基于投入产出分析的中国碳排放足迹研究3

孙建卫 陈志刚 赵荣钦 黄贤金 赖 力

(南京大学地理与海洋科学学院,江苏南京210093)

基于投入产出分析的中国碳排放足迹研究3

孙建卫 陈志刚 赵荣钦 黄贤金 赖 力

(南京大学地理与海洋科学学院,江苏南京210093)

结合IPCC的清单方法对中国历年碳排放进行了核算,以区域投入产出分析为基础,对生产我国满足国民经济最终消费的产品(服务)量所需要的直接或间接碳排放量进行了分析,并对碳排放足迹及各部门之间的碳关联进行了分析。结论如下:①中国2002年碳排放足迹为176 528.10万t,人均碳足迹为1.374 26t/人,其中大部分源于国内最终使用的排放。②从足迹类型上看,中国属于价值量顺差与碳排放足迹逆差共存型,即碳排放净输入国。贸易额增长对碳排放足迹的增加有较大的促进作用。③制造业、电力、热力行业与农业的排放足迹占到了总排放足迹的80%以上,是对碳排放依赖程度较大的产业部门。④足迹影响力分析显示,电力、热力行业占据了碳排放足迹需求的强势地位;足迹感应力分析表明,国民经济及其相关产业对电力、热力行业和制造业碳排放的拉动力最大。

碳足迹;投入产出;碳排放;影响力;感应力;中国

碳足迹(Carbon Footprint)是用来衡量人类活动对环境的影响和压力程度的指标,是对某种活动引起的(或某种产品生命周期内积累的)直接或间接的CO2排放量的度量[1]。随着碳循环研究的深入和国际上对于碳减排的关注,近年来国内外逐步开展了对碳足迹的研究。如Sovacool等[2]对全球12个大都市区的碳足迹进行了评价分析,并提出了减少碳足迹的政策建议。Kenny[3]以爱尔兰为例,对六种碳足迹计算模型的运行效果进行了对比分析。郭运功[4]在对上海能源利用碳排放的研究中引入了碳足迹的概念,并对能源利用人均碳足迹进行了测算。碳足迹是在生态足迹的概念的基础上提出的,但在大部分研究中被用来表征碳排放量[1,5-6],而有别于生态足迹的概念。本文所提的碳排放足迹与碳足迹的概念实质上是一致的,是指人类活动的碳排放量。1998年Bicknell[7]在生态足迹研究中提出了基于投入产出分析的模型(简称IOA-EF模型),即采用投入产出技术,以土地乘数来计算区域生态足迹的贸易流动的新思路,利用投入产出表的产品流信息追踪和计算最终消费的生态足迹格局,弥补了EF基本模型在识别环境影响的真实发生位置、组分构成及其在产业间的相互联系等不足[7-9]。近年来,国内外不少学者对 IOA-EF模型及其应用进行了有益的探索和改进[10-14]。为研究碳足迹的部门构成,本文首先结合IPCC的清单方法[15]对中国历年碳排放进行了核算,然后采用Bicknell[7]的IOA-EF生态足迹模型的思路,借鉴Ferng[11]与赖力[14]改良后的算法,加以改进后应用于中国碳排放足迹研究中,对我国碳足迹进行了核算并分析了其部门构成,并通过足迹影响力和感应力指数对部门之间的碳关联程度进行了分析。

