中国温室气体排放增长的结构分解分析

计军平 ,马晓明 * (1.北京大学深圳研究生院环境与能源学院,城市人居环境科学与技术重点实验室,广东 深圳 518055；2.北京大学环境科学与工程学院,北京 100871)

中国温室气体排放增长的结构分解分析

计军平1,2,马晓明1,2*(1.北京大学深圳研究生院环境与能源学院,城市人居环境科学与技术重点实验室,广东 深圳 518055；2.北京大学环境科学与工程学院,北京 100871)

利用结构分解分析(SDA)的加权平均分解法分析了4类增长因素对1992～2007年中国温室气体排放变化的影响.结果表明:总体上,最终需求规模扩大是引起排放增长的主要因素,其次是投入产出结构的改变,温室气体排放强度降低是减缓排放量的主要因素,最终需求结构改变对排放量变化的影响不明显.从部门角度看,建筑业和机械、电气、电子设备制造业是隐含温室气体排放增加的主要来源.从变化趋势看,2002～2007年温室气体排放增幅明显高于其他时期,出口和固定资本形成的大幅增长是推动这一时期排放增长的主要原因.

环境投入产出分析；SDA加权平均分解法；排放增长因素分析；二氧化碳排放；甲烷排放；氧化亚氮排放

目前,中国已成为世界上最大的温室气体排放国[1-4].根据“共同但有区别的责任”,我国无需承担减排责任,可在确保经济发展的前提下采取适当的气候减缓行动[5].为此,有必要深入认识推动中国温室气体排放增长的关键经济技术因素.

现有相关研究集中于能源 CO2排放的增长因素分析[6-12],忽略了其他温室气体的排放. 1990～2005年其他温室气体的排放占我国温室气体排放总量的30%左右[1],仅考虑能源CO2排放并不能完整反映我国经济发展对温室气体排放的影响[13],尤其在某些部门中其他温室气体排放的影响更大.从研究方法上看,由于结构分解分析法(SDA)可分析各生产部门间的相互影响及最终需求对排放的间接影响,因此该方法已成为因素分解研究中的重要方法[9-12].不过,现有研究在具体的分解方法以及对进口产品的处理方面存在不足.

基于此,本文核算了1992,1997,2002,2007年中国CO2、CH4及N2O的排放量,构建了(进口)非竞争型投入产出表,利用SDA加权平均分解法分析了排放强度、投入产出结构、最终需求结构和最终需求规模等 4个因素对中国温室气体排放的推动作用.

1 方法与数据

1.1 环境投入产出分析法

本文使用的环境投入产出模型为[14-15]:

式中, f表示为满足最终需求y,生产链上各部门排放的温室气体总量;行向量F为温室气体排放强度,以各部门单位货币产出的直接温室气体排放量表示;I为单位矩阵;A为直接消耗系数矩阵;(I-A)-1为列昂惕夫逆矩阵,其元素称为列昂惕夫逆系数,表示增加某部门单位最终需求时对其他部门产品的完全消耗量;列向量y为最终需求. f仅表示产品生产过程中排放的温室气体,不包括产品最终使用过程中的直接排放.关于环境投入产出分析的详细讨论见文献[15].

1.2 结构分解分析法

结构分解分析是一种基于投入产出模型的用于分析经济系统中各个自变量对因变量变动贡献大小的方法[16].将式(1)中的y以最终需求结构向量ys和最终需求规模标量yv的乘积表示,ys中的各元素表示相应部门的最终需求在最终需求总量中所占的比重,(I-A)-1以L表示,则某一时间段内温室气体排放的变化量△f可表示为[17]:

式中:等式右边第1项为温室气体排放强度F改变引起的温室气体排放量变化;第2项为投入产出结构L改变引起的排放量变化,第3项为最终需求结构ys改变引起的排放量变化,第4项为最终需求规模yv改变引起的排放量变化.

结构分解分析的分解形式存在非唯一性问题.若分解模型存在n个独立变量,则存在n!种一阶分解形式[18].本文采用理论上完善的加权平均法对所有的一阶分解形式取均值[19].如果 xi(i=1,2,…,n)是n个独立变量,且.记含∆xi的 n!种分解形式的算术平均值为 E(∆xi),则.对E(∆xi)合并同类项,得到[19]:式中,time=0或t;Σi表示对{xj,time|j=1…n且j≠i}中time的所有组合求和;s是组合中time = t的个数,且f(s)=s!(n-s-1)!/n!.

