碳排放损益偏离的时空演化特征与影响因素分析_杨泽东.pdf
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1、碳排放损益偏离的时空演化特征与影响因素分析杨泽东1,2,孙慧1,2,原伟鹏1,2,夏学超1,2(1.新疆大学 新疆创新管理研究中心,新疆 乌鲁木齐 830046;2.新疆大学 经济与管理学院,新疆 乌鲁木齐 830046)摘要:文章采用 20102020 年的市级面板数据,在对碳排放损益偏离定量测度的基础上,探究了其影响因素。研究表明:市域碳排放在时间上呈现出规模不断扩大的特征,在空间上呈现出由北向南递减、由东南向西北递增的特征,且存在显著的空间关联特征。碳排放的重心一直位于经济发展水平重心的北部,两者的错位距离呈现出倒“U”型的变化特征,存在明显的空间错位。碳排放损益偏离、市域单元的贡献度均
2、呈现出明显的区域分异格局,由东到西不断递减。市场化水平、消费水平、金融发展水平、对外开放程度和绿色技术创新是碳排放损益偏离的重要影响因素,且存在显著的时空差异。最后,文章据此提出了针对性的碳减排对策。关键词:碳排放损益偏离;空间错位指数;碳生产率;时空演化中图分类号:F124文献标识码:A文章编号:1004-292X(2023)02-0023-07Analysis on the Spatial-temporal Evolution Characteristics and Influencing Factors ofCarbon Emission Profit and Loss Deviatio
3、nYANG Ze-dong1,2,SUN Hui1,2,YUAN Wei-peng1,2,XIA Xue-chao1,2(1.Xinjiang Innovation Management Research Center,Xinjiang University,Urumqi Xinjiang 830046,China;2.School of Economics and Management,Xinjiang University,Urumqi Xinjiang 830046,China)Abstract:Based on the city-level data from 2010 to 2020
4、,this paper explored the spatial-temporal evolution characteristics andinfluencing factors of carbon emission profit and loss deviation.The research showed that:Carbon emissions showed the characteristics ofcontinuous expansion in time;In space,it showed the characteristics of decreasing from the no
5、rth to the south and increasing from thesoutheast to the northwest;Besides,there were spatial correlation characteristics.The barycenter of carbon emissions has always beenlocated in the north of the barycenter of the economic development level;Besides,the mismatch distance between the two showed an
6、inverted U-shaped variation.The deviation of carbon emission profit and loss and the contribution of city units all showed a clear regionaldifferentiation pattern,which decreased continuously from the east to the west.Marketization level,consumption level,financialdevelopment level,degree of opening