1 中国历年碳排放核算

碳排放核算有助于在大尺度上了解一个国家或区域不同行业或部门的碳排放状况。要对碳排放足迹进行分析,首先要对中国碳排放进行核算。核算碳排放所需的数据主要来源于《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》及其他相关行业统计年鉴1995-2005年的数据等。根据2006年《IPCC国家温室气体清单指南》[15]提供的清单编制方法和相应的参数,对中国31个省、自治区、直辖市(不包括香港、澳门特别行政区与台湾省)整体作为分析对象,对1995-2005年全国碳排放状况进行核算。包括4个部分:能源,工业生产过程,农业、林业及其土地利用变化,以及废弃物。本研究基于不同部门对中国CO2与CH4的排放进行核算。主要核算项目如下:①能源活动的碳排放主要包括化石燃料燃烧的CO2和CH4排放、煤炭开采活动的CH4逃逸排放;②根据《清单指南》对工业过程排放源的界定,并结合中国工业生产的特征,核算的工业过程与产品利用碳排放源主要包括采掘工业中水泥、石灰和玻璃;化学工业中炭化钙、天然纯碱;金属工业中钢铁、铁合金、铝、镁、锌、铅的生产过程中CO2与CH4排放的排放;③农业活动的碳排放主要包括稻田甲烷排放、动物肠道甲烷排放、动物粪便的CH4排放;④林业及其土地利用碳排放主要包括森林和其他木质生物量贮量的变化,包括活立木生长碳吸收,以及森林资源消耗引起的CO2排放,森林与非林地转化引起的CO2排放/吸收;⑤放弃物处置的碳排放主要包括城市固体废弃物处置的CH4排放、城市生活污水和工业生产废水的CH4排放。

由图 1可以看出,2005年 CO2的总排放量为784 080.83万t,比1995年增长了66.31%。能源活动为中国CO2的主要排放源,占到历年排放总量的75%左右。从图2可以看出,2005年的CH4排放量为8 476.91万t,为1995年的1.57倍。总体而言,农业活动是CH4的主要排放源,平均每年占到排放总量的40%,而能源活动与工业生产过程的CH4排放均快速增长,并于2005年超过了农业活动的排放量,成为最主要的排放源。历年CO2和CH4的总排放量表现为先减后增的态势。

将CO2和CH4的排放量进行折纯并汇总,可以得到我国1995-2005年的碳排放总量。其中,CO2为最主要的碳排放气体,占到碳排放总量的90%以上。历年中国碳排放总量呈现先缓慢减小后快速增加的态势,2005年中国碳排放总量为220 197.90万t,比1995年增加了66%(见图3),历年的碳吸收表现为逐年增加,2005年的碳吸收水平达到了29 676.31万t。由于林业的碳汇功能,使得历年的碳净排放量相对于总排放量有显著的减少。但由于林业碳汇功能有限,历年变动不大,因此随着碳排放总量的上升,净碳排放量也呈明显的上升趋势。2005年中国碳净排放量为190 521.59万t,比1995年增加了79%。

2 基于投入产出法的碳排放足迹分析

2.1 投入产出表的选取与处理

投入产出分析是研究经济系统中各个部分之间在投入与产出方面相互依存的经济数量分析方法。20世纪50年代初,西方国家纷纷编制投入产出表,应用投入产出分析解决实际经济问题,前苏联于1959年开始应用投入产出分析方法,联合国于1968年将投入产出表推荐作为各国国民经济核算体系的组成部分。中国是应用投入产出分析比较晚的国家,1974-1976年试编了第一张全国投入产出表,1987年开始将投入产出表编制工作制度化,每5年(逢2、逢7年份)调查和编制一次全国投入产出基本表,基本表编制年份以后3年(逢5、逢0年份)编制延长表。截止目前,中国编制了1987、1992、1997与2002年4张基本表,1990、1995、2000年3张延长表。中国是应用投入产出分析比较晚的国家,由于投入产出表并非逐年编制,因此本文结合碳排放核算的数据,选取1995、1997、2000与2002年四年的投入产出表,对其进行归并调整,得出应用于本文的多部门价值量投入产出表,包括了农业,采掘业,制造业,电力、热力煤气及水生产和供应业,建筑业,交通运输,仓储及邮电通讯业,商业以及其他服务业等七大产业部门。

2.2 模型的构建方法与步骤

在这里以2002年为例,分步骤展示基于投入产出技术的碳排放足迹的算法。

图1 中国历年CO2排放量Fig.1 CO2 emission of China from 1995 to 2005

图2 中国历年CH4排放量Fig.2 CH4 emission of China from 1995 to 2005

图3 中国历年碳排放、碳吸收和净碳排放量Fig.3 Carbon emission,carbon absorption and net carbon emission of China

(1)根据中国2002年的多部门价值量投入产出表,计算出完全需求矩阵又称里昂惕夫逆矩阵(1-A)-1:

