CCRL  >> Vol. 7 No. 1 (January 2018)

    太原城市客运交通碳排放
    Carbon Emission of Urban Passenger Traffic in Taiyuan, China

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作者:  

袁瑞强,杨向龙:山西大学环境与资源学院,山西 太原;
王 鹏:江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室,江西 南昌

关键词:
城市客运交通(UPT)碳排放低碳交通太原市“煤-电-车”战略Urban Passenger Traffic (UPT) Carbon Emission Low-Carbon Transportation Taiyuan The “Coal-Electricity-Vehicle” Development Strategy

摘要:

基于统计数据,利用IPCC2006“自下而上”方法研究了太原市2000~2014年城市客运交通(UPT)碳排放发展规律,评估了“煤-电-车”战略的减排意义。太原UPT发展最突出的变化是私人汽车数量呈指数型增长,而公共交通的发展十分缓慢。太原UPT碳排放量年均增长约11%,2014年达417.5万吨。2006年后碳排放增长加速,人均UPT碳排放增速达63 kg CO2/(人•a),单位道路面积UPT碳排放增速8 kg CO2/(m2•a)。私人汽车和经营性民用车是主要的UPT排放源,共占2014年UPT排放量的90.4%。私人汽车碳排放量以22.7%/a的速度增长,自2011年起取代经营性民用车成为最大的UPT碳排放源。公共交通服务能力有限且居民购买力显著增长促使私人汽车超高速增长,这是UPT碳排放量自2006年加速增长的主要原因。太原UPT碳排放发展符合库兹涅茨曲线规律,随GDP继续增长将进入增速趋缓阶段。若“煤-电-车”战略实施,以2014年为基准的碳减排达37%,单位GDP碳排放相对2005年下降48.8%,效果明显。但是不能实现2030年减排60%~65%的目标。使用更加清洁的能源降低煤电比重是实现UPT低碳发展的能源战略。

Based on the statistical data, the CO2 emission of urban passenger traffic (UPT) was studied for the period from 2000 to 2014 in Taiyuan using the so-called “down-up” method of IPCC2006. Furthermore, the “coal-electricity-vehicle” development strategy was evaluated. The most significant changes of the UPT were the exponential growth of private vehicles and the very slow development of public transport service. The average annual growth rate of the CO2 emission from UPT was 11% with a total of 4.175 × 106 t in 2014. Since 2006, the growth was accelerated. The CO2 emission per capital from UPT increased 63 kg CO2/a after 2006. And the emission of road area average augmented 8 kg CO2/(m2•a). The CO2 emissions of private vehicles and business vehicles dominated the emission of UPT accounting for 90.4% of the total in 2014. The emissions of private vehicles increased by 22.7%/a during 2000 to 2014, which resulted in a shift of the biggest carbon source of UPT from business vehicles to private vehicles in 2011. The limited public transport service ability and the evident rise of purchasing power of residents promoted the burst of private vehicles that was considered as the major reasons for the accelerated emission of UPT since 2006. The development of UPT CO2 emission follows the rule of Kuznets Curve. It is suggested that a decrease of the growth rate of the emission will occur in a near future with the increasing of GDP. If the strategy of “coal-electricity-vehicle” set in, the UPT CO2 emission would decrease by 37% and the emission of unit GDP would reduce by 48.8% in 2014. However, that doesn’t hit the target of 2030 emission reduction (60%~65%). Employing clean energy and reducing usage of coal power should be the appropriate way to achieve low-carbon transportation.

1. 引言

1979年第一次气候大会召开,CO2浓度增加导致全球升温成为共识,气候变化成为国际社会关注的问题。据估算,在过去的150年里全球平均气温上升0.6℃ [1] 。研究表明,人类活动排放的CO2增加是造成全球变暖的主要原因。2015年巴黎大会签订《巴黎协议》,各国达成具有法律效力的后2020年减排协议,以“自主贡献”的方式应对气候变化。全球将尽快实现温室气体排放达到峰值,实现温室气体净零排放。

我国的CO2排放量占世界的四分之一,是最大的碳排放国 [2] 。我国的态度很大程度上决定了全球气候问题的解决。从2004年开始,我国着手在北部和东部沿海地区推广、兴建风力发电厂。2005年2月,在第十届全国人民代表大会第十四次会议上通过了《中华人民共和国可再生能源法》,明确了开发可再生能源 [3] 。2008年11月,联合国和中国发改委成立了一个政府间机构,以帮助发展中国家应对气候变化 [4] 。2009年11月26日,我国首次公布温室气体排放行动目标:2020年单位GDP碳减排下降40%~45% [5] 。2010年7月,中国分批在6个省、36个城市开展低碳省区和低碳城市试点。2015年11月30日,巴黎大会上中国承诺2030年中国单位GDP的CO2排放比2005年下降60%~65%,CO2排放达到峰值且将努力早日达峰值。这一系列举措表明我国积极承担碳减排责任,用行动实现碳减排的决心。

