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    新型城镇化与碳排放水平的耦合协调度分析——以山东省为例

    时间：2023-06-29 19:55:05来源：百花范文网本文已影响人

    姜吉坤 ，祝胜来，曹吉昌，李晓冬 ，薛雅伟

    （1. 青岛理工大学 管理工程学院，山东 青岛 266520；
    2. 山东省高校智慧城市建设管理研究中心，山东 青岛 266520；
    3. 住房和城乡建设部 科技与产业化发展中心，北京 100835）

    1978年改革开放后，中国城镇化进程发展迅速，截至2020年年末，中国城镇化率达到63.89%，相比1978年的17.9%增幅高达45.99%[1]。城镇化快速发展，使城市居住格局发生变化，经济活动增多，导致能源消费加剧，温室气体排放量增加，引发气候变化等一系列问题，对自然界和人类形成巨大威胁[2]。根据国际能源署统计，城市产生的二氧化碳约占全球的70%，且这一比例会越来越高[3]。为解决城镇化发展面临的压力，实现碳减排背景下低碳城镇化建设[4]，中国政府2014年发布《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》，提出建设具有中国特色的新型城镇化，实现城镇化从粗放式发展到集约式发展的转变[5]。2006年以来，中国一直是世界上碳排放量最多的国家，2020年，碳排放量占世界的31%，面对这一难题，2021年国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，提出调整产业结构和能源结构，实现2030年化石能源消耗占比降低到75%左右，单位GDP二氧化碳排放量比2005年下降65%以上，确保2030年实现碳达峰目标，积极地控制碳排放，推进城市低碳发展，保证城镇化进程的稳步发展，同时保护好自然环境。

    “城镇化”一词最早起源西班牙工程师A.Serda的著作《城镇化基本理论》，把城镇化描述为农村向城市发展的过程，20世纪70年代，“城镇化”概念开始被中国学术界认可。而后许多学者提出不同衡量城镇化水平的指标体系，Li等[6]、方雪娟等[7]从人口、经济、社会、空间城镇化四个方面对城镇化水平进行评价，没有考虑到环境城镇化因素。Guo[8]将环境城镇化维度引入指标体系，但指标选取太少，不太具有说服力。Zhao & Chai[9]从城市建设、经济发展、社会发展、生态环境、城乡发展五个方面提出城镇化指标体系，但并未考虑到人口因素。许多学者对碳排放水平展开研究，碳排放水平不是指碳排放量，而是指整个碳排放系统的水平，是从多个角度去评价。Shen等[10]对经济增长和碳排放水平的耦合关系展开研究，从能源结构、能源效率、能源使用、环境影响等几个方面对碳排放水平进行衡量。Song等[11]采用劳伦斯伯克利国家实验室创建的评估系统，从人口、公共社会服务、基础设施、环境四个方面构建城市低碳水平指标体系。

    中国城镇化发展处于加速阶段，与全球变暖趋势一致。因此，这两者之间存在什么关系，如何相互影响，值得思考[12]。其中最具有代表性的是环境库兹涅茨曲线，该理论认为城镇化与碳排放之间的关系表现为倒“U”型曲线。Xu等[13]选取中国珠江三角洲作为研究对象，找到了土地城镇化和经济城镇化与碳排放之间存在库兹涅茨曲线的强力证据。Wang等[14]探讨了经合组织国家城镇化与碳排放之间的关系，结果表明城镇化与碳排放之间存在倒“U”型关系。部分研究发现，城镇化对碳排放具有显著的正向作用。Dogan & Turkekul[15]研究了美国城镇化进程中城镇化和能源消耗对碳排放的影响，结果表明，城镇化水平和能源消耗导致碳排放增多。Wang等[16]通过研究东盟国家的一个小组，表明城镇化率提高，碳排放就会增多。Wang等[17]选取金砖国家为研究对象，发现城镇化与碳排放存在明显因果关系，而且绝大部分的碳排放来自家庭和商业的能源消耗。Chen等[18]研究发现，人口、经济增长和能源消费增加会导致碳排放增多。也有部分研究发现，城镇化对碳排放有明显的负向作用，Ali等[19]以新加坡为研究对象，发现新加坡城镇化水平越高，碳排放越低。Khan & Su[20]认为随着城镇化进程中技术的发展，提高可再生能源的使用率对碳排放具有显著抑制作用。

