成渝城市群“油气-经济-碳” 系统仿真模拟.docx

成渝城市群“油气-经济-碳”系统仿真模拟

——基于系统动力学模拟

1引言

能源是现代工业和经济发展的基础性资源，石油与天然气（以下简称“油气”）是能源中的重要组成部分，在促进经济发展、保障能源安全等方面具有极其重要的地位。人类社会在快速发展的同时使用大量化石燃料，特别是工业革命时代，大规模的二氧化碳排放到大气中加剧了全球变暖。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次气候变化评估报告显示，2011-2020年全球表面温度比1850-1900年上升1.09℃。碳排放造成全球变暖的影响在未来数百年是不可逆的，这为国际社会带来了全新的挑战，各个国家为此作出响应。2020年，习近平总书记指出：中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。中国目前正处于工业化和城镇化的快速发展阶段，城市群迅速崛起，城市群经济逐渐成为我国区域经济协调发展的重要方面[1]。在城市群经济快速发展的时期，油气消费巨大且供给持续紧张。基于过去的粗放型经济，油气利用效率低下，这导致气候变暖，生态环境持续退化；反过来，生态环境的恶化又严重影响经济发展和油气消费，长期加剧着油气、经济与环境三者之间的矛盾[2]。

“油气-经济-碳”系统是一个多要素、多层次和多重反馈的特殊复杂系统，其内部因素繁多，油气子系统、经济子系统、碳子系统等为基本要素[3]。现阶段，国内外学者虽然对油气、经济和碳分别进行了大量的研究，灰色模型[4]、环境库兹涅兹曲线[5,6]、多目标规划模型[7,8]、向量自回归模型[9]、STIRPAT模型[10]等模型被广泛使用。但以往研究通常基于全国及省域范围内，还未对多场景预测有过深入研究，更很少将城市群作为研究对象进行系统性分析。只基于历史数据，难以较真实地预测出未来社会发展动向，反之，在合理、长期的发展情境下，设定开展预测研究会更加逼近未来油气消耗、经济发展、碳排放的场景。系统动力学（SystemDynamics，SD）是一种量化系统反馈机理的方法，对于研究复杂系统的关联关系量化和系统的结构具有独特的优势，对此，可以采用系统动力学的方法对未来发展动向进行预测，提升研究的科学性。

成渝城市群是西部大开发的重要平台，是长江经济带的战略支撑，也是国家推进新型城镇化的重要示范区。成渝城市群处于全国“两横三纵”城市化战略格局中沿长江通道横轴和包昆通道纵轴的交汇地带，是全国重要的城镇化区域，具有承东启西、连接南北的区位优势。然而伴随着工业化和城市化的不断推进，成渝城市群同样面临气候变暖、油气资源消耗过大等诸多问题。在碳达峰背景下，成渝城市群必须充分考虑油气、经济和碳之间的联系，探究未来低碳经济发展的合理路径。因此，本文以成渝城市群为研究对象，运用系统动力学方法建立成渝城市群“油气-经济-碳”模型，对2022-2030年成渝城市群“油气-经济-碳”系统发展路径进行仿真，并对不同发展情景下该地区的油气消费、经济发展、碳排放情况进行预测，为成渝城市群实现碳达峰的低碳经济政策制定提供参考。

2研究方法、模型构建与数据来源

2.1研究方法

系统动力学（SD）是Forrester提出的研究系统反馈结构与行为的一门科学，紧密结合了系统科学理论与计算机仿真，常被应用于城市规划、企业研究、生态环保、科技管理等研究领域[11]。系统动力学模型的构建主要有5个步骤：①明确系统边界与系统结构；②确定系统变量；③绘制因果关系图；④绘制系统存量流量图；⑤确定变量之间的函数关系。

2.2模型构建

2.2.1系统边界与系统结构

根据《成渝城市群发展规划》，成渝城市群空间范围的最小组成单元为县级市，鉴于数据可获得性，本研究将系统的空间边界限定为包括成都、重庆在内的17个地级市。本研究将时间边界限定为2006-2030年，其中，2006-2021年为历史时段，2022-2030年为仿真预测时段。油气、经济、碳的关系受到环境、科技与社会等多方面因素影响，内部关系比较复杂。本文从碳达峰目标出发，充分考虑了三大产业、油气消费、社会、环境、科技等角度计算碳排放，探究油气-经济-碳的协调发展。模型包括油气、经济、碳3个内部子系统及环境、科技与社会3个外部子系统，如图1所示。

图1成渝城市群“油气-经济-碳”系统结构图

2.2.2因果关系图

在系统边界确定的基础上，结合“油气-经济-碳”系统自身的结构特点，建立“油气-经济-碳”系统因果关系图，如图2所示。

图2成渝城市群“油气-经济-碳”系统因果关系图

由图2可以看出以下主要反馈回路：

①GDP→科技投入→科技投入强度→单位GDP油气消费总量→油气消费总量→碳排放量→单位GDP碳排放量→GDP

②GDP→工业污染治理投入→工业污染物治理量→工业污染