7、 to the outside world and green technology innovation were the important influencing factors ofcarbon emission profit and loss deviation,and there were significant temporal and spatial differences.Finally,this paper put forwardtargeted carbon emission reduction countermeasures.Key words:Carbon emiss
8、ion profit and loss deviation;Spatial mismatch index;Carbon productivity;Spatio-temporal evolution基金项目:国家自然科学基金项目(71963030);科技部重大项目第三次新疆综合科学考察课题(SQ2021xjkk01800);新疆维吾尔自治区社会科学基金项目(21BJY050,21BJL038)。作者简介:杨泽东,新疆大学新疆创新管理研究中心、新疆大学经济与管理学院博士研究生,研究方向:资源与环境经济;孙慧(通讯作者),博士,新疆大学新疆创新管理研究中心、新疆大学经济与管理学院教授,博士生导师,研
9、究方向:资源与环境经济;原伟鹏,新疆大学新疆创新管理研究中心、新疆大学经济与管理学院博士研究生,研究方向:资源与环境经济;夏学超,新疆大学新疆创新管理研究中心、新疆大学经济与管理学院博士研究生,研究方向:资源与环境经济。碳排放损益偏离的时空演化特征与影响因素分析一、引言近年来,随着全球气候变暖,碳排放量不断上升。截至2020 年,全球碳排放量达到 322.80 亿吨,给人类社会的可持续发展带来了越来越大的挑战。经济社会发展是碳排放最直接的原因,但是碳排放和经济发展水平不是一一对应的,存在明显的损益偏离,这已经成为环境经济学领域研究的热点问题。23技术经济与管理研究2023 年第 2 期地理空间
10、是经济社会发展的载体,经济发展水平和碳排放规模在全国范围内存在显著的时空差异。既有研究表明,省域隐含碳排放呈现出不断增加的趋势,且高值区主要聚集在北部沿海地区,消费水平提高是隐含碳排放增加的主要原因1。县域人均碳排放呈现出先急后缓的增长趋势和“北高南低”的空间格局,人口密度对县域人均碳排放有显著的抑制作用2;能源碳排放稳中有进、碳足迹北方大于南方,且整体上与经济增长脱钩3。由此可见,碳排放存在显著的时空分异,且与经济发展水平存在明显的偏离;能源消费、人口、社会消费等经济社会因素对其产生着重要影响。在“双碳”行动不断推进的背景下,学术界关于碳排放与经济发展水平关系的研究成果不断增多。目前来看,既
11、有研究成果主要包括四个方面:第一,探究了局部地区8,9、一定经济发展阶段10的碳排放特征;第二,探究了整体碳排放3,4,11-14、部门碳排放15、能源碳排放16,17、建筑业碳排放18、工业碳排放19与经济发展的关系;第三,探究了碳排放与新兴国家崛起20,21、影子经济22、金融发展23、对外直接投资24、产业转型25、外商直接投资、绿色技术、人均收入、贸易开放度26、数字经济27、绿色增长28、工业经济29等的关系;第四,探究了城市经济形态30、人口学特征31、出口结构调整32、自主经济模式33、不可再生能源34等经济社会因素对碳排放与经济发展关系的影响。从研究方法来看,既有研究成果主要运
12、用了脱钩模型、EIO-LCA 模型、耦合协调模型、结构分解、协整模型、神经网络、多区域投入产出、空间杜宾模型、ARDL 模型、面板回归模型、向量自回归、STIRPAT 模型、CGE 模型与非线性自回归分布滞后技术等方法。总体来看,现有研究对碳排放与经济发展的关系开展了系统的研究。首先,既有研究成果主要集中于全球、国家、区域、部门与行业层面,从全国视角来探究市域碳排放与经济发展关系的研究较少;其次,现有研究未系统分析碳排放与经济发展水平的空间偏离;再次,既有研究主要探究了碳排放与经济社会因素的线性关系,中国幅员辽阔,经济社会因素存在显著的阶段性、区域差异性与复杂性,延续已有研究方法会忽略发展阶段
