价格调控策略对城市道路交通减污降碳协同增效影响研究

贾书伟　高宇阳　郭钰莹　马浩毅　李尧

摘要：在碳达峰目标导向下，城市道路交通减污降碳的协同增效策略研究已成为国家的紧迫任务。文章引入价格调控型策略，构建道路交通减污降碳的系统动力学模型。通过动态仿真，揭示中长期隐藏的负效应，发现：机动车污染收费通过三个途径（降低机动车出行吸引度、抑制机动车增长吸引度、增加公共交通的投资）来实现减污降碳目的；罚款和补贴政策分别通过降低机动车非法出行量和提升公共交通供给水平来促进道路交通减污降碳的治理；叠加效应将引发一系列副作用：加剧交通拥堵程度、抑制机动车减污和降碳的协同治理、增加健康风险及安全隐患。

关键词：减污降碳；系统动力学；协同增效；价格调控；叠加效应

中图分类号：X22 文献标志码：A

前言

有研究表明：公路运输约占全球二氧化碳排放总量的18%。《中国移动源环境管理年报2023》显示：2022年，机动车CO、HC、NOx及颗粒物PM排放量分别为743.0万吨、191.2万吨、526.7万吨、5.3万吨。因此，城市道路交通污染物与二氧化碳减排（简称“减污降碳”）的协同控制已成为中国的紧迫任务。

20世纪初，英国采用交通拥堵收费政策来评估伦敦市CO2、NOx、颗粒物PM10的减排力度，随后，该政策不断被改进。例如，采用激励措施能够影响公交车驾驶员行为，降低交通污染物与CO：排放量。在国内，生态环境部环境与经济研究中心的研究团队发现：强化低碳情景能够在一定程度上推进CO2达峰的进程，这为协同模式的设计提供了理论依据。另外，国内研究者們也探讨了空气污染的危害性，如空气污染导致的人口迁移和过早死亡，研究者们还从碳排放影响因素分解、减污降碳协同增效的组合策略等视角深入探究了污染治理策略。

综上可知CO2与污染物的减排需要协同控制，为此，文章遵循政策协同、治理路径协同、对象协同的原则，构建一种包含环境、交通、经济、社会、健康子系统的城市道路交通减污降碳系统动力学模型。通过动态仿真，探究减污降碳协同增效的优化模式，助力中国交通行业“双碳”目标的顺利实现。

1 城市道路交通减污降碳系统动力学模型的构建

国家重点研发计划项目首席专家杜慧滨教授及其研究团队发现公路、铁路、水路运输、航空等交通运输部门中，公路运输部门的CO2排放总量急剧上升，成为交通运输行业CO2排放最大的子部门。在城市化进程的快速推进及居民生活需求的不断提升等因素叠加下，加剧了机动车保有量的攀升速度，致使CO2排放总量仍持续上升，交通污染物所带来的挑战也愈发严峻。因此，如何优化减污降碳的协同增效策略，实现更大程度的“增效”，是一个重要而又紧迫的研究问题。

在此背景下，根据减污与降碳协同机理的分析，以北京市为例，可构建一种城市道路交通减污降碳系统动力学模型，其中交通-社会-健康子系统模型见图1，能源一环境子系统模型见图2。

1.1 交通-社会-健康子系统

在交通-社会-健康子系统流图中，关键变量包括城市GDP总量、道路生态承载力、城市道路面积、死亡人口的生命价值、机动车出行量、机动车非法出行量、健康影响指数等。

中型客车拥有量增长率=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）））。

类似的方法可计算其它车型拥有量增长率。

1.2 能源-环境子系统

在能源-环境子系统中，减污方面的关键变量包括机动车CO/HC/NOx/PM污染程度、空气污染程度等。其中，空气污染程度由机动车CO、HC、NOx和PM污染程度共同确定；机动车CO/HC／NOx/PM污染程度则由大、中、小、微型客车CO/HC/NOx/PM污染程度，以及重、中、轻、微型货车CO/HC/NOx／PM污染程度共同确定。进而得到：中型客车CO污染程度。

同样的方法，可计算其它七类车型的CO、HC、NOx和PM污染程度。

降碳和节能方面的关键变量包括大／中／小／微型客车CO2排放量、重／中／轻／微型货车CO2排放量、机动车CO2排放总量、大／中／小／微型客车能源消耗总量、重／中／轻／微型货车能源消耗总量等。其中，机动车CO2排放总量由8种车型的CO2排放量共同决定；载客（载货）汽车能源消耗总量的确定方法与之类似。

