中国建筑业碳排放时空格局及影响因素分析.pdf
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1、 第3 6卷 第2期2023年05月 青 岛 大 学 学 报(自 然 科 学 版)J O U R N A LO FQ I N G D A OU N I V E R S I T Y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)V o l.3 6N o.2M a y2023 文章编号:1 0 0 6 1 0 3 7(2 0 2 3)0 2 0 1 3 5 0 6d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 6 1 0 3 7.2 0 2 3.0 2.2 2中国建筑业碳排放时空格局及影响因素分析张立新,韩 聪,刘欣悦(青岛理工大学管理工程学
2、院,青岛2 6 6 5 2 0)摘要:为探究中国建筑业碳排放空间分布格局及影响因素,基于生命周期理论核算2 0 0 52 0 1 9年中国省域建筑业碳排放;利用重心模型探究中国建筑业碳排放重心迁移轨迹及空间集聚特征,发现中国建筑业碳排放重心逐渐向西南方向迁移,后向东北方向迁移,建筑业碳排放呈“东北西南”分布格局;利用G TWR模型探究中国建筑业碳排放的影响机制,发现人口数量的增加、产业规模的扩大在一定程度上可以促进建筑业碳排放,而降低能源强度与调整能源结构可以有效减少建筑业碳排放。关键词:建筑业碳排放;空间格局;影响机制;时空地理加权回归中图分类号:F 4 2 6.9 2 文献标志码:A收稿日
3、期:2 0 2 2-0 6-3 0通信作者:张立新,男,副教授,主要研究方向为工程项目管理。E-m a i l:6 1 9 5 8 1 5 5 4q q.c o m 气候治理逐渐演变为2 1世纪全人类利益共同诉求点1,如何有效应对温室气体过量排放问题成为全球面临的共同挑战。中国作为全球最大碳排放国,2 0 2 0年碳排放总量约为9 8.9 9亿吨,约占世界碳排放总量的3 1%2。为了减少碳排放,中国积极制定“碳达峰”和“碳中和”战略目标及“1+N”政策体系。建筑业作为资源密集型和能源消耗型产业,在碳排放体系中占据较大的比例。据统计,中国建筑业能耗占总能耗的4 6.7%,而C O2排放量将近碳排
4、放总量的5 0%3。目前对建筑业碳排放的研究主要包括建筑业碳排放的核算及影响因素的分析。在碳排放核算方面,国内外学者使用生命周期法,将建筑物生命周期划分为不同阶段,分别计算各个阶段碳排放量。早期的研究对象多为单体建筑或某一类建筑4,随着研究的深入,研究范围逐渐延伸至宏观层面,计算某一区域内建筑业的碳排放量5,使得建筑业碳排放研究体系更为全面。在碳排放影响因素方面,多数学者采用分解的方法进行研究。例如,基于I P AT等式分析甘肃省碳排放影响因素并预测碳达峰情景6;基于K a y a恒等式7、S T I R P AT模型8及LMD I模型9分析各地区碳排放影响因素并提出相应的减排政策。但以上方法
5、在分析时存在较大的局限性,即未考虑空间异质性的影响。中国幅员辽阔,各地区建筑业发展状况差异巨大,即使同一影响因素,在不同区域对建筑业碳排放的影响效果也存在差异。地理加权回归模型(GWR)的出现解决了以上问题,该模型充分考虑空间异质性的影响,有助于研究者提出更具针对性的减排政策。但GWR模型所使用的数据为截面数据,得出的部分结论与实际不符。为解决时间非平稳问题,在原有模型的基础上进行改进,提出时空地理加权回归模型(G TWR)1 0,目前该模型多应用于土地1 1、房价1 2领域。本文将全国3 0省份、直辖市、自治区(未包括西藏、港澳台)作为研究对象,分析2 0 0 52 0 1 9年建筑业碳排放