    已有研究对城镇化与碳排放水平方面做出大量贡献，但仍存在以下不足：①新型城镇化最重要的是生态文明概念，但现有研究中，很少有学者将其引入新型城镇化的指标体系中。②现有研究中，城镇化与碳排放之间的关系尚无定论[21]，多数学者只关注城镇化对碳排放的单向影响，很少有学者关注新型城镇化与碳排放水平的双向影响研究。基于此，本文选择山东省为案例展开研究，它位于中国东部沿海地区，是中国的工业强省和能源基地，是城镇人口和二氧化碳排放最多的省份之一[22]。随着山东省新型城镇化建设不断推进，新型城镇化与碳排放的相关话题引起政府和社会的共同关注。由此，本文构建新型城镇化与碳排放水平系统的指标体系，采用熵权法、线性加权法、耦合协调度模型，对2009—2018年山东省新型城镇化与碳排放水平的耦合关系展开研究，为山东省及其他省市的低碳城镇化建设提供参考。

    1.1 耦合系统指标体系的构建

    先前学者对新型城镇化和碳排放水平的指标体系研究表现出很强的适用性。本文根据新型城镇化的基本特征，基于全面性、科学性、可量化原则，与相关领域专家讨论后，参考《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》和相关文献，从五个维度建立新型城镇化的指标体系。碳排放水平指标体系的构建，不同学者分别从不同角度展开研究[23]，本文以《可持续发展能源指标：指南和方法》为参考，从人口、经济、能源三个方面构建评价体系。新型城镇化与碳排放水平系统的指标体系如表1所示。

    表1 新型城镇化和碳排放水平指标体系

    1.2 研究方法

    1.2.1 数据收集及预处理

    在考虑数据的可得性、完整性基础上，本文选取山东省2009—2018年新型城镇化和碳排放水平指标数据进行研究。新型城镇化指标数据来源于《山东统计年鉴》《中国能源统计年鉴》，碳排放量数据来源于中国碳核算数据库[22,29,30-31]。由于个别指标数据来源于多个统计年鉴，出现数据差距较大现象，对于不符合实际情况的数据在合理范围内进行修正。某些指标数据缺失，本文采用插值法进行处理。由于指标之间维度不同，数据之间无法直接比较，需要消除维度的影响，因此，采用公式（1）和公式（2）分别对正向和负向指标进行数据预处理。

    式中：xj代表指标j的原始值，xjmax和xjmin分别代表指标j的最大值和最小值，yj代表标准化后的数值。

    1.2.2 熵值法

    本文采用熵值法对指标进行赋权，能有效地克服数据主观性，反映出指标的变化规律，使评价结果更加真实可靠[32]，指标权重已列示于表1中。然后，采用线性加权法计算出两个子系统的综合评价指数，具体步骤如下：

    （1）计算样本指标比重pij。

    式中：n代表样本数。

    （2）计算指标j的熵值ej。

    式中：k＞0,ej≥0,k=1/lnn。

    （3）计算指标j的差异性系数gj。

    （4）定义权重。

    （5）计算子系统综合评价指数。

    式中：U(x)代表待评价子系统综合评价指数，m代表子系统指标个数。

    1.2.3 耦合协调度模型

    目前，耦合协调度模型被引入各个领域开展研究，如自然[33]、社会[34]、经济[35]领域。新型城镇化是人口、资源、经济、生态环境的集中过程，新型城镇化快速发展，促进经济发展，但反过来会造成能源消耗加剧，产生大量碳排放，给环境保护带来巨大压力，阻碍新型城镇化进程。因此，新型城镇化和碳排放之间的关系可以看作是一种相互反馈的机制。耦合系统由新型城镇化子系统和碳排放水平子系统组成。传统耦合协调度模型描述如下：

    式中：D表示新型城镇化和碳排放系统的耦合协调度，U1和U2分别代表新型城镇化和碳排放的综合评价指数。T代表两个子系统对整体耦合协调度的影响，α和β分别代表新型城镇化和碳排放子系统对耦合协调度的贡献系数。

