碳达峰视角下的中国地级以上城市碳排放与经济发展相关性研究

□束兰根 辛 晴

[1. 南京审计大学 南京 211815；2. 南京大学 南京 210023]

引言

由二氧化碳排放而引发的全球气候变化是一个广泛关注的热点话题，目前已有超过130个国家和地区提出了有关碳达峰、碳中和的目标。作为全球碳排放大国，中国在2020年9月第七十五届联合国大会上就碳排放问题做出庄严承诺，提出在2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的双碳目标[1]。实现2030年碳达峰目标期间也是我国“十四五”规划的关键时期，我国的经济社会发展迈向全面绿色转型阶段，亟需统筹经济高质量发展和城市绿色低碳转型，并需要对碳达峰目标进行进一步分解，制定详细城市碳减排的路线图和施工图以及经济产业发展政策。

本文采用IPCC排放因子方法（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）[2]对中国地级以上城市在2012年、2015年和2018年的碳排放进行核算，并按照碳源部门进行详细分解，构建一个全面而准确的城市碳排放面板数据集①，并基于城市碳排放数据对中国城市碳排放和碳达峰影响因素进行定量分析。通过构建环境库兹涅茨曲线模型（Environmental Kuznets Curve，EKC）进行稳健回归分析来说明中国城市碳排放与经济高质量发展之间的关系，并估算中国城市实现碳达峰的经济阈值，从而判断我国2030年实现碳达峰目标的合理性。进一步，通过分解各个经济部门的碳排放，准确识别出工业能源、交通运输、农业、农村和城镇生活等碳达峰重点控制行业和部门②。此外，还针对碳交易市场试点能否促进城市碳达峰这一关键问题进行实证检验，得出应加快启动全国碳市场，全面发挥碳减排市场机制的结论。最后，将城市按照人口数量和区域位置进行分类研究，发现不同类型城市的碳达峰路径存在异质性。具体而言，人口超过250万大城市和东部发达城市已经出现碳达峰拐点，而中西部的中小城市则尚未出现明显的碳达峰迹象。因此，中央政府在制定碳达峰政策时应注重政策的区域针对性，要重点扶持中西部中小城市的绿色低碳发展。

一、文献综述

（一）碳排放核算

作为研究温室效应的重要指标，碳排放核算对衡量一个地区环境状况具有重要意义。根据文献，核算地区碳排放最常用的方法是实际测量法和物质平衡法。例如，王雪娜和顾凯平[3]通过搜集大气监测多个指标，按照公式对碳源碳排放量进行计算，同时指出了在测量一般农业生产和森林生态系统碳排放量的时候大多使用的是实测法。张慧[4]运用物质平衡法和排放系数法对山东省碳排放进行了核算，并对山东省碳排放趋势进行了预测。张鹏[5]采用物质平衡算法计算了山西省碳排放量，并通过指标分解分析法、投入产出分析法、一般均衡法和计量经济分析法对碳排放量的影响因素进行了比较和评价。

实测法和物质平衡法对于所采集的气体以及测量误差有很高要求，需要对大气测量技术和碳化学反应过程以及可能产生的物理、化学衍变进行全面记录，数据准确度很难把握。而IPCC排放因子方法是由IPCC第四小组提出的碳排放核算方法，主要用于估算国家温室气体排放量以及碳汇清除量。相比实测法和物质平衡法，IPCC排放因子方法更加直观明确而且核算结果误差更小，在国际碳核算中得到了非常广泛应用。例如，蔡博峰[6]利用IPCC排放因子方法对长江三角地区的碳排放量进行测算，进而进行长三角碳排放绩效的研究。苏颖等[7]同样是用IPCC排放因子方法对上海各产业和行业的碳排放量进行核算与分析。李霞[8]在运用IPCC排放因子方法计算碳排放的基础上，根据计算出的结果将我国划分成不同的区域，进而研究不同产量对于区域碳排放量的影响。

