基于主成分分析的我国城市交通运输碳排放影响因素研究

刘祝娟，李鑫星，柏丽红，许 晨，张睿竑，刘 炎

（1.北京京港地铁有限公司，北京 100068；2.北京交通大学，北京 100091）

随着我国社会经济的发展和现代交通技术的进步，城市交通运输取得突破性成就，但同时引发碳排放量激增等问题。城市交通运输已逐渐成为我国能源消耗及碳排放量增长的主要贡献者之一[1]。当前，学者主要通过研究交通运输行业碳排放影响因素来助力低碳交通。TIMILSINA 等[2]研究指出，经济发展和交通运输能源强度变化是碳排放的主要促进因素。LIU 等[3]通过探讨中国交通运输行业23年碳排放的影响因素，发现经济增长是驱动中国交通运输行业碳排放增长的重要因素。目前，国内对于低碳城市交通的研究还处于起步阶段。现有研究存在部分突出问题，即指标选择不够充分，忽视城市交通运输中的部分影响因素。同时，由于数据获取困难，鲜有全国范围的研究。因此，本文通过建立更加全面的评价指标体系，对我国城市交通运输的发展对碳排放的影响进行研究。研究结果有利于全面且系统地分析影响城市交通运输碳排放的关键因素及其影响程度，为制定相关政策、控制碳排放提供参考。

1 研究方法

主成分分析法（PCA）是一种多变量的统计方法，它首先被引入非随机变量的情形，而后被推广到随机变量的情形[4-5]。在实证研究中，为了全面、系统地分析问题，必须考虑众多因素[5]。主成分分析不仅可以保留原始变量的主要信息，而且容易抓住主要矛盾，使复杂问题简单化。

1.1 基于IPCC 清单的我国交通运输碳排放核算

根据《中国能源统计年鉴2021》[6]，计算各种能源折标准煤的参考系数，同时按照联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）清单中移动和不变的CO2排放系数，结合平均值进行计算。其中，电力和热力排放因子受能源结构和技术影响较大，其碳排放因子每年变动较大。

1.2 影响因素选取

通过综合现有研究文献，本文对城市交通运输碳排放的影响因素进行梳理[7-11]。城市交通运输碳排放主要有5 个影响因素，即社会经济、运输能力、人口因素、基础设施和科技投入，具体评价指标如表1所示。

表1 城市交通运输碳排放的影响因素及其评价指标

2 基于主成分分析的实证研究

2.1 数据来源及处理

在碳排放数据的获取中，考虑数据的可获得性，选取《中国能源统计年鉴2021》中的交通运输、仓储和邮政业作为被解释变量的碳排放量计算项。此外，各影响因素的统计数据通过2001—2020年发布的历年中国统计年鉴获取。

2.2 碳排放影响因素的主成分提取

首先利用SPSS 软件对其进行标准化处理，城市交通运输碳排放的影响因素可以分为3 个主成分，如表2所示，3 个主成分累计贡献率达到94.759%，说明前3 个主成分基本包含全部指标具有的信息，所以提取前3 个特征值。

表2 总方差解释

2.3 基于载荷矩阵的主成分解释

经主成分载荷矩阵分析，第一主成分基本反映指标A1、A2、A3等信息，因此可以提取到第一主成分；第二主成分中，原始指标B1、B6的系数较大，可以将第二主成分看作反映客运量和货物运输平均距离的综合指标；第三主成分中，原始指标D5的系数大于其余指标，将其看作反映私人汽车的指标。

2.4 主成分得分计算

为了获得2001—2020年城市交通运输碳排放的主要影响因素得分，根据主成分特征向量与标准化原始矩阵，将二者相乘。主成分得分的计算公式如式（1）、式（2）和式（3）所示。

式中：F1、F2、F3分别为第一主成分、第二主成分、第三主成分的得分；ZA1～ZA5、ZB1～ZB6、ZC1～ZC4、ZD1～ZD6、ZE1～ZE6分别为A1～A5、B1～B6、C1～C4、D1～D6、E1～E6的标准化值。

基于3 个主成分得分表达式及特征值，得到主成分综合得分表达式，如式（4）所示。

总体来看，第一主成分得分逐年增长，表明第一主成分代表的影响因素对我国城市交通碳排放的影响越来越显著；第二主成分得分在2012年后下降，表明客运量和货物运输平均距离与城市交通碳排放的关联性相对减弱，主要原因是运输效率的增长；第三主成分在2006年后开始下降，表明私家车数量的增长与城市交通碳排放的关联性在2006年后开始减弱，这与私家车的利用率、户均拥有量及公共交通的推广普及有一定关系。2001—2020年，主成分得分计算结果如表3所示。

表3 2001—2020年主成分得分

3 结论

经主成分分析，我国城市交通运输碳排放的主要影响因素为经济发展水平、国内生产总值、其他交通运输业新产品开发经费支出、其他交通运输业专利申请数，其他因素关联较弱。研究发现，第一主成分对城市交通运输碳排放的影响越来越显著，这表明近些年来采取的措施已经取得明显成效，如加强交通基础设施建设、加快调整客运组织结构等。这些举措对于未来低碳交通体系的建设具有重要意义，为其他城市提供可行的经验和启示。