中国城市低碳发展质量评价及障碍分析

吕思佳， 罗 岚

(1.北京工业大学 经济与管理学院， 北京 100124； 2.南京大学 商学院， 南京 210093)

在“碳达峰、碳中和”的大背景下，城市建设需要强调绿色与和谐的重要性[1]。城市化是国家经济发展的标志，而低碳城市化是国家低碳经济发展中最重要的一环。为应对环境变化与推动绿色低碳发展，中国政府正在积极探索低碳发展道路、总结低碳发展经验。低碳发展政策可以通过促进低碳技术创新[2]、促进产业升级[3-4]、吸引人才聚集[5]等途径促进城市低碳发展[6-7]。同时相较于非低碳试点城市而言，低碳城市的建设可以有效降低碳排放[8]、推动绿色经济发展[9]、促进企业技术创新[10]、提高企业全要素生产率[11]。低碳城市建设对于推动经济高质量发展至关重要。全面、客观的城市低碳发展质量评价不仅是国家政策有效性的重要衡量尺度，更可以为今后的政策制定提供理论支持。

目前，关于低碳城市评价体系的研究可分为两大类。一类是以碳减排为最终目标的评价体系。这类研究的评价体系以碳排放量和环境保护为核心。Glaeser[12]等将温室气体排放零作为衡量环境外部性的主要指标，通过计算能源消耗与经济增长的弹性系数，来评价城市低碳发展质量。刘竹等[13]以碳排放、工业污染排放与社会资源消耗为准则层，建立了城市低碳发展评价体系。另一类研究则综合多个子系统协同发展质量。付允等[14]在 2010年首次提出了“经济-能源-环境”(3E)评价体系。借鉴这一理论框架，学者们进行了城市层面[15-16]，省级层面[17-18]以及国家层面[19]的低碳发展质量评价及预测。有学者在3E评价体系的基础上又加入了社会子系统，形成了“经济-能源-环境-社会”(3E1S)评价系统[20]。还有学者不断创新，加入其他有时代特色的子系统，如“生产-生活-生态系统”[21]、城乡一体化子系统[22]等。除3E评价体系外，还有学者以“动力-压力-状态-影响-响应”(DPSIR)分析模型为理论框架进行城市低碳发展评价体系的构建。Peng等[23]依据DPSIR模型，将城市低碳发展划分为“环境-低碳-工业与技术-经济-能源”5个子系统进行评价。张丽君等[24]将驱动力细分为社会经济因素、空间形态因素、气候因素；压力细分为能源碳排放、废弃物碳排放、工业过程碳排放；状态细分为空气质量、水环境质量与生态系统状况；响应细分为低碳技术响应、低碳制度响应与低碳认知响应来进行城市低碳发展评价。随着城市低碳建设的内涵越来越丰富，越来越多的系统可以纳入低碳城市子系统。加入子系统的过程就是在不断丰富城市低碳建设内涵。

目前，城市低碳发展研究所应用的评价模型主要有以TOPSIS熵权法、主成分分析法为代表的客观赋权法，以层次分析法为代表的主观赋权法，以及数据包络分析(DEA)等。主观赋权法的优势在于可以根据决策者的意图确定权重，有更强的主观性。客观赋权法更为客观、科学，但不能反映出决策者对于指标的重视程度，并且存在计算结果与经济学含义相悖的情况。无论是主观赋权法还是客观赋权法，均只能对于城市的发展现状做出评价，无法确定城市低碳发展的制约因素，只能通过指标权重来近似替代。

现有研究在城市低碳发展评价方面卓有成效，为构建城市低碳发展质量评价体系提供重要参考，但目前的研究仍有进一步发展的空间。首先，现有研究主要集中在省、单个或多个城市群或低碳试点城市，关于地级市低碳发展质量的总体评价较少。其次，技术创新是城市低碳发展的动力源泉。没有技术创新，城市低碳发展就可不持续，但现有研究并没有将低碳创新纳入城市低碳发展评价系统。最后，现有研究仅能对城市低碳发展现状进行评价和分析，无法在评价现状的基础上进一步探究制约城市低碳发展的障碍因素，难以有针对性地提出优化政策。因此，本文构建低碳城市“经济-社会-创新-环境-能源”系统评价指标，计算全国228个地级城市的低碳发展质量，并通过障碍度模型分析中国低碳城市化进程中的制约因素，以期为中国低碳城市建设探索一条可借鉴的实现道路。

