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中图分类号 TU984 文献标识码 A 文章编号 1000-3363(2009)04-0007-07
1 低碳城市的理论内涵
1.1 国内外理论研究综述
首先对国内外低碳城市的研究作了文献检索及分析，发现在低碳城市研究领域，目前尚缺少综合系统的研究，特别是针对发展模型研究较少，在理论论述、模型的指标量化方面针对性不足，缺乏相应的实证分析。
1.1.1 城市生活与能源消费结构
国外不同学者对低碳城市进行了深入的研究，美国哈佛大学经济学教授爱德华·格拉什(Edward L.Glaeser，2007) 比较系统地研究城市
的排放量计算方法及应用分析，对美国10个典型大城市中心与郊区单位家庭采暖、交通、空调及生活能耗进行了实证研究，按照/t排放折合43美元的经济成本核算，从碳排放的经济学角度，科学地提出了实现城市低碳化发展的政策建议[1]。英国学者Chris Goodall通过对英国国民家庭生活中电能、石油、天然气等能源的统计，把国民的生活支出及各种物质消耗定量转化为排放，以数据形式展示了英国家庭生活碳排放的未来情景及低碳化生活方式的迫切需求，并有针对性地提出英国国民生活的低碳标准[2]。国内对生活排碳量的研究主要集中在住宅及公建中的能源使用上，提出加强生活及公共建筑使用中节能措施，建筑设计与发展要与当地气候条件相适应（陈飞，2008）[3]，努力实现建筑用能与产能、环保、可再生资源利用相结合，转变建筑的高能耗型消费模式，延长建筑物生命周期（宋春华，2007）[4]。有些学者通过试验比较，精确地计算出建筑物在不同的使用方式、空间规模状况下的电能消耗，为每平方米建筑不同使用方式的能源消耗及碳排放强度的计算提供了有力的数据，为城市节能减排提供参照（江亿，2007）[5]。
1.1.2 城市碳排放综合构成
日本学者柳下正治(2007)立足日本国家碳排放现状及城市背景，通过研究日本家庭、运输部门及工业部门的碳排放比重，从产业分布、建筑建造、低碳交通及新节能技术应用方面提出减小城市碳排放的措施[6]。其他学者也相应立足于本国现实条件，从城市碳排放构成要素角度系统分析了不同国家，不同城市的碳排放构成，从经济发展与能耗之间的关系分析制约城市低碳发展的3大要素：城市生产、交通、家庭生活的碳排放趋势。运用情景分析法预测未来发展的几种可能模式(Ho Chin Siong，Fong Wee Kean，2007)[7]。指出通过政府引导，城市发展过程中的能源控制(community energy management)，包括城市土地利用、建筑设计及交通引导政策的执行，在未来几年内，使城市排放量减小到预期情景(Bryn Sadownik，Mark Jaccard，2002)[8]。国内从国际经济角度分析碳税、碳交易、国际技术经济合作框架、碳转让、经济激励的控制途径及全球合作模式来降低总的碳排放量。通过能源结构的调整，增加低碳能源使用量，开发新型可再生能源，减小化石燃料的消耗，减小包括在内的污染物排放（胡秀莲，2007）[9]。并以中国未来发展的环境可承受限度及经济运行保持在良好状态下，推断出中国的碳排放强度，并总结基准情景、一般情景及低碳情景条件下建筑中能源及碳排放指标，论证不同情景模式下的经济代价及实现既定目标的可能性（诸大建，2007）[10]。
1.1.3 城市密度与城市空间结构