(2)计算各产业部门单位价值量产出的碳排放,即为碳排放强度,根据我国历年碳排放核算结果,得到各产业部门2002年的碳排放量,结合各产业部门的产出水平,得出2002年的碳排放强度向量c-=[0.54899 0.26155 0.34270 5.87323 0.02544 0.39355 0.04035]。

(3)对碳排放强度向量进行对角化处理,左乘完全需求矩阵(1-A)-1,即得到了碳排放完全需求矩阵 T(又可成为碳排放乘数矩阵):

(4)根据复合乘数的算法,国内最终消费、资本形成与出口的碳排放矩阵分别表示为FC、FA与FE,是由碳排放完全需求矩阵右乘各部门最终使用的对角矩阵及其组分矩阵所得。计算结果如下:

(5)计算进口贸易(包括其他来源商品)的碳排放需求。由于难以完全获取进口产品提供国的投入产[11]出表、碳排放与生产力等核算数据,这里假设,进口产品提供国的平均生产技术水平、碳排放完全需求系数及结构与中国类似一致。并且进口贸易区分直接用于最终需求的进口以及用于间接需求的进口,表1为2002年中国进口贸易的拆分后的价值表。

胃癌通过静脉(血行)、淋巴径路等途径发生骨转移，当在胃壁内的小静脉或淋巴管发现胃癌细胞时，说明存在胃癌骨转移的危险，特别是腹腔淋巴结或肝肺有转移时，更容易同时发生骨转移，胃癌骨转移的发生在很大程度上决定于胃癌生物特性及患者的免疫功能[4-5]。

直接使用国外产品所对应的碳排放矩阵 IMd的计算过程为:

各产业部门对应的国外产品碳排放矩阵分别为 IMi1,IMi2,IMi3,IMi4,IMi5,IMi6,IMi7,IMi1的计算过程如上同。结果如下:

然后参入[r]为调整因子[11,14],代表各产业部门国外的投入直接用于最终使用的比例:

表1 2002年中国进口贸易价值表Tab.1 Import trade value of China in 2002(108RMB)

因此,间接使用国外产品的碳排放矩阵 IMi的计算过程为:

最后,得出直接使用与间接使用国外产品的碳排放矩阵IMd与IMi:

(6)按照以上核算步骤,分别对中国1995,1997,2000及2002年进行碳排放的投入产出分析,可以得出我国这些年份的碳排放明细。

2.3 碳排放足迹的核算结果与分析

我国碳排放足迹总量呈逐年递增态势,2002年碳排放足迹为176 528.10万t,其中146 516.96万t源于国内最终使用排放,30 011.14万t源于国外进口排放。2002年我国出口价值额大于进口,在价值量上表现为贸易顺差,而我国碳排放净出口量为4 948.77万t,因而在碳足迹上表现为逆差,为碳排放净输入国。最终消费碳足迹的绝对数量表现出逐年减小趋势;资本积累项足迹各年份的差别较大,其主要取决于固定资产与产品的库存增量情况;出口/进口的历年碳排放足迹都呈现较大幅度增加,这是中国碳排放足迹总量增加的主要驱动因素;另外,碳排放的逆差水平呈现出了增加的态势(见表2)。

2002年我国人均碳足迹总量为1.374 26t/人,其中国内人均碳足迹为1.140 63t/人,由于进口的国外碳足迹为0.233 64t/人。其中,最终消费足迹为0.542 94t/人,占到足迹总量的39.51%。2002年我国人均净出口足迹为0.038 53t/人,即拥有人均0.038 53t的碳排放逆差。从年份对比来看,人均足迹总量除了在2000年有所下降以外,总体上呈现增长的状态,2002年较1997年人均碳足迹增长了0.087t/人(见表3)。与碳足迹总量相似,人均足迹的增长主要是受到了进出口足迹快速增加的推动。四个年份的净出口足迹均为正值,即表现为人均碳足迹的逆差,逆差额在总体上表现为快速增加,2002年的逆差额已为1995年的2.7倍。

