城市、城市群与居民碳排放

　　【论文摘要】城市居民生活碳排放不仅受到城市内部人口密度、交通系统、土地利用方式、绿地体系等空间形态的影响，还会因城市外部空间结构的不同而进一步受到影响。为此，对我国14个已成型城市群中的110个大中城市2006—2012年的面板数据进行实证分析。结论显示：若不考虑城市外部空间结构的影响，只有混合土地用地类型能有效减少居民生活碳排放，其他要素对生活碳排放的减排作用甚微；若考虑城市外部空间结构的影响，即城市群体空间形态从“绝对集中”向“相对分散”的紧凑发展模式转变后，城市内部的人口密度、交通系统和绿地体系才释放出对生活碳排放的调节作用，这种作用随着城市发展低碳城市能力的差异而有所不同。

　　【论文关键词】城市群；低碳；城市空间形态；生活碳排放

　　一、引言

　　我国快速的城市化进程给城市群资源环境带来了较大的压力，城市群已经成为我国生态环境问题最为突出的地区。根据方创琳等人提出的城市群识别的七大标准[1]，我国已达标的城市群有15个①。这些城市群已成为我国各省份加快经济发展、提高区域竞争力的主要地域单元，但同时也是我国能源消耗、二氧化碳等温室气体排放最为集中的地区。牛文元的研究报告显示，目前中国经济规模最大的前100座城市CO2排放总量已占全国排放总量的一半以上，达到30亿吨，对于百万以上人口的城市，因交通拥堵每年多排放的二氧化碳量就有2800万吨②。高碳式的城市建设模式已经成为制约我国城市可持续发展的瓶颈，发展低碳经济、建设低碳城市及城市群势在必行。

　　究竟何种城市形态最适宜降低城市碳排放，一直是学术界争论的热点话题。主流观点认为：城市紧凑发展有利于城市的可持续发展。所谓紧凑型城市（CompactCity），其最初是与低密度蔓延的城市相对应，即希望通过高密度发展城市中心城区，减少对小汽车出行的依赖，减少能源消耗，提升公共设施的可及性和有效利用，遏止城市蔓延[2]。然而密度反映的仅是城市要素（人口、住宅等）的平均分布情况，无法反映这些要素在城市内部集聚与分布情况。随着发达国家城市中心城区的衰落以及城市居民的外移，紧凑城市开始强调对城市内城区的填充，鼓励城市土地的混合利用[3]，即通过提倡多样化的高密度，将居住用地与工作地、休闲娱乐、公共服务设施用地等混合布局，以在更短的通勤距离内提供更多的工作。随着人们对健康生活方式要求的不断提高，西方提出了大量的可持续城市发展理念。其中“新城市主义”（NewUrbanism）最广为流传，该理论认为紧凑城市应在高密度和土地混合利用的基础上，引入公共交通为导向的发展模式（TransitOrientedDevelopment，TOD）和城市绿带（Greenbelt）作为城市空间形态优化的重要策略。至今，大多数学者认为可持续发展的低碳城市模式应具备的“紧凑”空间形态特征包括：相对较高密度、土地混合利用和高强度的开发利用[4]。

　　然而也有学者认为紧凑型的城市发展模式并非放之四海而皆准的真理。学者们发现许多过高强度和密度对城市能耗的不利影响，特别是在发展中国家和东亚国家[5]。一些研究甚至认为城市密度对城市碳排放具有U型影响，中等密度水平最有利于减少碳排放[6]，适当分散的城市布局更有利于交通的疏导和降低城市热岛效应[7]。因此，对于人口众多、城市间差异巨大的中国，究竟是紧凑式还是分散式的城市空间形态更有利于可持续发展，是一个需要慎重考虑的问题[8]。即便是走紧凑型城市的模式，其在发展中国家的内涵与侧重点也应有所不同。