在美国芝加哥大都市发展规划中，利用计量经济、土地利用及交通模型来论证城市格局与城市空间结构[11]。城市发展的研究集中在交通及城市密度有关的能耗及排放上。交通与距离有关，而城市密度与土地利用有关，土地开发的高密度及交通通勤距离的缩短必然要求城市空间的紧凑发展。在国内，城市结构上的紧凑化发展无疑也是国内许多学者多年普遍坚持的观点。从土地的集约化利用，城市棕地开发，其中利用了城市的绩效评估方法评估城市紧凑化程度[12]-[14]。中国国民经济“十一五”发展规划中也正式提出了中国国土范围内的紧凑化及集中发展，把中国国土划分为4大功能区[25]。在实证中，其依据也是从中国近几年土地扩张的速度着手，集中局部地区重点发展，全局平衡的发展策略。在城市空间结构上，重点不是发展大城市中心，而是发展中小城市，大城市中心不是趋于集中，而是走向分散。近几年上海市的9个新城、64个中心镇建设从实践上证实了城市集中或紧凑到一定程度，会带来聚集不经济，交通能耗增加、生活成本及基础设施的使用成本提高。交通对城市能源及排放量所起的关键作用，已经被大量城市蔓延的定性研究所证实(Joanthan Norman，2006)[15]。
当代城市土地开发主要体现在社区的建设上，社区的结构是城市结构的细胞，社区结构与密度对城市能源及排放量起到了关键的作用。不同的社区发展中，城市中心高密度混合化社区与城市郊区低密度单一功能化社区对于小汽车交通的需求、城市基础设施及生活消耗完全不同。许多学者提出通过提高土地利用密度、混合使用，增加土地利用及交通的整合、推动就业与住房的平衡，强调了公共交通引导的土地开发模式（潘海啸，汤諹，2008；陈秉钊，2008；马强，2007；丁成日，2005）[16]-[19]。
以上的研究都证实了一种观点，提倡高密度紧凑发展，避免低密度蔓延式发展。然而，在分析交通能耗与城市密度的关系上，在检验城市结构、功能分区以及产业结构分布上，对于高密度发展多大程度上能够达到综合碳排量平衡，并没有给出具体的研究方法及量化指标(Newman and Kenworthy，1999)[20]。小汽车的增多与城市空间紧凑发展之间存在一定的矛盾(Kenworthy，Gang Hu，2002)[21]，然而对于高密度状况下的城区，交通拥挤造成的多余能耗及排放相对于远距离小汽车交通的排放哪方面更少[22]？以及城市空间紧凑与综合能耗水平的降低之间是否存在着一个明显的门槛，何以达到最优化的状态？研究并没有给出明确的答案。而且缺乏定量研究来论证城市环境影响程度与城市发展密度的关系[23]-[24]。所以笔者进一步针对不同区域的城市密度组成要素（建筑，交通及基础设施），集中在能耗及排放等环境影响度量方面进行研究，在归纳整理现有国内外低碳城市研究成果的基础上，开展国内发展和建设低碳城市的研究。重点研究国内发展低碳城市的理论内涵及指标体系，调查分析低碳城市发展的现状和制约因素，在此基础上提出中国发展低碳城市的战略目标、行动纲领与对策措施。
1.2 低碳城市的内涵
综合以上分析发现进行归纳，低碳城市内涵包含3方面内容。
从城市碳排放构成上：强调建筑、交通及生产3大领域内的低碳发展模式，并涉及新能源利用、碳汇及碳捕捉（图1）；据研究，人类活动造成的温室气体中，排放占据77%，排放中，主要在于4大领域的贡献，分别为交通、建筑、工业及森林减少，在所有的排放中，森林减少占据18.2%，城市生产、交通及建筑碳排放量约占城市总的碳排放量的81.8%以上，其中交通占17.5%（总温室气体的13.5%），建筑使用中的电力及供暖占19.8%（总温室气体的15.3%），工业占44.5%（总温室气体的34.3%）[25]。而且排放量将随大城市建设活动的加强而不断加剧。研究首先集中在如何在城市发展中，在经济快速增长中，最大限度地减小化石能源消耗，也就是降低单位GDP产值的能耗量，提高能源利用效率，即从发展模式上强调城市发展与碳排放脱钩（图2）。其次是城市发展中尽可能利用可再生能源，如太阳能、地热及风能等零排碳能源，替代常规能源。截止到2008年，中国的可再生能源中，水电约占16.41%，核能占1.99%，生物质能、风能、太阳能约占总能耗的0.5%-1%左右[26]。未来的10年里，当GDP增长一倍时，以上3种可再生能源的利用如能占到总能耗的15%以上，就是巨大的进步。最后将涉及碳捕捉的问题，在城市中加强森林、沼泽及湿地等生态系统的规模，最大限度地吸收储存，减少已经释放到大气中的含量。