1.3 温室气体排放数据

1992、1997、2002、2007年的温室气体排放量根据《2006年 IPCC国家温室气体清单指南》[20]的参考方法进行估算,结果见表1.基础数据取自各部门的统计年鉴.其中,《中国能源统计年鉴2009》[21]对1996～2007年的能源数据做了修订.按电热当量法计算,修订后 1997、2002、2007年的能源终端消费总量分别比原年鉴中的值增加了-1.10%,9.56%,8.04%,本文采用了修订后的数据.温室气体排放系数参考了Chen等[13]、张强等

[22]、Zhang等[23]、国家发改委应对气候变化司[24]及能源研究所[25]的结果,尽可能采用了中国化的系数(大部分系数比 IPCC缺省值小2%～16%).

计算的温室气体包括CO2、CH4和N2O.考虑了能源活动、工业生产过程、农业活动及废物处理等排放活动,活动的具体内容见文献[26].

表1 中国温室气体排放量(Mt CO2-eq)Table 1 China's greenhouse gas emissions (Mt CO2-eq)

本文估算的温室气体排放量与国内外主要机构数据的比较见表1、表2及表3.由于时间原因,各机构未采用修订后的能源数据.在各数据中国家发改委公布的数字最为权威.CO2方面,因美国橡树岭国家实验室CO2信息分析中心(CDIAC)数据与国家发改委1994年和2004年的数据最接近,故假定 CDIAC其他年份的数据也具有较高的可信度.本文数据比CDIAC 1992、1997、2002、2007年数据分别大-2.77%,-2.87%,7.49%,6.88%.若按修订前的能源数据计算,则本文结果比 CDIAC结果高-2.77%,-2.25%,-0.52%, 2.16%.CH4和N2O方面,本文 CH4数据与世界资源研究所(WRI)数据接近,N2O数据与国家发改委数据接近.这是由于本文采用了不同的排放系数[13,22-23].

表2 二氧化碳排放数据比较(Mt CO2-eq)Table 2 Comparison of CO2 emissions (Mt CO2-eq)

表3 甲烷及氧化亚氮排放数据比较(Mt CO2-eq)Table 3 Comparison of CH4 and N2O emissions (Mt CO2-eq)

1.4 可比价投入产出表

投入产出表的处理包括3个方面,一是编制可比价投入产出表.1992、1997、2002年的可比价投入产出表引自刘起运等[29]的结果.2007年表根据刘起运等[29]的方法在《中国投入产出表2007》(135部门)[30]的基础上编制.价格基年为2000年.二是将可比价投入产出表调整为(进口)非竞争型投入产出表.中国目前编制的投入产出表均为竞争型投入产出表,即中间使用和最终使用同时包括国内产品和进口产品.现有文献通常假设进口产品的温室气体排放强度与中国国内产品的相同.不过,由于各国的生产技术和温室气体排放强度存在巨大差异,因此对于本文研究的问题该假设并不合理.投入产出表调整方法参考Weber等[31]的研究,即按比例将进口从各部门产品的中间使用和最终使用中减去.三是合并部门.为使投入产出表和温室气体排放数据的部门分类相对应,依据《国民经济行业分类与代码》(GB/T 4754-2002)合并成24个部门,见表4.为便于表述下文图表中使用表4中的序号代表相应的部门.

表4 部门分类Table 4 Industry information

2 结果与讨论

2.1 总体影响

由图 1可见,1992～2007年温室气体排放量增加了4702.3 Mt CO2-eq,其中2002～2007年的增量占 65.8%.最终需求规模的扩大是引起排放增长的主要因素(214.6%,占温室气体排放总增量的比重,下同),其中出口和固定资本形成是最终需求规模扩大的主要原因[29].投入产出结构的改变是引起排放增长的重要原因(40.2%),这是由于期间生产结构转向排放强度大的部门.排放强度降低是减缓排放的主要因素(-153.4%),这主要得益于技术进步和生产效率的提高.最终需求结构的改变对排放量变化的影响不明显(-1.4%).

