【能源观察家】席明月等：中国城市能源消费碳排放研究综述

熠熠全球能源观察

4周前

文章以中国知网(CNKI)作为数据源，以“主题搜索”为检索条件，搜索条件的主题为“中国城市能源消费碳排放”“城市能源消费”“碳排放”“城市能源消费二氧化碳排放”“城市能源消费CO2排放”“城市能源消费碳排放效率”，时间范围设置为“2000—2022”，最终数据更新的时间为2023年1月1日，具体的文献检索为SU=("中国城市能源消费"）*("碳排放"+"二氧化碳排放"+"CO2排放"+"碳排放效率")ANDYEBETWEEN("2000""2022")，去重后总共检索出169篇文献。

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文：席明月陈学刚武胜利

摘要

气候变暖是当今人类面临的最大挑战之一，以二氧化碳为主的人为温室气体排放是全球变暖的主要原因，而人为二氧化碳排放的增长则归因于以支持人类经济活动的能源燃烧。在全球碳排放进程中，城市扮演了重要角色，城市能源消费碳排放作为中国碳排放的重要组成部分，其减排的实现对完成中国双碳目标具有重要意义。文章以2000—2022年知网数据库的169篇文献作为数据来源，通过CiteSpace和VOSviewer两种文献计量软件，绘制出中国城市能源消费碳排放的知识图谱，揭示中国城市能源消费碳排放的研究进展、热点及发展趋势。研究表明：中国城市能源消费碳排放的研究机构和作者主要集中于高校，研究机构间、作者间缺乏合作；研究热点主要集中于城市碳排放的影响因素、碳排放的核算、区域时空差异、低碳城市建设等；研究前沿主要还是集中在城市、能源消费和低碳等方面。

以全球变暖为主要特征的气候变化越来越成为世界各国普遍关注的全球化重大问题。二氧化碳被认为是导致全球变暖和气候变化的主要污染物[1−6]。其中，以煤、石油、天然气为主的化石燃料燃烧而产生的能源消费碳排放是人类活动产生温室气体排放的最主要形式。2006年全球能源消费碳排放占排放总量的86%，占温室气体排放总量的66%[7]。中国作为第一大二氧化碳和能源消费大国[8]，正处于经济高速增长和城市化快速发展阶段。城市作为人类经济社会活动集中分布区，消耗了全球60%～80%的能源，排放了全球70%以上的温室气体，是CO₂排放的主要区域[9−10]。有文献表明：大约85%的中国碳排放来自城市能源消费，这个比重远高于欧盟的69%，也高于美国的80%[11−12]。在2020年第七十五届联合国大会上，我国提出力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值，争取在2060年前实现碳中和的愿景[13]。虽然我国能源供给侧结构性改革不断深化，但仍以煤炭等化石燃料作为主要能源，这是我国能源消费占比大的重要原因之一。双碳目标的实现，有利于减缓气候变化带来的不利影响，促进生态环境改善，减少对经济社会造成的损失，实现经济高质量发展，使人与自然回归和平与安宁。因此，在国际承诺和自身发展的双重压力下，厘清中国城市能源消费碳排放的研究现状、热点和前沿，对建设低碳城市、构建清洁美丽的世界显得尤为重要。

国内关于城市碳排放的研究丰富，但细化到城市能源消费碳排放的系统性研究较少。现有关于城市能源消费碳排放的研究主要包括城市能源消费碳排放特征的分析[14−16]、城市能源消费碳排放区域差异的分析[17]、城市能源消费碳排放驱动力分析[18−19]、能源消费碳排放的影响因素的特征[20]及分解研究[21−23]、核算方法的研究[24]、此外还有关于城市能源消费、碳排放与经济增长之间的关系的研究等[25−26]。可以发现现有研究中缺少运用文献计量对城市能源消费碳排放整体的研究现状总结和系统化的分析。文章通过CiteSpace和VOSviewer对这一领域中的相关文献进行了梳理，希望通过对该研究领域能有系统性、定量化的分析和总结，更深入地了解城市能源消费碳排放的研究热点和未来发展趋势，为我国城市能源消费碳排放理论和实践研究提供参考价值。

1 数据来源与研究方法

1.1数据来源

文章以中国知网(CNKI)作为数据源，以“主题搜索”为检索条件，搜索条件的主题为“中国城市能源消费碳排放”“城市能源消费”“碳排放”“城市能源消费二氧化碳排放”“城市能源消费CO₂排放”“城市能源消费碳排放效率”，时间范围设置为“2000—2022”，最终数据更新的时间为2023年1月1日，具体的文献检索为SU=("中国城市能源消费"）*("碳排放"+"二氧化碳排放"+"CO₂排放"+"碳排放效率")AND YE BETWEEN("2000""2022")，去重后总共检索出169篇文献。

