王　柯，张建军,2，周向莉，刘金芳，朱晓磊

(1.中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京 100083；2.国土资源部土地整治重点实验室，北京 100083)

实现矿业城市的绿色低碳发展是我国发展低碳经济所必须面临的问题，本文将我国75个典型矿业城市从生命周期和资源类型两个维度进行分类，利用2015年矿业城市能源二氧化碳排放数据、人口数据和经济数据(GDP)来对比不同矿业城市二氧化碳排放的差异，并运用数理统计方法来探索不同类型矿业城市二氧化碳排放与经济发展水平之间的关系。研究结果表明，二氧化碳排放高值城市和低值城市在空间上较为集中，且二者差距较大；成熟型的煤炭型城市二氧化碳排放普遍较高，成熟型的有色金属型城市或非金属矿型城市二氧化碳排放普遍较低；不同类型矿业城市分能源类型二氧化碳排放占比情况异中有同，并且在不同程度上满足二氧化碳排放与经济发展之间的正相关性。要实现矿业城市的低碳发展，应紧抓高碳排的矿业城市，稳定住低碳排矿业城市，加快矿业城市的经济转型，提高矿产资源开采、生产和利用效率。

矿业城市；二氧化碳排放；生命周期；资源类型；经济发展

二氧化碳排放引起的全球变暖是目前人类面临的严峻挑战之一。在最近的一次联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)评估报告中指出，每万亿公吨二氧化碳排放会导致全球平均地表温度上升0.8～2.5 ℃[1]。2015年召开的第21届联合国气候变化大会(COP21)提出了控制全球升温低于工业化水平之前的2 ℃以内的长期目标[2]，但根据目前各国自主决定贡献(Intended Nationally Determined Contributions，INDC)，到2030年仍然存在15G～17 Gt的二氧化碳当量的减排缺口[3]，二氧化碳减排工作已刻不容缓。多数城市依靠开发自身丰富的矿产资源发展经济，成为典型的矿业城市[4]。矿业城市的发展一方面带动了我国整体经济水平的提升，另一方面也导致生态环境问题日益凸显。中国二氧化碳排放近年来增长较快[5]，平均地面气温在近百年来升高幅度约0.8 ℃[6]，且90%左右的二氧化碳排放来源于能源消耗[7]。因此，无论是迫于国际上的减排压力，还是国内的生态环境压力，我国必须制定更为有效的减排方案。针对我国矿业城市众多，环境问题突出的特点，将二氧化碳排放研究的视角聚焦在矿业城市上是必要的，也是我国实现低碳发展的必经之路。目前有关城市二氧化碳排放的研究较多，但多集中在经济发达的大城市[8-11]，以矿业城市为研究视角的研究较少。对矿业城市二氧化碳排放的研究目前大多集中在基于能源二氧化碳排放的单个矿业城市上[12-13]，且多为煤炭型城市[14-16]，针对不同类型矿业城市二氧化碳排放的对比研究较少。

基于前人的研究，本文以75个矿业城市为研究对象，以生命周期和资源类型为矿业城市的分类依据，利用2015年各矿业城市的能源消费数据，估算出各城市的二氧化碳排放量，对矿业城市的二氧化碳排放进行多维对比，并探索不同类型矿业城市二氧化碳排放与经济发展之间的关系，以期为矿业城市的低碳发展提供有力的理论支撑和经验借鉴。

1　研究对象

本研究根据国务院2013年印发的《全国资源型城市可持续发展规划(2013～2020年)》，在公布的126个地级资源型城市中选取了75个矿业型城市作为研究对象(剔除了森工型城市和数据缺失的城市)，并从生命周期和资源类型两个角度对75个矿业城市进行分类。从生命周期的角度上，按照资源保障能力和经济社会可持续发展能力，将矿业城市划分为成熟型、成长型、衰退型和再生型[17](表1)。从资源类型上，按照资源储量将矿业城市划分为煤炭型、油气型、铁矿型、有色金属型和非金属矿型[18](表2)。

表1　不同生命周期矿业城市

表2　不同资源类型矿业城市

2　方法与数据

2.1　二氧化碳排放量的估算

基于IPCC推荐的二氧化碳排放清单估算方法[19]，本文利用原煤、焦炭、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油和天然气等我国主要的化石燃料的消费量来估算二氧化碳排放量，计算公式见下式。