图1 各因素对中国温室气体排放变化的贡献量Fig.1 Contribution of decomposition factors to total changes in China’s GHG emissions

2.2 对各部门的影响

2.2.1 温室气体排放强度的影响 由图2(a)可见,排放强度减小是各部门隐含排放减缓的主要因素.减排量主要分布在建筑业(21,为部门序号,下同)、机械、电气、电子设备制造业(16,以下简称机电制造业)和其他服务业(24), 3者的合计减排量分别占1992～1997年、1997～2002年和2002～2007年减排总量的49.4%、52.9%和61.2%.这主要是技术进步和生产效率的提高[32]使 17个部门的排放强度在15年间下降了50.0%以上,尤其是电力、热力的生产和供应业(18,以下简称电力业)、金属冶炼及压延加工业(14,以下简称金属冶炼业)及非金属矿物制品业(13)等主要排放部门下降了 60.0%以上,节能减排政策的实行加速了排放强度的下降[33].另外对建筑业(21)、机电制造业(16)及其他服务业(24)的最终需求稳步增长.根据1.4节构建的可比价投入产出表,上述3者占最终需求总量的比重由1992年的49.8%增至2007年的64.8%.

图2 各分解因素对各部门温室气体排放变化的影响Fig.2 Contribution of decomposition factors to changes in GHG emissions by industry

2.2.2 投入产出结构的影响 由图 2(b)可见,投入产出结构的改变对多数部门隐含排放的影响并不显著.建筑业(21)对资源能源的依赖程度加大推动了排放量的增长,尤其是2002～2007年这一趋势更为明显.从表5可以看出,1992～2007年建筑业每提供一个单位最终需求对多数部门产品的完全消耗量有所增加.特别是对燃气生产和供应业(19)、电力业(18)、机电制造业(16)、非金属矿物制品业(13)和化学工业(12)等部门的产品,完全消耗量增长率达到 150%以上,其中电力业(18)和非金属矿物制品业(13)属于高排放部门.这反映了建筑业的粗放式发展.

表5 1992～2007年建筑业列昂惕夫逆系数增长率(%)Table 5 Growth rate in Leontief inverse coefficients of Construction industry 1992～2007 (%)

2.2.3 最终需求结构的影响 由图 2(c)可见,因最终需求结构改变而增加或减少隐含排放的部门约各占一半.机电制造业(16)和金属冶炼业(14)是排放增加的主要部门.这是由于机电制造业(16)在最终需求中的比重大幅增加(表6),15年间绝对增幅达到 20.4%,由此推动了排放量的上升.出口是拉动该部门最终需求增加的主要原因.虽然金属冶炼业(14)最终需求结构系数的增幅仅为 2.2%,但由于该部门产品排放强度较大,因此也引起了较多的排放.农业(1)是排放减少的主要部门.这是由于农业(1)在最终需求中的比重由14.3%大幅降至3.4%,且农业的温室气体排放强度下降量较大,减排效果明显.

表6 主要部门最终需求结构系数(%)Table 6 Final demand structure coefficients of major industries (%)

2.2.4 最终需求规模的影响 由图 2(d)可见,最终需求规模改变使所有部门的隐含排放量增加,而建筑业(21)和机电制造业(16)是排放增加的主要部门.这两个部门的增排量分别占 1992～1997年、1997～2002年和2002～2007年该因素增排总量的36.7%、44.4%和50.2%.1992～2007年我国的最终需求规模增加了 3.3倍,而固定资本形成和出口是最终需求增长的主要驱动力,两者对总增量的贡献率为69.8%(图3).固定资本形成在十五年间稳步增长,其需求增量的 54.4%和 36.1%分布于建筑业(21)和机电制造业(16),集中程度高.出口量在加速增长,尤其是我国加入WTO之后的2002～2007年.出口增量的53.7%来自机电制造业(16).可见,我国的城市化建设和日益开放的经济拉动了最终需求规模的快速增长,这是我国温室气体排放增长的重要因素.

图3 各类最终需求的变化趋势Fig.3 Variation trends in different final demand categories

2.3 与已有研究的比较

由表7可见,本研究结果与已有研究的主要差异为:各时段的总增量高于其他研究结果;除郭朝先[10]外,∆F项的减缓量绝对值、∆L项的增量以及∆yv项的增量大于其他同时段或相近时段的结果;∆ys项的增量小于其他结果.造成这些差异的主要原因是数据源与计算方法的不同.温室气体排放数据方面,其他研究主要利用IPCC缺省排放因子及修订前的能源消费数据计算能源CO2排放,而本文利用已有研究中的中国化排放因子及修订后的能源消费数据计算了各主要排放源的 CO2、CH4及N2O排放,排放数据相对全面.投入产出表方面,本文使用了刘起运等[29]编制的可比价序列表,该表在 2004年经济普查结果的基础上修订而成,数据相对可靠.另外,本文将可比价投入产出表调整为(进口)非竞争型投入产出表.SDA的分解方法方面,除 Peters等[9]外其他研究均采用近似算法两极分 解法,而本文采用了理论上完善的加权平均法.

