基于多标准决策分析模型的可持续配额分配方法：兼顾公平性与效率，应用于中国民航碳排放管理

《Journal of Cleaner Production》：On sustainable quotas allocation based on multi-criteria decision analysis model integrated with fairness and efficiency for China's civil aviation carbon emissions

碳排放配额分配在航空业应用中需平衡效率与公平，本研究构建多准则决策模型，结合能力、责任、潜力评估及超有效SBM效率分析，将九大航企分为配额不足型、配额匹配型、配额盈余型三组，为政策制定和市场机制提供依据。

　　

齐文哲|丁伟晨|张世宇|陈静洁

中国民用航空大学电子信息与自动化学院，天津，中国

摘要

民用航空业的快速增长给政府和航空公司带来了巨大的碳排放挑战。在民用航空领域分配碳排放配额至关重要。本文探讨了中国民用航空领域配额分配所面临的挑战，提出了一种多标准决策分析模型，对航空公司进行了分类，并建议了差异化的减排措施。该模型基于效率和公平原则。公平性通过三个标准进行评估：能力、责任和潜力。为了准确评估碳排放效率，采用了基于松弛度的效率衡量方法。研究分析了九家航空公司，并根据其历史排放量和获得的碳排放配额将它们分为三类，探讨了航空公司买卖碳排放配额的经济影响。第一类航空公司获得的碳排放配额少于其实际排放量，因此他们是碳排放配额的主要购买者。第二类航空公司的未来配额增长与其当前的碳排放水平相匹配。第三类航空公司目前拥有剩余配额。本研究的主要贡献在于提出并验证了一种专门为中国民用航空碳市场设计的初始配额分配方法。这种方法系统地平衡了公平性和效率。它不仅为监管机构提供了科学的政策工具，还为航空公司明确了差异化的减排路径，同时促进了联合国可持续发展目标（特别是可持续发展目标13（气候行动）的持续进展。

引言

全球变暖现在是人类文明面临的最重要的环境问题（Quan等人，2020年）。中国政府积极参与国家气候战略和全球气候治理，表现出对气候行动的强烈支持和参与。在第75届联合国大会上，中国宣布了更新后的国家自主贡献（NDC）目标，承诺到2030年达到碳排放峰值，并在2060年实现碳中和，这与其在哥本哈根和巴黎协定中降低排放强度的承诺一致（Cheng等人，2021年）。

大约15%的温室气体排放来自交通运输部门（Hu等人，2022年）。航空运输作为交通运输业的重要组成部分，提供了便捷的出行方式并带来了显著的经济效益，但同时也产生了大量的碳排放（Zhang等人，2019年）。全球航空公司每天消耗的喷气燃料超过500万桶，约占世界碳排放总量的3%（Liu等人，2020年）。

中国民用航空总局的统计数据显示，从1980年到2024年，航空交通周转量从4.3亿人次激增至1188.34亿人次，年均增长率为15.1%，是全球平均水平的三倍。与此同时，中国民用航空的二氧化碳排放量从1980年的107万吨增加到2012年的10.9亿吨。这种快速增长推动了中国经济的扩张，但也加剧了环境和气候问题，使民用航空部门成为中国实现“双碳”目标的重要因素。航空公司和政府需要在可持续发展与民用航空市场的挑战以及严格的环保措施之间找到平衡（Lu，2009年）。

碳交易，也称为碳排放交易，其核心原则是将二氧化碳排放权视为可交易商品。与传统商品交易不同，碳交易的本质在于这些排放权的买卖。碳市场是一个由供需驱动的市场，持有排放权的企业可以自由交易其分配到的碳排放配额。需求主要来自排放量超过配额限制的企业，而供应则来自持有剩余配额或能够通过减排节省配额的企业。这种定价机制激励企业减少排放并降低成本，实现了经济和环境效益的双赢（Cao等人，2021年；Jiang等人，2022年）。2023年，中国将碳市场的合规期限从两年缩短为一年，为提高中国碳市场的效率和活力带来了新的挑战。

推进碳交易对于应对气候变化至关重要。中国旨在实现“碳峰值”和“碳中和”，主要是为了降低碳排放。实施基于市场的机制来减少温室气体排放，标志着促进低碳发展的关键制度进步，有助于克服资源和环境限制（Kumar等人，2022年；Yildiz和Caliskan，2021年）。自2013年引入试点碳排放交易计划和2021年建立全国统一市场以来，中国的碳排放交易政策对环境控制产生了积极影响（Xia等人，2022年）。中国航空公司的发展差异可能会阻碍中国民用航空领域碳排放配额的公平和高效分配。

