2014年9月 Sep．2014 天津大学学报社会科学版 JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITYSOCIAL SCIENCES 第l6卷第5期 Vol_16 No．5 基于LMDI方法的中国民航业碳排放 因素的指数分解 陈其霆，陆晨婷，周德群 南京航空航天大学经济与管理学院，南京21 1 106 摘要2008年欧盟通过的将航空业纳入EUETS的提议草案，使得民航业的碳排放问题成为碳减排中的热点问 题之一。中国民航业在CO，总排放量占比虽小但是增长迅速，而欧盟的这一政策如果付诸实施将给中国民航业带 来一定的冲击。文章采用对数平均Divisia分解法建立中国民航业碳排放因素分解模型，定量分析了1985_2010 年间民航业运输总收入、航线结构、单位运输收入周转量、能源强度、CO 排放系数等五个因素对民航业CO 排放量 的影响。实证分析结果表明民航业CO，排放量上升主要由运输总收入的增长引起，单位运输收入周转量和能源 强度的下降则遏制了CO，排放量的上升。基于上述分析提出了中国民航业实现碳减排的应对策略和建议。 关键词民航业；碳排放；对数平均狄氏指数方法；指数分解分析 中图分类号X24 文献标志码A 文章编号10084339201405397-07 为了稳定气候变化，减少气候变化带来的破坏性 影响，到2050年需要把全球温室气体排放水平在 1990的基础上下降50％～80％IPCC，2007，这意味 经济中所有的行业都将面临着温室气体减排问题。而 航空业温室气体排放虽然占比较小但却增长迅速，航 空业的碳减排问题逐步成为业界和研究领域中的热点 问题之一。 许雅玺 2011通过研究发现，目前全球商用飞 机每年对全球气候变化的贡献约为3．5％，虽然航空 排放并非全球温室气体排放的主要贡献者，但自20世 纪90年代以来按照约4％的年发展速度进行增长，如 果继续按现有态势快速增长而不采取及时的减排措 施，那么未来几十年航空温室气体的排放可能会成为 全球气候变暖的重要推动者。 2008年7月9日，欧盟理事会2008年排放交易 指令以下简称2008年指令正式要求，自2012 年1月1 13起将航空业温室气体排放纳入EU．ETS。 欧盟排放权交易体系EUETS由欧盟于2005年建立 并启用，是目前最大的碳交易系统，是强制性减排市 场。届时，所有飞往、飞经、飞离欧盟成员国机场航班 全程的温室气体排放均需纳入EUETS，并且为其超出 收稿日期2013-05．13． 基金项目国家自然科学基金资助项目41071346 作者简介陈其霆1975一，男，副教授． 通迅作者陆晨婷，luchentinggmail．com． 免费排放配额的部分买单并交付罚款。从2012年1 月1 13到2012年12月31 13，航空公司获得的排放配 额相当于航空历史排放的97％；从2013年1月1日到 2013年12月31 Et则相当于航空历史排放的95％，航 空历史排放指各相关航空公司的相关航线在2004 2006年这三年的年排放平均数。 秦悦铭和陈其霆 2011指出对于中国民航业 而言，由于其起点低、增速快，欧盟2008年指令将航 空业纳入EU．ETS是一场无法回避的挑战。为保持甚 至提升中国航空业在欧盟市场的竞争力，为抑制航空 业对全球气候变暖现象的不利影响，中国民航业必须 降低CO，排放量。要达到这一目的，应对中国民航业 碳排放的相关影响因素进行分解分析，得出中国民航 业碳排放主要的影响因素以及其影响方向和程度，从 而为中国航空公司降低碳排放、成功应对欧盟新规则 提供一些借鉴。 一、文献回顾 1．国内外对民航业碳排放的研究现状 目前，国内外对民航业碳排放的研究主要为针对 398 天 津 大 学 学报 社会科学版 2014年9月 欧盟2008年指令新规则的对策研究，对民航业碳排 量总量的定量分析并不多。Sgouridis和Bonnefoy等 根据航空运输机动性、机票价格及航空公司盈利能力， 通过建立系统动力学模型，研究了技术水平的提升、运 行效率的提升、替代能源的使用、需求变动以及碳价格 市场化激励等五个因素对民航业碳排放总量的 影响。 中国更是缺乏对民航业碳排放因素分解模型的研 究，目前还未有相关文献发表。民航业碳排放主要发 生在飞机发动机燃烧燃料的过程。王泪娟 2010 提出，航空业碳排放量的计算主要采取物料衡算的方 式，即对航空飞行燃油消耗乘以排放指数进行估算。 由于民航业的特殊性，其燃油消耗和碳排放量受飞行 距离、风速、乘客及货物的总重量等变化因素影响，其 中航空燃料二氧化碳排放系数约为3．103．15吨二 氧化碳／吨燃料，具体系数跟燃料种类有关。 2．国内外对指数分解分析方法的研究 探寻合适的CO 减排途径需要对碳排放增长的驱 动因素进行定量化分析，而指数分解分析是研究这一 问题的最主要工具。指数分解分析Index Decomposi tion Analysis是指对某一研究对象总量变化的相关影 响因素进行分解，得出各个影响因素对研究对象的影 响效应，从而分析这些因素对总量变化的相对贡献，可 帮助了解研究对象总量变化的规律、原因等，并为相关 政策制定提供依据。 