價格調控策略對城市道路交通減污降碳協同增效影響研究

賈書偉　高宇陽　郭鈺瑩　馬浩毅　李堯

摘要：在碳達峰目標導向下，城市道路交通減污降碳的協同增效策略研究已成為國家的緊迫任務。文章引入價格調控型策略，構建道路交通減污降碳的系統動力學模型。通過動態仿真，揭示中長期隱藏的負效應，發現：機動車污染收費通過三個途徑（降低機動車出行吸引度、抑制機動車增長吸引度、增加公共交通的投資）來實現減污降碳目的；罰款和補貼政策分別通過降低機動車非法出行量和提升公共交通供給水平來促進道路交通減污降碳的治理；疊加效應將引發一系列副作用：加劇交通擁堵程度、抑制機動車減污和降碳的協同治理、增加健康風險及安全隱患。

關鍵詞：減污降碳；系統動力學；協同增效；價格調控；疊加效應

中圖分類號：X22 文獻標志碼：A

前言

有研究表明：公路運輸約占全球二氧化碳排放總量的18%?！吨袊苿釉喘h境管理年報2023》顯示：2022年，機動車CO、HC、NOx及顆粒物PM排放量分別為743.0萬噸、191.2萬噸、526.7萬噸、5.3萬噸。因此，城市道路交通污染物與二氧化碳減排（簡稱“減污降碳”）的協同控制已成為中國的緊迫任務。

20世紀初，英國采用交通擁堵收費政策來評估倫敦市CO2、NOx、顆粒物PM10的減排力度，隨后，該政策不斷被改進。例如，采用激勵措施能夠影響公交車駕駛員行為，降低交通污染物與CO：排放量。在國內，生態環境部環境與經濟研究中心的研究團隊發現：強化低碳情景能夠在一定程度上推進CO2達峰的進程，這為協同模式的設計提供了理論依據。另外，國內研究者們也探討了空氣污染的危害性，如空氣污染導致的人口遷移和過早死亡，研究者們還從碳排放影響因素分解、減污降碳協同增效的組合策略等視角深入探究了污染治理策略。

綜上可知CO2與污染物的減排需要協同控制，為此，文章遵循政策協同、治理路徑協同、對象協同的原則，構建一種包含環境、交通、經濟、社會、健康子系統的城市道路交通減污降碳系統動力學模型。通過動態仿真，探究減污降碳協同增效的優化模式，助力中國交通行業“雙碳”目標的順利實現。

1 城市道路交通減污降碳系統動力學模型的構建

國家重點研發計劃項目首席專家杜慧濱教授及其研究團隊發現公路、鐵路、水路運輸、航空等交通運輸部門中，公路運輸部門的CO2排放總量急劇上升，成為交通運輸行業CO2排放最大的子部門。在城市化進程的快速推進及居民生活需求的不斷提升等因素疊加下，加劇了機動車保有量的攀升速度，致使CO2排放總量仍持續上升，交通污染物所帶來的挑戰也愈發嚴峻。因此，如何優化減污降碳的協同增效策略，實現更大程度的“增效”，是一個重要而又緊迫的研究問題。

在此背景下，根據減污與降碳協同機理的分析，以北京市為例，可構建一種城市道路交通減污降碳系統動力學模型，其中交通-社會-健康子系統模型見圖1，能源一環境子系統模型見圖2。

1.1 交通-社會-健康子系統

在交通-社會-健康子系統流圖中，關鍵變量包括城市GDP總量、道路生態承載力、城市道路面積、死亡人口的生命價值、機動車出行量、機動車非法出行量、健康影響指數等。

中型客車擁有量增長率=WITH LOOKUP（Time，（[（2011，-0.2）-（2030，0.1）]，（2011，0.0398），（2012，0.0075），（2013，-0.0158），（2014，-0.0104），（2015，-0.18），（2016，-0.0453），（2017，-0.0341），（2018，-0.0504），（2019，0.0159），（2020，0），（2021，0），（2022，0.00017），（2023，0.000183），（2024，0.00017），（2025，0.00017），（2026，0.000183），（2027，0.00017），（2028，0.00017），（2029，0.000183），（2030，0.00017）））。

類似的方法可計算其它車型擁有量增長率。

1.2 能源-環境子系統

在能源-環境子系統中，減污方面的關鍵變量包括機動車CO/HC/NOx/PM污染程度、空氣污染程度等。其中，空氣污染程度由機動車CO、HC、NOx和PM污染程度共同確定；機動車CO/HC／NOx/PM污染程度則由大、中、小、微型客車CO/HC/NOx/PM污染程度，以及重、中、輕、微型貨車CO/HC/NOx／PM污染程度共同確定。進而得到：中型客車CO污染程度。