    耦合协调度可以真实地反映新型城镇化和碳排放的耦合协调发展程度，但是，无法反映出两个子系统的相对发展程度，故参考其他学者[36]的做法，引入相对发展模型。

    式中：E代表新型城镇化与碳排放水平相对发展系数。参考He等[37]对耦合协调发展阶段和等级的划分，对新型城镇化与碳排放水平发展等级和类型进行判断，如表2所示。

    表2 新型城镇化与碳排放水平耦合系统协调发展阶段

    本小节根据公式（1）～（7）计算2009—2018年山东省新型城镇化指数和碳排放指数，如表3和表4所示。

    表3 2009—2018年山东省新型城镇化指数

    表4 2009—2018年山东省碳排放指数

    2.1 新型城镇化与碳排放水平系统影响因素分析

    如表1所示，在新型城镇化系统中，每万人的大学生数权重最高，达到0.091 2，反映出城镇居民文化程度有助于提高新型城镇化建设质量。在经济城镇化的5个指标中，固定资产投资额和城镇居民人均可支配收入权重分别为0.056 8和0.056 4，影响显著。在社会城镇化的5个指标中，每万人的大学生数、民用汽车拥有量、社会消费品零售总额、城镇居民低保人数权重分别为0.091 2、0.059 6、0.055 7和0.061 2，相比之下，权重较高。在环境城镇化和空间城镇化的5个评价指标中，城镇公园个数和城镇居民人均建筑面积权重分别为0.082 1和0.060 2。在碳排放水平系统中，单位GDP能耗、人均生活能源消耗量和总碳排放量权重较大，分别为0.191 4、0.187 4和0.183 6。在人口保持稳步增长的情况下，城市的人均能源消耗和单位GDP能耗能够反映出城市对能源的利用程度和利用效率，人均碳排放量、单位GDP碳排放量、能源消费总量权重分别为0.146 3、0.142 0、0.149 3。

    2.2 新型城镇化水平时序演变分析

    新型城镇化子系统时序演变路径如图1所示，整体来看，2009—2018年山东省新型城镇化水平呈逐渐上升趋势，2009—2018年，新型城镇化得分从0.040上升到0.910，年均增长率达41.58%。研究期内，2012年中国政府提出加强城镇化建设，优化城镇化布局，实现大中小城市与小城镇的区域协调发展。山东省政府发布《山东省城镇化发展纲要（2012—2020年）》，要求积极落实城镇化战略，推动城镇化快速发展；
    2014年中国政府发布《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》，要求新型城镇化转变发展模式，实现绿色低碳发展。一系列政策实施使2015—2018年山东省新型城镇化水平快速上升。从五个城镇化维度来看，社会和经济城镇化比重逐渐增加，形成以社会和经济城镇化为主导的发展模式，对新型城镇化建设具有明显的推动作用，人口城镇化、环境城镇化、空间城镇化都呈现出曲折上升的趋势，表明随着新型城镇化的建设，城市的空间、环境与社会资源正处在相互磨合的阶段。

    图1 2009—2018年山东省新型城镇化子系统演变路径

    2.3 碳排放水平时序演变分析

    碳排放水平子系统时序演变路径如图2所示，整体来看，山东省2009—2018年碳排放水平呈曲折上升趋势，2013年、2017—2018年呈现下降趋势。碳排放水平大致可分为四个阶段，2009—2012年，金融危机后，各国经济开始复苏，外部需求较大、出口量大幅度提高，促使2009—2012年碳排放水平快速提高。2013年，中国经济发展进入新常态，开始调整产业结构，能源消耗减少导致碳排放水平呈下降趋势。2014—2016年，中国经济增长较快，导致碳排放水平上升。2017年中国政府提出高质量发展理念，要求优化能源结构，注重创新发展，转变传统的发展方式，促进了2017—2018年碳排放水平的降低。分维度看，人口碳排放水平和能源碳排放水平曲线与碳排放水平曲线呈相似变化状态，对碳排放水平影响较大。经济碳排放水平逐年降低，表明山东省单位GDP碳排放量不断下降，说明山东省在经济发展方面正逐步减少对一次能源的使用，积极地优化能源结构以及产业结构。

    图2 2009—2018年山东省碳排放水平子系统演变路径

    2.4 新型城镇化与碳排放水平耦合协调度分析

    考虑到城市规划者和政府机构在制定城市发展战略时，出发角度不同，对子系统的权重赋值不同，所以本文对子系统三种不同权重情况进行分析，各年份耦合协调度如表5所示，不同权重下协调度等级与类型如图3所示。

    图3 2009—2018年山东省新型城镇化和碳排放水平耦合系统不同权重下协调度等级与类型

    表5 2009—2018年山东省新型城镇化和碳排放水平耦合系统不同权重下的耦合协调度及相对发展度

    如图4所示，三组耦合协调度的变化趋势略有差异，但是总体的变化趋势是一样的，所以新型城镇化和碳排放水平耦合系统受子系统权重影响不大，因此采用整体变化趋势进行分析。

    图4 不同权重下新型城镇化与碳排放水平耦合协调度变化

    2009—2018年，新型城镇化和碳排放水平耦合协调度呈倒“U”型变化趋势，先上升再下降，相对发展度不断提高，新型城镇化相对碳排放水平先后经历滞后发展—同步发展—超前发展。根据耦合协调度、子系统得分情况，可划分为三个阶段。2009—2010年，新型城镇化与碳排放水平耦合协调度呈上升趋势，都处在拮抗阶段，两个子系统之间是不协调的，可能会产生不利影响。2011—2013年，新型城镇化与碳排放水平耦合协调度呈上升趋势，由拮抗阶段转变为磨合阶段，且子系统之间也转变为同步发展。2014—2018年，新型城镇化与碳排放水平耦合协调度呈上升再下降趋势，这个阶段系统耦合协调度都处于协调阶段，表明新型城镇化与碳排放系统之间相互协调、相互影响。

