基于STIRPAT模型的碳排放预测——以连云港市为例

郭海兵 孟 晨

江苏海洋大学理学院 江苏 连云港 222005

2020年12月，中央经济工作会议明确提出做好碳达峰、碳中和工作，这是2021年八项重点任务之一。碳达峰是指二氧化碳排放量达到历史最高值，然后经历平台期进入持续下降的过程，标志着碳排放与经济发展实现脱钩。所谓碳中和是指某个地区在一定时间内（一般指一年）人为活动直接和间接排放的二氧化碳，与其通过植树造林等吸收的二氧化碳相互抵消，实现二氧化碳“净零排放”[1]。

1 研究方法与数据来源

1.1 碳排放测算方法

由于目前缺乏对碳排放数据的直接获取方法，这里采用IPCC在其《国家温室气体排放清单指南》中使用的碳排放系数测量算法，根据能源消耗和碳排放系数来估计碳排放总量，如下所示：

表1 各类能源的转化数值与碳排放系数

1.2 碳排放驱动因素分解方法

影响碳排放因素有很多，综合各个文献，主要归纳为经济发展水平，产业结构，能源消费结构，人口规模等。LMDI模型是一种用于解析能源消费变化的方法。它可以将能源消费的变化分解为多个因素的贡献度，从而帮助人们更好地了解和解决能源消费问题。这里采用LMDI模型分析这几个因素对于连云港市碳排放的影响。

其中，i表示能源种类，j表示不同产业或居民消耗类型。由于不同种类能源对应的碳排放系数不变，所以本位假设碳排放系数U给碳排放总量带来的变化为0。表2给出了各国变量的定义。

表2 LMDI模型变量定义表

下面我们带入连云港市2010-2019年数据对照以上公式算出各个因素影响程度的大小，结果如表3所示。

表3 连云港市2010-2019年能源消费结构

由于2011年碳排放数据与2010年数据相差不大，所以造成2011年数据偏大。但总的来说数据符合实际。人口规模与碳排放呈正相关，人口规模越大，碳排放量越大。但从数据上来人口规模造成的影响较小，从整个经济社会发展来看，随着人口老龄化加剧，将会造成大的潜在威胁。能源强度与产业结构和技术水平密切相关，能源强度越小代表技术水平越高，碳排放量越少。从整个样本期来看，能源强度效应为正，表明单位产值的能耗仍然较高，整体生产技术水平还需要提高。从能源消费结构上来看，它的影响最大，煤炭占比越高，碳排放量越大，所以要想早日实现碳达峰，就要进一步优化能源消费结构，切实减少化石能源消费比例，加快能源的发展。经济活动效应反映的是经济规模的扩大对碳排放变化的作用情况，从样本数据可以看出，经济活动与碳排放呈正相关且影响巨大，连云港市要想早日实现碳达峰，需早日拓宽经济来源渠道。

1.3 碳排放预测模型选择

为了预测未来碳排放趋势，我们建立碳排放的预测模型，以制定长期的碳排放控制和减排计划。这里采用STIRPAT模型。STIRPAT模型通过因素对环境的影响进行定量分析，找出主要的影响因素，并对其进行针对性的调整和管理，从而达到降低环境压力、促进可持续发展的目的，是一个用于分析人类活动对环境影响的经验模型

公式如下：

C是指碳排放量，Q是指人均GDP，P是指人口规模，I是指能源强度，M是指能源消费结构，这些都是表格二提到的相关变量。a表示常系数，s表示产业结构也就是第二产业产出占总经济之比，Ur表示城镇人口占总人口之比，e表示标准误差。计算结果如下表。

从表4可以看出，这几个变量之间存在着严重的多重共线性。OLS不能基于STIRPAT模型给出稳定的回归方程。为了克服因素本身存在的相关性问题，采用岭回归的办法，以牺牲掉部分拟合精度，来获取更符合实际情况的系数。通过观察岭迹图，以方差扩大因子法得K=0.181作为参数，得到方程如下：

表4 普通最小二乘回归结果

图1 岭迹图

图2 实际值与预测值的碳排放对比

1.4 不同场景下的连云港市碳排放趋势预测

基于国家发展和改革委员会能源研究所的情景设置作为参考方法：通过估计人口规模、人均GDP，城市化水平等众多影响因素设置了三种场景：高速、中速和低速，报告的基准年为2019年，估计连云港市2020年到2050年的二氧化碳排放量。具体设置见表5。

表5 不同减排情景的相关设置

根据设定的情景，结合STIRPAT模型，对连云港市2020-2050碳排放进行预测。

从图3可以看出，连云港市在常规的情景下大约在2035年前迎来碳排放的最大值。从碳达峰时间来看，高速发展模式下，将会在2030年达到碳达峰，其后的减排速率也是三种模式中最快的。低速发展模式下，将会在2040年达到峰值，其后的减排速率也是最慢。中速模式位于二者之间，将会在2035年左右达到峰值，减排速率相较于低速快，但也远慢于高速。高速模式也就是GDP高速增长，随着产业结构的变化，能源结构的调整，在连云港市后期工业发展情况中，经济增长不会造成碳排放的增加，对于连云港市的碳排放也能很好控制。低速模式也就是低经济增长，高碳排放。这将导致经济和社会增长放缓，能源消费强度和技术水平停滞，人口增长缓慢，经济严重失衡，二氧化碳排放难以控制。而中期发展模式处于这两种之间。因此，高速发展规划最适合连云港市的发展形势。它不仅可以实现经济社会的快速发展，还可以控制社会碳排放[2]。

图3 连云港市不同情景下的碳排放

2 对策建议

提高对绿色低碳发展意识、适当管理人口增长。连云港市应该搞好上层意识，推动绿色经济发展，将低碳生活意识切实贯行到生活中去。人口的增长对于碳排放影响是显著的，连云港市应在响应国家政策的基础上，做好长期规划并负担起监督的职责，以促进人口平稳增长。

推动传统产业升级。连云港市作为一个以重工业发展为主的城市，能源结构对于碳排放起着举足轻重的效果。传统产业多以煤炭，焦炭为主，应加快传统产业的改造升级，促进第三产业的发展，推动清洁能源的利用，激发经济增长新动能。

加大节能减排科技投入，突出重点领域技术创新。聚焦连云港优势主导业，加强国际协作。实现连云港的产业发展技术体系，促进碳利用[3]。

3 结语

碳达峰与碳中和紧密相连，碳达峰是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点。达峰时间的早晚和峰值的高低直接影响碳中和实现的时长和实现的难度。预测碳达峰的时间和速度对于气候变化很有意义。选择研究碳排放对象则需要考虑多方面因素，如数据可获得性、区域代表性、政策关注度等。在此条件下，我们选取了连云港市。通过对连云港市碳排放影响因素的研究，对该城市的碳排放管理和减排乃至对全国范围内的碳排放控制提供了参考价值。