1 理论框架

低碳城市建设需要经济社会发展作为基础。但中央经济工作会议曾指出，中国经济社会发展基本面长期趋好的同时也存在一些亟待解决的问题，如日益严重的温室效应与环保问题，为中国低碳能源发展增添了许多不确定性。低碳环境与低碳能源发展是中国城市低碳发展的最终目标。同时，科技创新被认为是推动国家高质量发展的关键所在。实现低碳城市建设从现有基础向最终目的发展的关键路径也在于科技创新。因此，将低碳城市建设划分为“经济-社会-创新-能源-环境”5个子系统，如图1所示。

图1 低碳城市子系统划分

低碳经济是低碳城市建设的物质基础。一方面，良好的经济发展意味着政府可以增加财政投入来治理环境[25]，企业可以增加低碳技术研发投入，并且高技术人才也会向经济发达的城市聚集[26]；另一方面，经济结构的改善也会改变城市的要素禀赋，从劳动密集型和资本密集型转向技术密集型[27]。

低碳社会是低碳城市建设的精神基础。低碳社会的内涵是社会公平。机会公平可以最大程度调动每个公民的积极性，激发一个城市的活力和潜力。收入分配的公平可以让公民在温饱的基础上更加关注环境保护，有物质条件和精神境界为城市低碳建设贡献自己的力量，以主人翁的态度投入到城市的生态文明建设。

低碳创新是低碳城市建设的关键路径。在良好的创新环境下，创新主体可以培育更多生态环境科技方面的创新人才。生态环境科技是自然科学的一个重要分支。新中国成立以来，科技创新为中国低碳城市建设发挥了关键作用[28]。通过科技创新，可以将经济社会发展积累的成果转化为能源研究与环境治理的突破性进展。

低碳能源是低碳城市建设的物质目标。低碳城市可以通过鼓励创新、吸引人才等方式促进低碳能源革命。在“碳达峰、碳中和”的大背景下，能源行业脱碳是能否实现碳中和的关键，使用新能源代替化石能源是可行且必要的步骤。可再生能源、储能、绿氢、新能源等技术创新，可以弥补化石能源储量不充足、环境不友好等固有弊端，改变企业的生产方式与民众的生活方式。

低碳环境是低碳城市建设的精神目标。城市不仅仅是承载经济社会发展功能的地理空间，更是承载人类美好生活理想的精神空间[29]。改革开放以来，中国经历了城市快速扩张的历史阶段，但这种片面的城市化存在着以人为本不够、城镇化效率不高[30]、绿色发展不够[31]、协调发展不够[32]等一系列问题。低碳城市的建设可以通过提升环境质量，改善民众生活条件等方式解决这一问题。

2 材料与研究方法

2.1 指标选取与数据来源

参考已有文献及中国低碳试点城市的发展现状，将低碳城市系统划分为低碳创新、低碳能源、低碳环境、低碳经济及低碳社会5个子系统，构建了涵盖29个指标的低碳城市评价体系(表1)并用主成分分析法赋值。为评价城市低碳创新程度，考虑创新人才、创新主体、创新环境3个表达层[33]。从能源容量与能源低碳质量两个方面来评价城市低碳能源质量[34]。从环境治理、环境质量与生态保护3方面来评价城市低碳环境质量[35]。将城市低碳经济发展质量分为经济效益与经济结构两方面[36]。将城市低碳社会发展质量分为人口发展、基础设施、公共服务3方面[37]。数据来源于《中国城市统计年鉴》2017—2019年的数据，考虑数据的可得性与有效性，采用3年数据的平均值。对于缺失部分年份数据的城市，使用其余年份的数据平均值，不考虑缺失3年数据的城市。