（二）碳排放与经济发展的关系

刘芳芳等[9]选取中国9个平均GDP超过1万美元的省市作为研究对象，结果表明这些省市的经济增长与其碳排放之间的关系已经脱钩，并且脱钩关系逐渐加强。林伯强和刘希颖[10]运用马尔可夫概率分析法和LMDI分解法（Logarithmic Mean Division Index, LMDI）对我国人均碳排放量、人均收入和库兹涅茨曲线进行了预测，并指出人均收入应该作为碳排放重要的解释变量。郭朝贤[11]通过构建碳排放模型，运用LMDI对中国1995～2007年的碳排放进行分解研究，得出经济因素与碳排放高度相关的结论。针对上海地区，曹昶和樊重俊[12]提出了上海碳排放与经济增长水平、产业、能源结构以及强度等指标的相关性，并运用灰色关联分析方法对这些指标之间的相关性进行了测度，比较了影响上海碳排放的重要指标，通过比较得出影响上海碳排放的主要经济因素是经济发展水平，而影响程度最低的因素是国家或者地区的产业结构。梁朝晖[13]根据推导出的碳排放与能源消耗总量结构的关系式，得出这些变量高度相关，进而对于上海碳排放总量、人均碳排放、碳排放强度的未来趋势进行预测。Song等[14]分析长三角地区碳排放的驱动因素。这些研究都表明碳排放与经济发展因素之间存在着高度的相关性。

（三）中国碳达峰研究

对于碳达峰问题，首先，文献上主要通过计算二氧化碳排放和经济增长之间的脱钩系数进行研究。例如，臧宏宽等[15]根据二氧化碳排放和经济增长的变动情况，得出脱钩结论，当碳排放处于强脱钩和弱脱钩时，未来的碳排放会有可能出现达峰状态。针对具体的城市碳达峰判断，则大多根据脱钩系数理论和WRI提出的城市在近5年或者更长的历史时间内CO2排放变化趋势；其次，根据模型模拟来判断碳达峰状况。李侠祥等[16]通过指标分解模型、自上而下模型以及系统优化模型对中国碳达峰进行预测和研究，认为我国在能源结构、发展模式等方面做出的调整极有可能在2030年及以前达到碳达峰状态。但由于模型假设和现实情况有一定差距，结果需要进一步的优化。马丁和陈文颖[17]运用能源系统优化模型，以2030年实现碳达峰作为假设，对于碳达峰的实现路径和可能的水平进行分析，并做出一些节能减排的建议。赵明轩等[18]运用Meta回归分析法对于我国实现碳达峰的路径进行研究，且其研究的样本所得出的结果与我国2030年实现碳达峰的结果一致。郭芳等[19]运用蒙特卡洛方法和K均值聚类方法对于我国的达峰状况进行预测及特征描述，认为我国是否能够实现碳达峰主要是由低碳潜力型城市和传统工业转型期城市决定。张立等[20]提出判断我国是否实现碳达峰的两个条件：地区是否有明确的碳达峰目标和做出的减排承诺是否为无条件的。

此外，Kennedy等[21]指出环境库兹涅茨曲线模型（EKC）兼顾经济状况和环境的变化，假定一个地区的污染状况先随着经济的发展而恶化，当经济发展超过一定阈值时，污染状况会有所改善。EKC曲线的顶点与碳达峰的概念相似。例如钟良和王红梅[22]根据北京市人均GDP和人均碳排放量之间的关系，建立EKC曲线，观察倒“U”图像来判断北京市的碳达峰状况。因此，本文在研究过程中，选择将EKC曲线和碳达峰的研究分析结合起来，进一步推动碳达峰研究的发展。

二、研究方法

（一）城市碳排放核算

本文核算的城市碳排放主要包括直接碳排放和间接碳排放。城市直接碳排放量的核算基于IPCC排放因子方法，计算的公式为：

公式（1）中计算的碳排放量为直接排放部分，碳排放因子选取IPCC缺省排放因子，具体数值如下表1所示。

表1 IPCC缺省排放因子

城市间接碳排放主要采用城市范围内的外调电量乘以全国电网平均排放因子（0.610 1 t CO2/MWh）。城市外调电量=城市用电量–城市发电量。其中城市用电量来自《中国城市统计年鉴》，城市发电量（基于化石能源的发电量和非化石能源的发电量）则基于发电企业点源数据库统计各城市范围内的企业发电量。最终，各城市的碳排放总量包括了直接碳排放量及间接碳排放量。此外，本文根据《省级温室气体清单编制指南（试行）》和《2006年IPCC国家温室气体清单指南》[23]对城市碳排放总量进一步细分，分别核算工业能源、工业生产过程、农业、服务业、城市生活、农村生活和交通运输的碳排放量，这也是本文进行经济分析的重要基础。