式中：ECO2为二氧化碳排放量；ACi为第i类能源的消费量；NCVi为第i类能源的平均低位发热量；Ci为第i类能源的单位热值含碳量；Oi为第i类能源的碳氧化率(表3)；44/12为碳转化为二氧化碳系数。

表3　二氧化碳排放计算相关指标

资料来源：《综合能耗计算通则》(GB/T 2589—2008);《省级温室气体清单编制指南》(发改办气候〔2011〕1041号)。

2.2　数据来源

能源消费数据来源于2016年各矿业城市的统计年鉴,城市人口(年末户籍人口)、GDP数据(当年价格)来自《中国城市统计年鉴2016》。

2.3　分析方法

本文通过对2015年截面数据的统计分析，来实现矿业城市二氧化碳排放差异的多维比较；通过数理统计方法(相关性系数和置信椭圆)来分析不同类型矿业城市二氧化碳排放与经济发展之间的相关关系[20]。

3　结果分析

3.1　不同类型矿业城市二氧化碳排放对比分析

3.1.1总量、人均和单位GDP排放对比分析

从二氧化碳排放总量上来看，排放高值矿业城市和低值矿业城市分布较为集中，且部分矿业城市之间差距显著，例如：排放总量最高的朔州市是最低的临沧市的255倍(图1(a))。二氧化碳排放总量较高的矿业城市主要集中在山西、陕西、河北、内蒙古和山东等以华北省份为主的北方地区(如朔州市、榆林市、唐山市、鄂尔多斯市、长治市、邯郸市和东营市等)，生命周期类型多为成熟型和成长型，且资源类型以煤炭型为主。成熟型煤炭城市的资源开发处于较为稳定阶段，资源保障能力强，可通过开发煤炭资源发展经济，而煤炭作为高碳排放的矿产资源，其开采、加工、消费整个生命周期都会产生较高的二氧化碳排放[21]。成长型煤炭矿业城市的资源开发正处于上升阶段，资源保障潜力大[22]，经济发展迅速的同时，也消耗大量的能源。二氧化碳排放总量较低的地级市主要集中在云南、甘肃、四川和广西等西南和西北地区(如临沧市、武威市、保山市和雅安市等)，其生命周期类型多为成熟型，资源类型以有色金属型和非金属矿型为主。此类城市经济发展普遍较为落后，且依赖的资源类型较为低碳，因此二氧化碳排放总量普遍较低。

从人均碳排放来看，人均碳排放高值和低值矿业城市的分布与碳排放总量较为相似，并且部分矿业城市人均碳排放差距较大(图1(b))。从分类对比上来看，人均碳排放较高矿业城市的生命周期多处于成熟型和成长型，且主要资源类型为煤炭。值得注意的是新疆的克拉玛依市，由于该市人口相对稀少，导致该市人均碳排放较高。石嘴山市等衰退型矿业城市由于前期的过度开发，资源趋于枯竭，生态环境相对较差，且人口相对较少，导致人均碳排放排名靠前。人均碳排放较低的矿业城市类型与排放总量较低的矿业城市类型较为一致，多为成熟型的有色金属型/非金属矿型矿业城市。

从单位GDP排放量来看，单位GDP排放高值和低值矿业城市的差异较大(例如：最高的朔州市是最低的宿迁市的186倍)，且分布与总量和人均碳排放的空间分布大体一致(图1(c))。从分类对比上来看，单位GDP排放量与人均碳排放情况较为相似，高值矿业城市普遍为成熟型的煤炭城市，部分高值矿业城市为衰退型的煤炭城市；低值矿业城市普遍为成熟型的有色金属型或非金属矿型矿业城市。

3.1.2分能源类型二氧化碳占比分析

从生命周期分类角度来看，不同类型矿业城市的分能源类型二氧化碳占比情况同中有异(图2(a))。相似点在于：煤炭(原煤+焦炭)二氧化碳排放在四种生命周期类型的矿业城市中均位居首位，占比超过80%，是矿业城市的主要碳源；汽油、煤油、柴油和天然气四种能源的排放占比在四种类型的矿业城市中都比较小。不同点在于：成长型和衰退型矿业城市煤炭的二氧化碳排放占比较再生型和成熟型矿业城市高10%左右；再生型和成熟型城市超过10%的二氧化碳排放来自于原油和燃料油；再生型矿业城市原煤的二氧化碳排放占比相较其他三类矿业城市小的多，可见再生型矿业城市在能源结构上有所改善。

