城市規模城市化率與碳排放關系論文
一、引言
聯合國政府間氣候變化委員會(IPCC)最新發布的第五次氣候變化評估報告認為，人類活動“極其可能”是20 世紀中期以來觀測到的全球氣候變暖的主要原因。城市是人口、建筑、交通、工業、物流的集中地，其面積只占地球表面面積的2%，人口占總人口的50%，但溫室氣體排放卻占總量的70%。因此，城市化和碳排放關系引起了廣泛關注。相關文獻對城市化和碳排放關系的研究主要有兩條線索：一是圍繞城市化率和環境的關系，考察人口城鄉分布對人均碳排放的影響，二是圍繞城市規模和環境的關系，探尋對環境最有利的城市規模。
從城市化率的角度， 多數文獻認為城市化率與碳排放有較強的相關關系。針對中國的研究發現，城市化水平在碳排放影響因素中處于主導地位。薛冰等利用112 個國家和地區的數據發現， 隨著城市化率上升，人均碳排放量逐步增加。城市化對溫室氣體排放的影響是人口城鄉結構變化所引發的生產與消費行為變化對碳排放的影響，從這個角度看，城市化帶來了高能耗和相應的高碳排放。但是，城市化也可能有利于減少溫室氣體排放。其可能的途徑是：城市化使產業組織結構、技術結構、產品結構得到更合理調整，資源得到更合理的利用;城市高度集中的人口和經濟活動形成能源消費的規模效應，降低人均能源需求; 城市化有利于環保科技創新，為減少溫室氣體排放提供了可能。王子敏和范從來利用中國的省級面板數據， 發現城市化和能耗之間符合倒N 形曲線， 城市化所導致的能耗由降到升的拐點出現在城市化率為27.3%，能耗由升到降的拐點在城市化率為76.2%。王欽池和王芳也注意到了城市化率和碳排放之間的非線性關系。
對于城市規模和碳排放關系的研究是在最優城市規模理論上發展起來的。傳統的最優城市規模理論主要是基于城市成本—收益的理論和經驗研究。20 世紀90 年代以來， 最佳城市規模理論的研究重點從成本收益的經濟角度轉移到城市規模和環境質量的關系。Capelb 和Canagni 從人均能源使用和污染物排放的角度探討了最優城市化規模問題，認為城市負荷效應與城市規模呈正U 型曲線關系。王桂新和武俊奎基于中國地級市數據發現城市規模的擴張使得碳排放強度上升。許抄軍認為中國的城市規模和資源消耗之間的經驗模型為正N 型曲線，最優城市規模為1060 萬人。隨著全球環境的惡化，過大規模的城市對環境的不利影響受到了越來越多的重視。大城市乃至特大城市不斷涌現，給生態環境造成了沉重的負擔。
可見，已有文獻對于城市化和碳排放(環境質量) 關系的研究是從城市化率或者城市規模的角度分別展開的。基于城市化率的研究為從宏觀角度認識城市化對環境的影響提供了有益啟示，基于城市規模的研究則為認識城市影響環境的微觀機制提供了依據。然而，城市化是一個城市規模不斷擴大和城市化率不斷提高的相互作用過程，僅僅從城市化率或者城市規模一個角度難以完整揭示城市化過程對碳排放的影響。本文的目的是把城市化對碳排放的影響分解為城市化率和城市規模兩個因素，從而更全面地認識城市化和環境的關系，并在此基礎上從城市規模和城市化率相互協調的角度提出推進城市化的政策建議。
二、模型和數據
1.模型設計
城市規模和城市化率是衡量城市化進程的兩個基本指標。大量研究證實，城市規模與能源消費和碳排放有密切關系，在既定的城市化水平下，城市資源過于分散或者過于集中都會導致效率損失。而城市化率是對城市化總體水平的衡量，可以反映不同規模城市對碳排放的綜合影響。因此，有必要從城市規模和城市化率兩個維度考察城市化和碳排放的關系。假設某個地區的總人口為p，有a 和b 兩個代表性城市，規模分別為sa和sb，城市化率為u。容易理解，城市a 和b 對該地區人均碳排放量的“貢獻”是城市規模及其占全國人口總量比例的函數。