　　近年来，不少学者认为通过城市群策略，形成走廊城市（Corridorcity）或边缘城市（Edgecity）等城市群布局，也可获得与紧凑城市类似甚至更好的效果[9]。紧凑城市理论开始从单核的集中模式逐步向高密度、高强度的“分散化集中”模式拓展，更多地强调功能紧凑而不是形态紧凑[4，10]。这恰恰与当前国内的普遍共识——“中国都市区低碳发展”的模式不谋而合，即城市间依赖绿楔间隔的公共交通进行走廊式空间扩张，将新的开发集中于公共交通枢纽[11]，并逐渐意识到构建“街区—城市—都市圈—城市群”多层次的低碳城市研究框架的必要性[12]。但现有研究主要集中在阐述规划的相关理念和原则上，缺少细致的实证分析，针对单个或多个城市空间形态（城市密度、土地、交通等）的研究较多，或仅关注城市空间形态对某一类型居民碳排放的影响（建筑碳排放或交通碳排放等），全面梳理城市空间形态对居民碳排放影响的研究并不多见。其中，Ewingetal[13]系统性地总结了此问题，但模型中并未考虑最为重要的交通碳排放，而杨磊等[14]和郭韬[15]分别系统地梳理了影响居民碳排放的空间形态因素，却没有考虑到城市外部空间以及城市群体空间对居民碳排放的影响。

　　由于空间结构具有一定的锁定效应，城市的物质环境一旦建立就很难改变，并会对人们的社会生活和经济活动产生深远的影响。尽管通过经济发展、结构调整和技术革新可以优化居民的消费结构，增强居民的节能意识，促使城市的低碳发展，但却无法改变由城市空间形态不合理引致的能耗与温室气体排放。如何调整城市内部以及城市之间的空间形态，以提升能源使用效率，降低碳排放，是当前城市化进程中急需解决的重要问题。城市群作为城市空间的一种紧凑发展形式，与分散性城市结构相比，应是一种资源节约型、高密度高效型城市群，但并不一定是环境友好型和生态型城市群[16]。城市群的建设对居民生活碳排放是否有影响？如果有影响又是通过哪些途径或因素产生影响？城市群到底是有助于缓解城市的环境困境、优化城市空间形态、引导居民低碳消费，还是会使环境问题进一步恶化？本研究尝试梳理城市内部、外部的空间形态对居民生活碳排放的影响机制，并借助实证分析回答上述问题。

　　二、城市空间形态对居民生活碳排放的影响机制

　　本研究所指的居民生活碳排放与工业碳排放相对应，包括居住建筑碳排放和交通碳排放两部分。城市空间形态并不直接影响居民的生活碳排，而是通过一系列中间因素的共同作用与之产生关联[14]，其中城市人口密度、土地利用方式、交通系统、绿地体系等都是城市空间形态影响城市居民碳排放的重要因素。

　　（一）人口密度对居民碳排放的影响

　　城市建筑的碳排放主要受居民的消费习惯和生活方式的影响，但也有研究认为，城市密度对居民的住宅选择有决定作用，进而影响城市建筑的碳排放。随着城市人口密度的增加，居民必然会增加选择复合式住宅的概率，这往往比蔓延式城市或城郊地区典型的低密度独立住宅更能节省单位能耗。当然，人口密度的抬升、城市建筑容积率提高，也会造成城市热岛效应，通风状况恶化，反而增加整体能耗和碳排[13]。此外，根据Mills-Muth模型的城市土地竞租曲线，住宅面积与交通费用是互为替代的，即选择郊区较大的居住空间必然会损失交通的便利程度；选择交通便利的市中心居住必然会降低居住空间面积。这表明，较高的城市密度导致居民分布更为集中，更有利于发展公共交通工具，居民也会减少私家车的使用，降低能耗。因此人口密度对城市建筑碳排与交通碳排放的影响方向并不明确。

　　（二）土地利用方式对居民碳排放的影响

　　根据紧凑型城市和新城市主义的基本观点，混合功能的城市用地意味着居民居住地与就业地及公共服务设施之间有较高的空间匹配程度。这使得居民的日常生活需求可以在较小的空间范围内得到满足，缩短了居民通勤距离，降低交通使用强度；另一方面，城市空间匹配程度越高，对公共交通体系的要求也更高，随着城市通达性的提高，居民的交通出行结构也会得到改善。反观中国“职住分离”日益严重的现象，无疑增加了居民的通勤距离，巨大的交通需求加剧了城市的交通能耗[17]。此外，城市中心的混合土地利用还能均衡整个城市的交通流分布，缓解城市交通拥挤。因此，土地的混合利用通过缩短居民的出行距离，改变居民出行方式，进而减少居民的交通需求（包括降低私家车拥有率和使用强度）。