1.2研究方法

采用CiteSpace和VOSviewer两种文献信息可视化软件工具，构建了关于中国城市能源消费碳排放领域的可视化科学知识图谱。其中CiteSpace是由美国德雷塞尔大学陈超美教授引入国内的，该软件直接、准确、快速地计算、分析出某一领域的研究趋势，并以多名研究者多方集成的可视化知识图谱的形式展示该领域的研究结构[27],是目前最活跃、应用最广泛的知识图谱可视化软件。VOSviewer是由莱顿大学学者NEES Janvan Eck和LUDO Waltman共同开发的用于绘制知识地图的文献计量分析软件。它可用于共词分析、共生分析和文献耦合分析。能够直观地展示研究成果，在聚类技术、地图显示等方面具有独特的优势[28]。

2 特征分析

2.1发表年份和数量

评价某个研究领域发展现状和未来趋势的一个重要指标就是文献数量的变化情况[29]，见图1。

图1可知，2000—2009年关于中国城市能源消费碳排放研究的文献没有出现，但从2010年开始，我国城市能源消费碳排放研究的关注度骤然提升，2012年达到顶峰，达到24篇，之后缓慢下降并呈现波动的趋势。究其原因，2009年末在哥本哈根召开的世界气候大会，是一次被喻为“拯救人类的最后一次机会”的会议。各国政府、非政府组织、学者、媒体和民众都非常关注本次大会，我国也表明了在应对气候变化问题上高度负责的态度，坚定的立场，并且开始进行积极的应对。2010年出现的文章大部分应创作于2009年。此外在2010年，国家发展和改革委员会发出《关于开展低碳省区和低碳城市试点工作的通知》[30]，低碳发展成为全社会的共识。当年10月《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》工作组第十四次会议在天津市梅江会展中心举行。这是中国第一次承办联合国框架下的气候变化正式谈判会议。会议充分交换了意见，增进了解，缩小了分歧，扩大了共识，而且年底在墨西哥坎昆举行了气候大会[31]。由此可见，城市能源消费碳排放的研究引起了全世界的广泛关注。继2012年之后，2016年城市能源消费碳排放文献量又得到进一步提升，作为十三五的开局之年，国家提出低碳引领能源革命、打造低碳产业体系、推动城镇化低碳发展、加快区域低碳发展等战略性部署和要求，这也激发了高校和研究机构等的研究动力。

2.2主要研究机构和作者

通过CiteSpace分析结果显示，关于中国城市能源消费碳排放的研究人员主要集中在全国各地的高校中,其中复旦大学发文数量最多为6篇；其次是南京大学、华东师范大学和中国科学院大学，分别发表5篇。在排名前3的研究机构中，可知这些机构都集中在北京、上海、江苏、天津等发达城市，可见从某种程度上来说，对城市能源消费碳排放的研究水平与这些研究单位所在地区的经济发展水平和碳排放量有直接关系。具体发文数量情况，见表1。

中国城市能源消费碳排放相关研究机构的合作网络，见图2。合作较多的是中国科学院大学、中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室、清华大学建筑学院、中国科学院研究生院、中国科学院地理科学与资源研究所；其次是华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室与中国科学院科技政策与管理科学研究所。发文量排名靠前的复旦大学、南京大学和华东师范大学与其他机构合作较少。高校是人才培养的摇篮，始终站在推动科技进步的最前线，是国家基础研究的主力军，而科研院所在整个国家的科学技术研究事业发展中发挥着决定性作用，直接决定了一个国家在世界科学技术竞争领域的地位[32]。只有加强联合、资源共享、发挥各自优势，形成良好的研究氛围，未来才能更好推动中国城市能源消费碳排放相关研究的完善与创新。

2.3高被引论文

一般情况下，高被引论文虽不能说是最好的，但其在学界的影响力和作用一定是不可小觑的[33]，文章选取中国城市能源消费碳排放领域引文排名前十的论文，见表2。

通过高被引论文可以分析这一研究领域发展动态[34]。刘竹等[24]以212次引用量排名第一，该文章发表于2011年的资源科学，文章发表时间早且期刊影响因子高，被环境科学类、经济类、建筑类等学科所广泛引用，表明该文章的影响力大。文章认为能源消费碳排放核算方法的选择对核算结果有很大影响，但由于当前的国民经济核算体系尚不能满足能源消费碳排放计算的需要，需要尽快建立更为细致的统计核算体系，这对未来中国低碳城市的发展有很强的引导作用。排名第二的王少剑的文章《中国城市能源消费碳排放的区域差异、空间溢出效应及影响因素》,随着遥感技术的发展，大量遥感技术产品越来越被广泛地运用到碳排放的研究当中，该文章就是基于中国城市遥感模拟反演碳排放数据，利用空间自相关和空间马尔科夫链方法等方法揭示了经济增长和第二产业占比升高对碳排放增长呈正向作用，而人口的集聚效应、技术水平的提升、对外开放度和公路运输强度的增加对城市碳排放水平的提高呈反向作用。如郝瑞军[35]就引用了王少剑的这篇文章，运用了夜间灯光数据来分析中国能源消费碳排放的空间化与时空动态。因此文章发表的时间相对较晚但引用频次比较高。