模型的因變量是人均CO2排放量，用以衡量城市化對環境的影響。自變量包括城市規模和城市化率。其中，城市化率是城市人口占總人口的百分比。根據數據的可得性，采用不同規模等級的城市人口占城市總人口的百分比作為衡量城市規模的指標。本文把城市分為5 個規模等級，分別為1000 萬人以上、500 萬-1000 萬人、100 萬-500 萬人、50 萬-100萬人、50 萬人以下。除了上述自變量外，已有研究認為經濟發展水平、能源利用技術、人口密度等對碳排放有重要影響，本文把上述變量作為控制變量。經濟發展水平的衡量指標是人均國民收入。考慮到城市化、城市規模和人均國民收入的相關性，當僅把人均國民收入的一次項納入模型時，可能把人均GDP和碳排放之間的曲線關系“轉嫁”給城市化因素，從而無法體現城市和碳排放之間的關系。作為對比，在模型中分別對人均GDP 的一次項和二次項進行回歸。技術因素用單位GDP 的CO2排放量表示。所有原始數據均以自然對數的形式納入模型。
2.數據來源和描述
本文的數據來自聯合國和世界銀行數據庫。樣本期為1960—2009 年。其中，城市化相關數據來自聯合國數據庫，其他數據來自世界銀行數據庫。人均GDP 和人均國民收入以2000 年不變價格美元表示。剔除有缺失值的樣本后，最終包括161 個國家的6361 個觀測值。其中，高收入國家44 個，中等收入國家85 個，低收入國家32 個。
3.模型形式確定
本文使用的是面板數據，同時具有截面維度和時序維度的特征，包含了個體、時間和指標三個方向的信息。因此需要對模型設定形式進行假設檢驗，以確定其屬于不變截距模型、變截距模型還是變系數模型。本文考察的是161 個國家的數據，各國的碳排放水平和城市化水平、城市規模都有差異，理論上選擇回歸模型時應體現個體差異。樣本期較長(50 年)，時期變更所產生的影響應予考慮。因此，構建同時含有個體和時期效應的雙向效應模型是理想的選擇。經F 檢驗，證實選擇雙向固定效應變截距模型是合適的。
三、結果和分析
為了比較不同因素對人均碳排放的影響，在基準模型的基礎上，本文構建了不同的模型。模型①和②考察城市化率和城市規模兩個因素對人均碳排放的影響;模型③和④考察城市規模對人均碳排放的影響;模型⑤和⑥考察城市化率對人均碳排放的影響。為了考察收入水平對碳排放的非線性影響，模型①③⑤含有人均國民收入的二次項和三次項;模型②④⑥中只含有人均國民收入的一次項。所用軟件為Eviews 7.2，結果見表2。
1.城市規模對人均碳排放的影響
模型①和②的結果均顯示，城市規模對人均碳排放有顯著影響。以50 萬人以下規模的城市作為參照組，500-1000 萬以及1000 萬人口以上規模城市占城市人口比重的回歸系數均為正值， 這說明500 萬人口以上規模城市的碳排放壓力大于參照組; 而50-100 萬以及100-500 萬人口規模城市的回歸系數為負值， 說明其碳排放壓力小于參照組。進一步對比，人均碳排放壓力最小的是100-500 萬人規模城市，其次是50-100 萬人規模城市，1000 萬以上人口規模城市的碳排放壓力最大。
對比模型①和②以及模型③和④結果發現，收入水平以一次項形式還是多次項形式納入模型，城市規模的回歸系數的符號沒有變化，但是回歸系數的大小發生了變化，人均收入水平以一次項進入模型時的系數的絕對值大于以三次項形式納入的模型。其原因在于，城市規模和經濟發展水平有明顯關系，經濟發展水平越高，城市規模也越大。當考慮經濟水平對碳排放的非線性影響時，城市規模的系數反映的是城市規模本身對碳排放的凈影響。因此，本文主要以有人均國民收入三次項的模型結果作為分析依據。
進一步，為了估計對環境最優的城市規模，取不同規模等級城市的均值作為城市規模的近似值。根據樣本計算得到，50-100 萬的城市平均規模為68.8萬人，100-500 萬的城市平均規模為196 萬人，500-1000 萬城市的平均規模為720 萬人，1000 萬人以上的城市的平均規模為1650 萬人。規模在50 萬以下城市的平均規模取25 萬人。
