限制，实现经济增长与排放的脱钩，哪怕是那些以开采高污染自然资源为主的城市。因此，并非每个城市都要进行面向服务业的结构转型。将污染工业外包（可能外包到技术效率较低和环境政策不太严格的地方）的减排措施可能会产生在国家一级整体增加排放的反作用。向低能源密集型制造业转型可以减少排放并增加脱钩程度，但其减少的效果远远小于效率的提高。通过提高生产效率以降低排放强度，是实现碳减排和脱钩的最重要驱动力，在强脱钩城市中甚至可以抵消由于经济增长带来的排放增加量。

论文摘要

城市占全球碳排放的75%以上，是减缓气候变化的核心。鉴于城市的异质性，它们需要具体的低碳路线图，而不是一刀切的做法。本研究中，我们对中国294个城市的二氧化碳排放进行了详细和最新的统计，并计算了这些城市的经济增长与排放脱钩指数。结果表明：从2005到2015年，只有11%的城市表现出强脱钩，而65.6%的城市表现为弱脱钩，23.4%的城市表现为不脱钩。我们将城市的经济与排放脱钩归因于几个社会经济因素（即经济的结构和规模、排放强度和人口数量），发现通过提高生产和能源利用效率（例如，通过建立可再生能源系统使能源结构脱碳）来降低排放强度，是驱动脱钩的最重要因素。中国城市碳排放和排放与国内生产总值（GDP）脱钩的经验和现状，也将对其他发展中经济体设计低碳发展路径具有重要启示。

Cities, contributing more than 75% of global carbon emissions, are at the heart of climate change mitigation. Given cities heterogeneity, they need specific low-carbon roadmaps instead of one-size-fits-all approaches. Here, we present the most detailed and up-to-date accounts of CO₂ emissions for 294 cities in China and examine the extent to which their economic growth was decoupled from emissions. Results show that from 2005 to 2015, only 11% of cities exhibited strong decoupling, whereas 65.6% showed weak decoupling, and 23.4% showed no decoupling. We attribute the economic-emission decoupling in cities to several socioeconomic factors (i.e., structure and size of the economy, emission intensity, and population size) and find that the decline in emission intensity via improvement in production and carbon efficiency (e.g., decarbonizing the energy mix via building a renewable energy system) is the most important one. The experience and status quo of carbon emissions and emission-GDP (gross domestic product) decoupling in Chinese cities may have implications for other developing economies to design low-carbon development pathways.

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评述人简介

沈健林

中国科学院亚热带农业生态研究所 研究员

E-mail: [e-mail]

沈健林，博士，中国科学院亚热带农业生态研究所研究员，任流域农业环境研究中心副主任。主要从事流域碳氮磷循环及其生态环境效应研究，发表论文90余篇，其中以共同作者分别在Science和Nature上发表论文1篇；以第一作者/通讯身份在环境科学及土壤学领域国际主流期刊上发表SCI论文23篇。入选2017年中国科学院青年创新促进会会员。

Dr. Jianlin Shen is a professor of Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, and he also serves as the deputy director of the Research Center for Agricultural Environment in the Watersheds. His research fields are carbon, nitrogen and phosphorus cycling and their environmental effects in watersheds. He has published more than 90 papers, including those published in Science and Nature as the co-author, and there are 23 peer-viewed SCI papers published in the major international journals of environmental and soil sciences with Dr. Shen as the first or corresponding author. He became a member of Youth Innovation Promotion Association of Chinese Academy of Sciences in 2017.

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相关论文信息

原文刊载于CellPress细胞出版社

旗下期刊One Earth上，

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中国科学院青年创新促进会（Youth Innovation Promotion Association，Chinese Academy of Sciences）于2011年6月成立，是中科院对青年科技人才进行综合培养的创新举措，旨在通过有效组织和支持，团结、凝聚全院的青年科技工作者，拓宽学术视野，促进相互交流和学科交叉，提升科研活动组织能力，培养造就新一代学术技术带头人。

Youth Innovation Promotion Association (YIPA) was founded in 2011 by the Chinese Academy of Science (CAS). It aims to provide support for excellent young scientists by promoting their academic vision and interdisciplinary research. YIPA has currently more than 4000 members from 109 institutions and across multiple disciplines, including Life Sciences, Earth Science, Chemistry& Material, Mathematics & Physics, and Engineering. They are organized in 6 discipline branches and 13 local branches.

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