基于PSR模型的低碳交通运输发展评价研究

王建伟，张晓明，宋庆亮，高 洁

(长安大学 经济与管理学院，陕西 西安 710064)

0 引 言

气候变化已成为影响人类发展的主要挑战之一，这一共识正在推动着全球走向温室气体减排和低碳经济转型，并且一些国家的社会经济政策已经朝着低碳发展的方向开始了切实而持续的转变。2009年我国提出到2020年单位GDP碳排放比2005年下降40%～45%的发展目标，并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。交通运输业是国民经济结构中的先导和基础产业，在推动经济发展的同时，能源消耗及温室气体排放的规模也逐年上升，给环境和生态带来沉重负担。因此，构建适合我国国情的低碳交通运输体系意义重大且迫在眉睫，而建立用于判定评价区域低碳交通发展进程的指标体系及相应的评价方法应成为低碳交通运输发展急需解决的问题。

卢会芬[1]以节能减排和效益最大化为切入点，从时效性、便捷性、服务性、通畅性、安全性以及信息化水平6个方面出发，构建了低碳城市客运交通系统评价指标体系，并进行了实证分析；郭杰，等[2]从基础设施、运输装备、城市交通、运输组织管理等4个方面构建了一套低碳交通评价指标体系，提出了综合评价方法，并选取华东地区进行了区域低碳交通发展水平的实例分析。目前，现有评价研究仅是为了描述交通运输低碳发展现状，并没有结合低碳发展内涵提出较为完善的评价指标体系。而学者对低碳经济发展评价的研究[3-9]及对交通运输可持续发展评价的研究[10-14]为把握低碳交通运输发展内涵，开展相关评价研究提供了参考借鉴。

低碳交通运输发展作为一种以高能效、低能耗、低污染、低排放为特征的新的交通运输发展方式，是从国家层面提出的应对交通、资源与环境问题的矛盾和冲突的战略措施，其核心在于满足社会经济发展的需求前提下，通过结构调整、科技进步、管理提升、政策支持等战略措施提高交通运输能源效率，优化用能结构，使交通运输系统最终减少以传统化石能源为代表的高碳能源的高强度消耗，推进交通运输的可持续发展。因此，对低碳交通运输发展进行综合评价，不仅要评价其发展现状，还要深入探析交通运输系统低碳发展的因果关系和作用机理，反应其发展压力和发展能力，并通过有效的激励和正确的制度约束缓解压力，提升能力。而“压力-状态-响应”(Pressure-State-Response, PSR)模型能从系统的角度，全面分析系统发展变化所面临的压力、所处的状态以及所采取的对策，并动态的反映其因果关系和作用机理，为进一步的发展激励和约束提供参考借鉴，符合开展低碳交通运输发展评价研究的需求，且王炜等学者已有将PSR模型和DPSIR(驱动力-压力-状态-影响-响应)模型应用于交通运输系统发展评价的相关研究[15-16]，因此，笔者试用其理论和方法构建低碳交通运输发展模型，提出发展指数，建立评价指标体系，利用熵值法进行指标赋权，利用综合评价法进行模型计算，得到低碳交通运输发展的压力指数(P指数)、状态指数(S指数)、响应指数(R指数)以及综合发展指数(PSR指数)，最后应用河北省相关数据进行实证分析。

1 基于PSR模型的低碳交通运输发展分析

1.1 低碳交通运输发展模型分析

PSR模型源于社会经济系统与环境之间的压力-状态-响应关系，在理论上具有清晰的因果关系，而根据PSR模型建立的评价指标体系也将评价指标分成压力指标、状态指标和响应指标3种类型，其中压力指标指人类的经济和社会活动对环境系统的作用；状态指标指特定时间阶段的自然资源和环境变化状况；响应指标指人类如何行动来减轻、阻止、恢复和预防人类活动对环境的负面影响，以及对生态环境已经发生的不良变化进行补救的措施[17-21]。对交通运输系统来说,即人口增长及人类的社会经济活动对交通运输系统的运行产生压力,加大了交通运输系统的能源消耗和二氧化碳排放，从而影响自然资源和环境系统发生不良变化，人类又会通过行动对引起不良变化的高能耗、高排放做出响应,以降低交通运输系统的能源消耗和碳排放，这3个环节正是低碳交通运输发展策略制定的全过程。基于PSR的低碳交通运输发展模型如图1。

