基于网络的低碳交通系统高影响力领域优先级排序

《Journal of Cleaner Production》：Network-driven prioritization of high-impact sectors for the low-carbon transportation system

全球运输碳网络构建与减排路径研究，通过整合多区域投入产出模型与复杂网络分析，揭示2000-2020年164个国家120个部门的碳流动特征，发现公路运输占全球运输业碳排放78.1%，北美、东亚和独联体国家的运输部门是主要排放源。运用冲击传播模型识别出加拿大公路、美国空铁、中国水运和俄罗斯管道运输等高杠杆减排部门，提出技术升级、跨部门协同治理及供应链脱碳政策建议。

　　

孙文俊|王尧|岳强|王一松|孙文强|杜涛|王恒明

中国东北大学生态产业国家重点环境保护实验室，沈阳，110819

摘要

全球交通运输行业是碳排放的最大来源之一，因此迫切需要采取脱碳措施。识别其结构特征、关键的碳减排领域以及可行的减排路径对于实现交通运输行业的碳中和至关重要。本研究通过将多区域投入产出（MRIO）数据库与复杂网络分析相结合，构建了一个全球交通运输碳排放网络（GTCEN），绘制了2000年至2020年间164个国家和120个行业的碳排放流向图。结果显示，道路运输占全球交通运输行业碳排放总量的78.1%。美国、中国和俄罗斯的交通运输行业是主要的碳排放部门。GTCEN的小世界网络结构揭示了较高的供给侧减排效率，特别指出了具有高影响力的行业，如加拿大的道路运输、美国的航空/铁路运输、中国的水运以及俄罗斯的管道运输。我们建议优先在这些高影响力行业推进技术升级，促进跨行业治理，并使政策与供给侧脱碳目标保持一致。本研究提供了一个基于网络和数据的框架，以指导政策制定者通过有针对性的行业干预措施实现交通运输系统的碳中和。

引言

交通运输行业占全球温室气体排放量的23%，是仅次于工业和建筑活动的第三大排放源（国际能源署，2023年）。城市化进程的加快和物流需求的增加加剧了行业的碳强度，其中道路运输的排放量最为突出（Shuang等人，2025年）。同时，随着全球工业化和跨境电子商务的发展，交通运输在全球发展中的作用日益重要（Yao和Chen，2025年）。尽管《巴黎协定》设定了1.5°C的减排目标并呼吁立即行动（Rogelj等人，2016年），但不同地区和交通方式的减排策略存在差异。通过协调一致的行动来解决这些差异对于实现交通运输行业的碳中和目标至关重要。

投入产出模型为碳核算提供了一个可靠的框架，能够明确行业间的相互依赖关系（Sheng等人，2025年）。以往的研究有效运用了这种方法，结合结构分解分析（Liu等人，2021年）、结构路径分析（Sun等人，2022年）和生产理论方法（Liu和Zhou，2025年）来评估各国家交通运输行业的碳排放（Hu等人，2019年；Yu等人，2021年）。然而，这些研究大多局限于静态或单一的区域框架，未能充分考虑跨区域系统的复杂动态。复杂网络方法，尤其是冲击传播模型，为捕捉动态结构特征和评估碳减排潜力提供了有力工具。尽管这类模型在分析国际贸易网络中的冲击传递（例如食品、稀土和锂）方面已被证明很有价值（Liu等人，2023年；Hu等人，2023a；Hu等人，2023b），但将其应用于投入产出研究的案例却很少（Sun等人，2024年）。这凸显了全球交通运输系统碳减排工作中的一个关键空白。

总之，现有研究主要局限于交通运输系统中的静态行业间碳流动，无法追踪减排路径或识别结构脆弱性和协调的减排边界。现有文献主要集中在两种孤立的方法上：投入产出分析（例如追踪交通运输行业与上游行业如汽车制造之间的碳流动）和复杂网络理论（例如分析航运或航空网络中的空间溢出效应）。一种综合性的方法对于确定核心行业、主要经济群体和关键减排路径至关重要，但目前尚缺乏这样的方法。此外，各种交通方式（道路、航空、铁路）通常被孤立地研究。本研究通过整合这些方法，提供了系统的分析，以指导有针对性的碳减排工作。