2 低碳城市的发展模型及指标构成
2.1 模型分析
低碳城市发展模型的架构对研究具有关键作用，分析城市碳排放的几大组成部分：城市交通、建筑、生产及生活等内容之间的相关性；论证不同能源使用与排放量之间的关系，公式表述为：=KE（模型1），E为不同类型能源使用量，可按标准统一折算为标准煤，系数K为碳排放强度或者碳排放系数。不同国家、地区，不同的技术条件及能源结构，系数K是不等的。中国长期依赖煤来供应所需要的能源，结构不合理及能源利用率较低。据研究，中国使用1kWh的电力平均排放为0.998kg，燃烧1t标煤排放的为2.45t。相对于电力使用的K系数为0.998，相对于标准煤使用的K系数为2.45①。在此假定系数K为恒量，则不再针对能源结构进行展开。K值为恒量，低碳问题的研究就转化为对能源利用问题的研究。城市能耗主要包括建筑使用中家庭生活所消耗的电能、天然气、热力(E1)，公共建筑能耗(E2)，外出交通能耗(E3)及生产性能耗(E4)的总计。城市排放量采用总体计算方法，利用人均GDP指标、单位GDP产出的能耗量及与能源的换算比(K)来获得，公式表述为：
（模型2）
根据此模型，可以依据城市每年的经济规模，对未来城市排放量进行测算，从总体上明确未来城市发展低碳城市的目标。以上海为例，截止到2007年，上海常住人口规模已超过1858万人，万元产值所消耗的能源折合为0.83t标煤，每吨标煤排放为2.46t左右（表1），以此可以计算上海2006年排放量为2.45亿t。
2.2 分项指标构成
2.2.1 建筑使用碳排放(KE1+KE2)
建筑碳排放已占据社会总能耗的20%[27]以上，包括住宅生活及公共建筑碳排放。
(1)城市住宅生活碳排放(KE1)
城市住宅生活碳排放(KE1)的高低主要取决于城市家庭生活能源利用结构，包括采暖、空调、热水、家电及炊事中，各能源所占的比例。美国哈佛学者Edward L.Glaeser利用美国家庭能源利用数据抽样统计(IPUMS)作为家庭生活平均能耗的指标来源，来实证分析美国10大城市家庭能耗及碳排放的影响因素，其中的统计占美国总人口的5%。据统计，上海城市家庭生活能耗逐年上升，已占据上海总能耗的15%左右，其中家庭生活的电力使用造成的排放已达到1000万t，占上海总排放量的5%；每年单位居住面积电能消耗排放量20-25kg，略有上升（图3）。
图3 上海市2000-2007年家庭单位居住面积及电能消耗造成的排放量
资料来源：上海统计年鉴，2000-2007.
(2)公共建筑碳排放(KE2)
公共场所碳排放计算包含酒店、办公及商业等公共空间的空调及采暖。据研究，使用中央空调的大型公共建筑的能耗为普通建筑能耗的2-3倍[28]。上海2000年公共建筑规模为1.3亿
，2004年为2.4亿，截止到2007年，这一数字已上升到3.16亿，平均年增长率19.5%。2004年统计显示，上海公共建筑能耗为117亿kwh，折合排放量为1000万t②。分析城市公共建筑规模以及同区域内，住宅及公共建筑空间的比例、不同公共建筑类型与建筑碳排放之间的量化关系，将为城市生活方式低碳化发展奠定基础。
2.2.2 交通碳排放(KE3)
家庭小汽车交通能耗逐年增加，家庭交通碳排放量的影响因素取决于小汽车数量、城市公共交通系统的完善程度及城市空间的规模；城市家庭小汽车交通能耗与城市小汽车拥有数量采用统计年鉴中关于家庭交通汽油量消耗作为基本指标进行统计，研究的结果将表明城市家庭交通碳排放量与城市的通勤距离及城市紧凑化程度之间的关系。
2.2.3 生产碳排放(KE4)
生产用能及碳排放与企业管理、技术水平及工艺条件有关，生产碳排放量采用统计年鉴中工业能耗作为基本参数，可以计算出城市自1990-2007年的碳排放指标及未来趋势。