表7 与已有研究的比较(Mt CO2-eq)Table 7 Comparison of results from related studies (Mt CO2-eq)

2.4 建议与不足

2.4.1 政策建议 在温室气体排放的主要直接来源部门采用低碳技术,从而降低排放强度.如采用超临界火电机组、第三代炼铁技术及包膜控稀肥料等[32];推进集约化管理,采用先进生产技术,提高生产效率,从而降低单位最终需求产品对资源能源的完全消耗量,尤其是建筑业.如采用工厂化制造房屋技术、高效房间空调器及智能照明技术[32]等;转变经济发展方式,由目前依靠出口和固定资本形成带动发展逐步转向消费与投资、内需与外需协调发展[10].同时转变出口商品的结构,由目前的机械、电气、电子设备等碳排放密集产品逐步转向低碳排放产品.

2.4.2 不足 首先,未计算进口产品的隐含温室气体排放量.这是由于难以获取各贸易国的投入产出表及其不同部门的温室气体排放数据.目前已有学者通过建立多区域环境投入产出模型初步解决了该问题[17],但关于中国的研究仍缺少可靠的数据.其次,投入产出表的部门分类较粗.为统一投入产出表、价格指数和能源消费数据的部门分类,本文合并了大量部门.有研究表明[34]部门合并对SDA的计算结果有影响.对于上述不足将在今后的研究中做进一步探讨.

3 结论

3.1 1992～2007年中国温室气体排放增长了4702.3Mt CO2-eq,其中 2002～2007年的增量占65.8%.最终需求规模增加是排放量增长的主要因素,投入产出结构改变也是增长因素,而排放强度降低是排放量减少的主要因素,最终需求结构改变对排放量变化的影响不明显.这4个因素对总增量的贡献率分别为214.6%、40.2%、-153.4%和-1.4%.

3.2 4类因素对各部门的影响存在差异.温室气体排放强度减小是各部门隐含排放减缓的主要因素,尤其是建筑业、机械、电气、电子设备制造业和其他服务业.虽然投入产出结构的改变对多数部门隐含排放的影响并不显著,但建筑业对资源能源的依赖程度加大,推动了排放量的增长.因最终需求结构变化而使排放量增加或减少的部门约各占部门总数的一半,其中机械、电气、电子设备制造业和金属冶炼及压延加工业是排放增加的主要部门,农业是排放减少的主要部门.最终需求规模改变使所有部门的隐含排放量增加,其中建筑业和机械、电气、电子设备制造业是排放增加的主要部门.出口和固定资本形成是排放增长的主要驱动力.

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Structural decomposition analysis of the increase in China's greenhouse gas emissions.

JI Jun-ping1,2, MA Xiao-ming1,2*(1.Key Laboratory for Urban Habitat Environmental Science and Technology, School of Environment and Energy, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055, China；2.College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China). China Environmental Science, 2011,31(12)：2076～2082

Effects of four driving factors on greenhouse gas (GHG) emissions in China from 1992 to 2007 were studied by employing a weighted average decomposition method of structural decomposition analysis. The results showed that growth in final demand volume was the top determinant for the increase of emissions, followed by changes in input-output structure. Decrease in emission intensity was the major emission offset determinant. Changes in final demand structure contribute little to emission reduction. In terms of emissions from industry, the main sources of the embodied GHG emission increase were construction industry and machinery, electric and electronic manufacture industry. In terms of emission trend, the increase in GHG emission from 2002 to 2007 was much higher than that in other periods. Export and fixed capital formation, which increased dramatically from 2002 to 2007, were the main drivers.

environmental input-output analysis；weighted average decomposition method of structural decomposition analysis；determinant analysis of China’s GHG emissions increase；CO2emissions；CH4emissions；N2O emissions

X196

A

1000-6923(2011)12-2076-07

2011-03-02

北京大学深圳研究生院院长科研基金项目(2009021)

* 责任作者, 教授, xmma@pku.edu.cn

计军平(1983-),男,江苏苏州人,北京大学环境科学与工程学院博士研究生,研究方向为环境规划与管理.发表论文5篇.