本研究考察了九家航空公司（分别命名为A1至A9）之间的碳排放配额分配情况。它们分别代表中国国航（A1）、东方航空（A2）、南方航空（A3）、海南航空（A4）、山东航空（A5）、四川航空（A6）、厦门航空（A7）、春秋航空（A8）和 Juneyao航空（A9）。我们之所以选择这些航空公司进行研究，原因有：（1）这九家航空公司的数据已经公开，有从2015年到2023年的连续记录，其他航空公司也有相关数据；（2）这些航空公司拥有完善的基础设施和系统，占行业总交通量的90%，具有很高的代表性；（3）分析这些航空公司有助于碳排放配额分配研究，并有助于发展碳交易市场。本文还旨在推动联合国可持续发展目标的持续进展，特别是可持续发展目标13（气候行动）。

配额分配制度的关键要素是公平性和效率之间的平衡（Rose和Tietenberg，1993年）。效率意味着以最佳方式分配有限的配额以实现成本效益。而公平性则涉及确保这些配额在社会中的公平分配，同时不牺牲成本效益（Zhang和Hao，2017年）。平衡这两个方面对于设计一个既经济高效又社会公平的配额系统至关重要。尽管已经研究了区域性的碳配额分配，但针对航空公司的分配尚未得到研究。本研究考察了中国航空公司的碳排放配额分配情况，重点是在效率和公平之间取得平衡。我们的目标是为民用航空行业的碳排放配额分配研究提供见解，并有助于建立该行业的碳排放交易市场。采用多标准决策分析方法，结合了基于能力、责任和潜力的标准进行评估，而不是依赖单一指标。与现有研究相比，本文的主要创新和贡献在于：1）方法上，构建了一个多标准决策模型，将“能力-责任-潜力”的三维公平标准与“超高效SBM”效率标准相结合，为配额分配中的“公平-效率”权衡问题提供了操作性的定量解决方案；2）在应用价值方面，该方法专门针对中国民用航空市场的发展需求设计。其分配结果明确区分了市场参与者作为买家和卖家的角色，为激活市场流动性奠定了基础，并为后续的国家民用航空碳市场规则制定提供了关键参考。

本文的其余部分安排如下：第2节回顾了碳排放配额分配的相关文献。第3节详细介绍了本研究使用的数据和方法。第4节展示了我们的结果和讨论分析。第5节总结了本文并探讨了政策意义。

部分摘录

文献综述

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）将碳排放权定义为具有财产权的可交易商品，并认为强大的碳交易市场可以有效控制碳排放。碳排放交易应与许多国家采用的基于市场的减排行政措施区分开来（Zhang等人，2023年）。为了支持“双碳”目标并促进经济的低碳发展

材料与方法

为了在公平性和效率之间实现全面平衡，本研究设计的MCDA模型不是一个简单的指标聚合，而是一个具有清晰逻辑结构的系统。在这个框架内，“能力-责任-潜力”指标共同构成了公平性的“三角支撑”，确保了分配结果在行业内的可接受性。同时，“超高效SBM”指标为效率引入了“激励约束”，

航空公司配额分配结果的评估

通过评估四个指标（航空公司的营业收入、航空公司的历史总运输周转量、航空公司机队规模以及SBM模型的输出指标（考虑低输出情况），并利用方程（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8），我们可以确定每个指标的权重。表7显示了每个指标的权重。$w_z$（z = 1, 2, 3, 4）分别代表分配给减排能力、责任、潜力和效率的权重。

计算$I_c$并进行分配

结论与讨论

本研究的实际意义体现在三个维度：在政策层面，它为监管机构提供了基于科学的方法来进行配额分配；在行业层面，它为航空公司提供了低碳转型的明确指导；在市场层面，提出的三层分类管理策略可以应用于中国民用航空的减排和碳市场发展实践中。

CRediT作者贡献声明

齐文哲：撰写——初稿、软件开发、方法论设计、调查、数据分析、概念化。丁伟晨：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、软件开发。张世宇：撰写——审稿与编辑、可视化、资源协调、项目管理。陈静洁：撰写——审稿与编辑、监督、资金筹集。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家统计局（2023LZ001）和国家社会科学基金（22BJY020）的支持。