表1 城市低碳发展质量评价体系

2.2 研究区域

根据国家行政机构区划，中国共有294个地级市。基于数据的有效性和可获得性，选取228个城市作为研究样本。其中有中部城市60个，西部城市66个，东部城市102个。需要注意的是，中国东中西部的划分并不是地理概念上的划分，而是政策上的划分，东部为经济发展质量较高的地区，中部次之，西部为经济欠发达的地区[38]。

2.3 研究方法

基于主成分分析法确定各指标权重与5个子系统的权重。在主成分分析的基础上计算各城市综合低碳发展质量并进行障碍因子分析。

1)对数据进行标准化处理。设xij为第i个城市的第j个指标，yij为xij对应的标准化指标值，即

(1)

考虑到障碍分析时最不优值不能为0，对标准化后的数据进行数据平移得到U′ij。

2)对各子系统的指标分别进行主成分分析，并利用主成分分析法的结果计算各指标权重wj。

wj=∑aiχi

(2)

式中：ai为第i个主成分的系数；χi为第i个主成分的方差贡献率。为保证所有指标的权重之和为1，将23个指标的权重归一化，得w′j。

(3)

4)可以计算各子系统的发展质量Ci。Ci可以反映第i个城市与正理想解的接近程度。取值在0至1之间，数值越大说明城市低碳发展质量越高。

(4)

5)障碍分析可以对制约城市低碳发展质量的障碍因素进行诊断和分析，从而为各城市的低碳发展提供更切实际的提升建议。计算每个指标的障碍度Oij[39]与5个子系统的障碍度Uj,即

(5)

Uj=∑Oij

(6)

式中：Fj为由主成分分析法得出的单个指标占城市低碳发展系统的权重；Iij为单个指标偏离正理想解的距离，即Iij=1-yij。

3 结果与分析

3.1 城市低碳发展质量评价结果

在ArcGIS中运用自然断点法，将228个城市的发展质量分为4个等级。将得分在0.362～0.622的城市定义为高质量城市，得分在0.312～0.361的城市定义为中高质量城市，得分在0.284～0.311的城市定义为中低质量城市，得分在0.234～0.283的城市定义为低质量城市。得分表明低碳发展质量较高的城市主要集中在中部与东部城市，低碳发展质量较低的城市大多处于西部地区。但注意城市低碳发展质量并不严格遵循东中西部分布。例如处于西部的乌鲁木齐市，发展得分为0.370，属于高质量城市；而处于东部的唐山市，发展得分为0.234，属于低质量城市。这说明促进经济发展是建设低碳城市的重要任务，但不是唯一任务。低碳城市建设应该被赋予除经济发展外更多内涵。

为了更好地研究高质量低碳城市的发展特征，计算不同城市类别的各子系统发展质量，结果如图2所示。4类城市均在低碳能源与低碳环境子系统得分较高，而在低碳社会与低碳创新子系统得分较低。但相较于其他类别的城市，高质量城市各子系统得分权重更为平均，说明高质量城市在经济、社会、环境、能源、创新5个维度上发展更为均衡。从低质量城市向中低质量城市发展，得分权重变动最大的是低碳经济子系统；从中低质量城市向中高质量城市发展，得分权重变动最大的是低碳环境子系统，并且注意到低碳经济子系统权重有所下降；从中高质量城市向高质量城市发展，得分权重变动最大的是低碳创新子系统。这说明低碳城市的发展可能经历了促进经济-治理环境-鼓励创新这一发展路径。并且在环境治理与经济发展两个目标相冲突时，应强调环境治理，印证了“绿水青山就是金山银山”的发展理念。

图2 城市低碳发展的5个维度发展质量得分

从典型城市的发展特征来看。由表2可以看出，4类城市的低碳发展平均发展得分分别为0.437、0.330、0.293、0.273，差距并不大。但城市间发展得分的差距很大。北京得分最高，为0.622；唐山得分最低，为0.234，相差接近3倍，表明城市低碳发展存在着不协调和不均衡的问题。北京与深圳是城市低碳发展的领头羊，同样也是科技创新的领头羊。根据《2021年中国城市科技创新指数》，北京与深圳在科技创新总量与科技创新效率上均排名前5。这进一步说明创新发展对于城市低碳发展的重要性。而在低质量的代表城市中，巴中、哈密和唐山均属于资源型城市。“资源诅咒”是阻碍城市低碳发展的重要因素。而盘锦市同为资源型城市，在旅游业转型发展中异军突起，成效显著。通过地域优势与文化特色降低自身对自然资源的依赖性，以旅游业接替种农牧业发展，如今属于中高质量城市。