2 城市道路交通减污降碳协同增效模式的优选

2.1 情景方案的设计

2.2 城市道路交通减污降碳协同模式的三重对比

2.2.1 纵向对比分析

纵向分析分三个环节，分别为：

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。

将机动车污染收费、罚款和补贴的不同作用方式分为低、中、高三种情景，分别记为AL，AM，AH，PL，PM，PH和SL，SM，SH。结合先前研究（文献[7]），得到以下取值：

不同方案的仿真对比如图3所示，详细结果见矩阵M，矩阵M分为A、B、C、D四部分，分别代表空气污染程度、机动车CO，排放总量、机动车非法出行量和死亡人口的生命价值在仿真末期的取信。

在减污方面：方案1→方案4→方案7中，从方案1至方案7，空气污染程度由0.36488下降至0.31505，大约下降了13.66%；方案2→方案5→方案8中，从方案2至方案8，空气污染程度由0.3648下降至0.31494，大约下降了13.67%；方案3→方案6→方案9中，从方案3至方案9，空气污染程度由0.36462下降至0.31491，大约下降了13.63%。（见图3）

在降碳方面：方案7与方案1相比，机动车CO2排放总量从3.31819e+007下降至3.29708e+007，大约下降了211100吨；方案8与方案2相比，大约下降了71000吨；从方案3至方案9，机动车CO，排放总量大约下降了30500吨。

在降低死亡人口的生命价值方面：方案1→方案4→方案7中，从方案1至方案7，死亡人口的生命价值由2.73413e+012下降至1.59133e+012，大约下降了41.80%；同理，从方案2至方案8、从方案3至方案9，死亡人口的生命价值大约分别下降了49.72%、48.27%。

因此，机动车污染收费在减污、降碳、降低死亡人口的生命价值等方面发挥了显著的作用。

2.2.2 横向对比分析

横向分析也分三个环节，分别为：

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：从方案1至方案3，机动车非法出行量大约下降了51.72%，同理可得，从方案4至方案6、从方案7至方案9，机动车非法出行量大约分别下降了44.65%和41.73%。

健康和社会效益方面：从方案1至方案3、方案4至方案6、7方案至方案9，死亡人口的生命价值大约分别下降了14.54%、38.17%、24.05%。这些结果说明补贴政策能够在一定程度上抑制人口死亡的增长，进而降低死亡人口的生命价值。

环境效益方面：从横向分析来看，曲线1和曲线2的变化十分有限，说明罚补策略对降低空气污染程度和CO2排放总量的作用效果并不显著，原因可能是机动车非法出行量占比相对较小，对机动车出行总量的影响效果有限。

2.2.3 不同政策、不同作用方式间的对角线对比分析

方案1→方案5→方案9

減污层面：方案5和方案9与方案1相比，空气污染程度大约分别下降了8.4%和13.69%。

降碳层面：方案9与方案1相比，机动车CO2排放量大约下降了241600吨。

抑制机动车非法出行层面：方案5和方案9与方案1相比，机动车非法出行量大约分别下降了32.36%和60.57%。

健康和社会效益方面：与方案1相比，方案5和方案9使死亡人口的生命价值大约分别下降27.65%和55.79%。

因此，不同政策的协同弥补了单一收费政策的缺陷，将收费与罚补政策相结合，能够实现增效目的。即：除了减污、降碳绩效外，还能够产生一定的社会和健康效益。

3 结论

为实现城市道路交通污染物与CO2减排的协同增效目标，文章引入价格调控型策略，通过机理剖析、仿真实验及模式优化等环节，发现以下主要结论：价格调控型策略的协同模式能够显著降低机动车污染物与二氧化碳排放量。叠加效应加速了机动车保有量的持续攀升，将引发一系列副作用：交通拥堵和停车位困境进一步加剧，机动车污染物和CO2排放总量持续增长，健康风险、安全隐患及事故率有增无减。载客和载货汽车在保有量增长、污染物与CO2排放因子方面均存在较大差异。不同车型CO2排放因子居前三位的是重型货车、大型客车和中型货车；不同车型车均年PM排量较大的是重型货车（-0.0388吨／辆*年）、大型客车（-0.0384吨／辆*年）和中型货车（-0.0199吨／辆*年）。