Ang 2004对指数分解分析方法进行了详细的 介绍，主要分为与拉氏指数相关的方法和与狄氏指数 相关的方法。并对能源分解分析的多种方法进行了对 比分析，得出结论对数平均狄氏指数方法the Loga rithmic Mean Divisia Index ，简称LMDI方法为 研究碳排放因素最合适的指数分解分析方法。 3．国内外对LMDI方法的应用 l9世纪90年代初，与狄氏指数相关的方法才得 到普及，经过20年的发展，国外对LMDI方法的运用 已相当广泛。Vinuya和DiFurio 2010运用LMDI 方法将美国各州CO，排放量增长的影响因素分解为 CO排放系数、能源结构、能源强度、人均生产总值、人 口五个因素，结果表明，能源效率的增长、能源消费总 量中化石燃料使用比例的降低、能源CO，排放系数的 降低都对抵消人均GDP增长对CO，排放量增长的影 响做出了贡献。Timilsina和Shrestha 7j2009研究了 1980--2005年间影响20个拉美以及加勒比地区国家 交通业CO，排放量增长的因素，主要结论为，经济增长 以及交通业能源强度的变化是影响交通业CO，排放量 增长的最主要因素。Schipper和Saenger 2011也 做了类似分析，将碳排放增长量的影响因素分解为能 源结构变化、运输方式转换、经济增长、CO 排放系数 以及人口总量。可见，国外已有大量文献将LMDI方 法应用于各领域CO，排放量增长的影响因素研究。 中国对LMDI方法的应用主要在2007年之后发 展起来，应用领域主要有碳排放驱动因素分解、能源消 费或能源强度等与能源相关的因素分解。2007至 2008年间发表的文献主要将LMDI方法应用于能源消 费或能源强度等方面的研究，直到2009年才大量出现 碳排放的LMD1分解应用，特别是2010年之后。 唐建荣等 2011、郭朝先 lo]2010分别对中 国的碳排放驱动因素进行了分解，认为经济规模总量 的扩张是中国碳排放增长的最主要因素，能源利用效 率的提高则是抑制碳排放增长最主要的因素。汪宏 韬 2010、孙志威等 12]2011、宋杰鲲_l 2012、 史安娜和李淼 i4j2011分别对上海市、天津市、山东 省、南京市的碳排放因素进行了分解，均认为能源强度 下降是碳排放增长的主要抑制因素；对于碳排放增加 的主导因素，则分别认为是经济规模、人均GDP、人均 财富和产业规模，虽然指标不同，但都表现了经济发展 程度。 国内与交通运输经济相关的LMDI方法的应用则 主要有张明和穆海林【 2010对中国特大城市客运 能源消耗的影响因素进行了分解分析，构建了适用于 定量分析城镇化水平提高、居民出行特征变化等因素 对中国特大城市客运交通能耗变化的影响的分解模 型。纪建悦和孔胶胶 2011对影响中国海洋交通 运输业碳排放量的关键因素进行了分析，并提出海洋 交通运输业减排的关键在于调整能源结构并加大能源 强度因素对碳排放量增加的抑制作用的观点。 当然，LMDI方法在国内其他领域也有相关应用， 主要是与能源相关的问题，比如李国璋和王双 J 2008对1995--2005年中国能源强度变动进行了区 域因素分解，王双英等 2011分析了中国石油消费 量变化的影响因素，岳婷和龙如银 1912010对江苏省 能源消费总量增长效应进行了分析。 二、模型建立及数据来源 1．中国民航业碳排放可能的影响因素的选择 中国民航业碳排放量可由民航业耗油量和能源 CO，排放系数计算得出。由于中国民航飞机能源主要 为航空煤油，因此航空业能源CO，排放系数为固定值。 因此，可根据各因素对民航业耗油量的影响来确定中 国民航业碳排放可能的影响因素。本文认为，对中国 第16卷第5期 陈其霆等基于LMDI方法的中国民航业碳排放因素的指数分解 -399． 民航业碳排放因素进行指数分解的各项可能的影响因 素有以下几方面。 1民航业运输收入，即民航业客运和货运收入 之和，不包括机场服务等收入； 2民航运输总周转量，是指反映运输量和运输 距离即旅客、货物、邮件在空中实现位移的综合性生产 指标，单位为吨公里； 3民航业耗油量。民航飞机能源主要为航空 煤油。 将以上影响因素按照指数分解分析IDA一般恒 等式的格式，遵循可解释性的原则进行排序组合，即可 得到中国民航业碳排放因素的指数分解分析恒等式。 2．基于LMDI方法的模型建立 令C为CO 排放总量；i为民航业部门分类，i1 时为国内航线，i2时为国际及地区航线；T为民航运 输总周转量；E为能源消耗量。 将以上影响因素遵循可解释性的原则进行排序组 合，可得指数分解分析IDA恒等式，即 c∑ c ∑ Q Qi Ti El Ci 1 令5 Qi，P ，R 等， 参，则 C∑ QS P R U 2 式中Q为民航业运输总收入；S 署为民航业航线结 构，即将民航业运输业务分为国内航线和国际及地区 航线两部分；P 为单位运输收入周转量，在从统 计到民航中，有每运输吨公里收入这一指标，单位运 输收入周转量即是每运输吨公里收入的倒数；R 1 为能源强度每吨公里油耗，在从统计到民航中， 有这一指标；U 为二氧化碳排放系数。