新疆地级市CO2排放空间特征研究

陈前利+蔡博峰+胡方芳+王金南+曹丽斌

摘要 基于中国高空间分辨率网格数据，建立新疆地级市CO2排放数据集，探讨新疆CO2排放的空间特征，为新疆低碳发展的空间布局规划提供一定的依据。研究采用“自下而上”的空间化方法建立排放数据集，并用统计学方法分析排放数据统计特征。研究结果：从整体看，CO2直接排放总体分散，局部集中，基本沿着天山分为南部和北部，北部地区排放高于南部地区。从区域看，天山北坡经济带CO2排放最高；丝绸之路经济带的中通道、北通道和南通道排放依次递减。从部门看，服务业与城镇生活CO2排放相关性最高，间接排放与其他部门排放相关性最弱。从类型看，工业型地级市CO2人均排放最高，总排放均值略低于服务业型地级市，远高于其他类型地级市；人口规模越大的地级市CO2排放均值越大，但其人均排放越少。结论与讨论：①新疆CO2排放空间差异显著，其排放较大的地级市整体效率不高，将是减排的重点区。②工业化、城镇化是新疆CO2排放的重要影响因素，将是减排的着力点。③省际生态补偿和碳排放指标分配时应适度考虑能源输出引致本地较高CO2排放的特情。

关键词 CO2排放；空间特征；网格数据；地级市

中图分类号 X196 文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2017）02-0015-07 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2017.02.004

2015年3月，《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》明确提出，要把新疆打造为丝绸之路经济带核心区；并强调建设中要充分考虑气候变化影响，建设绿色丝绸之路[1]。新疆地处西北边陲，属于干旱半干旱区，生态比较脆弱，受气候变化的影响尤为显著[2-5]。作为国家重要的能源战略基地，新疆工业产值比重较高（近40%），化石能源消费量占比较大（90%以上），能源产品中相当一部分（20%以上）转移到区外[6]。2012年新疆人均消费5.30 t标准煤，煤炭占能源消费的68.40%[6]；煤、油品、天然气和电力的调出量占一次能源生产量的比重分别达21.07%、56.61%、58.43%和19.77%；與2000年相比，分别增加了13.81、-12.93、24.81和19.77个百分点[7-8]。新疆土地资源总量非常丰富，但适宜开发和建设的土地较少[9]；绿洲城市资源环境的承载压力大，城市间平均交通距离较远；地区发展水平普遍较低，经济发展差异大[10]。新疆在应对气候变化、“绿色、低碳”发展方面正面临难得的机遇与更大的挑战。

因此，基于空间尺度的新疆碳排放问题研究应运而生，且较为紧迫。刘晓婷和陈闻君利用能源消费数据，研究了各地州能源碳排放空间差异动态演变特征[11-12]。陈煜和孙慧基于标煤转换碳排放系数，利用能源统计数据估算了新疆天山北坡经济带各县市的碳排放量[13]。郑伯红和刘路云将人口容量、GDP增长、交通模式等纳入城市空间规划方案中，采用情景模型评估了乌鲁木齐西山新城低碳示范区三个不同的空间规划方案[14]。石天戈等利用乌鲁木齐市居民出行日志调查数据，在微观尺度上探讨了不同城市空间的居民出行碳排放的分布特征和影响因素[15]。现有新疆地级城市碳排放数据基本来自各行政单位的能源统计或调查数据。

当前，中国碳排放数据存在着非常大的不确定性[16]，而且城市能源数据缺乏、温室气体清单数据缺失或没有公开，基于城市尺度的碳排放问题研究有待深入。CO2排放网格化数据[17]为城市碳排放空间化研究提供了较好的数据基础。本研究基于中国高空间分辨率网格数据（China High Resolution Emission Gridded Data， CHRED），结合新疆特点，重点从天山北坡经济带、环塔里木盆地、伊犁河谷、丝绸之路经济带等区域探讨新疆CO2排放的空间特征，为新疆低碳发展的空间布局规划提供一定的依据。

1 研究方法与数据

1.1 研究方法

首先，采用了基于现有方法[18-21]改进后的空间化方法，建立新疆地级市CO2排放数据集；其次，采用统计学方法，进行新疆及其各地级市碳排放数据统计特征分析，包括碳排放部门间相关性分析、碳排放分布离散性分析、描述性统计分析等。

