长江经济带城市间协同碳减排的时空格局与区域协同机制研究

《Ecological Indicators》：Identifying city-level collaborative CO 2 emissions reduction and spatio-temporal patterns: a regional perspective of the Yangtze River economic belt

本研究针对城市间协同CO2减排(CLCER)缺乏统一量化框架的难题，通过构建"重力-扩散"双机制模型，系统识别了2010-2019年长江经济带碳源/汇城市的时空演变规律。研究发现区域CLCER需求增长至503.52 Mt，呈现出源汇分异强化、跨区域联动增强等特征，为制定公平高效的区域减排政策提供了科学依据。

　　

随着气候变化加速，如何公平高效地减少CO₂排放已成为全球紧迫议题。中国自2007年起成为全球最大碳排放国，2015年其排放量占全球总量的29.5%。城市作为政策实施的关键单元，在塑造未来气候政策和研究方面发挥着至关重要的作用。然而，由于自然和社会经济因素的差异，城市间存在显著的空间异质性，这种异质性不仅塑造了碳源城市（以向外转移排放为特征）和碳汇城市（以接收排放为特征）的分布，还催生了复杂的城际碳关联。

目前研究面临的核心挑战在于：缺乏统一可比的框架来量化和识别城市间协同CO₂减排关系。这一空白阻碍了城市间可比性、稳健的源-汇识别以及基于证据的协同减排责任分配，限制了公平高效区域政策的设计。现有研究多在省级或更高层面进行分析，难以捕捉小尺度和连续变化，且往往忽视空间阻力因素，很少比较CO₂固存特征。

为解决这些难题，北京大学的研究团队在《Ecological Indicators》上发表了最新研究成果。该研究创新性地构建了综合CLCER指数，通过整合改进的重力模型与菲克扩散定律，建立了独特的"重力-扩散"双机制框架。这一框架同时捕捉经济互动和物理传输机制，克服了单一机制测量的局限性，为区域低碳协同分析提供了新视角。

研究团队选取长江经济带作为案例区，基于2010-2019年城市级CO₂排放和固存数据，采用了一套系统的研究方法。首先通过比较各城市CO₂平衡与区域平均水平的差异，识别碳源城市和碳汇城市。继而构建CLCER指数，该指数包含压力梯度（基于菲克定律）、经济人口引力（基于重力模型）和经济距离阻力三个核心要素。最后运用线性规划方法，以CLCER指数和CLCER量的加权和最大化为目标函数，建立了最优分配模型，量化城市间协同减排关系。

碳源汇城市演变趋势凸显东西部差异

通过分析130个城市的CO₂平衡偏离区域平均水平的情况，研究发现东部地区碳源城市数量从30个增至40个，而碳汇城市从6个减少至1个。与此相反，西部地区碳源城市从12个减少至9个，碳汇城市从35个增至38个。这种东西部差异主要受排放规模和生态系统面积差异驱动：东部城市排放较高而生态基础较弱，西部城市则呈现相反特征。长三角地区碳排放源汇格局的演变，反映出东部城市在产业转移背景下碳泄漏现象日益显著。

区域协同呈现东部依赖中西部格局

在区域层面，CLCER反映了西、中、东部地区之间的联系。研究发现东部地区区内CLCER从8.53 Mt显著下降至0.76 Mt，十年间仅实现自身需求的0.57%，而99.43%的需求由中西部地区城市抵消。其中，指向西部地区的减排量从292.57 Mt上升至326.77 Mt。这种区域依赖格局的形成，与东部地区排放量上升、CO₂固存能力下降以及中西部地区工业化进程差异密切相关。

城际协作呈现远距离化趋势

2010-2019年间，长江经济带城市间CLCER呈现出明显增长趋势。城市间平均CLCER从3.75 Mt增至3.90 Mt，平均协作距离从851.44 km扩大至983.82 km。这一趋势表明，随着东部和中部地区CO₂平衡下降、固存能力减弱，而西部地区碳汇能力增强，东部高排放碳源城市被迫寻求与更远距离碳汇城市的合作夥伴关系，以达成区域减排目标。这种"远距离合作"的强化，反映了 tighter cooperation 的距离相关成本上升。

时空格局显现源汇分异与网络化特征

研究期间，长江经济带城市呈现出明显的时空格局：西部碳汇城市和东部碳源城市逐渐强化，碳源汇角色在东西部之间发生转变，跨区域联系得到加强，城市间联系更加分散。西部地区CLCER主要依靠内部合作，且逐渐减弱；中部地区保持相对稳定的合作关系，形成以省会城市为核心的"核心-边缘"结构；东部地区大多数城市被识别为碳源城市，其排放主要依靠中西部地区碳汇城市抵消。

研究结论表明，长江经济带城市间协同碳减排关系呈现出需求增长、跨区域依赖强化、协作距离扩大等显著特征。这些发现不仅揭示了碳源汇城市动态转化的规律，还识别了 underlying 空间网络特征，为以往主要关注静态或区域平均分析的研究提供了宝贵补充。

讨论部分指出，尽管本研究量化识别了城市间CLCER时空格局，但仍存在一定局限性。CO₂排放和固存评估仅考虑生态系统和化石燃料燃烧的抵消作用，未包含碳捕获封存技术、森林火灾影响等因素。未来研究可纳入这些附加因素，并通过扩展研究区域和开展不同尺度的比较分析，提高研究结果的可靠性。

该研究的理论与实践意义在于：首次建立了城市级协同碳减排的统一量化框架，为区域低碳协同治理提供了新方法；揭示了长江经济带碳源汇城市的空间分异规律和演变趋势，为差异化减排政策制定提供了科学依据；发现的"远距离合作"现象挑战了传统地理邻近合作范式，为跨区域生态补偿机制设计提供了新思路。研究成果对推动区域公平高效减排、实现碳中和目标具有重要指导价值。