整体来看，排名前10的高被引文献大部分主要围绕中国能源消费碳排放核算、影响因素、区域时空差异及低碳建设等方面展开研究的。

2.4出版物来源

期刊出版物是传播研究成果的主要途径。发表论文数量较多的学术期刊有《生态经济》《中国人口·资源与环境》《地理研究》《城市问题》《生态学报》《环境科学学报》和《资源科学》，见表3。这7类期刊占总分析记录的24%，可知关于中国城市能源消费碳排放的研究领域主要在地理学和环境学这两大学科，但在发表论文数量最多的学术期刊中，《生态经济》和《中国人口·资源与环境》也属于经济学类的期刊，并且这两个期刊共发表了18篇文章，这在一定程度上表明中国城市能源消费碳排放方面的研究也是经济学的热点问题。

3 研究热点演化分析

3.1研究热点

关键词是文章的提炼和归纳，关键词词频分析是文献计量学中常用的揭示研究热点分布[36]的方法。VOSviewer绘制的关键词共现图谱具有直观清晰、标签重叠低的优点[37]。因此，文章通过对关键词进行共现分析，呈现中国城市能源消费碳排放研究热点的分布特征。绘制中国城市能源消费碳排放研究中关键词共现的标签视图，见图3。VOSviewer将具有相似研究主题的关键字组合到一个类别中，并用相同的颜色进行演示。总体而言，“碳排放”一词节点最大，使用频率最高，其次是“能源消费”。碳排放和能源消费是城市能源消费碳排放研究的2个核心概念。围绕中国城市能源消费碳排放这一研究主题，章从节点比较大的蓝色、黄色、棕色和红色4个聚类开展分析。

节点比较大的聚类主要有蓝色聚类、黄色聚类、棕色聚类和红色聚类。其中蓝色聚类内高频词包括碳排放、LMDI、长三角、驱动因素等；黄色聚类内高频词包括能源消费、经济增长、城市化、长三角城市群、二氧化碳核算等；红色聚类内高频词包括影响因素、城市、应对气候变化、矿业城市等；棕色聚类内高频词包括低碳城市、低碳化、二氧化碳减排、循环经济等。蓝色、黄色和红色这3个主要聚类体现出当前我国在城市能源消费碳排放影响因素的定量分析以及对能源消费碳排放的核算的研究较多，而棕色聚类更多地体现出要实现的目标和结果。

（1）中国城市能源消费碳排放核算是定量化表述碳排放变化趋势和分析碳减排潜力的基础[24]，而且也是城市碳排放总量的主体部分，对碳排放进行核算能够有效识别关键、重要的碳排放源，只有做好城市能源消费碳排放核算才能对症下药，为建设低碳城市提供支撑。

（2）关于中国城市能源消费碳排放影响因素的分析越来越引起业界的广泛关注，因为对其分析有利于为双碳”目标提出有针对性的策略和路径。另外如果要进行影响因素的分析，就必须运用研究方法。研究方法主要有Kaya恒等式与LMDI法、IPAT或STIRPAT模型、地理加权回归和环境库兹涅茨曲线[20]。其中LMDI法以Kaya恒等式为理论基础，Kaya恒等式是在IPAT的基础上增加了能源结构要素，因LMDI法分解无残差，可操作性较强，所以被广泛用于碳排放变化的分解研究中。如孙贵艳等[38]以重庆为研究对象，基于Kaya恒等式，采用LMDI分解方法建立了能源消费碳排放因素分24环境保护科学第50卷解模型，实证分析1997—2016年各个因素对能源消费碳排放的影响。陈军华等[39]基于LMDI模型视角，测算了四川省2000—2018年15种主要能源消费的碳排放量，将碳排放量增量分解为能源结构效应、能源强度效应、产业结构效应、经济发展水平效应与人口规模效应。可以看出，大部分的文章主要是分析碳排放的影响因素。

（3）循环经济、低碳经济本质上都是符合可持续发展理念的经济发展模式,实现双碳目标的关键在于碳减排，城市作为重要的碳排放源，既要关注经济发展，同时也要注重环保问题，因此未来发展好低碳城市是大势所趋。在建设低碳城市时，循环经济是实现其主要手段和重要路径，因为它有利于提高能源效率，实现碳减排[40]。