图1　矿业城市二氧化碳排放对比

图2　不同能源类型二氧化碳排放对比

从资源类型分类的角度来看，不同类型矿业城市分能源类型二氧化碳的占比情况也存在一些异同点(图2(b))。具体来说，煤炭的二氧化碳排放依然是五类矿业城市的主要碳源，但油气型矿业城市煤炭的二氧化碳排放占比相对较少，这主要是因为此类城市拥有丰富的油气资源，在资源选择时也更偏向于自身丰富的资源；汽油、煤油、柴油和天然气四种能源的二氧化碳排放占比依然是五类矿业城市排放最低的；铁矿型矿业城市的焦炭二氧化碳占比相对其他类型矿业城市显著较高，这主要是因为焦炭是炼铁的主要能源[23]。

3.2　二氧化碳排放与经济发展相关关系分析

为消除变量内部异常值的影响，本文在进行相关性分析之前，对各变量进行了自然对数变换处理，以便更好地反映经济发展与二氧化碳排放之间的相关关系。本文使用人均碳排放量作为二氧化碳排放指标，以人均GDP作为经济发展指标，分别进行相关性分析，以对比不同类型矿业城市二氧化碳排放与经济之间相关性的差异。

从样本总体来看，人均碳排放量与人均GDP的Pearson相关系数达到0.628，呈现显著的正相关(表4)，可见整体上我国矿业城市二氧化碳排放与经济发展还处于同向发展的阶段。

表4　分生命周期Pearson相关系数

注：*表示在0.1水平(双侧)上显著相关，**表示在0.01水平(双侧)上显著相关。

从生命周期分类的角度，对人均碳排放和人均GDP之间的关系进行对比，发现不同生命周期矿业城市存在一定差异(图3)。根据散点的分散程度和置信椭圆的扁平程度可以看出，再生型矿业城市置信椭圆更为扁长，相关系数较高，可见二氧化碳排放与经济发展之间的相关关系较强；成熟型和成长型矿业城市相对于再生型矿业城市来说相关系数较低，但依然呈现显著的正相关；衰退型矿业城市的散点较为离散，置信椭圆更接近于圆形，相关系数较低，不存在显著线性相关性。

从不同资源类型分类角度来看，不同类型城市二氧化碳排放和经济发展之间均具有显著相关性，但相关程度略有差异(图4)。铁矿型、油气型、有色金属型和非金属矿型矿业城市的置信椭圆较为扁长，四类城市Pearson相关系数均达到0.8左右(表5)，人均碳排放和人均GDP之间均具有显著线性正相关；煤炭型矿业城市置信椭圆的长轴与短轴之比较小，相关性相对较弱，但人均碳排放和人均GDP之间依然呈现显著正相关。

注：置信椭圆的置信区间为95% 图3　不同生命周期经济与二氧化碳排放分布图

注：置信椭圆的置信区间为95% 图4　不同资源类型经济与二氧化碳排放分布图

表5　分资源类型Pearson相关系数

资源类型人均GDP与人均排放的相关系数煤炭型0.521(**)铁矿型0.796(**)油气型0.859(*)有色金属型0.804(**)非金属矿型0.85(**)

注：*表示在0.1水平(双侧)上显著相关，**表示在0.01 水平(双侧)上显著相关。

4　结　论

通过对我国矿业城市二氧化碳排放的多维对比研究，得到如下结论。

1) 我国二氧化碳排放的高值和低值矿业城市分布较为集中，且城市之间的二氧化碳排放差异显著。无论是二氧化碳排放总量、人均碳排放还是单位GDP碳排放，碳排放高的矿业城市大多集中以在华北省份为主的北方地区，而碳排放低的矿业城市大多集中在西南地区和西北地区，且高值矿业城市的二氧化碳排放量都数十倍于低值矿业城市。