（二）碳达峰研究模型

本文首先根据环境库兹涅茨曲线理论，选取了地区生产总值、人口数、工业产值占比、服务业产值占比作为中国城市碳排放的主要影响因素，探究城市碳排放与经济发展之间的关系，并根据估计的曲线来预测中国城市碳达峰情况。构建的计量模型如下：

在回归的过程中，首先将城市总碳排放以及区分直接碳排放和间接碳排放代入上述模型（2）的被解释变量进行回归研究。再根据碳源的不同细分为农业碳排放、服务业碳排放、工业能源碳排放、工业生产过程碳排放、城镇生活碳排放、农村生活碳排放和交通碳排放来分别进行回归，从而识别不同部门的碳排放和达峰情况。

中国碳交易试点于2011年在国内8个试点省市逐步展开。碳交易市场主要利用市场的规则，对碳交易试点城市的企业分配碳排放份额，且份额可以用于交易，通过交易手段来对碳排放总量进行控制。碳交易市场理论上能够降低企业的减排成本，从而促进企业进行碳减排，在总体上降低城市碳排放。为了验证碳交易市场的实际效果，本文将碳交易试点城市作为虚拟变量引入模型，进一步探究碳交易市场对于城市碳排放量的影响以及对于城市碳达峰的促进作用。具体而言，模型在引入碳交易试点城市这一虚拟变量的基础上，将交易试点与所选取的四个影响因素进行交叉，从而考察碳交易试点城市与非试点城市在碳达峰方面的差异。四个模型如下：

以上四个模型均是考虑在碳交易试点的情况下，对不同经济变量与碳排放之间关系的影响，具有针对性。像模型（2）一样，以上4个模型均控制了城市重要社会经济变量以及城市固定效应。

三、数据

（一）基础数据

本文的碳核算范围覆盖中国地级以上城市，所涉及的数据主要来源于2012年、2015年以及2018年的《中国城市统计年鉴》、中国高空间分辨率排放网格数据（CHRED）、污染源普查数据库、污染源普查动态更新数据库、环境统计数据库的环境数据以及行业协会数据等微观经济数据。

在城市碳排放影响因素以及碳达峰研究中，本文选取的经济变量主要包括地区生产总值、总人口、工业占比以及服务业占比；另选取了主要的社会经济变量作为控制变量，从而更好地厘清城市碳排放与社会高质量经济发展的因果关系。主要变量的定义以及描述性统计如下表2、表3所示。

表2 变量的定义与数据来源

表3 描述性统计

首先对碳排放基础数据进行图形展示。根据图1所示，我国地级以上城市碳排放2012～2018年呈上升的趋势，但上升的幅度在逐渐减少。其中，直接碳排放在这三年的数据中体现出上升趋势且幅度越来越小，而间接碳排放仍然是以比较稳定的幅度逐年上升。由于间接碳排放在总碳排放量中的占比较小，虽然间接碳排放上升的幅度相较于直接碳排放稍大，但是总碳排放的上升趋势依然减缓，符合碳达峰的趋势。

图1 中国地级以上城市碳排放总体情况

接下来按照碳排放来源的经济部门进行分类，可以清楚了解我国碳排放结构。如图2所示，在我国地级以上城市分部门碳排放中，工业能源排放一直都是二氧化碳排放占比最大的部门，占比高达79%。但是其比例在2018年显著下降，这与我国积极推进经济结构转型和促进工业节能减排密切相关。同时，工业过程的碳排放比例在2018年急剧上升，占比约为47%，同样也反映我国工业生产技术的迅速发展，因此工业部门应是我国实现碳减排、碳达峰的重要抓手。除此以外，通过横向比较可以发现，无论是城镇生活还是农村生活，这两者的碳排放所占的比例都非常小，而且在年份间变动不大。相对而言，交通运输部门的碳排放占比较大，这也反映了我国交通部门的发展和私人汽车市场的迅速成长。服务业碳排放的比例在这三年总体呈下降趋势，在我国经济发展和产业转型过程中，服务业在经济占比稳步提升，该部门的碳排放持续下降。