产业部门碳排放足迹总量逐年增加,其中,制造业的碳排放足迹最大,占到了排放足迹总量的40%以上,2002年制造业的碳排放足迹达到71 658.70万t;其次为电力、热力行业,其历年的碳排放足迹占到了排放足迹总量的35%左右,并呈现出逐年增长的态势;农业排放足迹在各产业部门排到第三位,占排放足迹总量的10%以上,但其呈现出减小的趋势;采掘业,建筑业,交通运输、邮电业,商业及其他服务业,四个部门所占比例较小,均占排放足迹总量5%以下,但这四个部门排放足迹的绝对数量均呈现的增长的状态,特别是交通运输、邮电业与商业及其他服务业增长较为快速(见图4)。

表2 中国碳排放足迹总量(万t)Tab.2 Carbon emission footprintof China(104 t)

表4中每一列的合计数表示某一产业最终需求每增加1万元对各产业的部门产出所需的碳排放量之和(t),每一行的合计表示某一产业部门的产出每增加1万元对实现各产业的最终需求所相应增加的碳排放量之和。可以看出,同样最终需求增加1万元,各产业部门增加碳排放量由大到小依次为:电力、热力行业的碳排放(6.606 89)、制造业(1.121 74)万 t、农业(1.013 62 万 t)交通运输、邮电仓储业(0.959 73万t)、采掘业(0.919 91万t)、建筑业(0.838 38万t)、商业及其他(0.521 13万t)。可以表明各产业部门所提供最终需求,对碳排放的依赖程度,电力、热力行业是以能源消费为基础的产业部门,因此对碳排放的依赖程度最大。

表3 中国人均碳足迹 (单位:t/人)Tab.3 Per capita carbon footprintof China

3 碳足迹影响力与感应力分析

图4 中国产业部门碳排放足迹Fig.4 Carbon emission footprintof industrial sectorsof China

结合以上对各部门的碳排放及碳足迹的分析,为进一步各部门生产变化对其他部门的影响程度,这里引入碳足迹影响力和感应力指标对部门之间的碳关联进行分析[14]。

影响力系数是反映国民经济某一部门增加单位最终使用时,对国民经济各部门所产生的需求波及程度。这里引入碳排放足迹影响力系数,以碳排放来衡量某产业部门对其他各产业部门的影响程度。令 X为足迹影响力矩阵,其中元素为 xij,表示部门 i对部门j的影响力,INFj为部门j的足迹影响系数,-c为 碳排放强度,则有:

感应力系数是反映国民经济各部门增加单位最终使用时,某部门由此而受到的需求感应程度。这里引入碳排放足迹感应力系数,反映某部门为满足其他部门的生产而产生的碳排放。令 Y为足迹感应力矩阵,其中元素为 yij,表示部门 j对部门i的感应力,INDi为部门i的足迹影响系数,-c为 碳排放强度,则有:

表4 2002年中国各产业部门碳排放乘数矩阵Tab.4 Multiplicatormatrix of carbon emission of industrial sectors in China

结果发现,电力、热力行业的碳排放影响力最大,各年份都在3.0以上,这反映了该产业部门对于整个国民经济碳排放的推动力最大,也说明了该产业部门发展对碳排放的依赖性最大。其他各产业部门的足迹影响力系数均小于1.0,说明相对于电力、热力行业,其他产业部门对整个国民经济碳排放的推动作用是比较小的。其他产业部门各年足迹影响力系数排序有大到小依次为:制造业,采掘业、农业、交通运输、邮电业、建筑业、商业及其他(见表5)。各产业部门足迹影响力系数在各年排名没有太明显的变化,只有农业影响力系数在后两个年份超过了采掘业,说明农业部门的对整个国民经济碳排放的推动作用有增大的趋势。商业及其他服务业的足迹影响力系数最小,即对碳排放的推动作用最小,从这就可以反映出,产业结构的调整与升级可以很大程度上的促进温室气体的减排。

电力、热力行业与制造业两部门的感应力系数最高,且都大于1.0,说明国民经济及其相关产业对这两个部门特别是电力、热力行业的碳排放的拉动力最大,即国民经济各部门对其需求所产生碳排放的感应程度最大。相对于电力、热力行业与制造业,其他产业部门的足迹感应力系数都小于1.0,国民经济对这些部门碳排放的拉动作用相对较小,这些部门各年份平均足迹影响力系数有大到小的排序依次为:农业,交通运输、运输邮电业,采掘业,商业及其他,建筑业。足迹感应力的大小是由两方面原因造成的:①该产业部门的发展对碳排放的依赖程度;②国民经济发展各部门对该部门的真实的需求程度。因此,实现碳减排的途径可以从如下两个方面实现:一是减少产业部门对碳排放的依赖;二是调控产业结构,使低碳排放产业如服务类产业在国民经济中发挥更大的作用,成为国民经济的主导产业。