通过城市工业产业的生产调查，找出产业的空间布局、生产特征及工艺过程与碳排放之间的关系，为低碳城市的产业布局、空间结构及生产过程寻找理论依据。
3 低碳城市发展的目标研究
3.1 发展低碳城市的现实问题及矛盾
通过以上分析，对低碳城市分项指标进行指标量化计算，可以找出中国发展低碳城市的现实问题及矛盾。从而可以为顺利制定低碳城市的战略目标及应对策略打下基础（图4）。
图4 生产、生活及交通基础上的发展目标
3.2 战略目标
利用以上计算工具及方法，根据未来10年各项指标的发展预测，确定未来不同阶段碳排放的4种情景模式，其中包括发展低碳城市的总体战略目标及3大领域分项目标、新能源利用及碳汇、碳捕捉目标。2006-2007年，单位GDP的能源消耗强度上海下降4.66%，达到0.833t标煤／万元GDP产值，北京下降6.04%，天津下降4.9%，山东下降4.54%②。以图表绘制城市各项能耗指标及比例，作为研究结论，为下一部分低碳城市策略的制定提供参考依据，以上海为例（表1）。假定以2006-2007年的能源强度降低值时排放作为惯性发展模式，未来2020年将会出现5种情景模式（表2）。
情景一：若能源生产率在2007年的基础上年保持1%的增长速度，人口年均增长1%，没有大的产业结构调整，能源与的K系数保持不变，则排放量年均增长率为10%，2020年排放总量将达到2007年的3.45倍。
情景二：若能源生产率在2007年的基础上年提高到3.5%，则排放将达到2007年水平的2.56倍左右，排放年平均增幅为7.5%。年平均增长幅度与年人均GDP的增幅之比为0.75，为一般情景。
情景三：若能源生产率在2007年的基础上年提高到6%，则排放将达到2007年水平的1.89倍，排放年平均增幅为5%。年平均增长幅度与年人均GDP的增幅之比即弹性系数为0.25，相对脱钩情景。
情景四：若能源生产率在2007年的基础上年提高8.5%，则排放将与2007年水平相等，排放年平均增幅为2.5%。年平均增长幅度与年人均GDP的增幅之比即弹性系数为0.25，相对脱钩较好情景。
情景五：若能源生产率在2007年的基础上年提高11%，则排放将与2007年水平相等，排放年平均增幅为0%。年平均增长幅度与年人均GDP的增幅之比即弹性系数为0，绝对脱钩情景。
3.3 低碳城市评价指标
如何评价城市发展是否低碳，必须制定简便可行的评价体系，根据近几年能源效率增长状况，采用年人均GDP增长率的能耗及排放增长率比例系数，即弹性系数来评价中国发展低碳城市的效果，分为五种情景：①1情景；②0.75情景；③0.50情景；④0.25情景；⑤0情景（图5）。
图5 利用弹性系数作为低碳评价指标
4 低碳城市发展的对策措施
通过上述方法运用及数据的实证分析，可以发现，实现低碳城市发展的策略为城市发展与碳排放之间脱钩发展，并通过治理创新与政策作为低碳城市发展的支撑与保障。脱钩发展表现为城市生活低碳化、城市空间紧凑化及物质生产循环化形成的三维空间格局（图6）。
图6 三者关系
4.1 脱钩发展
4.1.1 脱钩一：城市生活低碳化
城市生活低碳化的策略首先在于建筑物使用中及家庭生活、交通上节能，在生活模式和消费观念上进行积极引导，使用高效空调、照明及节能家电，延长建筑物及生活用品的生命周期，从对产品的拥有转向以使用为目标；利用太阳能、风能、地冷及地热等可再生清洁能源，满足建筑物内资源及能源的封闭循环（图7）。其次，在交通方式上改变单纯依靠城市道路、节能型汽车的推广等技术措施来解决城市交通问题的思想观念，重点从政策执行、技术改进、观念综合转变方面加强城市低碳交通体系建设，实现传统性对策向系统性战略转变，通过系统化的战略手段，构建以公共交通为主的城市发展模式（图8）。
图7 低碳模式下可持续发展建筑策略
图8 低碳模式下可持续发展交通策略
4.1.2 脱钩二：城市空间紧凑化