图1 基于PSR的低碳交通运输发展模型Fig.1 Development model of low carbon transportation based on PSR

1.1.1 低碳交通运输发展的压力分析

交通运输业作为社会经济发展的基础性和先导性产业，其低碳发展压力来源于为满足社会经济发展所产生的交通运输需求，可分为外部压力和内部压力。外部压力主要体现在人口、GDP等社会经济发展指标，内部压力主要体现在运量以及运输周转量等交通运输发展指标。

1.1.2 低碳交通运输发展的状态分析

即压力的作用下低碳交通运输发展现状。随着社会经济的发展，交通运输发展到一定阶段,必然具有向高效率、低能耗、低污染、低排放的发展模式转型的内在动力，交通运输系统会逐步向具有低碳特征的状态和阶段发展，与一定时期的经济社会发展水平相适应，这种状态可通过能源的投入和GDP、碳排放量的产出进行综合度量。

1.1.3 低碳交通运输发展的响应分析

即人类社会针对低碳交通发展需求而做出的行为反应及其所产生的作用。在交通运输发展的现状基础上，针对低碳发展的压力采取措施转变交通运输发展方式，在满足社会经济发展需求的同时推进交通运输低碳发展。

1.2 低碳交通运输发展指数构建

应用PSR模型和综合评价法构造低碳交通运输综合发展指数——PSR指数，它反映一定区域内低碳交通发展进程，可用于不同区域低碳交通发展的横向比较和同一区域不同时期的纵向比较，包括：①压力指数——P指数，即一定区域内社会经济的发展及其状况对交通运输发展的需求，反映外部环境对低碳交通运输发展需求的迫切程度；②状态指数——S指数，即一定区域内低碳交通运输发展的现状，反映交通运输系统对低碳发展需求的适应程度；③响应指数——R指数，即一定区域内低碳交通发展政策措施的制定情况及其实施效果，反映低碳交通运输的发展方向和发展能力。

关系模型为：

PSR指数 =f(P指数，S指数，R指数)。

2 基于PSR模型的低碳交通运输发展评价指标体系构建

2.1 指标体系构建原则

基于PSR模型建立低碳交通运输发展评价指标体系，体系既要客观反映低碳交通运输发展的情况，又要具有较强的实用性和政策指导性。笔者遵循科学性、可比性、可操作性、系统性、指导性的原则。

2.2 指标体系构建方法

根据对PSR模型的分析和其指标体系构建原则，结合学者们对低碳经济发展评价、可持续交通发展评价以及PSR模型的研究，笔者从低碳交通运输发展的压力、状态、响应等3个方面选取指标构建评价体系，从宏观上突出三者之间的动态关系。指标可依据评价对象所在不同的区域、所处不同的发展阶段进行相应的调整。评价指标体系可归纳为：

1)目标层，以低碳交通运输发展水平作为总目标层；

2)准则层，包括低碳交通运输发展压力(U1)、低碳交通运输发展状态(U2)、低碳交通运输发展响应(U3)；

3)指标层，由可直接度量的指标构成。

此外，按照指标对准则层所起的作用，将逆向作用的指标定义为负指标，正向作用的指标定义为正指标，指标体系如表1。

表1基于PSR模型的低碳交通运输发展评价指标体系

Table1EvaluationindexsystemforthedevelopmentoflowcarbontransportationbasedonPSRmodel

3 基于综合评价法和熵值法的评价模型构建

3.1 综合评价模型

由分析可知，PSRI综合指数由P指数、S指数、R指数综合合成，其关系模型如式(1)：

PSRI=f(PI,SI,RI)

(1)

式中：PSRI为综合指数；PI为压力指数；SI为状态指数；RI为响应指数。

PI，SI，RI分别用综合评价法进行计算，具体评价模型如式(2)～式(4)：

(2)

(3)

(4)

式中：wpi为第i个压力指标的权重值；wsi为第i个状态指标的权重值；wri为第i个响应指标的权重值；rpij，rsij，rrij分别为其无量纲量化值；np，ns，nr分别为压力指标、状态指标、响应指标的个数。