在社会发展中,交通承载着资源的流动与配置 [6] 。随着经济快速发展,社会对交通运输需求不断增加,交通运输领域的能源消费呈现快速增长态势,成为能源消耗最密集的领域之一 [7] 。CO2被作为道路交通温室气体最主要的排放物 [8] 。据统计,交通运输产生的CO2排放占全球温室气体排放的30%以上 [9] 。根据中国能源统计年鉴,2000年我国交通运输部门能源消费量为11,241.59万吨标准煤,到2010年翻一番达到26,068.47万吨标准煤,占我国能源消费总量的比例由7.72%上升至8.02% [10] 。能源消耗的增长将导致交通运输业碳排放增长。构建以低碳、环保、绿色、低耗、高效、安全为特征的低碳交通发展模式是我国未来城市交通发展的必然选择。

山西省是中国第一产煤大省,形成了以煤炭为经济支柱的产业链。在国家经济新常态与发展新能源政策实施的背景下,山西身处困境正积极寻求转型路径。近来,山西省政府提出了“煤-电-车”战略,旨在破解煤炭产能过剩,推动减排。该战略被认为是山西经济转型的紧迫任务,是经济可持续发展之路。作为我国重要的重工业城市,太原市近年来城市客运交通发展迅速,率先实施“煤-电-车”战略,成为国内城市交通发展的典型代表之一。本研究回顾了太原市客运交通发展,测算并讨论了客运交通碳排放及其变化规律,为我国城市绿色低碳交通发展提供科学依据。

2. 研究方案

2.1. 研究方法

根据《IPCC 2006国家温室气体清单指南》城市客运交通CO2排放属于移动源排放,移动排放源的计算方法分为两类 [11] 。第一类,“自上而下”法。根据各种交通方式燃料的总消耗量乘以对应燃料的CO2排放系数得到排放量。第二类,“自下而上”法。根据各种交通工具的实际保有量、行车里程、燃油效率以及燃料的CO2排放系数等计算CO2排放量。前者是从总体上进行计算,不能对城市交通内部结构进行分析。后者是从不同交通方式入手进行分别核算,有针对性的提出减排对策 [12] 。本文采用“自下而上”的方法讨论太原市客运交通CO2排放问题,计算公式如:

A i = B i × C i × D i × E i (1)

上式中i代表交通工具的类型;A代表CO2排放量,kg;B代表交通工具的保有量,辆;C代表年行驶里程,km;D代表能源利用效率;E代表燃料的CO2排放系数。

城市交通一般由城市客运交通(UPT)和货运交通两部分组成。UPT是城市交通的主要部分 [13] 。UPT包括城市公共交通、出租车和民用汽车三部分。城市公共交通方式包括:城市公交车、轨道交通(地铁)和公共自行车等,民用汽车主要包括私人汽车、经营性民用汽车。目前,太原市的UPT主要由城市公交、民用汽车、出租车与和公共自行车构成。本文选取出租车、公交车、民用汽车作为研究对象,构建了太原市UPT碳排放计算模型。

2.2. 数据和参数

本研究需要的数据包括车辆年保有量、年行驶里程、能源利用效率等,以及不同能源的CO2排放因子、净热值等。根据《太原市统计年鉴》、《太原市交通年鉴》等获得太原市2000~2014年出租车、公交车保有量以及相应的里程。民用汽车行驶里程没有明确统计数据,本文采用李永芳等的成果 [14] 。各交通方式能源使用效率如表1所示。公交车燃油效率采用《太原市统计年鉴》的数据,其余数据采用前人成果 [15] [16] [17] 的平均值。不同燃料对应的CO2排放系数如表2所示。CO2排放系数采用IPCC缺省值与前人成果 [18] [19] [20] [21] 的平均值。

3. 太原市客运交通发展分析

2000年太原市公交车为1200辆,到2009年快速增长到1887辆;其中运营线路长度也从2000年781公里,增长到2009年1960公里(图1)。此后太原市对城市交通规划调整,2010年开始快速增长。截止到