由于民航 飞机能源主要为航空煤油，具体排放系数为3．15吨 CO，／吨燃料。 从t时刻到t1时刻，CO 排放总量从C ∑ Q 5 P尺 变化为C” Q t“P十1尺t 1 。 可得 D C／C DoDsDPDRDu 3 AC 一C AC0ACsACPACRACu 4 LMDI方法下，等式右边各个因素对CO排放总量 的影响分别为式5、式6。 LMDI乘法公式为 唧 n等] 唧 n ] 唧 n等] 唧 nR I1] D exP『Xiw L 式中，W C t“ 一c；／ 一C ／ ] In c t 一In c In C “一in Cc、 C LMDI的加法公式为 叫 叫 等 叫 ACⅣ∑ 式中M 5 6 3．数据来源 本文需要的数据为民航业CO，排放总量及各航线 排放量，民航业运输总收入及各航线运输收入，民航业 各航线运输总周转量，民航业各航线能源消耗量，航空 煤油CO 排放系数。其中，本文将中国民航业航线分 为两个部分，分别为国内航线和国际及地区航线，国际 及地区航线包括国际航线和中国港澳地区航线。 民航业运输总收入及各航线运输收入、民航业各 航线运输总周转量、民航业各航线能源消耗量均来自 从统计看民航，航空煤油CO排放系数则来自中 国能源统计年鉴，民航业CO 排放量可通过能源消耗 量和CO，排放系数计算得出。 其中，从统计看民航中只能得到民航业航空煤 油消耗总量，本文根据民航旅客及货邮周转总量中国 国内航线和国际及地区航线所占的比例进行计算得出 各航线航空煤油消耗量。 ～k 。一【 ／，●●＼一 天 津 大 学 学 报 社会科学版 2014年9月 三、计算结果及分析 1．LMDI模型计算结果 本文运用1985年至2010年的数据进行计算。 因为LMDI加法公式和乘法公式的计算结果能够 相互转化，没有必要同时使用两种方法的计算结果或 图表进行分析，本文仅使用LMDI乘法公式的计算结 果进行分析。 由于CO 排放系数为定值，因此D ，1和AC 0 恒成立，在图表中均略去。根据式3、式5，可得 LMDI乘法公式的计算结果，见表1。 表1 LMDI乘法公式计算结果 时间／年 Df D0 Ds Dp DR 1985一l986 1．18 1．38 1．01 O．88 0．97 19861987 1．24 1．43 1．O2 0．9O 0．95 1987--1988 1．02 1．34 1．O2 0．84 0．89 1988一l989 1．O2 1．O2 1．O3 O．85 1．15 19891990 1．18 1．56 1．00 0．78 0．97 1990--1991 1．12 1．37 1．oo 0．94 0．87 199ll992 1．28 1．41 1．01 0．94 O．96 19921993 1．25 1．30 1．oo 0．92 1．04 1993--1994 1．11 1．57 1．0o 0．73 O．98 19941995 1．15 1．26 1．00 0．97 0．94 1995--1996 1．11 1．16 1．O1 O．96 O．98 1996--1997 1．09 1．08 1．OO 1．oo 1．O1 19971998 1．15 O．90 1．0O 1．25 1．O8 1998--1999 1．03 1．11 1．00 O．98 0．90 1999_2000 1．28 1．1O 1．oo 1．O5 1．1O 2oo0_2o0l 1．O8 1．07 1．oo 1．O8 0．94 20o1-2002 1．12 1．48 1．00 0．79 0．96 2002_2003 1．01 0．97 1．OO 1．06 0．97 20o3_2004 l_3O 1．43 1．01 0．94 O．96 2OO4_2005 1．11 1．14 1．00 0．99 0．99 2005_2006 1．14 1．22 1．00 O．96 0．97 20o6-2oo7 1．13 1．17 1．0o 1．O2 0．95 20o7_2o08 1．04 1．O5 1．00 0，99 1．0l 2008_2009 1．12 1．02 O．98 1．14 0．99 2o09_2010 1．17 1．41 1．02 O．88 0．92 2．LMDI模型分解结果分析 由于本文所用数据年度跨度较大，因此，对表1中 数据进行图表分析时，根据数据变动的具体特征对数 据进行分组，以便于观察、分析从而得出结论。由于 1993--1994年、2001--2002年，民航业运输总收入对 碳排放量的影响与往年相比有较大增长，因此图1、图 2、图3以1993--1994年、2001--2002年为分界点。 