3.2 指标权重计算

熵值法是一种在综合考虑各因素提供信息量的基础上计算指标权重的数学方法。作为客观综合定权法，其主要根据各指标传递给决策者的信息量大小来确定权重。按照熵思想，人们在决策中获得信息的多少和质量,是决策精度和可靠性大小的决定因素,而熵就是一个理想的尺度[22]。笔者将熵思想引入低碳交通运输体系发展评价研究，根据各评价指标提供的信息，客观确定其权重。假设反映区域低碳交通运输体系发展水平的指标有n个，并有m年的统计数据，设其矩阵为：

(5)

式中：rij′是第j年第i指标的统计值。

为消除指标间不同单位、数量等级的影响，对R′进行标准化，得到标准化矩阵。设标准化后的矩阵为：

R=(rij)m×n，(i=1,…,n;j=1,…,m)

(6)

建立标准化公式，正向指标数据标准化如式(7)，逆向指标数据标准化如式(8)：

(7)

(8)

式中：rij-max′为第i个指标在m年中的最大值；rij-min′为第i个指标在m年中的最小值。

对统计数据进行标准化后就可计算各指标的信息熵。第i个指标的熵Hi可定义为：

(9)

确定指标熵后就可确定第i个指标的熵权Wi:

(10)

根据式(1)～式(4)即可得到综合指数、压力指数、状态指数以及响应指数。

4 实证研究

4.1 区域概况分析

河北省是我国重要的经济大省，正处于工业化、城镇化和人民生活质量提高的关键阶段，近年来河北省经济发展较快，年均增长率在10%左右，截至2010年，国民生产总值达到20 197.1亿元，人均国民生产总值达到28 668元/人，人口达到7 193.6万人，城镇化率达到45%，年货物周转量达到7 673.09亿t ·km，同比增长28.3%；旅客周转量1 172.9亿人 ·km，同比增长12.4%，预计今后一段时期内仍将保持高速增长的势头。

河北省是我国重要的交通枢纽，是华东、华南和西南等区域连接东北、西北及华北地区的枢纽地带和商品流通的中转站，也是东北、西北及华北地区重要的出海通道，同时又是连接首都北京与全国各地的交通枢纽，已形成较为完善的陆、海、空综合立体交通运输网，承担着巨大的交通运输任务。因此，随着河北省工业化、城镇化的加速推进，交通运输领域能源消耗和CO2排放量还将持续增长，对实施低碳交通运输提出了迫切需求。

4.2 数据来源

实证分析中各指标数据通过查阅整理《中国交通运输统计年鉴2011》[23]、《中国能源统计年鉴》[24]、《河北省经济统计年鉴》[25]等相关数据以及实地调研获取；各能源CO2转换系数来自《2006年IPCC国家温室气体排放清指南》[26]；低碳交通运输发展相关政策规划实施情况的指标值为河北省各年份已颁布的相关政策规划的数量[27]。

4.3 指标权重设置

指标权重根据熵值法计算得到，综合权重分配见表2。

表2低碳交通运输发展评价指标体系权重分配

Table2Weightassignmentfortheevaluationindexsystemoflowcarbontransportationdevelopment

从准则层权重分配来看，压力指标权重最小，响应指标权重最大，比较符合河北省低碳交通运输发展的实际情况，因为在评价指标体系中的压力指标总体上划为逆指标，但是(如表征经济发展水平的人均GDP)也能在一定程度上促进低碳交通运输发展，其部分作用效应可以抵消，且近年来相应的压力指标数据的变化幅度减小，所以其对整体结果的影响程度也在减弱；而随着河北省低碳交通运输发展战略的深入实施和低碳交通运输体系建设试点工作的逐步开展，相应的响应行动对整体发展水平的影响会日益凸显，因此响应指标的权重较大。

4.4 结果分析

根据表2可得河北省低碳交通运输发展的压力指数PI、状态指数SI、响应指数RI以及综合指数PSRI，见表3。

表3 2001—2010年河北省低碳交通运输发展指数

1)压力指数PI分析。如表2，河北省2001—2010年低碳交通运输发展压力指数总体呈快速下降的趋势，因为压力指标均为负指标，表明随着社会经济的发展，河北省低碳交通运输发展所面临的压力日益增大。根据表2指标权重分析结果，压力指标中客运量和客运周转量对压力指数产生的影响较大。

