第一篇 民航碳排放：理论进展
第1章 绪论
1.1 研究背景
国际能源署（International Energy Agency，IEA）发布的《世界能源展望2020》报告指出，世界经济的迅猛发展是以大量消耗化石燃料为代价的。通常所说的化石燃料一般都是由碳、氢两种元素相结合而形成的化合物或其衍生物，如煤、石油、天然气等。这些化石燃料在开采和利用过程中，会产生大量的温室气体。当空气中温室气体浓度不断增加、达到一定程度时，便会形成隔热层阻碍地表热量向外层空间发散，进而导致过剩的热量大量聚集到大气层内，引起大气温度上升。
根据《巴黎协定》，与工业化之前相比较，21世纪内的全球平均气温升高水平不仅要控制在2℃之内，而且要向控制在1.5℃内努力；在实现温室气体排放达峰的基础上，到21世纪下半叶要实现零排放。在诸多温室气体中，二氧化碳作为典型代表，一直是各国政府和学者重点关注和研究的焦点。根据政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）的研究，大气中二氧化碳浓度在不同人类社会发展阶段是不同的：在农业社会，由于人类对自然资源的开发利用极为有限，对生态系统的影响相对较小，该阶段大气中二氧化碳浓度基本维持在260ppm 左右；第一次工业革命以来，社会经济高速发展的背后是人类大规模地开采利用化石能源，导致二氧化碳排放量及增长速度几乎呈直线上升。为了描述未来可能出现的碳排放情形和可能通过的途径并有针对性地减少未来全球范围内的二氧化碳排放，IPCC构建了四个情景族，其中*有可能发生的基准情景表明，到2050年大气中二氧化碳浓度将会超过550ppm，这将严重扰乱自然生态系统的平衡（IPCC，2007）。因此，世界各国需要制定以减少二氧化碳为主的温室气体排放来全面推进低碳发展的政策措施，并逐步实现零排放。
为了科学地、有针对性地减少碳排放，识别和量化碳排放变动的主要驱动因素一直是研究机构和学者的重要研究方向。中国政府于2004年向联合国提交了《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》并指出了经济发展加速、人口规模扩大、城市化进程加剧、国民基本需求变化、经济与产业结构调整、消费模式变化、林业与生态保护建设及技术进步等8个方面是影响中国碳排放的主要因素。魏一鸣等（2008）对世界上不同收入水平国家的二氧化碳排放情况进行了研究，研究结果表明人口规模、经济发展水平、能源强度、城市化进程等都是影响二氧化碳排放的主要因素。这些影响因素中有些会促进二氧化碳排放（如经济发展因素），有些会减少或抑制二氧化碳排放（如技术进步因素），另外，有些驱动因素对碳排放变化的趋势是可以引导的（如经济结构调整等），如果被引导到有利于节能减碳的路径上，那么这些因素将成为发展低碳经济的有力工具（周德群，2010）。本书将根据现有研究从人口因素、经济因素、技术因素及能源因素四个方面考虑影响二氧化碳排放的驱动因素。
1. 人口因素
人口因素主要包括人口数量的变化及城市化水平的进程。一方面，历史数据和现有的研究表明，人口数量和碳排放量基本上是同步增长的（查冬兰和周德群，2008）。不难理解，当人口数量增加时，新增人口会增加消费和需求，因此更多的能源将被消耗以满足这些供应，进而增加碳排放量。王锋（2011）根据中国的历史数据构建了未来中国能源需求的预测模型，模型预测表明人口数量扩张是诸多因素中拉动中国能源需求的*主要因素，每增长1%的人口数量，就会引起0.89%的能源增长，进而引起与之对应的碳排放量的增加。尽管我国及时实施了计划生育这一基本国策来限制人口的增长率，但是庞大的人口基数所带来的人口增长绝对量依然很大，因此在未来一段时间内，人口因素仍然是不可避免的拉动中国二氧化碳排放的主要驱动因素。
另一方面，有学者研究表明，城市化进程与能源消耗及碳排放量的增长都是正相关的（田泽永和张明，2015）。城市化*典型的特征就是大量农村人口向城市集聚，城市成为工业化的主战场进而产生大量的能源消费和碳排放。然而，城市化进程不仅仅是将农村人口转化为城镇人口的过程，与此同时也是人的生产和生活方式改变的过程。比较而言，城市居民的生产和生活方式肯定是比农村居民的生产和生活方式更加耗能的，也顺带产生了更多的碳排放（孙昌龙等，2013）。具体来说：产业结构变化——人们的工作由第一产业逐渐转变为第二产业，而第二产业在工作过程中相较于第一产业必将产生更多的能耗和碳排放（王文举和向其凤，2014）；消费行为变化——城市化会促进居民收入水平的提高进而使得居民的生活方式及各种行为向着更加耗能的趋势发展（陈凯和李华晶，2012）；城市规模变化——大量人口集聚会促进城市规模的扩大，进而刺激燃料和水泥的迅猛增长，从而拉动碳排放量的增加（王桂新和武俊奎，2012）；土地类型变化——城市化必然会占用原来的林地及农业用地，这样会使得碳汇（carbon sink，CS）减少，进而增加了大气中的二氧化碳含量（义白璐等，2015）。因此，无论是在全球还是在具有不同收入水平的国家和地区之间，城市化进程都会导致碳排放的增加。
2. 经济因素