图2 中国地级以上城市分部门碳排放

四、实证结果

（一）城市碳排放与经济高质量发展之间的关系

为了考察城市碳排放量与经济发展的关系，对城市碳达峰进行预判，首先根据城市碳排放总量与地区生产总值（GDP）绘制散点图，结果如图3所示。

图3 总碳排放量与地区生产总值拟合图

从图3可以看出，整体而言，中国地级以上城市的碳排放随着经济增长而提高，而且拟合线的斜率逐渐减小，最后趋于平行。该图形说明中国城市的碳排放符合环境库兹涅茨曲线理论，而且未来碳排放趋势可以结合地区生产总值来进行预测。基于此，进一步采用固定效应模型进行回归分析，得到结果如表4所示。

表4第（1）列是基准回归结果，而第（2）列是加入了控制变量同时控制了城市固定效应的结果，并且在省级层面对标准误差进行聚类修正。结果显示，模型的回归结果始终保持稳健，因此在对结果进行解读时，主要参考加入控制变量和城市固定效应的结果。从第（2）列的回归结果中可以看出，城市的地区生产总值这一项的系数最大，对于城市的总碳排放和直接碳排放影响也最为显著，且一次项系数为正，二次项系数为负，图像呈倒U型，符合环境库兹涅茨曲线理论。而其他影响因素，如地区人口、工业和服务业占比均不显著，所以本文在预测城市碳达峰时，将主要考虑地区生产总值这一关键变量，作为城市碳达峰与否的主要判断条件。根据表4第（2）列的结果计算中国城市碳排放的达峰状况。由于本文在研究时，主要考虑地区生产总值这一变量，所以根据城市总碳排放和地区生产总值所形成的二次项公式对于碳排放达峰状况进行预测。据二次项公式的图像可知，当总碳排放的自然对数ln（GDP）=–β1/2β2=22.346/2*0.067 3=17.43时，即当城市的平均生产总值约为3 700亿元时，我国城市碳排放将达到峰值。而根据表5的多个机构对于中国2030年的GDP预测，并以337个地级市作为基础，可计算得到2030年我国城市的平均GDP的预测值。按照美元/人民币最低汇率的结果进行换算，可以发现只有美国农业部的预测结果小于3 700亿元。而在其他机构的预测下，我国城市平均GDP在2030年均超过3 700亿元，所以可以判断中国有信心在2030年实现碳达峰。

表4 中国地级以上城市二氧化碳排放关键影响因素

表5 中国2030年国内生产总值预测

进一步将碳排放总量划分为直接碳排放和间接碳排放，代入模型（2）进行回归。结果分别在表4第（3）～（6）列中展示。同样参考第（4）列和第（6）列更加严格的控制变量结果，可以发现城市直接碳排放和总碳排放的达峰情况基本一致，地区生产总值与城市直接碳排放呈倒U型曲线关系，而间接碳排放则与地区生产总值关系不显著。考察其他控制变量与城市碳排放的关系，可以发现空气污染与电力消耗这两个变量与城市总碳排放和直接碳排放显著相关。该结果表明，中国地级以上城市的碳减排与空气污染控制具有较强的协同效应，二氧化碳减排政策可以和我国严格的空气污染治理政策以及节能政策相结合，从而实现节能减排与蓝天保卫双赢的结果。

