碳達峰下城市交通運輸減排治理策略研究

　　摘要：隨著我國城鎮化和機動化進程的不斷加快，交通運輸行業的污染排放問題愈發嚴重，已經成為碳排放的主要來源之一。通過政策手段有效治理城市交通運輸污染排放是實現城市可持續發展和2030年碳達峰目標的關鍵。本文在分析城市交通系統結構和各個要素因果關系的基礎上，將城市交通能耗與排放系統劃分為：人口、經濟、私家車、公共交通、物流與貨運、交通基礎設施、能源消耗與排放7個子系統，利用系統動力學方法建立城市交通減排治理決策模型，以哈爾濱市為例進行策略仿真。在對模型進行方程設置、參數估計和有效性檢驗之后，利用Vensim軟件仿真模擬不同交通減排治理策略實施效果，并探討如何通過不同策略組合實現城市交通碳達峰目標，為碳達峰下城市交通減排治理提供決策依據和策略方案。

　　關鍵詞：城市交通;減排治理;系統動力學;政策仿真;碳達峰

　　0引言

　　隨著我國城市化進程的不斷加快和機動車數量的快速增長，交通運輸行業已經成為溫室氣體和污染物排放的重點領域，據統計，僅2010年我國交通領域CO2排放就達到了7.7億噸[1]。日益增長的交通碳排放不僅對城市氣候和環境造成影響，也嚴重阻礙了城市生態文明建設和可持續發展。中共中央和國務院印發的《交通強國建設綱要》中強調將生態文明建設和交通運輸發展相融合，推進城市交通綠色低碳發展[2]。我國中央經濟工作會議中提出落實2030年應對氣候變化國家自主貢獻目標，力爭實現2030年前碳達峰、2060年前碳中和的目標。城市交通領域作為主要的碳排放源之一，是實現我國碳達峰、碳中和目標的重要發力點。

　　城市交通論文： 軌道交通裝備制造業區域產業集聚發展研究

　　因此，如何通過政策手段優化交通結構，減少城市交通能源消耗和排放，從而在2030年前實現城市交通領域碳達峰目標并促進城市交通可持續發展是亟待研究的問題。國內外學者對城市交通可持續問題及減排治理策略進行了廣泛研究。PARRY等[3]運用福利經濟理論研究公共交通補貼對城市交通減排的有效性。POOJA等[4]從社會、經濟和環境3個角度進行分析，提出發展公共交通，減少高能耗車輛的使用等實現城市交通可持續發展的對策。

　　HICKMAN等[5]建立城市交通碳排放仿真模型，模擬采用低排放車輛、替代燃料、定價制度、公共交通等政策的效用，并認為實現減排目標需要在廣泛的政策機制中采取更有效的行動。LI等[6]從人、車、路、交通基礎設施和交通環境5個方面提取了衡量低碳交通對城市交通生態環境貢獻的主要指標。CHATZIIOANNOU等[7]揭示了交通負外部性之間的相互關系，評估可持續交通策略對社會產生的共同利益。ARIOLI等[8]的研究表明實現低碳交通目標需要在出行方式、技術和燃料方面作出巨大改變，并需要加大當前的政策實施力度。國內的研究中，王波等[9]通過自下而上的計算方法核算廣州市交通領域的碳排放清單，并探討了廣州市交通領域碳達峰的實現路徑。

　　高怡[10]基于LEAP模型建立城市交通碳排放測算模型，運用情景分析法設定不同的政策集合，分析不同情景下城市交通碳排放總量的變化。陳銘等[11]以蘇州市為例，提出提高車輛能源使用效率，發展公共交通，推進低碳物流技術等可持續發展策略。趙繼敏[12]提出城市交通碳減排的激勵機制與實現途徑，包括發展TOD模式，推進節能減排技術應用以及培育低碳出行文化。

　　制定城市交通碳達峰策略的關鍵在于如何有效量化不同減排治理政策的效用。城市交通運輸系統是一個非線性的復雜系統，城市交通碳排放受到多種因素的影響，交通減排政策的應用能否獲得相應或更高的效果尚不確定，因此，需要從系統的角度思考并解決交通碳達峰問題。系統動力學是一種模擬系統動態行為的仿真方法，WELLAR[13]認為系統動力學方法(SystemDynamics，SD)能夠有效評估城市交通可持續發展政策。張毅等[14]、高妍南等[15]分別運用系統動力學方法建模分析城市交通可持續問題。WEN等[16]、王繼峰等[17]分別建立城市交通系統動力學模型，分析不同交通治理政策對城市交通發展的影響作用。