13、和区域的差异,不利于国家和各级政府因地制宜地制定碳减排与经济发展政策、措施2。当前,中国的经济低碳转型和生态环境建设不断深入推进。2030 年前碳达峰行动方案 指出,要把碳达峰、碳中和纳入经济社会发展全局。同时,“十四五”规划指出,要推动经济社会的高质量发展。地理空间是经济社会发展与生态环境的载体,经济社会发展与生态环境的变化必然会产生空间上的偏离。那么,中国碳排放与经济发展水平是否存在偏离(以下简称“碳排放损益偏离”)?各地区的碳排放损益偏离程度如何?碳排放损益偏离呈现出什么样的时空演化特征?碳排放损益偏离的关键地区在哪里?碳排放损益偏离的影响因素有哪些?这些都是迫切需要探究的问题。因此,本
14、研究以 20102020 年为研究期间,运用 ArcGIS10.8 直观化表达工具、自然断裂点分级法、空间自相关分析市域碳排放的空间格局,采用重心模型和空间错位指数探究碳排放与经济发展水平的空间偏离,采用 ArcGIS10.8 直观化表达、标准差椭圆工具探究碳排放损益偏离的时空格局,从而为“双碳”行动的制定、实施和经济社会的协同高质量发展提供理论参考。本研究可能的创新之处有:第一,基于空间错位理论,采用空间错位指数,对碳排放损益偏离进行定量测度;第二,基于 GTWR 模型探究了碳排放损益偏离的影响因素及其时空异质性;第三,从碳生产率的视角对碳排放损益偏离进行了分析。二、研究方法和数据来源1.空
15、间错位指数空间错位在 20 世纪 60 年代由 Kain J(1968)提出,指某一要素与另一要素在空间上呈现出的非对称状态。如上文所述,碳排放应与经济发展水平相适应,达到二者间的协调。引入空间错位指数,将有利于探究碳排放规模与经济发展水平的空间均衡发展状态。因此,研究运用空间错位指数模型构建碳排放损益偏离指数如下:SMIi=1CDPGiPG()CD-CDi100(1)Ri=1mmk=1SMIini=1SMIi100%(2)其中,SMIi为地级市 i 的碳排放损益偏离指数,Ri为地级市 i 在 m 年期间的贡献度;CDi、PGi分别表示地级市 i 的碳排放规模与经济发展水平;CD、PG 则分别
16、为该属性值的所有研究单元总和。当 SMIi0 时,i 地级市为正向碳排放损益偏离区域,碳生产率水平较高;当 SMIi0 时,i 地级市为负向碳排放损益偏离区域,碳生产率较低。此外,当 SMI 的绝对值越小,碳排放损益偏离程度越低,反之则越高。2.标准差椭圆标准差椭圆方法通过可视化的方式,基于全局空间统计方法描述研究对象的空间分布和多维特征。因此,文章引入标准差椭圆方法探究碳排放损益偏离的主要分布区域与变化趋势。其计算公式如下所示:重心:X?=ni=1iXini=1i,Y?=ni=1iYini=1i(3)方位角:tan=ni=1i2x?i2-ni=1i2y?i()2+ni=1i2x?i2-ni=
17、1i2y?i()22+4ni=1i2x?iy?ini=12i2x?iy?i(4)X、Y 轴标准差:x=2ni=1(ix?icos-iy?isin)2ni=1i224y=2ni=1(ix?isin+iy?icos)2ni=1i2(5)其中,坐标偏差:x?i=xi-X?;y?i=yi-Y?(6)椭圆面积:S=xy(7)空间密集度计算公式如下:I=W/S(8)式中:n 表示地级市个数;(xi,yi)表示每个地级市的经纬度地理坐标;i表示每个地级市对应的空间错位指数;(X?,Y?)表示加权平均重心坐标;为椭圆的方位角;x和 y分别表示椭圆x 轴和 y 轴的标准差;x?i和 yi分别为各地级市到平均重心
18、的坐标偏差;I 为椭圆的空间密度集;W 为研究区域内的空间错位指数之和;S 为标准差椭圆的面积。3.时空地理加权回归模型(GTWR)与传统的地理加权回归模型(GWR)只考虑空间维度不同,GTWR 模型加入了时间维度,从而为同时处理“时空”的非平稳性提供分析基础。因此,文章采用时空地理加权回归模型(GTWR)分析不同时空维度的影响因子。计算公式如下所示:Yi=0(ui,vi,ti)+kk(ui,vi,ti)Xik+i(9)上式中,Yi为观测值,ui和 vi分别是第 i 个观测点的纬度和经度,ti为第 i 个观测点所处的时序,(ui,vi,ti)为第 i 个观测点的时空坐标;0(ui,vi,ti)
19、为回归常数;k(ui,vi,ti)为第 i 个观测点第 k 个自变量的回归系数;Xik为第 k 个自变量在第 i 点的值;i为残差。与 GWR 模型类似,时空地理加权回归模型的核心要素是时空权重矩阵与带宽的选择。所谓时空权重矩阵,就是对于每个时空位置的观测点 i 以及自变量 k 提供一个 k(ui,vi,ti)的估计值,即:?(ui,vi,ti)=XTW(ui,vi,ti)X-1XTW(ui,vi,ti)Y(10)其中,?(ui,vi,ti)为 k(ui,vi,ti)的估计值;W(ui,vi,ti)为时空权重矩阵;X 为自变量构成的矩阵;XT为矩阵的转置;Y 为观测值构成的矩阵。为避免因数据离