城市紧凑发展促使城市土地使用的集约化，人口的高密度保障城市区域多样性复合功能的塑造，并将大大减少城市交通能耗。城市空间紧凑化按照城市结构尺度及规模体现在不同的空间层面上，分别为都市区域层面、城市空间层面、社区空间层面及组团空间层面等4个纬度。在都市区域空间层面，通过合理的城镇空间布局、产业结构组织及基础设施的合理安排，引导城市各类要素向城镇空间集聚，形成区域性空间等级与层次的空间格局，形成不同等级城市间横向联系的网状格局。在城市空间层面，积极引导城市各项功能的合理分区，完善基础设施布局，避免城市规模过度扩张和功能的单一化，在竖向上形成中心城－新城－新市镇－中心村功能互补的都市区空间格局（图9）。以上海为例，未来上海将形成以1个中心城、9个新城和60个左右新市镇组成的城镇群。在社区空间层面，强调混合使用和适度高密度社区开发的策略导致人们居住在更靠近工作地和日常生活设施附近。不同的社区组团依靠公共交通或轨道交通联系。打破传统方式上的功能分区，减少小汽车使用，发挥城市区域的地缘优势，合理控制建设用地的规模、建筑密度及城市建设各项指标，提高土地等资源的开发利用效率，根据城市化进程，引导社区建设从外延式向内涵式发展模式转变，保持高密度紧凑化发展与混合功能的新型社区建设（图10）。
图9 区域及都市空间层面紧凑化
图10 社区－组团空间层面紧凑化
4.1.3 脱钩三：物质生产循环化
转变企业高消耗、低效率、高排放为特征的传统工业经济生产方式，以提高资源生产率为目标，以减量化、再利用、资源化为原则，以低消耗、高效率、低排放为基本特征。从“自然资源－产品和用品－废物排放”流程组成的开放式线性经济模式向“自然资源－产品和用品－再生资源”的封闭式流程为特征的循环经济模式转变（图11）。
图11 物质生产循环化
4.2 低碳城市发展的治理创新与政策保障
发展低碳城市应发挥政府、企业、社会公众3类主体的作用，各主体间通过建立合作伙伴关系，共同推动低碳城市发展目标的实现（图12）。
图12 政府企业及社会三方面治理及政策保障
国内基于治理理论的低碳城市管理框架中，应发挥3套机制的作用，即现代政府－国家行政体制、企业－市场机制、非政府组织－社会机制。行政机制体现着政府自上而下的努力，社会机制可以促进非政府组织自下而上的努力，市场机制则可以发挥出赢利性组织横向的努力。这3套机制和3种政策工具在激励政府、企业和社会3类主体的积极性、发展低碳城市中发挥作用的领域明显不同。以政府为主导，营利性企业以及公益性组织、社会公众等构成的社会多元主体共同参与，形成政府、市场、社会3种机制在土地资源保护和利用上的有机整合。
与上面3套机制相对应，发展低碳城市治理的政策类型应包括规制性政策、市场性政策以及参与性政策。最终作用对象将集中在低碳城市3大主体构成：工业、建筑及交通上（图13）。
图13 治理创新与政策保障框架
5 结论
低碳城市研究的理论与方法在于：
其一，通过文献综述及相关性分析，寻找低碳经济的关键制约因素，确定低碳城市的内涵，科学建构基于城市生活、工作、交通及城市生产等方面的低碳经济发展模型。
其二，针对低碳经济模型，建立碳排放分项指标集合，计算不同部分的碳排放量，并根据指标及数据找出城市低碳发展的现存问题及矛盾。
其三，应用线性回归及情景模式分析，研究城市总体、城市各分项及未来不同时期的排放的战略目标，建立基于三脱钩理论的应对策略，提出实现策略的治理创新与政策保障。
收稿：2009-05
修回：2009-06
注释：
①煤的含碳量在60%-90%左右，国家发改委根据中国的煤炭利用比例，建议取值为67%，即1kg标准煤燃烧排放0.67kg碳，1kwh电能排碳量为0.272kg。折合排放量为0.998kg。则相对于电能的K系数为0.998.
②公共建筑规模数字来源于上海统计年鉴，2004年上海公共建筑能耗统计数字来源于中国建筑节能年度发展报告2008，排放按照上述K系数折算。