Table 1. Energy efficiency of the various modes of transport

表1. 各交通方式能源使用效率

Table 2. CO2 emission factors for each fuel type

表2. 各燃料类型CO2排放系数

Figure 1. The number of buses in Taiyuan and operating mileage during 2000 to 2014

图1. 太原市2000~2014年公交车数量及运营线路长度

2014年年末,太原市公交车数量达到了3071辆,年均增长率约为7.0%,运营线路长度也增加到了4080公里,年均增长率为29.8%,每万人拥有量达到了10.2标台 [22] 。太原市公交车燃料构成多样,包括汽油车、柴油车、电车、双燃料汽车(天然气为主)和天然气汽车。

2000~2008年太原市的出租车数量基本保持不变,约为8300辆。到了2008年7月陆续进入报废期,之后出租车数量有了一定增加,稳定在8719辆。2006年以前出租车都是以汽油为燃料,之后进行“油改气”,燃气(天然气)出租车的比重逐渐加大。2015年太原市的出租车再次更新,现已全部更换为纯电动出租车。

民用汽车从2000年的127,676辆,以每年21%的增速增加到了2014年的1,015,786辆。其中私人汽车从2000年的50,172辆,增加到2014年的878,199辆,增速高达22.7%,远超公交车和出租车(图2)。经营性民用汽车从2000年的77,504辆,增加到2014年的137,587辆,年均增长率仅为4.2%。居民收入水平与出行特征紧密相关(郭思慧等,2017)。2000年以来太原市GDP持续增长,2014年太原市GDP超过了2500亿,年均增速为13.2% (图3);人均GDP为59,023元,年平均增速超过10%。私人汽车数量与GDP和人均GDP呈显著正相关(r > 0.9)。同时,私人汽车平均价格和人均GDP的相关系数为−0.93 (表3)。可见,经济的发展和人们购买力的持续增长推动了私人汽车数量持续快速增长。

随着经济社会的持续高速发展,太原市UPT相应快速发展。一方面表现为数量高速增长。另一方面表现为能源类型多样化,更加清洁的能源的比重在加大。其中,私人汽车的增长速度大大超过公交车和

Figure 2. The number of civilian and private vehicles in Taiyuan from 2000 to 2014

图2. 太原市2000~2014年民用汽车与私人汽车数量

Figure 3. GDP and per capita GDP of Taiyuan from 2000 to 2014

图3. 太原市2000~2014年GDP与人均GDP

Table 3. Relevance of GDP and per capita GDP and private car in Taiyuan

表3. 太原市GDP、人均GDP与私人汽车数量相关性

注:**在0.01水平上显著(2-tailed)。

出租车显得十分突出。城市快速发展,公共交通需求高速增长,然而公交服务能力增长速度和服务水平均不能满足其需求。尤其是受到政策约束,出租车的阶段性、小幅度增长模式明显与UPT需求的发展规律不匹配。这一定程度上刺激了私人汽车高速增长,使得公共交通的出行比例较低。

为了适应UPT发展需求,促进低碳出行,太原市自2012年下半年开通公共自行车服务系统。到2015年末,累计投放自行车4.1万辆,日租骑量最高达56.85万人次,累计骑行量达4.45亿人次,多项数据居全国第一 [22] 。然而,公共自行车服务系统仅是UPT“最后一公里”的补充,难以在根本上改变人们的出行方式。因此,其对私人汽车增长的影响十分微弱。

4. 太原市客运交通碳排放的总量分析

估算结果表明,2014年太原市UPT碳排放总量为417.5万吨。2000年到2014年太原市UPT碳排放量年均增长率约为11% (图4)。太原市交通碳排放总量增长自2006年开始显示出加速趋势。

GDP与太原市UPT碳排放量显著正相关(r = 0.96),人均GDP与其相关性也达到了0.92,显示出随着经济发展UPT碳排放量将增加。库兹涅茨曲线理论表明:随着人均收入增加环境污染程度由低趋高;当人均收入达到一定水平后,环境污染程度将由高趋低。库兹涅茨倒U型曲线拟合结果表明,目前太原市人均UPT碳排放处于库兹涅茨曲线左支的快速增长阶段(图5);随着太原市人均GDP持续增长,未来一段时期内人均UPT碳排放仍将呈现增长,但是增长速度将逐渐放缓。

UPT单位道路面积碳排放量的增减是由道路面积与碳排放量的变化引起。自2006年起太原市UPT单位道路面积碳排放量增高趋势明显(图6),增速约8 kg CO2/(m2·a)。2000年到2014年太原市UPT人均碳排放量处于持续增长中,平均值为343 kg CO2/(人·a)。2006年其增速明显加快,约为之前的4倍,达到63 kg CO2/(人·a)。