第16卷第5期 陈其霆等基于LMDI方法的中国民航业碳排放因素的指数分解 401 1争 咖1 删 辎 1985--1986 1986--1987 l9871988 1988--1989 1989--1990 1990--1991 1991一l992 1992--1993 1993--1994 时间／年 图1 1985--1994年民航业CO排放各因素逐年效应贡献度 1993--1994 1994_一1995 l995一l996 l9961997 19971998 1998--1999 1999-一200o 2oo 一2OOl 2001--2oo2 时间／年 1．5O 1．40 l-3O 1．20 1．1O 1．oo 0．90 o．80 O．70 图2 1993--2002年民航业CO排放各因素逐年效应贡献度 2oo12002 20022oo3 2003--2004 2004--2005 2005--2006 20062007 20072oo8 2008--2009 20092010 时间／年 图3 2001--2010年民航业CO排放各因素逐年效应贡献度 综合图1～3，可得以下结论。 民航业运输总收入的增长对中国民航业CO排放 量的上升产生的影响最大，是中国民航业CO排放量 增长的决定性因素，即中国民航业CO排放量上升主 要是由民航业运输总收入的增长引起。运输总收入的 增长导致的CO排放累积效应为6．510加kg，超过了 可以观测到的4．610m kg的C0排放量。也就是 说，如果其他因素保持在1985年的水平，2010年的碳 排放量将会增加6．510mkg。1985--1994年，△cQ呈 波动上升趋势；1993--1998年，上升幅度逐渐变小直 ∞卯∞ ∞m∞∞∞ 1 l l l 1 1 1 O 0 O 嘲辎 402 天 津 大 学 学 报社会科学版 2014年9月 至为负，1998--2001年，AC 较为稳定；2001--2002 年，AC 突然上升为往年的6倍左右。2001--2002年 以前，AC 基本都在210 kg以下；2001--2002年以 后，AC 波动较大且无太大规律，其中有5个数据大于 510 kg，2009--2010年更是达到了1．510 kg。 可见，自2001--2002年起，民航业运输总收人的增长 引起的中国民航业CO排放的增长量较以前年度急剧 增长。 民航业航线结构对民航业CO，排放量的影响具有 不稳定性和不显著性，与其他几个因素相比影响接近 于零。但是累积影响在2008年以前均为正，2008 2009年航线结构的变化较为明显地抑制了民航业 CO 排放量的增长，2009--2010年则又有正面影响。 大多数年份中，单位运输收入周转量的下降是遏 制CO排放总量上升的主要因素。1985--1993年，总 体变化幅度不大，基本都在一2．210 kg至一5．4 10 kg之间，只有1989--1990年为一8．610 kg。 1993--1994年，单位运输收入周转量对CO，排放量的 抑制程度突然有较大幅度提升，为往年最大值的4倍 多。19941997年之间又恢复较小的抑制力度。 1997年之后，单位运输收入周转量对民航业CO，排放 总量的影响较为不稳定，且累积影响并无明显的上升 或下降趋势，在一2．310 kg和一8．410 kg之间 波动。 能源强度变化是抑制民航业CO排放总量上升的 另一因素，和单位运输收入周转量相比，抑制作用较为 不明显，但比较稳定。从累积影响可见，从2000年开 始，能源强度变化引起的CO 排放量的累积减少额呈 稳步上升趋势。经总结可得，能源强度下降对民航业 CO 排放量的影响为负，能源强度上升对民航业CO 排放量的影响为正。另外，目前中国民航业的能源种 类较为单一，能源强度的变化主要由现有能源的能源 效率变化产生。 四、中国民航业碳减排的对策建议 根据对中国民航业发展与碳排放现状以及基于 LMDI模型分解结果的分析，综合欧盟2008年指令 内容，本文对中国民航业进行碳减排从而成功应对欧 盟关于航空业纳入EU．ETS的新规则提出了以下7条 建议。 1准确计算耗油量、餐盒数量等，降低飞机起飞 时的重量。民航业CO 排放量取决于耗油量，飞机耗 油量的多少主要跟飞机起飞时的重量以及飞行距离有 关。因此，降低飞机起飞时的重量可降低民航业CO 排放量。首先可精确计算航线所需燃料，尽可能减少 燃料携带量；根据旅客数量携带餐盒；在保证安全性的 前提下对机身及座椅的材料进行选择，降低飞机本身 重量。另外，由于相对于机身重量而言乘客的重量很 小，中国航空公司应同时采用积极的营销手段提高客 座率。 2优化空中交通管制，提高飞行运行效率。降 低航线飞行距离可显著降低耗油量，从而降低民航业 CO 排放量。在空中交通管制方面，应利用先进的通 信、情报、导航和监控技术，提高对民航飞机的指挥能 力。要适时优化空域结构，缓解繁忙空域的飞行压力。 通过建设空中交通流量管理系统，提高空域的容纳能 力和航班飞行效率，实现对民航班机有效飞行管理，并 及时疏导空中交通拥挤状况，使空中航班有序、适量 运行。 3研发新能源，使用新型生物燃料。中国民航 业目前使用的能源主要为航空煤油，显而易见，使用新 型高效能、低碳排放系数的能源可对中国民航业碳排 放量产生显著的影响。