城市交通碳排放趋势与减排对策研究

[摘要]城市交通碳减排是实现“双碳”目标的重要环节。以上海市为研究对象，刻画2001—2019年城市交通结构与碳排放现实状况，分析城市交通碳减排面临的突出问题。运用LEAP模型与灰色模型预测上海城市交通碳排放趋势，设定基准情景、节能情景、出行结构优化情景、动力系统替换情景。结果表明，4种情景下，上海城市交通将分别于2031年、2029年、2029年、2028年实现碳达峰，交通动力系统替换最有利于上海城市交通碳排放早日达峰。建议持续优化城市交通出行结构，继续调整城市交通能源消耗结构，不断提升绿色交通治理水平，推进大数据应用与城市交通碳减排深度融合，积极倡导居民绿色低碳出行。

[关键词]城市交通；碳排放；碳减排;碳达峰；上海市

一、 引言与文献回顾

为积极应对气候变化，我国提出2030年碳达峰、2060年碳中和的自主行动目标，并出台一系列工作部署和行动方案，体现了我国构建人类命运共同体的责任担当。2021年10月，习近平总书记在第二届联合国全球可持续交通大会上强调，要加快形成绿色低碳交通运输方式，鼓励引导绿色出行，让交通出行更加低碳环保1。交通运输行业碳排放仅次于发电行业和供热行业，是碳排放的重要来源之一，推进交通运输行业碳减排将是我国实现“双碳”目标的关键环节[1]。对于城市而言，工业碳减排空间已较为有限，城市交通在碳减排方面将有很大发展空间，必须向城市交通领域寻求更多的碳减排潜力[2-3]。城市交通碳排放随着城市空间日益扩张、经济活动愈加频繁以及汽车保有量持续增长而快速上升，已成为当前城市治理的重要议题[4]。在此背景下，对城市交通碳排放趋势做出科学研判并提出减排可行对策具有重要意义。

上海市是我国交通最发达的城市之一，其交通网络对于我国城市交通而言具有代表意义。长期以来，高效便捷的城市交通对促进上海市经济社会繁荣发展和居民生活水平提高有至关重要的作用，然而随之而来的交通碳排放已成为城市可持续发展的瓶颈，并引发经济、社会和生态环境等多方面问题。虽然上海市自2012年成为国家低碳试点城市以来，不断提升交通节能减排水平，城市交通碳排放增幅持续放缓，绿色交通体系建设取得显著成效，然而城市交通依然存在较大的碳减排潜力及改进空间。2021年，上海市人民政府出台的《上海市生态环境保护“十四五”规划》明确指出，加强绿色高效交通运输体系建设，到2025年碳排放总量提前达峰2。因此，有必要清晰把握上海城市交通碳排放现状，剖析不同情景下城市交通碳排放趋势，为上海市加快建成绿色交通运输体系，贯彻落实节能减排的总体部署提出可行对策。

城市交通碳排放相关研究文献主要有以下3类：第一类文献集中于定量测度交通碳排放量并分析城市交通碳排放驱动因素，采用广义分类指数分解法等方法，实证研究经济发展水平、人口规模、产业结构、城市化进程、交通基础设施、空间规模以及能源技术进步等因素对交通碳排放的影响[5-6]。第二类文献集中于预测交通碳排量并分析不同情景下交通碳排放趋势，通过构建仿真模型、LEAP模型对交通碳排量进行预测[7-8]，并设置基准情景、交通出行结构优化、交通出行结构失衡等情景，预测各种情景下交通碳排放量[9]。第三类文献集中于国际大都市交通碳减排案例与城市交通碳减排对策建议研究。相关研究梳理了纽约、伦敦、巴黎、东京等国际大都市交通碳排放状况与低碳交通政策[10-11]，提出城市交通要秉持可持续发展理念，并从绿色低碳交通体系、城市空间规划、综合交通规划等方面提出可行方案[12]。

综上，已有文献对于城市交通碳排放总量测度、城市交通碳排放的驱动因素、城市交通碳排放趋势预测、国际大都市交通碳减排案例分析等话题做了探讨。总体来看，仍存在以下进一步探讨的空间：首先，已有研究大都从交通运输行业视角测度交通碳排放水平，研究对象包括公路、水路、铁路、航空等多种交通运输方式，较少有研究专门探讨城市内部交通碳排放水平。其次，对于城市交通碳排放趋势预测的情景设定较为单一，尚未全面综合考虑城市交通碳排放趋势设置多种情景进行预测。最后，已有研究对于交通碳排放的预测时间序列大都较短，未能结合碳达峰、碳中和目标的时间节点予以具体说明。