6、时间演变格局,利用重心模型分析中国建筑业碳排放空间演变格局,并基于G TWR模型分析各地区建筑业碳排放影响因素。1 研究方法及数据来源1.1 建筑业碳排放核算基于生命周期理论,本文将建筑业生命周期划分为五个阶段:建筑材料生产阶段、建筑材料运输阶段、建筑施工阶段、建筑运行阶段及建筑拆除阶段。青 岛 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第3 6卷表1 建材碳排放因子建材种类钢铁木材水泥玻璃铝材碳排放因子/(tt-1)1.7 8 9-0.8 4 30.8 2 20.9 6 62.6 0 01.1.1 建筑材料生产阶段碳排放 材料生产过程中需要将原料进行分解,并消耗能源,因此会产生大量C O2。由于建
7、材种类繁多,本文参考 中国能源统计年鉴,统计5种常用建材:钢铁、木材、水泥、玻璃、铝材。需要注意的是,钢铁和铝材属于可回收材料,因此,在测算碳排放时需要乘以相应的回收系数。各种建材碳排放因子1 3见表1(木材碳排放系数单位为t/m3)。建材生产阶段碳排放核算N1=5i=1BMii 1-i()(1)其中,N1为建材生产阶段碳排放量;i代表各类建材;BMi为各地区第i种建材消耗量;i为第i种建材生产碳排放因子;i为第i种建材回收因子。表2 建材运输碳排放因子运输方式铁路运输公路运输水运运输航空运输碳排放因子k g C O2/(tk m)0.0 1 650.0 5 560.0 1 331.2 9 2
8、2 注:数据来源于 中国统计年鉴1.1.2 建筑材料运输阶段碳排放 建筑材料的运输方式主要包括铁路、公路、水运和航空运输。各种运输方式碳排放因子1 4见表2。宏观研究中建材运输距离无法直接查询,以 中国统计年鉴 中全国货物平均运输距离近似代替建材运输距离。因此,建材运输阶段碳排放核算公式为N2=5i=13j=1FMi jhi jj(2)其中,N2代表建材运输阶段碳排放量;j代表不同运输方式;FMi j表示通过运输方式j运输的建材i数量;hi j代表通过运输方式j运输的建材i的平均运距;j代表运输方式j的碳排放因子。1.1.3 建筑施工阶段碳排放 施工阶段碳排放主要来源于各类能源消耗,根据 中国
9、建筑业统计年鉴,统计建筑业原煤、洗精煤等1 5种能源消耗数据,与相应碳排放因子1 5相乘N3=Ckk()(3)其中,N3表示建筑施工阶段碳排放量;Ck为第k种化石能源消耗量;k为该化石能源碳排放因子。1.1.4 建筑运行阶段碳排放 建筑物运行阶段产生的碳排放主要来源于取暖、制冷、照明等能源消耗。依据中国统计年鉴中数据分类,本文将建筑运行阶段能耗分为集中供暖能耗、公共建筑能耗和居住建筑能耗,具体的分类方式及统计数据来源见表3(数据来源于 中国统计年鉴)。表3 建筑运行阶段能耗分类及数据来源各类建筑能耗包含行业数据来源公共建筑能耗交通运输、仓储及邮电通讯业原煤、型煤、液化石油气、天然气、电力批发和
10、零售业、餐饮业原煤、型煤、液化石油气、天然气、电力,5 0%柴油其他行业原煤、型煤、液化石油气、天然气、电力,5 0%柴油居住建筑能耗城镇居民居住能耗城镇居民消耗的各类能源及电力乡村居民居住能耗乡村居民消耗的各类能源及电力集中供暖能耗锅炉房供暖用煤大型供热锅炉用于供热时所消耗的煤及煤制品热电联产余热供热用煤单位供热面积耗煤量(1 4k g c e/m2)、集中供热总面积及热电联产供热比例(5 0%)乘积。1.1.5 建筑拆除阶段碳排放 同等面积下,建筑拆除阶段能耗接近于建造阶段的9 0%1 6,而中国每年拆除面积接近于施工面积的1 0%,因此,建筑拆除阶段能耗近似于同年建造能耗的9%。1.2
