01城市客运交通碳排放系统框架
城市交通碳排放变化取决于其自身内部几个关键元素的作用，其低碳转型发展离不开这些元素的共同影响。根据以往研究建立的碳排放分解的因果机制模型，将所有运输活动都视为一个综合系统，如图1所示，运输活动可分为三个部分，即：出行生成（AVOID）、模式转变（SHIFT）和提高技术水平（IMPROVE）。在此基础上，笔者将进一步对这三个部分的具体影响因素进行细化和分解。
图1 城市运输活动中的碳排放因果机制分析
出行生成（AVOID）
出行生成受城区面积、人口、城市活动集中度和出行率的影响。不断增长的城市人口是城市交通碳排放增长的主要动力之一。人类作为城市交通出行产生的源头，一般而言人口基数越大的城市往往总碳排放水平越高，而全球人口正在并且将在未来几十年间持续不断增长。对于许多正在发展中的国家和城市而言，城镇化带来了大量的人口涌入，为了满足人们的出行需求，城市交通系统承受了相当巨大的压力的同时，其快速发展也给环境造成了压力。
其相关控制政策包括：TOD发展，职住平衡，控制城市蔓延，远程办公等。
模式转变（SHIFT）
采用不同的出行方式其单位距离的碳排放强度不同，由高到低依次为独驾小汽车、高承载率小汽车、出租车、商务车辆、公共交通、自行车、步行。因此，一个城市居民整体出行方式的内部结构变化会对城市交通二氧化碳总排放会造成极大的影响，私人小汽车使用越频繁，人均城市碳排放量就会越高。由于各个城市发展阶段的不同，其居民的主要出行方式有很大的差异。研究发现，北美城市大多为小汽车导向型，而亚洲城市多为公交或者慢行导向型。然而近年来，一些亚洲城市忽略了公共交通系统的优先发展，从而造成了小汽车数量的爆炸性增长。
在这种前提下，将高排放的私人机动化出行方式引导至低排放的公共交通方式甚至零排放的慢行交通方式就显得极为重要。其相关控制政策包括轨道/公交系统的改进、鼓励使用自行车、发展智能交通系统（ITS）、停车收费和建立综合交通系统。
图2 低碳交通倒金字塔结构
提高技术水平（IMPROVE）
提高技术水平主要分为三个层面：
（1）提高车辆发动机平均技术水平。在车辆燃油经济性提高的同时，降低其自身的能耗强度。自上世纪 70 年代能源危机爆发以来，减少能耗强度成为了世界上大部分国家应对能源排放问题的主要方式。美国作为世界最主要石油消耗国之一率先制定了燃油能耗标准，为出厂新车辆制定了百公里能源消耗规范。但这一举措并不仅仅是为了节约石油资源，同时也是为了降低对石油输出国组织OPEC（Organization of Petroleum Exporting Countries）的依赖性。因此随着石油危机的结束，这个燃油经济性项目最终在 80 年代终止。直到全球变暖被科学论证以及2008年石油价格高涨，全球大部分国家不得不重新开始制定各类燃油经济性标准。
（2）提高车辆的平均承载人数，降低交通工具的使用强度。空驶率越低，车辆载客数越多，单位人公里能耗强度就会越低，相应地，其CO2排放量也就越低。
（3）提高燃油效率。交通运输所使用燃料的含碳量是决定交通碳排放水平的直接要素之一。不同的燃料拥有不同的碳排放因子，即产生单位能量所需要排放的二氧化碳量。自20世纪以来，私人机动化的交通出行工具已经普遍采用传统化石能源，而一些公共交通车辆则以电力驱动。近年来，因为全球气候变化等原因，电能驱动车辆再次兴起。而从减少碳排放和可持续发展的角度看，未来的燃料市场更倾向于电能、生物燃料、清洁天然气等可替代能源。
02城市社会经济状况
图3 北京、上海、广州、深圳和东京（大都市圈）的位置
一方面，北京、上海、广州、深圳这四个城市的综合实力在中国大陆处于最领先的层次，因此又被广泛称作“一线城市”。从发展阶段来看，这四个城市作为中国典型的发展中大城市，在快速发展的同时也面临着巨大的交通需求和供应矛盾。
另一方面，东京（大都市圈）作为一个发达城市，从20世纪50年代到80年代，它经历了高速的经济发展和社会经济变革。在其发展阶段，东京（大都市圈）也经历了类似的交通需求和供应的矛盾，但东京（大都市圈）成功地克服了这一困境。现如今，东京（大都市圈）以其发达完善的公共交通系统，尤其是铁路系统而闻名。
从经济状况层面上来看，这五个城市的GDP总量和人均GDP变化情况如下：
图4 北京、上海、广州、深圳和东京（大都市圈）的GDP总量（左图）、人均GDP（右图）
03城市建成区面积变化
经济发展和城市化水平的不断发展促使城市建成区面积不断向外围扩展，而建成区面积的大小直接影响居民出行距离，故此将五个城市近年来建成区的面积变化情况加以对比如下：
图5 北、上、广、深建成区面积变化
图6 东京（大都市圈）DID区域（人口密度高于4000人/m2）
04城市交通发展对比
随着经济的发展和城市化进程的加快，五个城市的人口在不断增加。由于两个城市的交通发展水平的差异，各出行模式下行程距离信息（如图6）和模式分担率（如图7）也有所不同。
图7 北、上、广、深、东京（大都市圈）不同交通方式出行距离
图8 北、上、广、深、东京（大都市圈）的模式分担率变化
对于北京，受到2008年北京奥运会后小汽车单双号限行政策的影响，2010年社会客车的平均出行距离大幅度下降。值得注意的是，随着轨道交通出行距离的增长，其模式分担率也相应增长，但对于常规公交，随着其出行距离下降的同时，其模式分担率仍然基本保持稳定。
对于上海，随着轨道交通的不断发展，自行车的出行距离在不断下降，渐渐趋近于轨道交通接驳的功能定位。从模式分担上来看，公交和轨道交通的总体占比基本保持不变，在轨道交通分担率提高的同时，常规公交的分担率相应下降，社会客车的分担率以较慢的速度保持稳定增长，自行车和电动车共同的分担率有所下降，但变化不大，这主要是由电动车的普及和快速增长所致。
对于广州，轨道交通、公交、社会客车和出租车的平均出行距离都在不断增长，与此同时，轨道交通的模式分担率也在随之增长，但常规公交的分担率却在2005年至2017年出现了大幅度的下降，这与2005年以后广州地铁的快速发展密切相关，一部分常规公交的使用者转移到了轨道交通上来。
从1990年到2016年，深圳市社会客车和出租车的平均出行距离在不断增长，2005年轨道交通正式通车后，其出行距离和模式分担率也在同步增长，在这个过程中，常规公交的出行距离缓慢增长，但其分担率基本持平，没有太大变化。
具体的碳排放分析请见下篇。
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