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中国作为世界上最大的发展中国家,过去四十年经历了快速城镇化与工业化发展,截至2017年,中国的城市人口达到全国人口的58.52%。城镇化在推动社会经济发展的同时,也导致诸多环境问题。城市容纳大量人口,对能源与资源的消耗巨大、同时产生大量温室气体与污染物排放,给人类生存环境带来负面影响。城市的可持续发展成为现阶段的热点问题。通常认为,城市可持续发展,是环境、经济、与社会之间达到平衡的发展状态,它强调资源消耗与环境破坏的最小化、资源利用的最大化;能源、水、碳是衡量城市环境维度可持续发展水平的指标,对城市的可持续发展具有重要影响。能源、水、碳在城市系统中关联密切,其中单一环境要素的变化会引起其他环境要素联动,因此综合分析能源、水、碳耦合关系十分必要,对于促进城市可持续发展具有积极意义。然而多数能源-水-碳耦合研究关注单一行业,在城市层面基于多行业的研究相对有限,城市系统内的资源能源以及其他物质的流动依赖产业间贸易活动,有必要将不同行业之间的消耗关系考虑在内,在城市层面探讨能源-水-碳的耦合关系。大多数研究从生产端视角或需求端视角分析行业的环境要素耦合,忽视了行业作为“传递者”对环境压力的传输作用,因此有必要从中介端角度对城市产业的能源-水-碳耦合进行分析。目前环境要素的耦合尚无严格定义,不同研究考虑的环境要素种类和数量不同,“耦合”的概念与机制也不尽相同,如何评估多元环境压力的耦合关系,仍有很大探索空间。鉴于不同城市的发展模式与产业结构存在差异,城市之间产业的环境要素耦合对比,可以为决策者提供一定参考价值。针对以上问题,本论文构建了基于环境投入产出分析(Environmentally Extended Input-Output Analysis,EEIOA)与主成分分析(principal components analysis,PCA)的城市产业多维多元环境压力耦合分析框架,从生产端、需求端、中介端三个维度,针对城市能源-水-碳的耦合,以2012年中国北京市、上海市为案例,展开了如下研究:首先,本论文基于生产端视角,客观分析了北京市、上海市各行业的直接能源消耗量、直接能源消耗结构、直接新水取用量、直接cO2排放量,并核算各行业直接能源消耗强度、直接新水取用强度、直接C02排放强度。利用PCA综合各行业在能源、水、C02方面的直接消耗量与直接排放量,探究北京市与上海市各行业基于生产端的能源-水-碳耦合体系特征。结果表明,上海市“化学产品”行业为基于生产端的高能源-水-碳耦合压力行业,北京市不具有典型的高能源-水-碳耦合压力行业,但存在多个“新水取用压力低、能源-碳压力高”和“新水取用压力高、能源-碳压力低”的行业。其次,本论文基于EEIOA,从需求端视角核算两城市各行业的隐含能源消耗、隐含新水取用量、隐含CO2排放量。结果表明“交通运输、仓储和邮政”为北京市与上海市隐含能源消耗量最高行业,隐含能源消耗分别达到2.30×1014 kJ、4.74×1014 kJ;“农林牧渔产品和服务”为北京市与上海市隐含新水取用量最高行业,隐含新水取用分别达到6.76X 108 m3、1.52X 109 m3;“交通运输、仓储和邮政”为北京市与上海市隐含CO2排放最高的行业,隐含C02排放分别达到1.42X 107 t、3.27X 107 t。本论文辨明了两城市系统内不同行业之间的能源消耗拉动关系、新水取用拉动关系、以及CO2排放拉动关系,识别了行业间环境压力拉动作用最明显的行业组合。对北京市而言,包括“批发和零售”行业的最终需求拉动“交通运输、仓储和邮政”产生1.32×1013 kJ能源消耗,“食品和烟草”的最终需求拉动“农林牧渔产品和服务”产生1.04×108 m3新水取用,“批发和零售”的最终需求拉动“交通运输、仓储和邮政”产生8.33 ×105t CO2排放。对上海市而言,包括“化学产品”的最终需求拉动“电力、热力的生产和供应”行业消耗3.36×1013 kJ能源,“住宿和餐饮”的最终需求拉动“水的生产和供应”造成2.36×108 m3新水取用,“批发和零售”的最终需求拉动“交通运输、仓储和邮政”产生2.02×106 t CO2排放。本研究利用PCA探讨两城市各行业基于需求端的能源-水-碳耦合压力特征,识别了拉动供应链上游行业产生能源-水-碳耦合压力的关键行业,包括“建筑”(北京市)、“公共管理、社会保障和社会组织”(北京市)、“科学研究和技术服务”(北京市)、“化学产品”(上海市)、“建筑”(上海市)、“交通运输设备”(上海市),以上行业对城市系统的综合环境压力产生重要影响。