1.2 数据

新疆地级市数据采用基于中国高空间分辨率网格数据（CHRED）建立的新疆地级市CO2排放数据集，包括直接排放和间接排放，详见本期“中国城市CO2排放数据集研究”。新疆及其各地州其他相关能源和社会经济数据来自中国能源统计年鉴、新疆统计年鉴等。本研究中，新疆地级市是指新疆地级行政单位，即《新疆统计年鉴2015》中所列15个地州（市），即阿克苏地区、阿勒泰地区、巴音郭楞蒙古自治州、博尔塔拉蒙古自治州、昌吉回族自治州、哈密地区、和田地区、喀什地区、克拉玛依市、克孜勒苏柯尔克孜自治州、塔城地区、吐鲁番地区、乌鲁木齐市、伊犁州直属县（市）和新疆直辖县级市。

2 结果与分析

2.1 新疆地级市CO2排放总量验证

2012年新疆CO2直接排放总量为25 429.38万t。根据《中国能源统计年鉴2013》上的能源数据计算得到新疆2012年CO2直接排放总量为26 351.75万t，分别包括17种化石能源以及电力和热力CO2排放。两者相差3.50%，误差在5%以内。因此，本研究所采用的CO2排放数据精度总体可接受。

2.2 新疆地级市CO2排放总体特征

2.2.1 新疆CO2排放部门相关性

新疆CO2直接排放占总排放的90.52%，其中能源排放占总排放的83.20%；工业能源排放最高，占比达73.70%。不同部门排放不仅存在差异，而且往往存在一定相关性，一定程度上反映了产业特点和产业间的关联性。由图1可知：服务业与城镇生活相关性最高，其相关系数达0.931 3，且非常显著（p<0.01）；与工业过程也显著相关，与其他部分排放均不相关。这说明城镇生活水平的提高导致服务业排放的增加。工业与城镇生活、服务业的相关性较高，相关系数分别为0.690 9、0.659 2，且较为显著（p<0.05），但与工业过程相关系数仅为0.429 6，且并不显著。农业与工业过程、交通、农村生活较为相关，相关系数分别为0.562 3、0.553 6、0.533 2，且较为显著（p<0.05）。工业过程除了与工业不显著相关外，与其他部门相关系数却更大，其中与交通、服务业和农业的相关系数分别为0.692 1、0.599 8、0.562 3，均比较显著（p<0.05）。新疆工业主要以化石能源开采、加工转化产业为主，金属、设备、汽车等制造业比重很小，因而工业对水泥、石灰和钢铁生产过程为主的排放影响并不显著，但新疆地级市间交通距离远，由交通运输等服务业导致建筑业的发展，对工业过程排放的影响往往更为显著。间接排放与其他部门排放相关性最弱，且均不显著。这也说明了新疆电力资源丰富，主要是外输电力。交通仅与农业、工业过程较为显著相关。这一定程度说明，特色农产品、建材、石油等工业产品的运输需求催生了交通部门较高的排放。

2.2.2 新疆区域CO2总排放特征

（1）地级市累计总排放特征。图2显示了新疆地级市累积CO2总排放及相应的地区生产总值（GDP）、人口、土地面积的累积量。从图2中可以看出，CO2排放累积曲线位于最上面，说明CO2排放的集聚性要高于其他要素，即存在一定数量的地级市，其CO2排放在新疆的占比要明显高于其GDP、人口、土地面积的占比。这说明排放量较大的地级市整体CO2排放效率不高。CO2总排放量排名靠前的地级市是新疆CO2排放控制和减排的重点，相比全疆平均水平，存在较大改进空间和减排潜力。

（2）地级市总碳排放统计特征。从图3可见，地级市的年总排放基本都在6 000万t以下，而且绝大多数都位于2 000万t以下，新疆地级行政单位总排放的平均水平为1 873万t，150—2 000万t这一区间的地级市相对较多。

（3）不同类型地级市CO2总排放统计特征。基于新疆地级市的第一产业、第二产业和第三产业的产值占地区生产总值比例对地级市分类，第二产业占比超过50%的为工业型地级市，第三产业占比超过50%的为服务业型地级市，均未超过50%的为其他类型地级市。由图4可知，新疆服务业型地级市数量仅2个，即乌鲁木齐市和克孜勒苏柯尔克孜自治州，其平均排放水平最高（均值为2 732万t），同时排放的离散程度也最高。工业型地级市4个，整体排放水平略低于服务业型地级市，均值为2 462万t。其他类型地级市9个，整体排放水平最低（平均值为1 420万t），标准方差最小（1 422.23）。若从人均排放角度看，工业型地级市人均排放最高（36.20 t/人），远高于其他类型（10.86 t/人）和服务业型地级市（10.19 t/人）。