同樣的方法，可計算其它七類車型的CO、HC、NOx和PM污染程度。

降碳和節能方面的關鍵變量包括大／中／?。⑿涂蛙嘋O2排放量、重／中／輕／微型貨車CO2排放量、機動車CO2排放總量、大／中／?。⑿涂蛙嚹茉聪目偭?、重／中／輕／微型貨車能源消耗總量等。其中，機動車CO2排放總量由8種車型的CO2排放量共同決定；載客（載貨）汽車能源消耗總量的確定方法與之類似。

2 城市道路交通減污降碳協同增效模式的優選

2.1 情景方案的設計

2.2 城市道路交通減污降碳協同模式的三重對比

2.2.1 縱向對比分析

縱向分析分三個環節，分別為：

方案1→方案4→方案7、方案2→方案5→方案8、方案3→方案6→方案9。

將機動車污染收費、罰款和補貼的不同作用方式分為低、中、高三種情景，分別記為AL，AM，AH，PL，PM，PH和SL，SM，SH。結合先前研究（文獻[7]），得到以下取值：

不同方案的仿真對比如圖3所示，詳細結果見矩陣M，矩陣M分為A、B、C、D四部分，分別代表空氣污染程度、機動車CO，排放總量、機動車非法出行量和死亡人口的生命價值在仿真末期的取信。

在減污方面：方案1→方案4→方案7中，從方案1至方案7，空氣污染程度由0.36488下降至0.31505，大約下降了13.66%；方案2→方案5→方案8中，從方案2至方案8，空氣污染程度由0.3648下降至0.31494，大約下降了13.67%；方案3→方案6→方案9中，從方案3至方案9，空氣污染程度由0.36462下降至0.31491，大約下降了13.63%。（見圖3）

在降碳方面：方案7與方案1相比，機動車CO2排放總量從3.31819e+007下降至3.29708e+007，大約下降了211100噸；方案8與方案2相比，大約下降了71000噸；從方案3至方案9，機動車CO，排放總量大約下降了30500噸。

在降低死亡人口的生命價值方面：方案1→方案4→方案7中，從方案1至方案7，死亡人口的生命價值由2.73413e+012下降至1.59133e+012，大約下降了41.80%；同理，從方案2至方案8、從方案3至方案9，死亡人口的生命價值大約分別下降了49.72%、48.27%。

因此，機動車污染收費在減污、降碳、降低死亡人口的生命價值等方面發揮了顯著的作用。

2.2.2 橫向對比分析

橫向分析也分三個環節，分別為：

方案1→方案2→方案3、方案4→方案5→方案6、方案7→方案8→方案9。

抑制非法出行方面：從方案1至方案3，機動車非法出行量大約下降了51.72%，同理可得，從方案4至方案6、從方案7至方案9，機動車非法出行量大約分別下降了44.65%和41.73%。

健康和社會效益方面：從方案1至方案3、方案4至方案6、7方案至方案9，死亡人口的生命價值大約分別下降了14.54%、38.17%、24.05%。這些結果說明補貼政策能夠在一定程度上抑制人口死亡的增長，進而降低死亡人口的生命價值。

環境效益方面：從橫向分析來看，曲線1和曲線2的變化十分有限，說明罰補策略對降低空氣污染程度和CO2排放總量的作用效果并不顯著，原因可能是機動車非法出行量占比相對較小，對機動車出行總量的影響效果有限。

2.2.3 不同政策、不同作用方式間的對角線對比分析

方案1→方案5→方案9

減污層面：方案5和方案9與方案1相比，空氣污染程度大約分別下降了8.4%和13.69%。

降碳層面：方案9與方案1相比，機動車CO2排放量大約下降了241600噸。

抑制機動車非法出行層面：方案5和方案9與方案1相比，機動車非法出行量大約分別下降了32.36%和60.57%。

健康和社會效益方面：與方案1相比，方案5和方案9使死亡人口的生命價值大約分別下降27.65%和55.79%。

因此，不同政策的協同彌補了單一收費政策的缺陷，將收費與罰補政策相結合，能夠實現增效目的。即：除了減污、降碳績效外，還能夠產生一定的社會和健康效益。

3 結論

為實現城市道路交通污染物與CO2減排的協同增效目標，文章引入價格調控型策略，通過機理剖析、仿真實驗及模式優化等環節，發現以下主要結論：價格調控型策略的協同模式能夠顯著降低機動車污染物與二氧化碳排放量。疊加效應加速了機動車保有量的持續攀升，將引發一系列副作用：交通擁堵和停車位困境進一步加劇，機動車污染物和CO2排放總量持續增長，健康風險、安全隱患及事故率有增無減。載客和載貨汽車在保有量增長、污染物與CO2排放因子方面均存在較大差異。不同車型CO2排放因子居前三位的是重型貨車、大型客車和中型貨車；不同車型車均年PM排量較大的是重型貨車（-0.0388噸／輛*年）、大型客車（-0.0384噸／輛*年）和中型貨車（-0.0199噸／輛*年）。