基于突变理论的低碳经济发展综合评价——以京津冀地区为例

梁 毅,徐超飞

(河北地质大学 管理学院,河北 石家庄 050000)

近年来,气候变暖及其引发的各种极端气候事件已经严重影响到人类的可持续发展。随着经济的发展,中国近年来消耗大量能源,已经成为世界上碳排放量最多的国家。因此,促进低碳经济发展已成为国家发展的重点。自2003年英国政府在《我们未来的能源:创建低碳经济》白皮书中首次提出低碳经济概念以来[1],低碳经济越来越受到各国政府关注。低碳经济以“低能耗,低污染,低排放”为基本原则,被国际社会广泛接受和推广。京津冀是中国经济、科技和文化发展的核心区域。但京津冀地区的低碳发展还亟待向更高水平迈进,既要实现经济上的发展,也要实现低碳发展的突破。目前,国外相关研究主要集中在低碳经济发展路径、低碳经济技术与能源以及碳排放的实践性等方面[2-4],而国内对低碳经济发展的综合评价研究较多。下文采用突变级数法和熵值法对京津冀低碳经济发展进行评价[5-11],以促进京津冀低碳发展。

一、京津冀低碳经济发展现状

低碳经济就是指低能耗、低污染和低排放的经济发展模式。京津冀地区在推进低碳经济发展过程中采取了多种举措减少碳排放量,如加快能源消费和生产方式的调整、升级与转型,优化能源结构等。这些举措不仅可以减轻环境压力,促进地区经济可持续发展,而且有助于实现全国碳达峰和碳中和目标。下文通过测量京津冀2010—2019年碳排放总量了解其碳排放的发展现状,进而对京津冀地区低碳经济发展进行评价分析。

(一)京津冀地区碳排放总量的测算

京津冀的碳排放主要来自于煤炭、石油和天然气资源的消耗。文章根据京津冀这3种资源消耗数据和政府间气候变化委员会(IPCC)的碳排放计算指南测算京津冀2010-2019年碳排放量。计算公式如下:

(1)

其中,A为二氧化碳的总排放量;Bi为能源i的消耗数,单位为万吨标准煤;Ci为能源i的平均碳排放系数,即煤炭0.755 9、天然气0.443 8,石油的碳排放系数按照参考文献取0.583[12]。根据各地年鉴和国家统计局的数据获得石油、煤炭和天然气资源的消耗量,计算获得京津冀的碳排放量(表1)。

表1 2010-2019年京津冀碳排放量 单位:万吨

(二)京津冀地区碳排放量的分析

从表1可以看出,京津冀地区中河北省的碳排放量最高,而北京市和天津市的碳排放量基本持平,这说明河北省的碳排放形势依然险峻,仍需要大力整改;但河北省碳排放量的增长速度已经减缓,说明低碳经济发展也取得了一定的进展。此外,从表1可以看出北京市和天津市近几年的碳排放量虽然有所降低,但总体而言变化不明显。因此,北京市和天津市还要加快碳排放总量的下降速度。综上,京津冀低碳经济发展的单位能耗有所降低的,碳排放量的增速放缓,整个京津冀区域的低碳经济发展取得了一定成果。

二、研究方法与模型结构

当前,低碳经济已经成为全球发展的重要方向,构建科学完整的低碳经济评价指标体系是实现可持续发展目标的重要手段之一。因此,在已有的研究成果上,构建更加客观科学的京津冀低碳经济评价指标体系,对推动低碳经济发展具有重要意义。

(一)低碳经济评价指标体系的构建

根据京津冀低碳经济发展现状,结合指标的科学性、系统性、代表性、可操作性和可比性原则,并参考相关文献,最终建立了京津冀低碳经济发展评价指标体系[13-16](表2)。

表2 京津冀低碳经济发展评价指标体系

(二)突变级数综合评价方法和模型

突变级数法运用的是突变理论,该理论主要依据势函数将临界点分类,在处理不连续性特征时不涉及任何特殊的内在机制。势函数中的状态变量反映了系统的行为状态,而它的控制变量则是影响状态变量的因素,控制变量的个数一般不超过4个。