本研究从基于需求端的能源-水-碳耦合角度为两城市降低资源能源消耗、缓解CO2排放,促进城市可持续发展提出建议,包括改善能源结构,改善技术与设备,提高对上游产品利用效率,以及使用更清洁的替代产品等。第三,本论文利用EEIOA,结合结构路径分析(Structural Path Analysis,SPA)和网络分析中的中间性概念(Network Analysis-betweenness centrality),核算了北京市与上海市各行业的能源消耗中间性、新水取用中间性、C02排放中间性,利用PCA探究了北京市、上海市各行业基于中间性的能源-水-碳耦合压力特征,并鉴别了两城市在供应链路径(supply chain path)上的能源-水-碳耦合传输中心,包括:“电力、热力的生产和供应”(北京市)、“交通运输、仓储和邮政”(北京市)、“金融”(北京市)、“租赁和商务服务”(北京市)、“化学产品”(上海市)、“租赁和商务服务”(上海市),从中介端视角为两城市的可持续发展提出建议。结合两城市各行业基于需求端与中介端视角的环境责任,辨明在供应链中同时具有高度拉动作用和传输作用的关键行业,包括:能源消耗方面“电力、热力的生产和供应”(北京市)、“租赁和商务服务”(上海市)等;新水取用方面“住宿和餐饮”(北京市)、“化学产品”(上海市)等;CO2排放方面“电力、热力的生产和供应”(北京市)、“租赁和商务服务”(上海市)等。上述行业需要环境政策的重点干预,提高这类行业对上游产品的利用效率将促进城市系统整体的资源能源节约与CO2减排。第四,本论文对比分析了同一视角下北京市与上海市的多元环境压力,结果表明,基于生产端核算结果,上海市较北京市面临更大环境挑战。基于需求端视角,上海市绝大多数行业单位产值造成的隐含能源消耗、隐含新水取用、以及隐含CO2排放大于北京市相同行业的单位产值环境压力;上海市的隐含环境压力更多来源于制造业、建筑业,而北京市的隐含环境压力除建筑业贡献较大,更多来源于第三产业,尤其是科学研究与技术服务;两城市的功能定位、产业结构、经济发展重点等方面的差异,决定了各城市系统内拉动环境压力的关键需求端行业不同。基于中介端视角,北京市能源-水-碳的传输中心更加多样化,上海市能源-水-碳的传输中心主要为制造业。两城市具体优势产业不同,供应链关键环节不同,因此同类产业在不同城市系统中发挥的功能不同,作为传输中心的行业也不尽相同。本论文对比分析了同一城市内不同研究视角下各行业的环境压力。部分行业基于生产端、需求端、及中介端视角的环境压力排序呈现一致性,而部分行业基于三个研究视角的排序则有很大差距。缓解城市环境压力、实现城市可持续发展,需要城市系统的各环节协调联动。城市不同行业之间具有紧密联系,一个行业能源资源消耗的降低、CO2排放的缓解,不仅与自身相关,也受到其他行业的影响;行业对能源与水的消耗责任、CO2排放责任,也因不同核算角度而有所差异。因此,需要依据不同行业在城市系统中扮演的角色,有针对性地制订管理方案,从而提高城市环境治理的效率,缓解城市环境压力,促进城市可持续发展。本论文采用EEIOA与PCA结合的城市产业多维多元环境耦合压力分析框架,对城市层面各行业的能源-水-碳耦合压力进行了研究。从生产端、需求端、中介端视角三个维度刻画北京市与上海市各行业对能源-水-碳耦合压力的拉动与传输作用。本研究的创新点包括:(1)构建了一个新型的城市产业多维多元环境压力分析框架,从三个维度实证解析了北京市与上海市产业能源-水-碳耦合压力关系,揭示了不同城市功能定位、资源条件、产业结构下案例城市产业的多元环境压力差异,并为城市可持续发展提出针对性建议,丰富了有关城市多元环境要素耦合关系的研究成果。(2)从中介端视角重新审视了城市产业能源-水-碳耦合压力关系,揭示了城市系统中对能源-水-碳耦合压力起传输中心作用的关键行业,并结合基于生产端、需求端视角的核算结果,识别了案例城市可持续发展需要优先关注的具体行业,为城市环境压力耦合关系研究提供了新的视角与方法学参考。本研究意义在于,从理论上,构建了能源-水-碳耦合研究的新分析框架,探讨城市不同行业在系统中发挥的作用,一定程度上填补了以往研究在城市层面多元环境要素耦合分析中的空缺;从应用上,基于生产端视角、需求端视角、中介端视角分别分析了北京市与上海市各行业的能源-水-碳耦合压力,探究了各行业对能源-水-碳的拉动与传输作用,为两城市降低能源消耗、水资源消耗和C)2排放提出了具体到行业的建议措施,为城市可持续发展的政策制定提供了数据支撑,本研究所构建的分析框架可以进一步运用到其他城市和地区,以及更多种环境压力耦合的研究中,为决策者提供参考。