　　（三）交通系统对居民碳排放的影响

　　城市的交通系统决定了城市的通达性，进而影响了居民的出行方式。与以小汽车为主导的交通系统相比，新城市主义理论认为通过TOD模式，建立起通达的城市公共交通网络（地铁、轻轨、公交线路），同时沿轨道交通走廊进行高强度且多样化的土地开发利用。这无疑与“鼓励非机动出行，在此基础上倡导以低碳公共交通为主导的机动出行，并控制高碳小汽车发展”[18]的低碳出行方式相契合。学界已普遍认可了这种以公共交通为主导的城市交通系统，丹麦哥本哈根通过轨道交通引导城市发展的“手指形态规划”，更成为了城市实现低碳发展的典范。因此，公共交通系统发达的城市，通过影响居民的出行结构，降低城市的交通碳排放。

　　（四）绿地体系对居民碳排放的影响

　　城郊边缘地带是城市和郊区的气候过渡带，良好的城乡边缘结构有利于将郊区的自然风导入市区。增加城郊边缘地带的相交程度，如哥本哈根指状交错状的城市边缘形态，通过缩短郊区至城市内部的通风道距离，不仅改善了城市的通风状况，缓解城市热岛效应，也控制了城市的无序蔓延。当然，实际应用中尺度不当的绿地空间也会在一定程度上阻碍了步行穿越的可能性，增加通勤距离。

　　（五）城市群尺度下城市空间形态对居民碳排放的影响

　　作为更高层次的一种城市集聚形式，城市群的空间形态取决于各城市集聚力与扩散力的均衡结果。城市群形成初期，核心城市的集聚力占主导地位，人口的高度集中往往导致城市地域范围无限的蔓延，外围中小城市的发展陷入被动，相较于周围城市的低效，区域内核心城市的膨胀呈现出高能耗高碳排的特征。随着核心城市空间的蔓延，同心圆膨胀的边际效益下降，城市群沿交通线的扩展成为这一时期的主导[19]，牵引着经济活动与人口的扩展、转移，城市群由“单中心”向“多中心”的转变。城市群发育成熟后，城市的集聚效应不仅来自于城市内部高密度、高强度的开发，还来自外部不同城市间经济要素（人口、资金、土地等）的频繁流动以及协同发展。

　　交通，尤其是城际交通，作为城市空间发展的骨架，决定了城市群内各经济要素的流动方向、速度与效率，从而也会从根本上改变经济活动的空间运行方式。现代交通工具的飞速发展，缩小了空间运输成本与时间成本。城际轨道交通不仅转变了微观个体的出行方式，替代高碳耗能的交通工具，而且其大运量的特征也满足了更多的出行需求，减低了区域整体的单位交通碳排，具有明显的节能效应。与普通汽车相比，快速轨道交通因其载客量、行车自由度等方面的差距，会带来两种截然不同的城市空间模式[20]：日本引导大都市卫星城建设时采用的是沿轨道交通步行合理区点状、高密度发展；美国则采用小汽车的引导形成分散、低密度的郊区化城市布局。因此，作为共生的城市发展模式，城市群城际快捷交通的发展不仅促进城市间的融合，也会引导城市扩展的方向，优化城市内部的空间结构，进而影响城市的碳排放。

　　三、计量模型与变量说明

　　（一）计量模型

　　根据前文的理论梳理与分析，我们先考察城市内部人口密度、交通系统、土地利用方式、绿地体系以及城市间空间结构等五个要素对城市居民碳排放的影响效应。为此，本研究将基础模型设定如下：

　　其中，CEPjt表示j城市在t年的人均居民生活碳排放量，PD表示城市人口密度，Tr表示公共通勤度，H表示城市用地类型混合程度，GP表示城市绿地比重，D表示城市群内各城市间的空间结构，本文用城市群紧凑程度来测度，Z表示一组控制变量。一些经验研究显示，国家或地区的经济发展状况与环境质量密切相关，而要想实现经济增长与环境的协调发展，政府的主导地位不容忽视。因此本研究引入人均GDP（GDP）和城市维护建设财政性资金支出（GOV）作为模型的控制变量，以描述经济发展水平与政府的调控作用。模型（Ⅰ）中的回归系数β1、β2、β3和β4分别刻画了城市内部人口密度、通勤交通、土地利用和绿地体系等要素对城市居民碳排放的单一影响，β5则刻画了城市间的联系程度对城市居民碳排放的影响。若β1、β2、β3、β4和β5系数均为负并显著，说明高密度、高强度的紧凑型城市空间有利于降低城市居民的人均碳排放，符合理论预期。

　　鉴于中国各城市群之间发育程度的巨大差异，我们将城市群根据紧凑程度D的高低进行分类，并通过引入人口密度PD2探讨不同紧凑度的城市群内是否呈现出库兹涅茨环境曲线的特征，基础模型扩展为模型（Ⅱ）：