1.突变级数评价方法

突变级数法的基本原理是落在分叉集团内的控制变量取值会使系统状态发生突变,据此来构建评价模型。在突变模型中,x为状态变量,V(x)为状态变量x的势函数,u1和u2为状态变量x的控制变量。常见的突变系统类型及相关公式见表3。

表3 突变模型相关公式

2.突变级数模型

由于低碳经济发展评价指标体系中的两个一级指标都包含两个子指标,因此突变模型为尖点型,且在进行赋权时采用低碳系统大于发展系统的主观赋权方法,这是因为在低碳经济发展中,低碳的发展更为重要。对于4个二级指标B和三级指标C的排序,文章采用熵值法计算权重并进行排序。在确定了各个指标的相对重要性之后,参照表2构建的指标体系,最终提出指标逐级集成的突变模型(图1)。

图1 突变模型构建

3.确定评价指标权重

在利用突变级数法进行评价时,当某个上级指标包含多个下级指标时,需要对各个下级指标进行重要度排序。运用熵值法对低碳经济发展的指标进行赋权,可以减少主观对评价结果的影响。计算出指标的权重之后,判断出指标所属的突变模型,根据对应突变模型的归一化公式计算每个指标的得分。在计算指标得分时,要分析指标之间的相互关系。若为互补性指标,则通过“大中取小”的原则计算最终得分;若为非互补性指标,则采用指标平均值计算最终得分。

(1)首先对数据进行无量纲化和标准化处理。正负指标的计算公式为

当指标为正指标时:

(2)

当指标为负指标时:

(3)

其中,Xij是原始数据,表示第i个年份,第j个指标的数据;Zij为无量纲处理之后的指标数据,min{Xij}和max{Xij}分别指所有年份中第j个指标的最小值和最大值。

(2)第i个年份第j个指标的比重

(4)

(3)计算各个指标的熵值

(5)

(4)计算第j项指标的差异性dj

dj=1-ej

(6)

(5)计算第j项指标的权数为Wj

(7)

利用公式(2)到公式(7)计算各级指标的权重(表4)。

表4 京津冀低碳经济发展评价指标权重

三、突变级数综合评价

文章基于突变级数法以及指标的权重和归一公式计算2010-2019年京津冀地区低碳经济发展评价的最终得分,并深入分析京津冀区域低碳经济发展现状。

(一)计算结果

依据突变模型中的归一公式对以上熵值法计算权重时得到的标准数据进行计算,得到2010-2019年京津冀地区的低碳经济发展评价的最终得分(表5)。

表5 2010—2019年京津冀低碳经济发展评价最终得分

(二)评级标准

由于突变级数法归一公式计算出的最终评价值均较高,因此需要制定适合突变级数法的等级标准,而不是用常规的等级标准去判定评价值。为此,在常规状态下,文章将评价标准划为差(0～0.25)、一般(≥0.25～0.5)、良好(≥0.5～0.75)和优秀(≥0.75～1)4个等级,并依据底层指标的隶属值,按以上构建的突变模型求出相应上层指标值,最终得到突变级数法的相对评价等级标准[17](表6)。

表6 京津冀低碳经济评价标准

(三)结果分析

根据表5的各地区最终得分和表6的评价标准,将京津冀2010-2019年的最终得分进行等级划分,最终得出京津冀2010-2019年低碳经济发展水平等级(表7)。

表7 2010—2019年京津冀低碳发展水平等级

为更直观看到京津冀地区的综合得分,下文根据表7绘制京津冀综合评价得分柱状图(图2)。

图2 京津冀综合评价得分

综上可见,京津冀低碳经济整体发展水平的评分近年来不断增加,且从“差”的低碳经济发展水平过渡到了“良好”的低碳经济发展水平,但距离优秀的低碳经济发展水平还存在差距。北京市的低碳经济发展水平,从2010年的“差”变为2019年的“良好”,情况改善非常显著,这说明北京市在低碳经济发展方面进步显著。天津市近年来整体处于良好的低碳经济发展水平,发展稳定,但评分存在波动。河北省的低碳经济发展成果显著,虽然进入“良好”发展阶段比较晚,但低碳状况改善非常大。