其次，不同人口规模分类下地级市总排放特征。新疆地级市随着人口规模的下降，地区CO2總排放水平（中位数）呈下降趋势（见图5）。总人口≥100万且<500万的地级市共有8个，排放均值为2 205万t，其排放分布的离散程度高于人口<50万的地级市，但低于总人口≥50万且<100万的地级市。总人口≥50万且<100万的地级市共有5个，其排放均值为1 676万t，排放分布的离散程度最高，而且其排放部分主要集中在低值区域。总人口<50的地级市共有2个，其排放均值为1 034万t，排放分布的离散程度最低。若从人均排放角度看，人口规模越大的地级市人均排放依次递减，分别为25.89 t/人、23.98 t/人、11.41 t/人。

2.3 新疆CO2直接排放空间分布特征

新疆整体CO2直接排放空间格局的特点是总体分散，局部集中，基本沿着天山分为南部和北部，北部地区高于南部地区；北部的天山北坡经济带、伊犁河谷地区相对集中，南部的环塔里木盆地西北部连接成片，其CO2排放明显高于其他地区。新疆CO2排放明显受城市活动和交通活动的影响，网格排放高值区域都是以乌鲁木齐市、克拉玛依市等城市为核心的区域。天山北坡经济带、伊犁河谷地区、环塔里木盆地西北部是新疆CO2排放空间格局的重点地区。

乌鲁木齐市、石河子市等天山南北坡城市分布着大量的开发区，其中国家级开发区包括乌鲁木齐经济技术开发区、石河子经济技术开发区、库尔勒经济技术开发区、奎屯-独山子经济技术开发区，其工业比重较高，其产值比重甚至超过50%[22]。开发区、重点企业相对密集、能源燃烧CO2排放强度较大，是新疆重点城市及其周边区域成为新疆CO2排放热点地区的主要原因。另外，新疆绿洲城市间交通距离较远，因此，总体上碳排放集中区主要由主干交通线“串联”起来。

2.3.1 天山北坡经济带CO2直接排放

根据国务院2012年批复的《天山北坡经济带发展规划》可知，天山北坡经济带涉及9个地区，32个县市（师）；其情况见表1。乌鲁木齐市、克拉玛依市、昌吉市、石河子市等重点城市是排放的热点地区，例如：克拉玛依市人均CO2排放超过38 t，单位平方公里CO2排放超过1 947 t，而其单位平方公里建成区排放高达26万t。而这些高排放网格基本都集中在城市及其周边地区。乌鲁木齐市是整个地区的排放中心，其网格排放水平不仅高，而且空间上较为集中。

2.3.2 环塔里木盆地CO2直接排放

环塔里木盆地区域地处南疆，分布着中国最大的沙漠，其石油、天然气等自然资源丰富，但生态环境非常脆弱，受气候变化的影响异常显著。根据年鉴可知，南疆年平均气温由2012年的7.4℃凸增为2014年的12.6℃，而年平均降水量由218 mm锐减到70.7 mm。区域内分布着南疆五地州，是新疆最为落后的少数民族集聚区。该区域面积占全疆60%之多，2012年人口占比近50%，少数民族人口占比超65%；地区生产总值占比不到30%。该区域的低碳发展对全疆乃至全国将有着特殊而重要的意义。

环塔里木盆地区域碳排放主要集中在阿克苏地区、巴音郭楞蒙古自治州和喀什地区，和田地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州CO2排放最少。重点城市库尔勒市、阿克苏市、喀什市等地都是排放的相对热点地区，例如，巴音郭楞蒙古自治州CO2总量占该区域近30%，人均排放超过10 t。而这些相对高排放网格也主要集中在城市及其周边地区。库尔勒市是整个地区的排放中心，其网格排放水平高且集中（见表2）。

注：①本表未包括石河子市、五家渠市之外的兵团农业师。②天山北坡经济带涵盖乌鲁木齐市、克拉玛依市、吐鲁番地区三个地级单位全境，以及其他地区的部分县市。③所涉及地级区域部分县市的CO2排放数据引自文献[13]。④五家渠市CO2数据为规模以上工业企业能源消费CO2排放，是按国家科委气候变化项目研究中拟定的参数值0.726 tc/t进行折算的，其基础数据来自《新疆生产建设兵团统计年鉴2013》。