    总体来说，2009—2010年，新型城镇化和碳排放水平耦合协调度处于拮抗阶段，新型城镇化水平滞后，造成这种情况的原因可能是城市规划并没有满足城市快速发展的要求。2011—2013年，耦合协调度处于磨合阶段，在初期可能会出现随着城镇化的快速发展，大批人口涌进城市，城市人口增加会带动经济增长，但会加剧能源消耗、占有原有的城市用地，产生大量碳排放，对城市环境造成影响，也会使城市空间变得拥挤，使人地矛盾加重。2014—2018年，中国政府出台《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》，国家政府层面介入新型城镇化建设，对其进行宏观调控，另外，山东省政府也积极地履行在“十二五”规划中的承诺，在“节能减排”背景下，实现碳排放量的绝对下降。此外，这一时期，高新企业、高经济回报企业、低资源低能耗新型工业化缓解了对城市环境的影响，这些举措都促进了新型城镇化和碳排放水平的相互协调，提高了耦合系统的协调度。

    本文以山东省为研究对象，建立新型城镇化与碳排放水平两子系统的评价体系，定量分析新型城镇化和碳排放水平的综合评价指数变化，运用耦合协调度模型分析新型城镇化与碳排放水平耦合协调度的动态变化趋势，得出以下结论：

    （1）新型城镇化水平逐年提升，社会和经济城镇化曲线与新型城镇化曲线变化趋势相同，在此期间，人口、环境和空间城镇化不断磨合，在新型城镇化过程中有了较大提升。碳排放水平变化曲折，2009—2012年碳排放水平快速上升，2013—2016年碳排放水平先下降再上升，2017—2018年碳排放水平又呈下降趋势。人口碳排放水平和能源碳排放水平曲线与碳排放水平曲线变化趋势相似，且两者对碳排放水平影响较大，经济碳排放水平逐年下降。

    （2）2009—2018年，山东省新型城镇化与碳排放水平耦合协调程度呈倒“U”型变化趋势，二者先后经历拮抗—磨合—协调阶段，新型城镇化相对碳排放水平发展由滞后发展转变成超前发展。从时序上来看，2009—2010年，耦合协调度上升，系统整体处在拮抗阶段，新型城镇化与碳排放水平相互抑制；
    2011—2013年，耦合协调度继续上升，二者由拮抗转变为磨合阶段，表明新型城镇化与碳排放水平进入新阶段，系统之间有一定的相互作用，但还不够协调；
    2014—2018年，耦合协调度先呈上升趋势后又下降，系统处于协调阶段，新型城镇化与碳排放水平都较高，反映出两系统之间相互作用、相互协调。

    为了推动高质量新型城镇化建设和降低碳排放水平，实现新型城镇化和碳排放水平协调发展，提出以下建议：

    （1）追求高质量、绿色低碳的新型城镇化。制定城市发展战略时，以绿色低碳发展规划引领，加强对人均碳排放量和单位GDP碳排放量的关注。增加居民福祉，提高居民人均收入水平，围绕社会发展和民生问题，做好社会保障工作，提高居民文化素养，营造良好的城市形象，吸引高素质人才。优化基础设施和公共资源布局，加强居民绿色低碳教育，倡导绿色低碳生活方式，提高新型城镇化的质量。

    （2）控制碳排放水平，降低新型城镇化发展对能源消耗的依赖。一方面，要降低碳源产生的碳排放，对能源结构进行调整，减少化石燃料的使用，降低一次性能源在能源消费中的占比，提高可再生能源和清洁能源使用比例，如风能、太阳能等，建立以可持续脱碳为目标的能源消费体系。另一方面，要加速发展碳汇，提高固碳效率，增加碳吸收能力，沿海城市要大力发展海洋碳汇，海洋是地球最大的碳储存库，也是吸收碳排放最多的碳汇。另外，内地城市要加强森林碳汇能力，提高森林覆盖率以及自然湿地面积，尽快将二氧化碳捕捉与储存技术（CCUS）付诸实践。

    （3）保障新型城镇化与碳排放水平的协调发展。一方面，新型城镇化发展要控制碳排放水平，通过新型城镇化加快发展新能源、新技术等提高能源利用效率，减少碳排放，改善城市环境；
    另一方面，要通过控制碳排放水平，提高城市环境质量，营造出良好的城市形象，吸引产业聚集，为实现绿色低碳的新型城镇化做好保障。

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