为填补这一空白，本研究将多区域投入产出（MRIO）数据与复杂网络理论相结合，构建了一个覆盖2000年至2020年的全球交通运输碳排放网络（GTCEN）。首先，我们通过分析网络的微观和宏观拓扑结构来确定核心的交通运输相关行业和主要经济群体。随后，我们利用冲击传播模型量化各个行业的碳减排效果，从而绘制出数据驱动的减排路径。本研究有三个主要贡献：首先，MRIO数据与网络分析的结合明确了交通运输系统中的核心行业和经济群体，为有针对性的、区域协调的碳减排提供了新的视角；其次，冲击传播模型揭示了高影响力行业及其减排路径，为战略干预提供了新的见解；第三，通过对全球交通运输系统的整体分析，本研究识别出了核心排放行业、主要排放区域和关键的减排目标，突破了单一模式分析的局限性。

本文的结构如下：首先回顾了运用投入产出或复杂网络方法研究交通运输系统碳排放的相关文献；接着揭示了GTCEN在微观（行业层面）和宏观（系统层面）的结构特征；然后利用冲击传播模型量化了关键行业的碳减排潜力，并阐明了它们不同的影响路径；最后基于这些结果提出了推动全球交通运输行业低碳转型的政策建议。本文最后总结了主要研究结果。

文献综述

交通运输行业对全球碳排放贡献巨大，因此必须对其进行脱碳处理以有效缓解气候变化（Liu和Zhou，2025年；Zhao等人，2025年）。本研究综合了运用投入产出分析或复杂网络理论研究交通运输行业碳排放的现有成果。

在投入产出研究领域，交通运输碳排放的研究主要采用混合方法，包括结构分解分析等。

数据来源

本研究使用了来自全球资源投入产出评估（GLORIA）数据库的交通运输系统排放数据，该数据库是为联合国国际资源小组开发的综合性多区域投入产出（MRIO）框架（Lenzen等人，2017年，2022年）。GLORIA数据库涵盖了164个经济体，每个经济体细分为120个行业，并提供了五个价值层次下的供给使用表、最终需求和附加值数据。该数据库提供了从1990年到2028年的连续年度数据。

交通运输系统中的核心行业

如图1(a)所示，道路运输在交通运输行业的碳排放中占据主导地位。虽然全球交通运输行业的总碳排放量整体呈上升趋势，但2015年后有所下降，这可能表明疫情对增长产生了抑制作用（Liu等人，2020年）。2015年道路运输的碳排放量达到1665.57百万吨，远高于航空运输（180.02百万吨）和铁路运输。

讨论与政策启示

交通运输行业的脱碳对于应对气候变化和实现可持续发展目标至关重要。本文对全球交通运输碳排放网络（GTCEN）进行了多层次的分析，以识别微观、宏观和供应链层面的关键干预点。我们的微观拓扑分析证实了道路运输的主导地位（与Liu等人，2022年的研究结果一致）。美国的道路运输、铁路运输和航空运输是主要的碳排放来源。

结论

分析全球交通运输碳排放网络（GTCEN）的结构动态对于制定有效的气候政策至关重要。通过整合2000年至2020年的多区域投入产出（MRIO）数据和复杂网络理论，本研究明确了推动网络运行的核心行业和经济群体。冲击传播模型量化了它们对碳减排的各自影响。这些结果指出了关键的干预节点，为政策制定提供了科学依据。

作者贡献声明

孙文俊：撰写初稿、可视化处理、方法论设计、正式分析。王尧：撰写初稿、方法论设计。岳强：撰写、审稿与编辑、方法论设计。王一松：撰写、审稿与编辑。孙文强：撰写、审稿与编辑。杜涛：撰写、审稿与编辑。王恒明：撰写、审稿与编辑、监督工作、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：52470207）的支持。