　　（二）数据来源及变量说明

　　我国已达标的15个城市群，由于天山北坡城市群数据不完整，本研究选取其他14个城市群内的110个地级以上大中城市作为研究对象，考察时期选定为2006—2012年，数据来源于《中国城市统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴》《中国区域经济统计年鉴》，全部数据的统计口径均为市辖区。

　　1.被解释变量为城市居民人均生活碳排放量Cep，用城市居民碳排放总量除以常住人口数得到。城市居民的生活碳排放理论上包括直接碳排与间接碳排，由于间接碳排受居民消费习惯和生活方式影响较大，而与城市空间形态的联系并不十分紧密，因此本研究将居民生活碳排放界定为居民直接生活碳排放（包括居住建筑碳排放和交通碳排放），简称居民碳排放。本研究采用现今国际上通用IPCC碳排放系数法测算居民碳排放：C=∑（Ei×Ki），式中C表示城市的碳排放总量，Ei表示城市范围内能源i以标准煤计的消费总量，Ki表示能源i的碳排放系数，单位为碳/标准煤。对于建筑碳排放，只关注建筑日常运行（家庭电力和燃气能耗）的碳排放。从《城市统计年鉴》中，可获取有关城市（市辖区）电力、煤气（人工、天然气）、液化石油气的消费数据，并按万吨标准煤的折算系数折算成能源消耗标准量③。对于交通碳排放，鉴于居民出行的交通碳排放主要来源于小汽车，采用郭韬[17]的方法估算，通过城市居民私人汽车拥有量以及IPCC汽油碳排放系数折算成交通碳排放，具体公式为：Ctraffic=PCV×AAM×AFC，式中PCV表示私人汽车保有量，AAM为年平均行驶里程，AFC为平均油耗④。

　　各城市居民的碳排放总量为建筑碳排放和交通碳排放之和Cep，通过比较2006年2012年的Cep，可以发现：2006年居民碳排放的均值为7吨/人，碳排放较高的城市集中在东部沿海地区，尤其是京津冀和山东半岛城市群，中部地区的城市居民生活碳排放量相对较少，大部分低于6吨/人。2012年，我国各城市的居民碳排放量有了较大幅度的增加，大于20吨/人的城市由4个增加到27个；从区域角度看，高碳排放城市开始向中部和东北地区的城市群蔓延，这些城市群的人均碳排放大致以核心城市为中心呈梯度递减，而沿海地区的区域核心城市却往往不是碳排放最多的区域。

　　2.解释变量。（1）人口密度PD，用市辖区人口密度衡量。（2）公共通勤度Tr，采用每万人拥有的城市年末公共汽车和出租车数的总量衡量。（3）城市用地类型混合程度H，采用香农多样性指数作为城市用地的测度方法，公式为：C=∑（Ui·lnUi），其中Ui为第i种用地类型所占比例，H值越大，表明用地类型混合程度越高。（4）城市绿地比重GP，用市辖区绿地面积比重作为衡量城市绿地体系的指标。（5）城市群紧凑度D，方创琳等（2005）[21]通过构建城市群丰度指数反映了城市群内部各城市的集聚水平，本研究也采用该指标来衡量城市群紧凑度。令p为市辖区常住人口，P为城市群常住人口，s为建成区面积，S为城市群总面积，e为市辖区经济总量，E为城市群经济总量，Du-t为城市群内部城镇数与城市总面积的比值，则城市群丰度指数为D。珠三角及长三角城市群的紧凑度显著高于其他城市群，其他城市群整体上也呈逐年增加的趋势，但武汉、长株潭、闽南金城市群的紧凑度增加幅度要大于珠三角和长三角城市群，表明这些城市群处在迅速集聚成长的阶段。

　　为更直观准确地考察各城市群间的特征，本研究在城市群紧凑度D的基础上，结合方创琳[1]测度的城市群发育度，将已选取的14个城市群分为三类。一是高度紧凑城市群，包括珠江三角洲城市群、长江三角洲城市群和京津冀城市群；二是中度紧凑城市群，包括山东半岛城市群、辽宁半岛城市群、皖中城市群、武汉城市群、长株潭城市群、关中城市群和中原城市群；三是低度紧凑城市群，包括闽南金城市群、成渝城市群、哈大长城市群和赣北鄱阳湖城市群。