接下来将城市碳排放根据碳源细分为农业碳排放、服务业碳排放、工业能源碳排放、工业生产过程碳排放、城镇生活碳排放、农村生活碳排放、交通碳排放，再将各部门的碳排放作为被解释变量代入模型（2）中，结果展示在表6。从结果中可以看出，中国地级以上城市的服务业二氧化碳排放与地区生产总值呈倒U型关系，这说明该部分的碳排放已经出现达峰迹象，随着经济的增长，服务业的碳排放增速将进一步减缓，逐渐实现碳达峰。与此同时，工业生产过程产生的碳排放已经下行阶段，随着经济的增长，该部门碳排放将进一步减少。这一结果说明我国的工业生产与西方发达国家相比，具有后发优势。由于在工业生产过程中采用了大量清洁技术和超低排放技术，近年来我国工业生产的碳效率得到显著提升，这也是我国地级以上城市实现碳达峰的最大优势。同时，由地区生产总值的系数判断其他部门碳排放，包括农业、工业能源、城镇生活、农村生活和交通部门，并不呈显著倒U型，故没有发现达峰迹象。随着经济增长，这些部门的碳排放仍将继续增加。因此未来的碳政策要考虑倾向于这些部门，比如通过农业技术扶持提高农机运作过程中的能源效率、积极推进绿色交通出行方式等政策实现各部门的同步碳减排，从而确保我国在2030年实现碳达峰。

表6 中国地级以上城市分部门二氧化碳排放关键影响因素

（二）碳交易试点的作用

碳市场交易试点作为我国碳减排政策的创新举措之一，其减排成效受到了学界和政府的关注。本文将碳交易试点城市作为虚拟变量，与各个主要因素进行交乘，从而检验碳交易试点对城市碳排放和碳达峰的影响。结果展示于表7，表7的（1）（2）（3）（4）列结果分别为模型（3）（4）（5）（6）回归后的结果。根据第（1）列的回归的结果可以发现，引入碳交易试点之后，城市地区生产总值与碳排放之间的库兹涅茨曲线更加显著，说明相较于非试点城市，碳交易试点城市的碳排放总量随着经济的增长将更早实现达峰。而地区人口、工业占比和服务业占比这三个变量并不能很好地预测城市碳排放达峰路径，因此碳交易试点与非试点城市在这些变量上的差异也并不显著。

表7 中国碳市场试点对地级以上城市碳排放的影响

基于该结果，政府未来应该大力推行全国碳市场的建设，从而最大限度地发挥碳市场对城市碳排放的减排作用。但由于很多省市和地区对碳市场的交易机制尚不熟悉，在全国范围内推出世界上最大的碳市场并非易事。政府在对全国碳市场进行设计的同时，已陆续在8个城市和地区开展了碳排放权交易的试点工作。目前，全国碳市场启动在即，为确保试点地区减排成果的有效性和市场的稳定性，明确试点市场的整合计划刻不容缓。

（三）异质性分析

最后为了分析中国地级以上城市碳达峰路径的异质性，本文根据城市的人口数量，将城市划分为中小城市、大城市以及特大城市三个子样本。其中中小城市的人口为250万以下，大城市人口在250～500万，特大城市为人口在500万以上③。分样本回归结果展示在表8。

表8 不同类型城市碳排放影响因素

根据回归的结果可以看出，中国大型城市已经出现较为显著的碳达峰趋势（第2列），而中小城市的碳达峰趋势并不明显（第1列）。虽然特大城市的倒U型曲线也并不显著（第3列），但是这主要是由于特大型城市的碳排放与经济发展已经脱钩。因此，随着经济的增长，特大型城市的碳排放将进一步下降。所以，政府在制定碳减排政策时，需要考虑城市的特征类型，并且要注意区域的协调发展。同时，碳排放政策要重点覆盖中小型城市，通过加大对于中小城市碳排放的资金投入力度，设计更多配套政策来改善中小城市的碳排放和经济发展之间的关联。

除了考虑城市的人口类型，本文还根据城市所在的区域对城市进行划分。将我国的城市划分为东部、中部、西部三种类型。分样本回归结果展示在表9。根据回归的结果可以看出，东部城市的碳达峰最为显著。由于东部城市大多为经济发达城市，经济发展水平相较于其他城市要好，也采取了更先进的碳减排技术，在碳排放与经济脱钩的表现更好。而中部和西部城市的碳达峰趋势并不显著，这主要是由于中西部城市在经济发展水平和碳减排技术方面与东部城市相差较多，因此政府在制定政策时要注重政策的区域针对性，重点扶持中西部城市的低碳发展。