2.3.3 伊犁河谷CO2直接排放

伊犁河谷多个县市是天山北坡经济带中的重点城市。根据《新疆维吾尔自治区主体功能区规划》可知，伊宁市、伊宁县的吉里于孜镇、察布查尔县的察布查尔镇、霍城县的水定镇与霍尔果斯经济开发区是国家重点开发区。而且，伊犁州的首府和伊犁河谷核心城市——伊宁市是全国的新型城镇化试点城市，“绿色低碳”是其重要议题。伊犁河谷地区碳排放主要集中在伊宁市、霍城县和伊宁县，其他县CO2排放较少。这些相对高排放网格也主要集中在城市及其周边地区。伊宁市是整个地区的排放中心（见表3）。

2.3.4 丝绸之路沿线地区CO2直接排放

气候变迁影响“丝绸之路”之兴衰[23]。在新的历史背景下，应对气候变化，“绿色低碳”发展将关乎“一带一路”国家战略的可持续推进[24-25]。据资料可知，丝绸之路经济带新疆段总体上有北、中、南三个通道[26]，基本上贯穿了新疆所有的重点区域和核心城市，其通道途径县市的协同低碳化发展将对全疆，乃至“一带一路”可持续发展具有全局意义。

注：铁门关市为新疆维吾尔自治区直辖县级市，于2012年12月29日挂牌成立，位于环塔里木盆地区域，上表数据均未包含该市。阿拉尔市、图木舒克市土地和人口数据来自《新疆统计年鉴2013》，地区生产总值、综合能源数据来自《新疆生产建设兵团统计年鉴2013》。阿拉尔市、图木舒克市碳排放为规模以上工业企业能源消费CO2排放数据，是按国家科技部气候变化项目研究中拟定的参数值0.726 0 tc/t进行折算的。

注：以上未包括辖区的兵团。2014年6月26日，国务院正式批准同意新疆维吾尔自治区设立县级霍尔果斯市；表中均未包含霍尔果斯市数据。根据文献[13]的计算结果可得奎屯市CO2排放245.96万t；本表CO2排放数据扣除了这一数值。

中通道的碳排放最高。该通道基本是沿着天山北坡和南坡，沿哈密市，经乌鲁木齐市、昌吉市、石河子市、奎屯市、精河县向西，一路从阿拉山口口岸出境，一路经伊宁市，从察布查尔锡伯自治县的都拉塔口岸、霍城县的霍尔果斯口岸以及昭苏县的木扎尔特口岸进入哈萨克斯坦，其主干线与天山北坡经济带多数城市相重叠。其支线从哈密市进入，沿吐鲁番市、库尔勒市、阿克苏市，向西经乌什县通过别迭里口岸（待开放）进入吉尔吉斯斯坦，向南过阿图什市，然后经乌恰县的伊尔克什坦和吐尔尕特口岸进入吉尔吉斯斯坦，与环塔里木盆地西北部區域重叠。

北通道碳排放其次。从伊吾县进入，沿巴里坤县、富蕴县、北屯市、阿勒泰市，向北从布尔津县过吉克普林口岸（待开放）到俄罗斯，与天山北坡经济带有少部分重叠，其途径县市排放较少。但北通道支线经克拉玛依市、塔城市（巴克图口岸），其碳排放相对较高。

南通道碳排放最低。从格尔木市进入若羌县后，经且末县、和田市、莎车县、喀什市、塔什库尔干塔吉克自治县，从红其拉甫和卡拉苏口岸进入巴基斯坦和塔吉克斯坦，其中喀什市的碳排放相对较高。

3 结论与讨论

基于“自下而上”的空间化方法建立的CHRED在新疆地级市CO2排放清单建立和区域空间分析方面较为适用。本研究主要结论如下：①新疆CO2排放空间差异显著，其排放较大的地级市整体效率不高，将是减排的重点区。天山北坡经济带主要城市是排放的热点地区，其他地区相对较低。全疆排名前8的地级市总排放占比均大于其GDP、人口、土地面积的占比。因而，排放较大地区减排的潜力相对较大。②工业化、城镇化是新疆CO2排放的重要影响因素，将是减排的着力点。工业CO2排放比重最高，工业型地级市CO2总排放和人均排放均非常高，而且工业与城镇生活、服务业排放的相关性均较高。因此，低碳工业化和城镇化将是低碳发展的重要路径。③省际生态补偿和碳排放指标分配时应适度考虑能源输出引致较高CO2排放的特情。新疆各地级市的间接排放与其他部门排放均不相关。这与国家能源战略基地的定位和电力等能源输出比较高的现实基本一致。因此，在未来省际生态补偿和碳排放指标分配时，应酌情考虑这一实际情况。

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