本文以上海城市交通为研究对象，刻画上海城市交通出行结构、能源消耗量、碳排放总量、人均城市交通碳排放量以及城市交通碳排放强度演变特征，以求全面剖析上海城市交通碳排放现实状况，探究碳减排面临的现实困境；紧扣碳达峰、碳中和目标实现节点，在充分结合上海市出台的有关城市交通碳减排政策规划基础上，设置基准情景、节能情景、出行结构优化情景、动力系统替换情景，采用LEAP模型、灰色模型等预测4种情景下2021—2060年上海城市交通碳排放趋势并进行对比分析，以期找出最适合上海城市交通碳减排的现实路径，进而为全国城市交通碳减排提供借鉴。

二、 上海城市交通结构与碳排放现状分析

1. 上海城市交通结构

（1）上海城市交通出行结构

经过多年大规模、高强度建设，上海城市交通基础设施总量和规模均达到世界一流水平。本文将城市交通出行工具界定为由轨道交通、公共汽车、出租汽车为代表的公共交通工具与小客车为代表的私人交通工具两部分组成。2001—2019年，上海城市人口日均出行总量持续增加，私人机动车出行比例平缓提升，电动自行车出行比例迅速提高，步行方式出行比例有所下降，城市交通公共出行比例持续提升，尤其是轨道交通出行比例快速提升，共享单车等新兴出行方式发展迅速。具体而言，2001—2019年，上海市注册机动车数量由121万辆增长至443.8万辆，年均增长率为7.5%，其中，私人机动车注册量由8.1万辆增长至339.9万辆，年均增长率为23.1%。公共交通日均客运量由800万人次增长至1787.3万人次，年均增长率为4.6%，其中，轨道交通日均客运量由64.9万人次增长至1063.1万人次，年均增长率为16.8%。2019年共享单车日均在线辆数为30.5万辆，日均骑行量超过100万车次1。究其原因，城市人口规模扩大导致城市人口日均出行总量持续增加，对公共交通与私人交通的需求不断上升。随着居民生活水平提高，私人汽车保有成本和使用成本相对较低，因此更多居民会选择购买私人汽车。城市轨道交通运力大、速度快，已成为居民出行的主要方式和缓解城市拥堵的首要选择，因此上海市坚持公交优先战略，大力发展轨道交通，公共交通日均客运量尤其是轨道交通日均客运量显著提升。共享单车由于有效提升了居民短途出行便利度，也成为居民出行方式选择之一。

（2）上海城市交通能源消耗结构

根据《上海统计年鉴》（2002—2020），上海城市交通行业主要消耗的能源分为汽油、柴油、电力3类。以汽油、柴油为主的化石能源是推动能源实物消耗总量增长的主要因素（图1）。汽油和柴油实物消耗量整体呈现上升态势，汽油消耗量由2001年的14.9万吨增长至2019年的63.5万吨，年均增长率为8.4%；柴油消耗量由2001年的75.9万吨增长至2019年的205.9万吨，年均增长率为5.7%；电力消耗由2001年的8.9亿千瓦时提升至2019年的57亿千瓦时，年均增长率为13.7%1。值得注意的是，汽油和柴油消耗量在2001—2016年呈增长态势，在2016年达到最大值，而在2017年后呈下降态势；电力消耗量在2001—2019年持续上升。究其原因，汽油、柴油的消耗以机动车为主，机动车数量的急剧增长，必然带动汽油和柴油实物消耗量的大幅上涨；由于新能源汽车持续推广普及，新能源公交车、轨道交通、新能源出租车规模迅速壮大，电力消耗量持续快速增长，同时汽油和柴油消耗量在2016年以后呈现一定程度的下降。

2. 上海城市交通碳排放现状

（1）上海城市交通碳排放核算方法

本文运用IPCC[13]碳排放核算公式测算上海城市交通碳排放量，碳排放测算口径为城市交通运行阶段化石能源消耗产生的碳排放量以及电力消耗产生的碳排放量（包含转移至电力发电侧的间接排放）。囿于数据可得性，公共交通碳排放基于能耗统计数据直接测算；私人交通能耗统计渠道不健全，以燃油汽车和电动汽车的活动量为基础进行测算。测算公式如下：