选取GDP、公交车数量、私人汽车数量、经营性民用车数量、出租车数量等五个指标进行回归分析(SPSS V22.0),得到回归方程如下:

Y = 101.227 + 0.001 X 1 + 0.01 X 2 + 0.016 X 3 + 0.005 X 4 + 2.624 E - 6 X 5 (2)

式中:Y为太原UPT碳排放量(单位:万吨);X1为私人汽车数量(单位:辆);X2为经营性民用车数量(单位:辆);X3为出租车数量(单位:辆);X4为公交车数量(单位:辆);X5为GDP(单位:万元)。拟合优度检验:修正的可决系数为0.991,表明模型对样本的拟合良好。F检验:给定显著性水平95%,得到F = 307.11,大于临界值,说明回归方程显著。t检验:给定显著性水平95%,X1和X2的P = 0.001 < 0.05 (表4),表明私人汽车和经营性民用车的数量对太原市UPT碳排放总量影响显著。

5. 太原市客运交通碳排放的结构分析

太原市2000~2014年不同UPT方式碳排放量由高到低依次为:民用汽车(包括经营性民用车、私人汽车)、出租车、公交车(图4)。2000年以来,民用汽车一直是占比最大、增速最快的UPT碳排放源,平均占比高达88 ± 2%。民用汽车中私人汽车的高速发展十分突出(图7)。2000年,民用车碳排放量为82.9

Figure 4. Results of CO2 emissions from urban passenger transport in Taiyuan from 2000 to 2014

图4. 太原市2000~2014年客运交通CO2排放量核算结果

Figure 5. Kuznets Curve for carbon emissions from urban passenger traffic in Taiyuan

图5. 太原市客运交通碳排放库兹涅茨曲线

Figure 6. CO2 emissions per unit area and passenger traffic in Taiyuan from 2000 to 2014

图6. 太原市2000~2014年单位道路面积与人均客运交通CO2排放量

Table 4. Regression estimates of CO2 emissions from passenger transport in Taiyuan

表4. 太原市客运交通CO2排放的回归估计

Figure 7. Structure of CO2 emissions from civilian vehicles

图7. 民用车CO2排放结构图

Figure 8. Carbon emissions and their share of transport in Taiyuan from 2000 to 2014

图8. 太原市2000~2014年各交通方式碳排放量及其占比

万吨;2014年,其排放量已经达到了367.1万吨。其中,私人汽车CO2排放量从2000年的15.3万吨,以年均22.7%的增速增加到2014年的267.9万吨;而经营性民用车CO2排放量从2000年67.6万吨增加到2003年的118.2万吨后进入围绕110万吨/年的波动阶段。从城市UPT碳排放总占比看,私人汽车碳排放占比持续上升,经营性民用汽车碳排放持续下降(图8)。2010年以后私人汽车反超经营性民用车成为最大的CO2排放源。

2000~2014年,出租车碳排放量维持缓慢增长,由2000年的12.1万吨增加到2014年的22.3万吨,然而占比却从2000年的13%降到2014年的5%,平均占比仅为8 ± 2% (图8)。一方面,这是由出租车的数量相对稳定造成的。另一方面,出租车能源类型逐渐向清洁化过渡。2006年开始实施油改气,到2014年全部实现油改气。期间,虽然车辆数增加了5%,但排放量却降低了3%。太原市从2015年开始进行出租车电动化换代,并于2016年成为国内首个实现出租车完全电动化的城市,实现减排2.3万吨。

2000~2014年,公交车碳排放量逐渐增长,其占比由2000年的2%持续增加到2014年的7%,平均占比仅为3 ± 2% (图8)。虽然公交车数量和运营线路长度持续增长,但是公交车排放量在UPT碳排放总量中的占比却保持在低位。其主要原因是太原市公交车能源类型构成多样,近年来逐渐以相对清洁能源车型为主。太原市公交车主要由双燃料车、柴油车、汽油车、天然气车、无轨电车构成。近几年太原市公交柴油车、汽油车数量均在减少,而相对低碳环保的双燃料车、天然气车、电车等数量在不断的增长。