　　城市交通能耗與排放系統包含人口、經濟、交通、能源等眾多子系統，具備了復雜系統所具備的一切特征，并且城市交通在日益發展和變化，城市交通低碳化與可持續發展是一個長期問題，系統動力學在處理這類高階非線性的復雜系統和長期性問題時有著顯著優勢。除此之外，系統動力學能夠適用于宏觀管理政策的仿真，具有定性和定量分析相結合的特點，因此，本文在既有研究基礎之上，深入剖析城市交通能耗與排放系統的內部結構，利用系統動力學方法建立碳達峰下城市交通運輸減排治理的決策模型，以哈爾濱市為例標定模型參數，仿真模擬各類交通減排策略產生的實際效果，并研究如何通過不同的策略組合實現城市交通碳達峰目標，為制定交通碳達峰政策提供決策依據。

　　1城市交通減排治理決策的系統動力學模型

　　1.1建模流程

　　根據系統動力學方法的建模流程，建立城市交通減排治理決策系統動力學模型的步驟為：(1)對研究對象進行全面、系統的分析，確定城市交通能源消耗與排放系統的邊界;(2)分析系統結構，劃分城市交通能耗與排放系統的子塊，并分析系統要素之間的因果關系，建立總體和局部的反饋機制;(3)對系統建立定量、規范的數學模型，對模型進行評估和檢驗;(4)依據模型進行模擬與減排政策分析，尋求實現城市交通碳達峰的決策方案。

　　1.2系統邊界確定

　　合理確定系統邊界是保證系統動力學模型準確性的重要前提[18]，城市交通能源消耗與排放系統是一個內部結構復雜的非線性系統，不僅包括各類交通工具的保有量和排放量，還包括城市人口、經濟、交通基礎設施、交通運行和各類交通政策等組成部分。城市人口、經濟和交通政策影響著城市交通需求、交通供給和交通運行，因此，將其作為系統的輸入，交通能源消耗、溫室氣體和污染物排放構成系統的輸出。

　　1.3系統因果關系

　　利用因果鏈表示城市交通能耗與排放系統要素間的相關關系，得到系統的因果回路圖。人口是城市發展的重要驅動力，人口的增加會使城市經濟增長，同時也會導致交通需求的增加。經濟的增長會使居民的購車意愿提高，導致機動車保有量和出行量的增加。然而，城市交通網絡的供給能力是有限的，城市機動車出行量的增加會加劇交通供需矛盾，導致交通擁堵，而交通擁堵則會導致能源消耗的額外增加，進而加劇交通排放和污染。從長遠來看，交通污染排放的增加會導致大氣和環境污染問題，進而會對城市人口和經濟產生負面影響。

　　2模型參數估計與有效性檢驗

　　本文以哈爾濱市為例，對所建立的城市交通減排治理決策系統動力學模型進行參數估計和有效性檢驗。本文主要應用現狀調查、資料搜尋、經驗估計和計量經濟學等方法對模型中的變量進行參數估計。

　　3哈爾濱市交通減排策略仿真模擬

　　不同的城市交通減排治理策略會對城市交通能耗與排放的發展趨勢造成影響。在系統動力學模型中，通過調整某些政策變量的值，可以模擬系統在不同政策情景下的發展趨勢，從而分析不同策略對系統發展的影響作用。本文在建立模型時為了簡化非關鍵因素的影響，降低模型的復雜程度，對模型做出如下假設：

　　(1)主要研究城市內部交通的溫室氣體與污染排放，城市外部交通(鐵路、水運、航空等)不在研究范圍內。(2)納入中央財政補貼范圍的新能源汽車包括：純電動汽車(BEV)、插電式混合動力汽車(PHEV)和燃料電池汽車(FCEV)，由于燃料電池汽車的技術尚未成熟，短時間內難以形成規模，因此，模型中的新能源汽車類型只考慮純電動汽車和插電式混合動力汽車。

