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能量是城市生态系统最基本的代谢元素,任何经济活动都需要能量的驱动,即能量的流动、贮存与转换。因此,了解城市能量过程对于了解城市的动态机制、功能原理以及空间结构等具有重要作用。同时,近年来伴随着城市化进程的进一步加快和经济的高速发展,城市空间大规模拓展,人口急剧膨胀,与能量输入、输出有关的资源环境问题也越来越严重,对能量过程进行系统性研究,从根本上了解能量的投入、输送及其变化的驱动机理也成为当前探索和挖掘城市系统开源节流途径的迫切需求。 传统的能量研究多侧重于能量的输入、输出或者局部子过程的能量影响研究,缺乏全面、系统的能量流动过程与驱动机理研究;且大部分采用末端计量方式,仅关注经济活动所引发的直接能量消费,忽略由中间产品投入所引发的间接能量影响。鉴于此,本研究拟以北京市为例,借助于投入产出法分析方法与结构分解模型,对城市生态系统能量流动的时空过程及其驱动机理进行系统研究,主要包括: (1)基于投入产出过程从时、空两个维度对城市能量流进行系统核算,包括直接能量消费与间接能量消费,进而从本地投入、本地消费、总投入、总产出等多维视角对城市能量系统进行综合考量; (2)以投入产出表中的行业部门作为节点进行能量流动过程研究,对能量流动的网络关系进行探索,考察各个部门在能量网络中的地位和作用; (3)基于结构分解分析模型从能量利用效率、中间投入结构、需求规模、结构等方面对城市能量变动进行驱动机理研究,识别关键影响因素。 结果表明: (1)1987-2007年间,不管是基于本地投入、本地消费还是总投入/总产出视角,北京市能量总量和强度都呈现类似的发展态势,即能量总量增长快速,而且态势强劲;而能耗强度在1987-2007年间呈现下降趋势,但下降的速度逐渐减缓,尤其是“十一五”期间。这些现象说明,由产品消费升级所引发的间接能量消耗大量增长,能耗效率存在明显提升,但基于传统的城市节能措施所带来的能耗降低的空间正逐渐减小。另外,基于不同核算视角的能量消费与需求总量存在较大差异,且相互之间的差距逐渐拉大,表明北京市的城市功能逐渐由生产型转向消费型,对外部能量的依赖性正逐渐增加; (2)对能耗部门的分配结构及其能量网络关系进行分析发现,1987-2007年间,主要的能耗部门逐渐转向具有低直接能耗、高间接能耗特征的产业部门,如建筑业、服务业、电子通信设备制造业等,而且这些部门的影响力系数较高,具有较强的能耗下游传导作用,是实施消费源头控制的重要部门。总体上,能耗强度20年间呈现下降趋势,高体现能耗强度部门仍然集聚直接能耗水平较高的金属冶炼及压延加工业、石油加工炼焦及煤制品业、建材及非金属矿物制品业和化学工业等重化工部门和能量提供部门,而且这些部门作为重要的中间投入部门,感应度系数较大,具有很强的上游传导作用,从政策制定的角度来讲,实施基于能量消费强度的指标削减具有较好的节能减排效果; (3)结构解析的结果显示,1987-2007年间,需求规模和直接能耗强度是北京市能量总量变动的主要影响因素,而且两者的作用方向相反。但从变化趋势看,需求规模的扩张对能耗增长的正向促进影响效果日趋强劲,而能量消耗强度负向效应却日益减弱,另外中间投入产出结构的变化也正呈现促进能量消耗增长的态势发展。因此,未来减少消费、投资规模,优化中间能耗产品的投入结构是北京市节能减排的重要方向,但是考虑到不同部门的驱动因素不同,还应注重实行差异性管理。