表9 不同区域碳排放影响因素

五、结论

本文以中国地级城市的碳排放核算为基础，定量研究城市碳排放与地区生产总值、人口总数、工业占比、服务业占比这四个经济变量之间的关系以及碳达峰条件，根据环境库兹涅茨曲线理论研判中国城市是否会在2030年之前实现碳达峰，并针对2011年逐渐开展的碳交易试点，深入分析碳试点对于城市碳达峰的促进作用。最后将城市按照人口和区域进行分类，探讨不同类型城市在碳达峰路径上的异质性。研究结果表明：

1. 地区生产总值对于城市的碳排放影响最大，而且与碳排放呈现明显的倒U型曲线关系，从而计算得出中国城市实现碳达峰的地区生产总值阈值为3 700亿人民币。根据不同机构对中国经济增长率的预测，中国城市的平均生产总值在2030年之前均超过3 700亿人民币这一阈值，因此可以判断我国城市在2030年前可以顺利实现碳达峰目标。进一步对不同部门的碳排放分析得到，我国农业、工业能源、城镇生活、农村生活、交通等部门的碳排放尚未出现达峰拐点，在今后仍会有较大增长。因此未来碳达峰政策应重点关注这些部门，一方面通过加大政府直接投资，另一方面要调动银行机构的积极性，发挥市场间接融资的作用，通过大力发展绿色金融帮助提高薄弱部门和行业的碳效率[26]。

2. 中国碳交易市场试点对于城市碳达峰具有积极的促进作用。为加快全国碳市场建设，发挥市场的减排机制，中央政府应在双碳目标相关的一揽子政策中明确碳交易市场的角色和地位，应加快立法程序为相关政策提供关键的法律依据。同时，其他措施也需协调配合，例如，作为中国“十四五”规划的内容之一，中央政府应为全国碳市场设立与2030年双碳目标相一致的配额上限。同时，进一步制定完善规则体系和法制保障体系，保障碳市场上的份额交易可以有效进行，真正落实企业作为交易主体应有的权利和义务。作为下一步的计划，可通过引入价格调控机制和探索创新交易产品，如碳期权或期货等，整合和协调全国碳市场和试点碳市场，提高市场的流动性和稳定性，并继续探索与国际碳市场建立连接的可能性。

3. 按照人口数量和区域位置对城市进行分类研究，判断大型、特大型城市以及位于东部地区的城市已经出现碳排放峰值，而中小城市和中西部城市尚未出现。因此，中央政府在制定碳政策时，需要更多关注中小型城市和中西部城市。这些城市经济发展动力不足，且碳排放管理技术相对落后，需要通过区域协同发展来实现碳达峰。中央政府可以借鉴《京都议定书》的清洁发展机制（Clean Development Mechanism，CDM）和联合履约机制（Joint Implementation，JI），更好地利用发达城市的技术和资金优势以及中西部城市的生态优势，支持发达城市以技术或资金支持的方式参与中西部城市的产业升级与节能减排。由此产生的绝对新增减排量，由发达城市与中西部城市共享，从而形成东部城市和中西部城市、大城市和小城市的联合达标机制，最终实现区域经济高质量发展和碳达峰的双赢。

（感谢中国人民大学生态金融研究中心副主任、环境学院环境经济与管理系教授、博士生导师蓝虹对本文的指导。）

注释

①本文碳核算数据主要来自中国高空间分辨率排放网络数据（CHRED），该数据每两年核算一次，目前最新数据年份为2018年，数据包含城市数量为：2012年288个城市；2015年294个城市；2018年337个城市。

②本文的研究对象为中国地级城市，包括下辖的市辖区和乡镇。按照IPCC排放因子方法，城市碳排放包含下辖乡镇地区的农村生活碳排放。

③根据国务院《关于调整城市规模划分标准的通知》，中国城市可划分为超大城市（人口＞1 000万）；特大城市（1000万＞人口＞500万）；大城市（500万＞人口＞100万）；中等城市（100万＞人口＞50万）；小城市（人口＜50万）。按照国务院分类的大城市和特大城市样本分析结果与表8结果类似。但是，中小城市因子样本太小而无法分析。因此，本研究对中小城市分类进行了调整从而保证每个子样本量满足回归要求。