11、重心模型各地区建筑业碳排放存在明显的空间非均衡性,必将导致建筑业碳排放重心偏移地理重心。重心模型631 第2期 张立新等:中国建筑业碳排放时空格局及影响因素分析可以清晰地测量建筑业碳排放重心在空间、时间上的迁移轨迹,并通过标准差椭圆展示建筑业碳排放在空间上的分布格局及聚集特征。平均重心S D ES D Ex,y()=(xi-x1)2n,(yi-y1)2n(4)其中,xi、yi为要素空间坐标;x1、y1为平均中心坐标,n为要素数量。1.3 时空地理加权回归模型相比于传统的回归模型,G TWR模型可以在时间和空间两个维度分析不同空间要素的参数变化1 0Yi=0(i,i,i)+k(i,i,i)Xi
12、k+i(5)其中,X为解释变量,Y为被解释变量,(i,i,i)为3 0个省份的时空坐标;k为第k个解释变量;0为常数项;k为回归系数;i为误差项。1.4 影响因素选取及预处理根据I P AT理论6,影响建筑业碳排放的因素可以划分为三个维度:人口、经济发展状况及技术进步水平。选取人口数量1 7、产业规模1 8、能源强度1 9作为建筑业碳排放的影响因素,考虑到建筑业对能源依赖程度较高,选取能源结构2 0作为影响建筑业碳排放的另一指标。运用S P S S软件对以上4个指标进行共线性检验,结果显示,所有指标的方差膨胀因子最大值为6.7 2,不存在多重共线性。各影响因素定义及描述性统计见表4(数据来源于
13、 中国能源统计年鉴)。表4 驱动因素定义及描述性统计变量定义最小值最大值均值标准差人口数量各地区常住人口数量/亿人0.0 5 41.1 5 20.4 4 80.2 6 9产业规模建筑业产值占G D P的比例(%)6.1 8 25 6.4 3 32 1.3 5 28.7 4 1能源强度单位施工面积能源消耗量/(t/m2)0.1 3 70.3 3 80.2 0 70.0 3 6能源结构电力消耗量占能源消耗总量比重(%)2.3 7 46 3.6 5 21 5.8 5 27.5 2 12 中国建筑业碳排放的空间格局2.1 中国建筑业碳排放现状图1 2 0 0 52 0 1 9年中国建筑业碳排放 图1为
14、中国2 0 0 52 0 1 9年建筑业全生命周期碳排放总量(数据由1.1节计算所得)。可知,建筑业生命周期内碳排放主要来源于建材生产阶段和建筑运行阶段:建材运输阶段、建筑施工阶段及建筑拆除阶段碳排放占比较低。按时间顺序来看,将建筑业碳排放划分为四个阶段:2 0 0 52 0 1 0年稳步增长阶段;2 0 1 12 0 1 2年加速增长阶段;2 0 1 32 0 1 5年波动下降阶段;2 0 1 62 0 1 9年缓慢增长阶段。在稳步增长阶段,城镇化水平的不断提高、城镇人口数量的不断增加、经济水平的不断增长拉动着建筑业的发展,同时该阶段房价的急剧上升导致了全国范围内的炒房行为,使得碳排放水平不
15、断增加;在加速增长阶段,受全球金融危机的影响,中国为了稳定经济及减少失业率,央行下放四万亿投资,大力兴建基建、铁路、港口、公路等,房地产行业也在此阶段迎来爆发,加速了碳排放增加速度;在波动下降阶段,国家开始颁布一系列房地产调整政策。同时受 节能减排“十二五”规划 影响,国家加大房地产能耗管理力度,促进房地产向低碳减排地区发展;在缓慢增长阶段,房地产市场逐渐回暖,发展规模进一步扩大,建筑业碳排放缓慢上升。731青 岛 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第3 6卷2.2 建筑业碳排放时空格局由于各驱动因素的回归系数在相近年份的变化呈一定的规律性,以5年为一间隔,选取2 0 0 5、2 0 1 0