下文对京津冀地区分别进行评价。北京市2018年的评分有所降低,2019年又有回升,但并未超越2017年的综合评分。通过对各级子指标分析发现,导致北京市评分降低的原因是从2018年开始北京市的每万人拥有公交车辆数减少,结合背景了解到在2018年共享单车大量投放上市,影响了公交的客运量,公交车辆的投入减少。同样的情况也出现在了河北省和天津市,即共享单车的投入影响了公交车辆的投入。从表7可以看出,自2015年以来,天津市低碳发展水平评分波动比较明显,分析得知,除了共享单车的投入对评分产生影响外,还有治理废气投资指标完成和能源消耗总量降低带来的影响。且在“十三五”期间,天津市实现了能源消费总量和能耗强度的“双控”目标。河北省在2016年评分明显降低,通过对一级指标得分和二级指标得分进行分析发现,导致河北省2016年评分较低的原因是废气污染治理投资的减少,进而使一级指标低碳发展的得分降低,因此影响了低碳经济发展的总评分。

通过上述分析可以看出,京津冀地区低碳经济发展水平在不断提高,个别评分降低的指标也并非完全不利于低碳经济发展,如共享单车的投放就对低碳发展作出较大的贡献。但也有很多方面需要继续改善,如生活垃圾无公害化处理,合理地处理垃圾不仅能减少污染,还可以对低碳经济发展起到促进作用。除此以外,大部分指标都在向利于低碳经济发展的方向发展,京津冀的低碳经济发展取得了显著成果。

四、结论与建议

文章在构建京津冀地区低碳经济发展突变级数模型的基础上,对京津冀地区2010—2019年的低碳经济作出综合评价,得出如下结论和建议。

(一)结论

第一,京津冀的低碳经济发展水平进入良好状态,需要继续保持并不断地发展,向优秀的低碳经济发展阶段冲刺。第二,京津冀的碳排放量依旧居高不下,对废气的投资治理还是十分必要。近年来,北京市在对废气的投资较往年已经减少,但碳排量并没有明显降低。因此,对废气污染的治理十分必要。第三,能源消耗是碳排放量增加的主要原因,要合理调整能源碳排放和经济发展之间的关系,减少经济发展的能耗,通过科技创新、产业优化和能源结构调整等措施来提升能源利用率。

(二)建议

根据上述结论,应从以下几个方面提升京津冀低碳经济发展水平。

1.增加低碳基础设施建设

增加低碳交通工具,倡导低碳出行;大力推广和倡导以公交、地铁和共享单车等低碳工具为交通工具的出行方式。同时,由于汽车会排除较多污染气体,而提高绿化覆盖率可以吸收部分碳排放气体,减少废气污染,因此要不断增加绿化建设。

2.加大技术研发投入

要加大技术研发投入有效解决碳排放问题。首先,京津冀要引进和培养相关人才,丰富低碳技术的研究方式。其次,不仅要加大对低碳技术研发的投入力度,还要注重技术的推广和运用。只有将低碳技术发挥到实处,才能实现真正的节能减排,降低碳排放量。最后,鼓励绿色低碳技术研发,围绕大气污染治理和清洁能源代替等关键领域开发技术。

3.加快产业结构调整

目前,京津冀地区第二产业仍占较大比重,其中不乏高污染企业。因此,加快产业结构的调整十分必要。要引导企业进行产业结构调整,大力发展低碳产业、高新技术产业和服务业,提升第三产业占比。

综上,文章基于突变级数法对京津冀的低碳经济发展进行综合评价,为京津冀低碳经济发展提供了实证依据。在全球气候变化日益加剧的背景下,低碳经济发展已成为人类不可回避的责任与使命。因此,需要协同政府、企业和个人等各方力量,共同推动低碳经济发展。