2) 我国二氧化碳排放较高的矿业城市多为成熟型的煤炭型城市，排放较低的矿业城市多为成熟型的有色金属型/非金属矿型矿业城市，因此我国碳减排的工作应重点向成熟型的煤炭型矿业城市倾斜。

3) 不同类型矿业城市分部门二氧化碳排放占比情况异中有同。无论何种类型的矿业城市，煤炭消费产生的二氧化碳是矿业城市的主要碳源，而汽油、煤油、柴油和天然气四种能源的排放占比较小。调整能源结构是我国二氧化碳减排的有效途径。

4) 我国矿业型城市二氧化碳排放与经济发展水平整体上呈现显著正相关。不同类型的矿业城市也均不同程度的满足二氧化碳排放与经济发展之间的正相关性。

[1]PACHAURI R K,MEYER L A.Contribution of Working Groups I,II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[J].Journal of Romance Studies,2014,4(2):85-88.

[2]ROGELJ J,DEN E M,HÖHNE N,et al.Paris Agreement climate proposals need a boost to keep warming well below 2℃[J].Nature,2016,534:631-639.

[3]BOYD Rodney,TURNER Joe,WARD Bob.Intended nationally determined contributions:what are the implications for greenhouse gas emissions in 2030?[J].2015,120(3):561-599.

[4]朱训.中国矿业城市的几个问题[J].中国矿业,2015,24(8):1-7.

[5]屈超,陈甜.中国2030年碳排放强度减排潜力测算[J].中国人口·资源与环境,2016,26(7):62-69.

[6]任国玉,初子莹,周雅清,等.中国气温变化研究最新进展[J].气候与环境研究,2005,10(4):701-716.

[7]CHUAI X,HUANG X,WANG W,et al.Land use,total carbon emissions change and low carbon land management in Coastal Jiangsu,China[J].Journal of Cleaner Production,2014,103:77-86.

[8]赵冠伟,陈健飞,崔海山,等.1992—2007年广州市能源消费碳排放研究[J].资源与产业,2010,12(6):179-184.

[9]张丽峰.北京碳排放与经济增长间关系的实证研究——基于EKC和STIRPAT模型[J].技术经济,2013,32(1):90-95.

[10]WANG Yang,GE Xiaoling,LIU Junliang,et al.Study and analysis of energy consumption and energy-related carbon emission of industrial in Tianjin,China[J].Energy Strategy Reviews,2016,10:18-28.

[11]赵敏,张卫国,俞立中.上海市能源消费碳排放分析[J].环境科学研究,2009,22(8):984-989.

[12]刘晨跃,高志刚.资源型城市碳排放库兹涅茨曲线研究——以乌鲁木齐为例[J].资源与产业,2014,16(5):1-7.

[13]罗广芳,张建军,李胜男,等.矿业城市能源消费碳排放变化及其影响因素研究[J].中国矿业,2015,24(8):53-58.

[14]黄芳.煤炭资源型城市碳排放特征研究:以平顶山市为例[J].中国矿业,2015,24(10):83-87.

[15]罗广芳.矿业城市煤炭供应链碳排放研究[D].北京:中国地质大学(北京),2016.

[16]李玉平,张璐璇,骈炜,等.资源型城市能源消费碳排放足迹的动态变化及对策分析——以邢台市为例[J].湖北农业科学,2016(11):2971-2974.

[17]国务院.全国资源型城市可持续发展规划(2013—2020年)[EB/OL].http:∥www.gov.cn/zwgk/2013-12/03/content_2540070.htm.

[18]张萌.资源型城市分类及生态调控机理与过程[D].北京:中国矿业大学(北京),2015.

[19]LANZA R,MARTINSEN T,MOHAMMAD A K W,et al.2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories[M].Tokyo:Global Environmental Strategies for IPCC,2006.

[20]李建豹,黄贤金,吴常艳,等.中国省域碳排放的空间格局预测分析[J].生态经济:中文版,2017,33(3):46-52.

[21]朱汉雄.煤炭相关二氧化碳排放量的估算与分析[D].上海:复旦大学,2013.

[22]李江苏,唐志鹏.再生型资源型城市产业的结构性增长研究——以唐山市为例[J].地理研究,2017,36(4):707-718.

[23]王维兴.提高焦炭质量的技术途径[J].中国钢铁业,2006(10):27-29.