纵观中国城市能源消费碳排放的研究，涉及了交通运输业、建筑业、工业、家庭生活等不同部门,碳排放核算、区域分异、影响因素分析等不同研究内容,研究体系见图4。其最终目标主要就是引导城市能源消费向清洁低碳转型，建设低碳城市，达到双碳目标，最终实现可持续发展。

3.2研究前沿

研究前沿是一个信息科学概念，由文献计量学家Price在1965年首次提出，用于描述研究领域的动态性质。研究前沿的识别和跟踪，可以为研究者提供学科研究的最新演变动态，预测学科发展方向和研究热点具有重要意义。运用CiteSpace中突变词检测,得出关键词的时间分布，检测出变化率较高的词语，依靠词频变化的趋势，来确定研究前沿和发展趋势[41]，见图5。

图5可知，2010年开始出现突现词与图1发文量变化趋势一致。最初的研究分支出现在经济、气候、低碳发展、能源结构方面。而城市化和能源消费的突变强度较高、持续时间相对较长。

在城市化方面，我国关于城市化与碳排放关系或对碳排放影响的量化研究基本在2010年以后，起步较晚，但关注程度较高[42]。城市化和碳排放之间关系密切[43]。ZHAetal[44]认为城市化对碳排放的影响是一个复杂的问题，涉及很多层面，但总体来说，城市化通过影响经济增长、居民消费升级、产业结构转换进而影响碳排放。王星[45]认为除了居民消费、产业结构外，还有人力资本、技术创新这几个中间变量也是城市化影响碳排放的主要因素。本地区的碳排放还受到相邻地区碳排放及相关因素的影响。城市化不同发展阶段，城市化水平对碳排放的影响也会有所不同。

在能源消费方面，我国能源消费、经济增长与碳排放之间是一种动态的关系[46]，能源的消耗在推动经济增长的同时也加剧了碳排放的增加，从而带来了严重的环境问题[21]。我国作为第一大能源消费国，能源消费量约占全球总量的23%[47]。无论处于哪一种收入水平，能源消费仍然是导致未来碳排放的主要原因[48]。因此，我国经济增长与能源消费、能源消费与二氧化碳排放的解耦既是建设“两型社会”的要求，更是实现“生态文明”和“美丽中国”的重要途径[49]。未来，要继续以高效、绿色、低碳为基本原则，实施能源消费总量和强度双控，推动能源结构优化、加快能源转型升级，提升清洁能源比重，大幅提高能源效率，加大能源领域的技术创新，降低温室气体和污染气体排放。此外，城市和低碳的突发性仍在持续状态。所以，未来中国能源消费碳排放研究的着重点在城市、低碳和能源消费上。

4 结论与展望

从发展现状来看，我国关于城市能源消费碳排放的研究还处在初期阶段，研究主要集中于高校，且他们彼此间缺乏合作。企业作为改善生态环境和气候恶化的主体，也正在为降低碳排放强度积极采取行动，高校、科研院所和企业之间应开展深入交流，加强信息互通，进行前瞻性的新技术、新课题、新应用研究与开发，共同为我国城市绿色低碳发展等相关研究及科技创新成果落地转化注入新动能，持续助推我国低碳城市及生态文明建设。同时，在中国城市能源消费碳排放的研究中理论和实践结合不足，学科交叉和深度融合各学科研究的能力有待提高。

从研究内容来看，关键词分析是识别热点问题和研究前沿的有效方法。分析表明，我国城市能源消费碳排放研究热点主要集中在碳排放影响因素分解、碳排放核算、区域时空差异等方面，但在研究能源消费碳排放影响因素时，发现很少有研究者对具体影响因素进行更深入的探究，只停留于对影响因素进行分解，研究深度还有待提高；对于碳排放核算有许多方法，但不同的方法得到的结果却有很大差异，未来还需要进一步改进温室气体清单指南，提高核算的精确性。城市能源消费碳排放研究前沿主要还是集中在城市、能源消费和低碳等方面。

实现“美丽中国”建设任重道远，未来我们要切实转变能源发展思路，促进能源生产低碳、清洁，能源消费绿色高效，对于我国的经济发展水平、产业结构及能源利用效率等存在较大空间差异的问题，日后应当基于我国实际，结合国土空间规划以及双碳的目标，完善城市减排政策，有针对性地提出低碳城市规划模式及路径，建设智慧城市、绿色低碳城市，促进我国城市低碳发展，力争在2030年前达到碳排放峰值，2060年前实现碳中和。

本文发表期刊：《环境保护科学》24年3期