2)状态指标SI分析。河北省2001—2010年低碳交通运输发展状态指数总体呈下降的趋势，其中2001—2005年下降幅度大，2006—2010年变化波动较小。究其原因，交通运输能源消耗量和交通运输碳排放量的指标权重较大，且实际中能源消耗量和碳排放量增长较快，所以会导致状态指数持续快速下降。此外，2006—2010年变化较小，说明“十一五”期间，尽管低碳交通运输发展的压力持续增大，但是响应措施的成效也逐步突显，缓解了低碳发展状态持续、快速恶化，状态变化较为稳定。

3)响应指标RI分析。河北省2001—2010年低碳交通运输发展响应指数总体呈上升趋势，其中2001—2005年上升幅度较小，2006—2010年上升幅度大，结合表2分析可知，交通运输业能耗中天然气比例、低碳交通技术投入产出比等指标的权重较大，且指标值从2006年开始快速上升，这与河北省自“十一五”开始着力推进交通运输节能减排和低碳发展有很大的关系。

4)综合指数PSRI分析。河北省2001—2010年低碳交通运输发展综合指数总体呈“先降后升”的发展趋势，可分为两个阶段：第1阶段是2001—2005年(“十五”期间)，综合指数由高到低，其中2001—2003年处于最高水平，主要是社会经济的发展所产生的压力相对较小，能源消耗和碳排放量也相对较小，2004—2005年急速下降，并在2005年达到最低，综合指数值仅为0.387，主要是因为社会经济发展压力逐渐增大的同时，交通运输能耗量和碳排放量急剧增大，而相应的政策措施还未发挥明显作用；第2阶段是2006—2010年(“十一五”期间)，综合指数逐年提高，说明河北省社会经济发展的同时，低碳交通运输发展水平也在逐步提升，低碳发展政策措施成效较为明显。但是应该注意到，综合指数上升缓慢，因此“十二五”期间，河北省还应加大低碳交通运输发展支持力度，以保持低碳发展水平持续提升的良好势头。

5)发展阶段分析。按照河北省低碳交通运输发展综合指数从高到低排序，反映其从优到劣的变化，评价结果共分为6个等级：①[0.9,1.0]处于最优状态；②[0.8,0.9]处于良好状态；③[0.6,0.8]处于较好状态；④[0.4,0.6]处于警戒状态；⑤[0.2,0.4]处于较差状态；⑥[0,0.2]处于极差状态。根据河北省低碳交通运输发展水平综合评价结果，仅有2001年处于“较好状态”，2005—2007年处于“较差状态”之外，其余年份均处于“警戒状态”，所以河北省低碳交通运输发展形势不容乐观。

5 结 论

1)河北省低碳交通运输发展压力指数逐年增大；状态指数在“十五”期间急速下降后，“十一五”期间基本保持稳定，但处于较低水平；响应指数逐年提升，并在“十一五”期间作用逐渐突显；PSRI综合评价指数“先降后升”，可分为两个阶段：第1阶段是2001—2005年由高到低，最低值出现在2005年，指数值仅为0.387；第2阶段是2006—2010年由低到高，但是上升缓慢，并带有微小波动，预计“十二五”期间随着各项低碳发展政策措施的深入实施，综合指数会进一步提升。

2)构建了低碳交通运输发展的综合评价指标体系，运用熵值法确定指标的权重。结果表明，压力指标中客运周转、客运量等指标的权重较大，状态指标中交通运输能源消耗量和碳排放量的权重较大，响应指标中交通运输业能耗中天然气比例、低碳交通技术投入产出比等指标的权重较大，权重的确定是综合评价的基础，比较符合河北交通运输的发展现状，可为相关政策措施的制定提供参考借鉴。

3)随着社会经济的持续，河北省交通运输低碳发展压力将会进一步增大，交通运输能耗量和碳排放量也会进一步增加，在今后推进低碳交通运输发展的过程中，应加大政策支持力度，扩大交通运输基础设施投资和低碳技术投入，提高替代能源和新能源对低碳发展的贡献率，降低交通运输单位GDP能耗量和单位GDP碳排放量。

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