20、散性造成的“长尾效应”,结合在确定权重时常用的距离阈值法和高斯函数法,文章采用有限高斯函数,即 bi-square 空间权函数:WijST=1-dijSTbi()22,dijSTbi0,dijSTbi(11)其中,WijST为利用 bi-square 空间权函数得到的时空权重矩阵,dijST为 观 测 点 i 和 观 测 点 j 之 间 的 时 空 距 离,即(ui-uj)2+(vi-vj)2+(ti-tj)2。显然,公式(11)中带宽的选择将在很大程度上影响时空权重矩阵的确立。考虑到数据观测点分布的疏密,文章采用自适应带宽(Adaptive Bandwidth),确立的准则为 AICc 准则
21、法。4.数据来源文章所采用的碳排放损益偏离程度和影响因素评价指标的数据,主要根据 20102021 年的 中国城市统计年鉴 、各地级市国民经济和社会发展统计公报、各省份的统计年鉴及统计公报、中经网数据库、公众环境研究中心、Wind 数据库的数据整理计算得到,数据来源客观、准确。其中,碳排放规模用碳排放总量来表征,经济发展水平用地区生产总值来表征;个别缺失数据通过增长率法估算得到。此外,研究基于自然资源部标准地图服务系统审图号为 GS(2019)1822 的标准底图展开分析,底图无修改。三、中国碳排放的空间格局1.市域碳排放的总体空间格局特征本研究运用 ArcGIS10.8 中的自然断裂点分级法
22、对市域碳排放进行梯度划分,进而揭示其总体空间格局特征。总体来看,20102020 年中国市域碳排放在时间上呈现出规模不断扩大的特征,在空间上呈现出由北向南递减、由东南向西北递增的特征,与经济发展水平的空间分布不完全一致。具体从 2010 年、2015 年和 2020 年 3 个时间节点来看,碳排放位于第一、二梯度的地级市主要位于南方地区,位于第三、四梯度的地级市主要位于北方地区;从东南到西北地区,呈现出由第一、二梯度向第三、四梯度过渡的特征。其次,位于第三、四梯度的地级市整体呈现出在辽中南、京津冀、长三角和珠三角城市群、内蒙古和山西交界处、东北地区聚集分布的特征;此外,重庆的碳排放一直位于第四
23、梯度。主要的原因有:首先,在研究期间内,中国的经济发展长期处于较高水平,发展速度较快。其次,中国的重工业基地主要分布在东北、华北、陕西等北方地区,这些地区聚集分布的重型机械、钢铁、石化、装备制造、化学化工、造船工业、汽车工业、能源工业等高能耗、高排放的产业占比较大,碳排放量大,南方地区主要以轻工业、服务业为主,能耗和排放规模相对较小,故最终中国的碳排放呈现出北方大于南方的分布格局。再次,中国的经济发展质量整体呈现出由东南到西北递减的特征,低能耗、低排放产业主要位于东南沿海地区;相反,西北地区聚集分布有大量能源资源导向型的高能耗、高排放产业。所以,中国的碳排放分布呈现出由东南到西北递增的特征。再
24、次,辽中南、京津冀、长三角和珠三角地区是中国重要的工业基地,高能耗、高排放的制造业占比较大;内蒙古和山西交界的部分地区为中国重要的能源资源富集区,煤炭、钢铁等产业占比较大,碳排放规模较大。因此,碳排放量位于第三、四梯度的地级市聚集分布在以上地区。另外,重庆是重要的装备制造基地,所以其碳排放规模较大,长期位于第四梯度。2.市域碳排放的空间关联格局特征基于上述内容的分析,文章进一步探究中国市域碳排放的空间关联特征。由表 1 可知,2010 年、2015 年和 2020 年中国市域碳排放的全局 Moran 值分别为 0.1059、0.1261 和 0.1356,碳排放损益偏离的时空演化特征与影响因素
25、分析25技术经济与管理研究2023 年第 2 期且均在 1%的水平上显著,即存在显著的空间关联特征。结合LISA 聚类分析可知:第一,中国市域碳排放的高高(HH)区域主要聚集分布在辽中南、京津冀、呼鄂包榆、山西中部、山东半岛和长三角城市群。可能的原因在于,辽中南与山东半岛城市群是中国重要的经济区和工业基地。其中,辽中南城市群是中国最大的综合性重工业基地和能源原材料基地,聚集分布有大量的装备制造、汽车、能源等高能耗、高排放产业。山东半岛城市群是中国北方地区和华东地区重要的城市密集区,聚集分布有石化、家电制造、汽车制造、纺织服装制造等产业。呼鄂包榆和山西中部城市群是中国重要的能源、原材料、煤化工、
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