16、、2 0 1 5和2 0 1 9为特征年限,采用重心标准差椭圆模型进行可视化分析。结果表明,研究期间建筑业碳排放重心位于河南省和湖北省,位于中国地理位置重心的东南方向,表明东部地区和南部地区建筑业碳排放较高,原因可能是东部地区长三角经济带、南部地区珠三角经济带经济发展较快,常年吸引外来人口,居民对住房需求增加,使东南地区建筑业碳排放明显高于西北方向地区建筑业碳排放水平。由表5可知,中国建筑业碳排放重心逐渐向西南方向迁移,后向东北方向迁移,究其原因,可能是2 0 0 5年以后西部大开发逐渐进入鼎盛时期,中国在西部地区建设了机场、水电站、水库等大型基础设施;同时西部地区能源丰富、技术创新水平表5
17、标准差椭圆参数及重心坐标年份转角/沿X轴标准差/k m沿Y轴标准差/k m重心坐标/k mX轴Y轴2 0 0 52 8.5 6 77 2 3.2 6 88 5 4.2 4 77 3 1.1 4 841 0 6.5 5 72 0 1 02 1.0 6 87 0 4.0 1 68 9 0.6 4 47 2 7.5 6 840 5 4.6 8 82 0 1 53 3.4 2 67 3 4.5 3 98 2 9.3 1 37 2 1.7 9 739 1 7.4 5 82 0 1 93 6.2 0 67 3 6.1 7 88 1 2.9 4 97 5 6.1 7 240 6 4.2 1 9不高、能源利用
18、效率低下,使得建筑业在发展过程中产生大量C O2;此后中国提出“新丝绸之路经济带”和“2 1世纪海上丝绸之路”等战略规划,使得碳排放重心再次向东南方向靠拢。从标准差椭圆角度出发,中国建筑业碳排放呈东北西南方向格局;椭圆方位角先缩小后扩大,表明建筑业碳排放空间分布格局先弱化后加强。3 中国建筑业碳排放影响因素分析3.1 G TWR模型实证结果表6 G TWR模型回归结果变量最小值最大值中值平均值标准差截距0.6 3 71.3 8 1-0.0 0 4-0.0 0 70.2 4 9人口数量0.1 5 91 2.0 9 41.6 3 91.7 2 84.6 9 9产业规模1.2 3 16.7 1 22
19、.4 4 22.4 2 84.4 3 4能源强度0.5 6 96.3 8 41.7 5 21.6 8 43.9 6 7能源结构-8.6 9 20.9 8 4-1.8 4 6-1.9 7 34.0 8 3 本文基于A r c g i s 1 0.8软件,以建筑业碳排放量为因变量,以人口数量、产业规模、能源强度及 能源结构为 自变量进行G TWR模型回归分析,模型参数回归结果见 表6。模 型R2为0.9 4 6,调 整 后 为0.9 4 5,说明该模型拟合度较高,能够较为科学的揭示影响因素的空间异质性。3.2 影响因素时空格局为直观的描述各个驱动因素对建筑业碳排放影响程度的时空差异,利用A r c
20、 m a p 1 0.8软件探究各驱动因素影响程度的时空异质性。(1)人口数量。人口数量对各个省份的建筑业碳排放均为正向影响,即人口数量的增加在一定程度上可以促进碳排放量。2 0 0 5年,建筑业碳排放受人口数量影响较大的区域主要集中在华南地区、西南地区及东北地区,影响程度较小的地区主要集中在华东地区。因为华南地区、西南地区及东北地区人口数量较少,人口数量的增加扩大了居民对住房的需求,使得建筑业碳排放增量明显;在2 0 1 0年,人口数量对碳排放的影响程度呈明显的“西北强东南弱”格局,大致沿“胡焕庸线”分成两片区域;2 0 1 5年和2 0 1 9年,人口数量对碳排放的影响格局转变为“西强东弱
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