论文摘要
城市部门结构调整引发的碳基能源代谢时空异构性是城市地域系统中矛盾最尖锐的人地关系之一，城市碳基能源代谢结构分异与演变机理分析是因地制宜解决该问题的重要基奠。以“城市产业结构调整如何引发碳基能源代谢变化”这一问题为核心，将城市碳基能源流与人流、经济流耦合叠置，通过界定碳基能源代谢核算范畴与边界来阐释自然系统与社会经济系统的反馈耦合边界；通过分析城市部门碳基能源代谢结构分异来阐释社会经济子系统中人流、经济流与自然子系统中碳基能源流耦合叠置的相互联系特点；通过分析不同空间人流、经济流的碳基能源代谢结构与格局来阐释城市地域系统的人地耦合的空间相关性与分异性；通过分析结构、空间、时间维度碳基能源代谢的驱动机制来阐释城市地域系统人地相互作用的机理。总体上构建碳基能源代谢的结构-格局-过程（碳锥）三维分析框架，借鉴城市空间结构、产业结构、空间分析等方面的计量方法，建立城市碳锥分析模型，以北京市为典型案例，研究人口变化、产业调整引起的城市碳基能源代谢结构分异、空间变化及演变机理，得出以下结论：（1）基于空间要素流的城市碳基能源代谢分类有助于增加碳排放核算的规范性和可比性。基于地理边界、足迹区和地理边界+的碳基能源代谢核算既能描述生产过程的碳排放，又能刻画产业链过程的碳排放，可进一步增强产业与能源结构调整、消费模式转变所导致的碳排放核算的规范性和可比性，有助于制定更有操作性的碳减排约束政策。不同边界与范畴下的碳基能源代谢核算能描述了不同程度的人地关系紧张程度，三种核算方法从不同层面揭示了城市社会经济发展的碳基能源代谢特点。（2）城市碳基能源代谢结构-格局-过程分析框架（碳锥概念模型）多层面和多尺度揭示了城市碳基能源代谢的演变特点。通过城市碳基能源代谢结构的进一步分解，突破了仅从部门产值结构进行分析的局限性，突出了对外服务结构和关联网络结构以及空间结构在理解城市碳基能源代谢方面的开放性和复杂性，可在明确碳减排关键部门的基础上能够进一步阐释城市之间的碳减排关联和定位碳减排敏感部门，还能进一步呈现城市碳基能源代谢的地域网络、圈层模式以及空间集聚分散的分异过程，进而多尺度和多层面展示了城市碳基能源代谢的开放性、复杂性和动态性。（3）城市碳基能源代谢结构-格局-过程集成模型（碳锥分析模型）多维度测度了碳基能源代谢结构，综合阐释了碳基能源代谢演变规律。将人流、经济（产业）流与碳基能源流进行耦合叠置，以及与改进的EIO-LCA模型、空间分析模型进行综合集成而构建的城市碳锥分析模型，可有效整合基于产业的结构分异和基于人口集散的空间分异分析方法，并使其能够对城市碳基代谢进行多维测度，有助于从初始投入结构、最终需求结构、最终产出结构层面综合解释碳基能源代谢演变机制。（4）北京市部门、对外服务、产业关联的碳基能源代谢结构变化分别具有阶段性-部门性、交替演变性、生产过程与产业异位性的特点。北京市碳基能源代谢总量与强度呈现不同的部门特点，并依工业行业类型及碳排放量而存在位序-规模分布和倒U型分布等分布模式。对外服务碳基能源代谢潜力“退二进三”的产业变化趋向明显，对外服务碳基能源代谢能力呈现行业波动增长的状态，城市对外服务所带来的经济增长效益低于所带来的资源压力与环境影响。碳基能源代谢关联程度高的部门碳排放变化波动大，关联程度低的部门变化相对平稳；高直接碳排部门的隐含碳排放并不一定高，直接碳排放相对较低的部门隐含碳排放可能居高不下。（5）北京市碳基能源代谢存在明显的圈层结构。空间等级结构整体上表现为核心-外围模式，但网络结构的雏形已经显现，且碳排放中心与人口、经济中心错位，功能地域结构呈现为圈层结构上的斑块化，圈层之间受产业异质性冲击而形成新的代谢类型。各区县根据不同的代谢特点可分为4种碳基能源代谢区域，因地域分工变化而表现出不同的演变规律与地域组合。街区碳基能源代谢的空间增长模式属于人口规模驱动型发展（扩散式1型、集聚式2型），中心区与外围区交接地带可能存在高能耗产业驱动的代谢模式（极化式2型、扩散式2型）。（6）北京市碳基能源代谢与经济增长存在长期均衡关系，产业投入产出结构从多层面影响碳基能源代谢变化。城市、部门经济发展与其碳基能源代谢变化表现为总体上的直线型与农业、工业部门的倒U型演变态势，但工业分行业的扩张性负脱钩及扩张性耦合则进一步表明经济发展速度总体上要高于碳排放增长速度，进而说明初始要素投入结构、最终消费结构、最终需求结构变化对碳排放增加的比较突出。本研究的主要贡献为：（1）基于空间要素流视角提出地理边界、足迹区、地理边界+的碳基能源代谢核算方法体系，能够弥补已有研究中基于生产和消费碳排放核算方法中存在的重要缺陷，有助于揭示社会经济发展对资源耗竭与环境变化的影响。（2）城市碳基能源代谢结构的多维分解及其城市碳锥分析模型的构建，以及对城市碳基能源代谢产业结构、空间结构、关联网络结构和时间演变的有效测度，在很大程度上突破了单一产业碳排放结构分析的局限，不仅有助于揭示城市碳基能源代谢的开放性、复杂性和动态性，而且有助于进一步阐释城市、部门经济发展与碳基能源代谢变化的复杂关系，还能为制定因时因地的碳减排约束政策提供理论依据。