式（1）中，CTra为城市交通碳排放总量；j表示第j种能源种类（汽油、柴油、电力）；Ej表示第j种能源的消费量（单位：t），数据来源于《上海统计年鉴》（2002—2020）；NCVj表示第j种能源的低位发热量（单位TJ/t），CCj表示第j种能源的碳含量（单位：tce/TJ），数据均来源于《IPCC 2006年国家温室气体清单指南》（2019年修订版）；COFj表示第j种能源的碳氧化因子，根据《IPCC 2006年国家温室气体清单指南》（2019年修订版）通常取值100%，表示完全氧化；44/12表示CO2与碳的分子量之比，即碳转化成CO2的转化系数。

（2）上海城市交通碳排放总量

根据公式（1），上海城市交通碳排放总量测算结果见图2。2001—2019年，上海城市交通碳排放总量总体呈现快速上升态势，由379.8万吨增长至966.1万吨，年均增长率为5.3%。上海城市交通碳排放量占全市碳排放总量的比重由2001年的2.6%增长至2019年的6.3%。具体而言，2001—2014年，上海城市交通碳排放总量快速增长，2015年后逐渐趋于平缓。究其原因，上海市作为国际经济中心、国际金融中心，大量的人流和物流持续加剧了上海城市交通负荷。从交通出行方式看，居民出行需求稳步增长，高品质、多样化、个性化的需求不断增加，公共交通规模快速扩张，且随着居民生活水平提高，私人交通工具需求不断增长，增加了汽油、柴油等能源消耗，进而加剧城市交通碳排放。从城市结构看，随着新型城镇化的深入推进，人口不断向上海市集聚，导致了城市蔓延发展、城市空间扩张、居民通勤距离增加等一系列问题。2015年以后，随着新能源汽车渗透率不断提升，上海城市交通碳排放总量增速有所放缓。

（3）上海城市交通人均碳排放量

基于城市交通碳排放总量和城市常住人口数量，通过CP=CTra/P公式可进一步得到交通人均碳排放量，式中，CP为交通人均碳排放量，CTra为交通碳排放总量，P为常住人口数量，测算得出上海城市交通人均碳排放量（图3）。2001—2019年，城市交通人均碳排放量由227.71千克/人增长至397.88千克/人，年均增长率为3.2%，与城市交通碳排放量变化趋势一致，呈现高速增长态势。其中，2001—2007年增长迅速，2008年后增速有所放缓。究其原因，随着中国加入WTO，上海市作为重要的国际贸易城市，国际贸易量大幅增加，交通运输服务业随着商品贸易的繁荣而扩张，居民收入水平的不断提升引致出行需求更加旺盛。2008年正值全球金融危机，上海市的国际贸易受到负面影响，居民经济活动有所下降，加之上海市在世博会期间为治理环境污染又先后采取大量措施，城市交通碳排放总量的快速增长态势得以遏制。

（4）上海城市交通碳排放强度

碳排放强度是指单位国民生产总值增长所带来的碳排放量，碳排放强度越低，表明单位GDP增长带来的碳排放量越低，经济发展和碳排放量协调性越高。由公式CG=CTra/GTra测算得出城市交通碳排放强度，式中CG表示城市交通碳排放强度，C表示城市交通碳排放总量，GTra表示城市交通运输行业总产值，测算得出上海城市交通碳排放强度（图4）。

2001—2019年，上海城市交通碳排放总量和交通运输行业生产总值呈稳步上升态势，但城市交通碳排放强度呈波动下降态势。具体而言，上海城市交通碳排放强度经历2001—2003年持续上升期、2004—2010年平缓波动期、2011—2019年持续下降期3个阶段，且2019年达到最小值0.2吨/万元。究其原因，2001—2003年，伴随着中国加入WTO，交通运输需求大幅增加，而交通建设投入相对滞后，城市交通碳排放总量增长速度快于城市交通运输行业生产总值；2004—2010年，上海市借鉴国外交通运输行业先进技术，增加技术改造投入，大力发展交通运输业以缓解城市交通压力，且世博会的举办促进了环保意识增强，上海市出台一系列政策法规以约束城市交通碳排放，城市交通碳排放强度上升态势得到抑制；2011—2019年，绿色低碳交通理念逐步推广，绿色交通政策效益逐渐显现，这一阶段交通运输行业生产总值增长速度快于城市交通碳排放总量。

3. 上海城市交通碳减排面临的突出问题