基于模型①(考慮城市規模和城市化率兩個因素)和模型③只考慮城市規模因素)的不同等級城市規模與碳排放系數的關系曲線。結果顯示，三次曲線的擬合效果優于一次和二次曲線。這表明，城市規模和碳排放呈倒N 型曲線關系， 人均碳排放量最低的`城市規模為300 萬人，人均碳排放最高的城市規模為1300 萬人左右。這與許抄軍的結果接近。
2. 城市化率對人均碳排放的影響
模型①②⑤⑥的結果顯示，城市化率對人均碳排放有顯著影響。模型①和②同時把城市化率和城市規模納入模型，城市化率的二次項的回歸系數是正值， 這說明城市化率和人均碳排放量的關系是U型曲線。
3.控制變量對碳排放的影響
所有模型的回歸結果均顯示，勞動年齡人口比重和碳排放強度與人均碳排放量都顯著正相關，而人口密度與人均碳排放量顯著負相關，這與已有文獻是一致的。根據模型①的結果，勞動年齡人口比重和碳排放強度每變動1%， 人均碳排放量同向變動0.844%和0.936%。人口密度每變動1%，人均碳排放量反向變動0.279%。
收入水平對碳排放的影響相對復雜。在模型②④⑥中，人均國民收入的一次項與人均碳排放量顯著正相關;在模型①③⑤中，人均國民收入對數的三次項系數均為負值，二次項的系數為正值，因此理論上人均碳排放和人均國民收入之間為倒N 型曲線關系。
隨著人均收入的增加，人均碳排放是單調遞增的。對比看，當模型中只含有人均收入的一次項時，人均收入對碳排放的影響明顯大于含有三次項時的影響。上述結果說明，在非線性假設下，經濟水平對環境的影響小于線性假設。這也從一個角度說明，已有文獻在討論經濟發展水平和人均碳排放關系時， 有的認為二者是倒U 型曲線，有的認為是N 型曲線， 或者是其他形式的曲線，實際上都是涵蓋了城市化和技術創新等多種因素的綜合結果，并沒有清晰地表明經濟發展水平(或者消費水平)如何影響碳排放量。
四、基于碳排放約束的最優城市化路徑
前面的分析表明， 城市化對碳排放的影響是城市規模和城市化率兩個因素的綜合效應。理論上把城市化水平控制在較低的水平對環境是有利的，但是現實中城市化還承載著經濟和社會發展的多重功能，因此推進城市化仍然是一個現實的理性選擇。既然城市化對環境的負面影響難以避免，如何實現城市規模和城市化水平之間的均衡，從而把城市化對環境的負面影響控制在最小程度，就具有重要的現實意義。
為了減少人均碳排放量，可行的路徑是把城市規模擴大，但是其擴大程度是有上限值的，并非城市規模越大越好。換言之，在既定的城市化狀態下，城市規模的擴大是有條件的。顯然，由于城市規模、城市化率、總人口之間是密切相關的，因此，基于人均碳排放最小化的目標，需要在城市規模和城市化率之間尋求平衡。
五、總結和討論
人類活動對氣候變化具有重要影響，這種認識已經成為共識。然而， 對于人類最重要的活動之一——城市化影響氣候變化的機制，已有研究尚存在明顯不足。特別的，城市化的環境效應是城市規模擴大和城市化率提高的綜合結果，僅以城市化率或者城市規模都不能完整揭示城市化過程影響環境的內在機制。基于上述背景， 本文利用近半世紀(1960—2009 年)161 個國家的面板數據，構建雙向固定效應模型，把城市化對碳排放的影響分解為城市化率和城市規模兩個因素，揭示了城市化過程中人口城鄉分布和城市內部結構變化對環境的影響。理論上存在對環境最有利的城市規模和城市化率，基于碳排放約束的城市化路徑應該實現城市規模和城市化率的相互平衡。
本文的結論具有重要的現實意義。作為發展中國家，中國的城鎮化進程遠未完成。中國已經明確把城鎮化作為未來經濟發展的主要動力之一。但是對于城鎮化的發展模式，究竟是優先發展小城鎮還是發展大城市，長期以來都存在較大分歧。本文的結論顯示，從減少碳排放的角度，城鎮化發展不能簡單地說優先發展中小城鎮，或者優先發展大城市，而是應該統籌考慮城市規模和城市化總體水平兩個因素，這為城鎮化發展提供了一個重要原則。
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