表5 不同行业碳排放足迹影响力和感应力系数Tab.5 Carbon emission footprint infection and inductivity of different sectors

4 结 论

本章根据Bicknell的投入产出思路,以区域投入产出分析为基础,来核算生产满足国民经济最终消费的产品(服务)量所需要的直接或间接碳排放量,对我国的碳排放足迹进行一个系统全面的分析,并借鉴复合土地利用乘数的概念,得出了复合碳排放乘数,区分了各产业部门的碳排放情况,最后通过足迹影响力和感应力分析,对各部门之间的碳关联进行了分析。结论如下:

(1)中国碳排放总量呈先缓慢减少后快速增加的态势,2005年中国碳排放达220 197.90万t,比1995年增加了66%。

(2)中国的碳排放足迹大部分源于国内的最终使用排放,其他源于国外的进口排放。2002年碳排放足迹为176 528.10万t,人均碳足迹为1.374 26t/人。从足迹类型上看,中国属于价值量顺差与碳排放足迹逆差共存型,即碳排放净输入国。贸易额的增长对碳排放足迹的增加有较大的促进作用。

(3)制造业、电力、热力行业与农业三个产业部门的排放足迹占到了总排放足迹的80%以上。根据碳排放乘数矩阵,电力、热力行业为对碳排放的依赖程度最大的产业部门。

(4)足迹影响力分析显示,电力、热力行业占据了碳排放足迹需求的强势地位;足迹感应力分析则表明,制造业与电力、热力行业两个产业部门足迹感应力系数最大,说明国民经济及其相关产业对这两个部门特别是电力、热力行业的碳排放的拉动力最大。根据足迹影响力与感应力的分析结果,认为实现碳减排的途径可以从如下两个方面实现:一是,减少产业部门对碳排放的依赖;二是,调控产业结构,使低碳排放产业如服务类产业在国民经济中发挥更大的作用,成为国民经济的主导产业。

致谢:感谢匿名审稿专家提出的意见和建议。

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Research on Carbon Em ission Footprint of China Based on Input2output Model

SUN Jian2wei CHEN Zhi2gang ZHAO Rong2qin HUANG Xian2jin LAILi
(School of Geographic and Oceanographic Sciences,Nanjing University,Nanjing Jiangsu 210093,China)

Integrating the resultof China’s carbon emission calculation,based on regional input2outputmodel,thisarticle analyzed the direct and indirect carbon emission of the products that are produced to meet the ultimate consumption of national economy,and studied the carbon footprint and the carbon relation among each sector.The conclusionsare as following:①There are great carbon footprint in China.The carbon footprintof China in 2002 was 176 528.10×104t,and the per capita carbon footprintwas1.374 26t,themain partofwhich originated from domestic consumption.②In the view of footprint types,China belongs to the type of coexistence of surplusonmagnitude of value and trade deficiton carbon emission footprint;i.e.,China isa net carbon emission importing country.Volumeof trade greatly promotes the increaseof carbon emission footprint.③With a carbon footprintproportionof 80%,manufacturing,electric and heatpower and agriculturewere industrial sectors that greatly depended on carbon emission.④Carbon footprint infection showed that electric and heat power has the biggest demand of carbon emission footprint,and the carbon footprint inductivity manifested that the driving force of national economy and related industrieson carbon emission of electric and heat power and manufacturing is the biggest.

carbon footprint;input2output;carbon emission;infection;inductivity;China

F062.4

A

1002-2104(2010)05-0028-07

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.05.006

2010-02-03

孙建卫,硕士生,主要研究方向为资源环境经济与政策。

黄贤金,教授,博导,主要研究方向为资源环境经济与政策。

3国土资源部公益性行业科研专项经费项目(No.200811033);江苏省环保科技基金(No.2009037)。

(编辑:刘呈庆)