大量现有的研究都聚焦于研究碳排放变化与经济发展之间的相互关系（谢锐等，2017；李爱华等，2017；孙叶飞和周敏，2017）。在理论研究方面，Grossman 和 Krueger（1996）*早提出经济增长是通过规模效应（scale effect）、技术效应（technological effect）与结构效应（structure effect）三个方面来影响环境质量的。具体而言：第一是规模效应，获得经济增长*简单的方式就是增加投入，包括增加资源的投入，作为资源投入的化石能源使用的增加便不可避免地带来更多的碳排放；第二是技术效应，当国家和居民收入水平提高之后，政府部门会有更多的资金和资源投入用于发展环境保护的产业中，进而提高节能减排的技术水平；第三是结构效应，不同的产业对能源需求量的差别巨大，不同能源类型消耗产生的碳排放差别也很明显，因此产业结构和能源消费结构对环境的影响显著。对于结构效应来说，随着产业结构逐渐由农业转变为工业，在工业化初期，化石能源的消费量不断增加，与之相应的碳排放量也在逐步增长；在经济产业结构逐步调整到以第二产业和第三产业为主导的后工业阶段以后，能源的利用效率普遍得到提高，进而使得碳排放水平得以下降，环境质量因此得到有效改善。实际上，产业结构的演进过程也部分解释了环境库兹涅茨曲线呈现倒“U”形的原因。
在实证研究方面，现代工业文明的发展是建立在大量化石能源消耗的基础上的，因此经济发展与气候环境恶化是互相矛盾的存在，尤其是发展中国家的情形更为窘困。作为发展中国家的代表，中国早在2004年就提出了《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》，其指出，中国经济发展水平在取得了巨大成就的同时，受限于庞大的人口规模及不断拉大的区域间差异，国家经济基础仍然薄弱，因此经济优先发展仍将是中国未来一段时间内的*要策略（邓吉祥等，2014）。另外，目前中国正处于工业化发展的中期，工业化在拉动经济高速发展的同时需要消耗大量的能源及原材料来满足包括电力、工业和交通运输业等在内的各个行业快速发展的需求。随着工业化进程的不断推进，国家进行了大规模的基础设施投资建设，进而持续推动了各种高能耗产品产量的增长。因此，在未来较长一段时间内伴随着中国经济的快速发展，二氧化碳排放量也将不可避免地持续增加。
3. 技术因素
能源领域的技术因素通常用能源强度来表征。能源强度是以单位产出，一般是国内生产总值（gross domestic product，GDP）的能源消耗量来反映能源生产过程的投入产出特性的，从整体上反映了能源经济活动的成效。一般来说，能源强度的下降表明了能源使用效率的提高，能源效率的提高往往被认为是由能源技术的进步所引起的。根据前文的分析可知，经济发展的同时必不可少地要消耗大量能源资源，势必会排放出大量的二氧化碳等温室气体。实际上，从这个角度来看，经济发展的过程就是将能源资源转变为有用功并伴随产生废弃物的过程，在此过程中不断提高技术发展水平，*大化地利用能源资源，必然有利于减缓二氧化碳等温室气体的排放（申萌等，2012）。
大量的研究结论表明，温室气体排放所引起的全球温室效应并不仅仅是一个单纯的环境问题，而是交织着环境、政治与经济等在内的复杂问题（杜莉，2014；秦大河，2014；吴绍洪等，2014）。面对这样一个现实，科学技术的进步是*有效的解决途径，因为技术发展可以在保持其他条件不做改变的前提下实现单位产出的能源消耗量降低，进而减少碳排放。IPCC（2000）发布的《排放情景特别报告》及第五次评估报告的《综合报告》中均明确提及，技术进步是实现包括二氧化碳在内的温室气体排放强度降低的*有效手段。张兵兵等（2014）也在其研究中表明，二氧化碳等温室气体排放的稳定水平均可以通过实施一系列技术改进组合来实现。
4. 能源因素
能源因素包括很多方面，本书仅把由能源结构变动引起的二氧化碳排放量变动产生的影响称为能源因素。在由人类活动引起的碳排放中，绝大部分都是由于燃料燃烧产生的，其中能源燃料类型主要包括化石能源和生物质能源。随着人类社会发展所处阶段的不同，能源消费的结构也在不断变化。能源消费类型从农业社会的植物有机体到工业革命中的煤，再到第二次世界大战以来的石油和天然气，*后到当前的新能源（如太阳能、风能、潮汐能、核能等）。
为了实现大气中以二氧化碳为典型代表的温室气体的平衡，在能源使用效率提高有限的情况下不可能只通过减少能源消费量来实现，这就需要进一步改变能源消费结构——利用新型的低碳能源代替高碳能源。这种需求在发展中国家尤为迫切。中国作为发展中国家的典型代表，能源禀赋决定了其以煤为主的能源消费结构，作为高碳能源的煤的大量使用（在中国的能源消费结构中占70%左右）是导致碳排放大量增长的直接原因。大量实证研究表明，不同的能源消费结构下二氧化碳排放方式存在着明显差异（朱妮和张艳芳，2015）。在这种情况下，任何积极的能源结构优化升级都将有助于降低中国的碳排放，但是受限于新能源技术和固有的资源禀赋，对于中国来说能源消费的较快增速和以煤为主的一次能源结构从中长期来看是不会改变的。
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