随着我国GDP和人均GDP持续高速增长,居民收入增加,私人汽车数量呈指数增加。2000年我国乘用车市场年销量为208万辆,到2009年突1000万辆,2013年飙升至2198万辆。目前我国已成为全球第一大乘用车消费市场。同时,由于公共交通发展不能满足UPT发展的需要,使人们的出行方式更加依赖自驾车出行。因此,私人汽车数量增长是导致UPT碳排放量迅速增加的主要原因。

6. 与其他城市比较

研究表明,2000年来太原市城市UPT碳排放量整体呈现快速增长,民用汽车数量的快速增长是造成UPT碳排放快速增长的主要因素,平均占比为88%,这与郑州 [23] 和西安 [24] 的情况类似。太原市城市UPT碳排放量在2006年前为平稳增长期,之后为加速增长期。同样地,郑州市2001~2004年UPT碳排放相对平缓,2005~2010年增长加快。结构上,太原市UPT碳排放顺序为:民用车 > 出租车 > 公交车,与西安 [24] 和德黑兰 [25] 的结果(私人汽车 > 公交车 > 出租车)类似。在公交车和出租车碳排放结果的不同,主要原因是太原市公交车能源多样且已趋向于清洁化。

7. “煤-电-车”战略的减排意义

2016年12月山西省政府公布了《山西省“十三五”综合能源发展规划》,将重点建设晋北、晋中、晋东三大煤电基地,做大做强煤电支柱产业。“煤-电-车”战略将成为“十三五”发展的重点。在不考虑更新成本、技术进步、配套设施建设等实际可行性的前提下,以2014年为基准将现有的UPT全部实现电动化后,出租车可减排2.3万吨,减排效率为14.6%,民用汽车可以减排155.6万吨,减排效率为40%,减排效果明显。然而,公交车纯电动化后则会增排1.03万吨。其原因是目前太原市公交车大部分使用天然气,燃料结构相对清洁。整体上,太原UPT在“煤-电-车”战略下电动化后减排效率可达37%。同时,电动化后单位GDP碳排放相对于2005年下降48.8%,可以达到我国承诺的2020年单位GDP相对2005年下降40%~45%的目标,但还达不到2030年单位GDP相对2005年减排60%~65%的目标。长远来看,基于煤电的“煤-电-车”战略减排效能有限,而使用更加清洁的能源来降低煤电比重 [26] 是太原市UPT实现低碳化的方向。“十三五”期间清洁低碳能源应是能源供应增量的主体。

8. 结论

本文基于官方统计数据,利用IPCC2006自下而上方法评估了太原市城市客运交通(UPT)碳排放,着重分析了2000~2014年UPT碳排放量和排放结构的变化规律,讨论了“煤-电-车”战略的减排意义。受数据的限制,文本并未将近两年才出现的“共享单车”和“共享汽车”等作为讨论内容。主要结论如下:

1) 2000~2014年太原市UPT处于高速发展阶段。公交车数量和运营里程显著增加,出租车数量小幅度增加。最突出的变化是2006年以来私人汽车数量呈指数型增长。然而,公共交通的快速发展仍不能满足UPT需求的发展。出租车的发展模式与公共交通需求发展规律不匹配,可能是催生共享汽车、网约车等补充UPT方式的一个重要原因。

2) 2000~2014年太原市UPT碳排放量年均增长约11%,到2014年达417.5万吨。自2006年起太原市UPT碳排放量增长进入加速阶段。人均UPT碳排放量增速在2006年之后达到63 kg CO2/(人·a),为之前的4倍。单位道路面积UPT碳排放量以约8 kg CO2/(m2·a)速度增长。私人汽车数量增长是导致UPT碳排放量迅速增加的主要原因。

3) 2000~2014年私人汽车碳排放量增速最快,对城市UPT碳排放量变化的影响最大。私人汽车在2010年后超过经营性民用车成为太原市UPT中最大的碳排放源。公共交通(出租车和公交车)发展落后于交通需求,其碳排放占比仅10%左右。公共自行车系统仅发挥了补充作用,目前对居民出行方式及UPT碳排放的影响不明显。在建的地铁有望对提高公共交通碳排放占比,降低UPT总碳排放量发挥重要作用。

4) 太原市UPT碳排放量发展符合库兹涅茨曲线规律。UPT碳排放量与GDP和人均GDP显著正相关。太原市UPT碳排放还将处于增长阶段,但是随着GDP增长将进入增速趋缓阶段。

5) 基于煤电的“煤-电-车”战略减排效果明显,但不能满足2030年的减排目标。使用更加清洁的能源降低煤电比重是太原市UPT低碳化的途径。

基金项目

本研究获得国家自然科学基金项目(41301033)资助。

文章引用:
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