表2 代表城市发展质量得分

3.2 不同维度的低碳发展质量

为进一步阐释各子系统对于低碳发展质量的影响，汇总各子系统城市得分排名，结果见表3。

表3 子系统城市发展质量得分

可以发现，低碳创新发展、低碳经济发展与低碳社会发展严格遵循东中西部城市划分。正序前10名的城市中除克拉玛依市外，均为东部城市或中部省会城市。这3个子系统的权重总和为0.664，导致城市低碳发展质量在一定程度上按照东中西部城市划分。而低碳能源发展与低碳环境发展则不按这一规律分布。在低碳能源发展前10名中，有7个城市为西部地区的资源型城市。在低碳能源子系统中引入供气总量这一评价指标，肯定自然资源丰饶对于低碳城市建设的积极作用；同时在低碳环境子系统中引入多个环境治理相关的评价指标，否定以环境换取经济发展的错误做法。然而，在低碳环境发展后10名中，有9个城市为资源型城市，且大多为成长型和成熟型资源城市。这说明牺牲环境换取经济发展在中国非常普遍。因此，处理好资源利用与环境保护的关系是这些资源型城市破局的关键，也是资源型城市低碳发展建设的关键。克拉玛依市围绕“世界石油城”的城市总体战略目标，将生态文明建设和城市转型设为重要方面，生态环境质量改善和产业结构转型成效显著。在低碳环境发展与低碳能源发展中均排名前10，因此成为低碳创新、经济、社会发展排名前10中的唯一的西部城市。

3.3 子系统层障碍度分析

采用障碍分析模型计算228个地级市的障碍度，并据此确定主要障碍因素。如图3所示，低碳创新与低碳社会是制约城市低碳发展质量的主要障碍。低碳社会发展子系统中含有保险覆盖率、失业率等指标，强调了区域协调发展、“共同富裕”的重要性。低碳社会成为主要障碍因子说明中国在保障社会公平方面仍存在问题。低碳创新也是主要障碍因子，这说明中国整体在科技创新上仍有不足，制约了低碳城市建设。

图3 子系统层障碍分析

除低碳社会与低碳经济两个障碍因子外，制约高质量城市发展的主要障碍因子为低碳能源。这与东部城市的要素禀赋不是资源有关。高质量城市可以通过推动和依靠绿色技术创新来实现新能源利用技术，以此摆脱传统能源不足的短板，实现低碳城市的继续发展。高质量城市应该主动承担起推动可再生能源、储能、绿氢、新能源交通等前沿技术的突破[34]。

其他类别城市的主要制约因素均为低碳经济。这表明经济发展仍是城市建设的重中之重。在追求经济效益的同时，注重环保，发展环境友好的“绿色经济”是这些城市提升低碳发展质量的关键。

3.4 指标层障碍度分析

选取4类城市中有代表性的城市进行分类。将29个指标的障碍度进行排序，选取前5位的城市进行分析。表4显示，各城市排序前5的障碍因子加总，除北京外，其他城市的主要障碍因子总和均超过0.5，表明这5个障碍因子在29个障碍因子中影响显著。其中最主要的障碍因子是创新人才中的科学研究、技术服务和地质勘査业从业人员数量。这再一次证明创新是建设低碳城市的关键途径。

对于高质量城市来说，供气总量是其权重排序第2的障碍因子。北京、深圳、广州、上海均为东部城市，经济发达但能源储备较为匮乏，再加之高科技制造业聚集，因此供气总量成为城市低碳发展的主要障碍因子。近些年，随着西气东输、西电东送、西煤东运等工程陆续落地，能源对于这些城市发展的制约逐渐减弱。