目前，对于航空业新能源的开 发，已在进行可行性研究的主要是液化气燃料和生物 燃料 。 4坚持科技创新，提升民航飞机制造技术。这 是降低民航业碳排放量最重要的工作。一方面，要引 进国外先进环保机型，另一方面更要加大科研投入，通 过科技创新提升飞机制造技术。 5改变航空路径，合理规避欧盟EUETS管制区 域。中国的航空公司可采取部分航班从诸如中东等地 区转航的方式来缩短航线的距离，从而减少由于被纳 入欧盟排放交易体系所需缴纳的高额碳排放费。 7科学管理，合理利用碳交易市场。为应对欧 盟{2008年指令新规则，中国应当利用碳交易市场， 对碳资源进行合理分配和利用，这需要中国尽快建立 与国际接轨的碳交易市场。 参考文献 [1]许雅玺．低碳背景下的中国民航发展战略[J]．中国经贸 导刊，20112369-70． [2] 秦悦铭，陈其霆．欧盟航空业碳排放交易新规则研究综述 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draft proposal to include aviation industy into EUETS by EU in 2008 has further highlightedthe prob lem about the carbon emissions in civil aviation．Although China’s civil aviation does not account to much to the global greenhouse gas emissions，it has a high speed of development．Analyzing the different factors influencing the CO2 emissions of China’s civil aviation helps to seek reasonable measures to reduce earbon emissions of civil aviation．This thesis estab lished a decomposition model for the factors influencing the CO2 emissions of China’s civil aviationon the basis of concluding the status quo of CO2 emissions by using the Logarithmic Mean Divisia Index LMDI．Then the aulthor analyzed five factors the affecting CO2 emissions，including aChina Civil Aviation Markets’transport revenue；bthe air routes dis- tribution of China Civil Aviation Markets；eturn over volume every transport revenue；denergy intensity；eCoefficient of Carbon dioxide emission．The empirical results show that China Civil Aviation Markets’transport revenue should be re sponsible for the increasing trend of Civil aviation CO2 emissions，the air routes distributionimpacts turn out to be small， theenergy intensity and Coefficient of Carbon dioxide emission help to restrain the growth of CO2 emissions．Based on the a bove analysis and considering the status quo of CO2 emissions of China’s civil aviation and the EU 2008 Directive’s require ment，the thesis offered some references for China’s Civil Aviation to reduce carbon emissions from the technical aspects，e conomic measures and operational optimization． Keywordscivil aviation；carbon emissions；the logarithmic mean Divisia index LMDI；index decomposition analysis