　　(3)在計算燃油汽車排放時，不計算燃料開采、生產、運輸階段產生的排放，僅計算使用階段的燃燒排放;在計算電動汽車的排放時，將電力生產的碳排放計算在內。(4)目前我國的火力發電量占比超過70%，有關研究表明短期內我國以煤炭發電為主的現象仍將持續[19]，因此，假設2030年前仍以火力發電為主。本文基于情景分析法設定不同的交通減排策略情景，選取交通需求管理策略(TDM)、新能源汽車推廣策略(PEV)、公交優先策略(DPT)、交通基礎設施建設策略(TIC)和技術發展策略(DT)5類策略作為哈爾濱市可以采取的減排治理手段，并設置每類策略的具體方案。

　　4結論

　　本文對城市交通能耗與排放系統進行詳細的剖析與子系統劃分，將不同種類的交通能源消耗考慮在內，利用系統動力學方法建立碳達峰目標下的城市交通運輸減排治理決策模型，以哈爾濱市為案例進行策略仿真分析，考察了交通需求管理策略、新能源汽車推廣策略、公交優先策略、交通基礎設施建設策略和技術發展策略的實施效果，研究了單一減排治理策略和組合策略情景下城市交通二氧化碳排放和污染物排放的變化趨勢，得出如下結論：

　　(1)2022—2030年哈爾濱市實施交通需求管理、新能源汽車推廣策略、公交優先策略、交通基礎設施建設策略和技術發展策略5種減排策略實施帶來的累積二氧化碳減排量分別為：2065萬t、720萬t、610萬t、330萬t和2100萬t。從長期來看，交通需求管理策略能夠取得最優的減排效果，而交通基礎設施建設策略的效果是有限的。發展技術策略情景下短期內城市交通碳排放總量下降顯著，但是會使燃油汽車的使用成本降低，從長遠來看會促進燃油汽車的使用，仍會使交通碳排放呈增長趨勢。

　　(2)根據仿真結果，采用單一的策略工具后城市交通碳排放總量仍會逐年增長，實現交通碳達峰目標需要綜合實施多種策略。交通需求管理和推廣新能源汽車是實現城市交通碳達峰的關鍵舉措，2022—2030年哈爾濱市采用包含交通需求管理和推廣新能源汽車策略的3種策略組合方案均能夠使2030年前城市交通CO2和污染物排放達到峰值，其中CO2排放峰值分別為：1571萬t、1437萬t和1369萬t，相較基準情景下的累積減排率分別為：22.6%、31.1%和33.2%。

　　(3)推進城市交通碳達峰需要科學施策，首先，應將交通需求管理策略作為最優先實施的調控策略，從行政法規、經濟杠桿等多個方面綜合施策，限制燃油私家車增長和出行。其次，在實施新能源汽車推廣策略時，應繼續提高新能源汽車補貼，率先在共享出行、公共交通和貨運物流領域推廣純電動汽車，并制定燃油汽車更新計劃，不斷提高純電動汽車在各個領域的運營比重。最后，在發展技術方面，現階段減排技術的研發應著眼于提高燃料質量，降低燃料的排放系數，當新能源汽車市場走向成熟時，應大力發展清潔車輛技術，降低新能源汽車的百公里能耗，同時，應盡早制定更加嚴格的技術標準，并建立對車輛和能源生產商發展新技術的激勵機制。

　　參考文獻

　　[1]張詩青,王建偉,鄭文龍.中國交通運輸碳排放及影響因素時空差異分析[J].環境科學學報,2017,37(12):47874797.[ZHANGSQ,WANGJW,ZHENGWL.SpatiotemporaldifferenceoftransportationcarbonemissionanditsinfluencingfactorsinChina[J].ActaScientiaeCircumstantiae,2017,37(12):47874797.]

　　[2]中共中央國務院印發《交通強國建設綱要》[N].北京:人民日報,2019.[TheCentralCommitteeoftheCommunistPartyofChinaandtheStateCouncilissuedthe“OutlineforBuildingacountrywithstrongtransportationnetwork”[N].Beijing:ThePeople’sDaily,2019]

　　[3]PARRYIWH,SMALLKA.Shouldurbantransitsubsidiesbereduced?[J].AmericanEconomicReview,2009,99(3):700724.

　　作者：胡曉偉,2，包家爍1,3，安實*1,2，唐鵬程3

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