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中国基础设施隐含碳时空变化特征及驱动因素研究

 
【摘要】:工业革命以来,全球CO_2浓度不断增加,由此导致的全球气候变暖问题已引起广泛关注,控制和减缓CO_2排放量在各国政府间达成共识。中国作为目前世界上最大的碳排放国,不断攀升的碳排放总量和较高的增速,使中国面临着巨大的国际减排压力。自上世纪70年代末改革开放以来,我国基础设施建设规模不断扩大,导致大量建筑材料和能源的投入,造成了很多环境影响并排放大量CO_2。其中建筑行业排放量占社会总排放量的40%左右,已被国内外众多研究机构和学者证实。基础设施作为碳排放大户,对节能减排有着义不容辞的责任。国家节能减排总目标最终需要分配到各省(市)具体落实,并且随着碳排放交易市场的全面推进和实行,各省(市)基础设施也将进行碳配额分配。根据中国建筑的平均生命周期,建于上世纪90年代初的房子,面临拆除重建的局面,新一轮的大基建或将开始。届时如果没有准确核查各地区基础设施隐含碳量,如何客观准确的设定基础设施隐含碳排放量基准值?如何做到公平透明?这势必引起区域发展利益冲突。基于上述研究背景,本研究将中国基础设施划分为建筑、公路、铁路三大系统,分别从国家层面、省域层面计算其隐含碳排放量,并对时空分布变化特征和区域差异进行研究和深入剖析,分别从时间和空间两个维度分析影响各省(市)基础设施隐含碳排放量的驱动因素,在此基础上为制定地区化和差异化的基础设施发展提供数据支撑和政策指引。(1)通过构建物质流分析模型(MFA)计算1997-2016年全国和31个省(市)基础设施隐含碳排放量。结果显示:超过90%的隐含碳排放量来自建筑,但交通隐含碳排放量的年均增速高于建筑,所占份额也在逐年增加。1997年,城乡建筑隐含碳排放量相差无几,2016年,城市建筑隐含碳排放量约为农村的2.2倍。不同类型建筑隐含碳排放量增速从大到小依次为:城市非住宅城市住宅农村住宅农村非住宅。城市钢混结构、农村钢混结构和农村砖木结构建筑隐含碳排放量不断增加,而城市砖混和农村全木结构建筑隐含碳排放量却在逐渐减少。在八种常见建筑建材中,钢材和水泥的隐含碳排放量增加最快,木材和砖最慢。平均超过94.3%的交通隐含碳排放量来自公路系统。在四种交通建材中,水泥对交通隐含碳排放量的贡献最大,沥青的年均增长率最快。(2)采用线性倾向估计法分析1997-2016年中国建筑和交通隐含碳的时间变化趋势,结果表明:建筑隐含碳排放量极速增长型、快速增长型和较快增长型的省份主要集中在沿海地区和中部经济发达地区;中速增长型多为中部、西部经济较发达及东北地区;较慢增长型和缓慢增长型的省(市)主要位于我国西北和西南经济欠发达地区。交通隐含碳排放快速增长型和较快增长型省份与建筑类似;中速增长型省(市)分布最广;较慢增长型和缓慢增长型的省(市)分布较分散,以直辖市和少数民族自治区为主。利用全局Moran’s I指数和LISA集聚图对人均建筑隐含碳排放强度和单位面积交通隐含碳排放强度进行空间自相关性分析,结果显示:整个研究期内,人均建筑隐含碳排放强度的Moran’s I经历了大幅的上升和下降,总体来看略有加强。“高-高集聚”省份分布在北部和东部沿海地区,“低-低集聚”多集中在西北和西南地区。单位面积交通隐含碳排放强度的Moran’s I呈现上升和下降趋势相间隔,但空间集聚现象明显加强,最终形成新疆-内蒙古-甘肃-青海-宁夏-西藏-四川-云南连片的“低-低”集聚区。“高-高”集聚区由最初的北京-天津-河北、上海-江苏变为上海-江苏-浙江。(3)以标准差测度的建筑和交通隐含碳排放总量的绝对差异都呈现逐年增加的趋势;以变异系数测度的建筑隐含碳排放总量的相对差异也呈现增大趋势,但近两年趋于平缓,交通隐含碳排放总量的相对差异则表现为逐年减小。采用Gini coefficient和Theil index分别对八大经济区人均建筑隐含碳排放强度和单位面积交通隐含碳排放强度的区域差异展开分析和研究,结果显示:人均建筑隐含碳排放强度的差异指数呈现先降后增,整体缓慢上升的趋势,2002年之前差异主要来自区域内,从2003年起,区域间差异成为总差异的主要来源。单位面积交通隐含碳排放强度的差异指数在2007年前存在波动起伏,但变化不大,此后呈现下降趋势。差异主要来自区域间。(4)结合Kaya恒等式和LMDI指数分解模型从时间维度分解出五种影响基础设施隐含碳排放量的驱动因素,结果表明:1997-2016年间,投资规模和经济效应是导致国家和省(市)基础设施隐含碳排放量增加的主要驱动因素,而技术水平和投资效应是其减少的主要原因。大多数省份建筑和交通隐含碳排放变化的主要驱动因素与国家层面的分解结果大致相同。构建M-R(Multiple-Region)空间分解模型,从空间维度分解出六种影响基础设施隐含碳的驱动因素,结果表明:人口效应和省域规模是造成省(市)建筑和交通隐含碳排放量与全国平均值差异的主要驱动因素。而技术水平、投资效应、投资规模和经济效应则是造成省域间排放差异的重要因素。人口密集和省域规模大的省份基础设施隐含碳排放量存在较大的潜在增长空间,是未来关注的重点;经济发达地区则应注重技术水平和投资效应对减缓和抑制碳排放的作用。综合以上结论可以看出,虽然目前我国基础设施隐含碳排放量较大,但从发展的角度来说,我国仅用了三、四十年完成了欧美发达国家历时百年的基础设施建设和隐含碳排放。并且由于基础设施的长效性,现有的基础设施将为我国经济发展和民众生产生活需求提供长期服务。也正是这一特点,国家和地方在规划投资和制定低碳经济发展路径时要有超前意识,应根据地方资源特点和发展定位差别化对待:对于隐含碳排放量较高的东部沿海地区,需要加强基础设施的维护,延长基础设施使用寿命,避免一些人为因素造成的大拆大建。对于低碳排放的西部内陆地区,加强绿色建材和低碳建造技术在基础设施建设中的作用,减少材料和能源消耗及二氧化碳排放。同时,平衡各省人口规模和经济发展对基础设施隐含碳排放产生的差异。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:F283;X196

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