对于其他城市而言，主要障碍因子并没有太大区别，为专任教师数量和普通高等学校数量。相较于东部地区，中西部地区人才保障能力差、人才吸引力弱，因此专任教师和高等院校的数量都较少。自2003年起，大学生志愿服务西部计划每年招募一定数量的普通高等学校应届毕业生到西部开展为期1～3年的教育、农技、扶贫等志愿服务。但在志愿期满后，自愿留在西部建设的人才少之又少。高校毕业生是一个城市发展的后备力量，缺乏培养高等人才的城市必然缺乏持续发展动力。因此对于发展质量并不高的城市来说，在发展经济的同时，也要注重教育的发展。如何吸引人才落户，建立可持续的教育系统，是这些城市需要思考的问题。

4 结论与讨论

4.1 研究结论

从5个方面评价228个城市的低碳发展质量，根据其发展质量分为高质量城市、中高质量城市、中低质量城市与低质量城市，并计算制约城市发展的障碍因子，据此探讨城市低碳发展需采取的必要措施，得到以下结论：①城市低碳发展质量呈现东高西低的阶梯趋势，全国各城市间发展并不均衡。②对于不同类别的城市，其低碳发展的特征也不尽相同。从低质量的城市向高质量的城市发展，权重发生最大的变化的因素依次为低碳经济、低碳环境、低碳创新。③低碳创新与低碳社会是制约城市低碳发展质量的表达层主要障碍。科学研究、技术服务和地质勘査业从业人员数量是指标层主要障碍因素。

表4 代表城市主要障碍因子排序

4.2 理论贡献

1)区别于以往研究仅关注低碳城市的减排效应，以单一的指标评价城市低碳发展质量。本研究整合了低碳城市建设中经济、社会、创新、环境、能源5个子系统，综合评价城市低碳发展质量，强调了创新对于低碳城市建设的重要意义，丰富了低碳城市建设的内涵。

2)区别于以往研究主要集中在省、单个或多个城市群或低碳试点城市。本研究在同一指标体系下对中国228个地级市进行了发展质量评价与障碍度分析，这有助于判断不同城市的低碳发展质量。通过学习先进城市的成功经验，可以进一步提高城市低碳发展质量进而促进中国的低碳城市转型进程。

3)区别于以往研究仅对城市低碳发展现状进行评价和分析。本研究使用障碍分析模型，从多个维度识别制约城市低碳发展质量的障碍因素，优化城市低碳建设过程中各子系统的结果配置，进一步提高低碳城市建设的整体水平，为决策者提供有价值的参考。

4.3 管理启示

1)由于东中西部地区的要素禀赋不同，应采用不同的城市低碳建设方式。东部与中部地区经济发展水平高，这些城市应该通过其良好的经济基础带动生态文明建设与科技创新发展。而西部地区自然资源丰富，在低碳建设的起步阶段可以发挥这一巨大优势带动经济发展，但需警惕落入“资源诅咒”陷阱。

2)不同发展阶段的城市应通过不同的方式继续提高低碳发展质量。对于低质量城市来说，要将经济建设摆在首位，改善经济结构，转换经济增长动力。对于中低质量城市，尤其是资源型城市来说，要兼顾经济发展与生态保护。对于中高质量城市来说，需要加大在科技人才、科学技术、科技教育、科技资本上的投入。对于高质量城市来说，要带动周边城市发展，构建区域创新协同机制成为城市群内部协同发展的关键。

3)低碳城市建设取得更大成果需关注科技创新不足与发展成果分配不均衡这两大问题。城市应加大教育投入与科研投入，吸引更多师范人才进入本地教育系统，培养更多科研人才进入科学研究、技术服务等行业。并且要完善基础设施建设，扩大公共服务覆盖范围，更加关注城市人口发展。

4.4 研究展望

本文进行的城市低碳发展质量评价与障碍分析仍存在一定局限：①由于部分数据获取性的问题，仅选取了228个城市的数据指标，未覆盖全国所有地级市，未来可以通过扩大数据来源等方式尽可能覆盖更多数量的地级市。②该评价模型为静态模型，只反映城市的平均发展状况，不能完全体现城市低碳发展状况的时空演化特点，未来可以运用相对发展系数等模型进行进一步研究。