顾斌杰，赵海霞*，骆新燎，朱天源，范金鼎
1.中国科学院南京地理与湖泊研究所
2.中国科学院大学
3.苏州科技大学环境科学与工程学院
由于温室气体和主要大气污染物的排放来自于经济发展中对化石能源的大规模利用，因此二者的排放具有同根、同源、同过程的特征[1]。该特点为协同推进减污降碳提供了理论基础。据统计，2017年我国碳排放量排名前5%的区域合计贡献了全国68%的二氧化碳、60%的氮氧化物及46%的一次颗粒物，大气污染物与二氧化碳排放空间高度聚集，其相互关系紧密[2]。然而，不同于发达国家先解决环境污染再应对气候变化的过程，我国既要减污，实现生态环境质量根本好转，同时又要有效控制碳排放。面对环境污染与温室气体排放这2个同根同源的问题，党中央已明确要把碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局，并将协同推进减污降碳写入国民经济和社会发展“十四五”规划[3]。因此，协同推进减污降碳无论在必要性、可行性与可操作性上，都将成为我国打赢污染防治攻坚战、实现降碳目标的根本途径。
“十四五”时期，我国生态文明建设进入了以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型、实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期。但目前，全面绿色转型的基础依然薄弱，结构性、根源性、趋势性压力尚未得到根本缓解[4]。2020年，337个地级以上城市仍有40.1%的环境空气质量超标（2020中国生态环境状况公报，https://www.mee.gov.cn/hjzl/sthjzk/zghjzk gb/），PM2.5仅有62.9%达到世界卫生组织第一阶段过渡值（35 mg/m3）的标准[5]，大气污染防治任重道远。在碳排放方面，2006年中国已成为全球最大碳排放国，2018年达到了9 528.21 Mt（国际能源署，https://www.iea.org/countries/china），即使近年来碳排放有所下降，但排放量仍占全球总量的30%。此外，我国粗钢、水泥产量和煤炭消费量均占世界总量1/2以上；
能源资源利用效率偏低；
局部地区生态破坏问题依然突出，生态资源环境承载能力已经达到或接近上限的状况没有根本改变。要实现30年内减碳100亿t、年均减碳3亿t的目标，时间紧、任务重，因此协同推进减污降碳任重道远。
伴随社会经济的发展，中国对能源的需求仍在增长，协调能源需求的合理增长与减污降碳之间的关系是建设美丽中国和实现2030年前碳达峰，2060年前碳中和（“双碳”目标）面临的现实问题，识别减污降碳协同减排关键路径及主要政策需求成为当前乃至未来一段时期研究的焦点与热点。国内外相关方面的研究已有一定积累，但由于各国所处的发展阶段与方向不同，研究的领域及各界关注的重点具有差异。为准确把握减污降碳协同减排的研究现状，笔者对国内外相关文献进行梳理，总结当前研究热点，分析国内外研究存在的不足，以期为今后的研究提供参考与借鉴。
1.1 数据来源与处理
国内文献以CNKI（中国知网）数据库为来源，以“减污降碳”“协同减排”为主题，不限年份，共检索到370篇学术论文。在此基础上，剔除会议报告、新闻宣传等不相关文献，得到306篇有效中文文献。针对国外相关研究，采用Web of Science（WoS）核心合集数据库，以“air pollution and carbon dioxide emission”和“reduction”为主题，选择语种为English，文献类型为Article和Review，内容设定为“全记录与包含所引用的参考文献”，检索得到434篇有效英文文献。
1.2 研究方法
最早由英国情报学家Pritchard提出的文献计量法是以科技文献的外部特征为研究对象，采用数学、统计学方法，描述、分析与展望各科技领域中的前沿热点与发展方向[6]。在文献计量中，常被用到的方法有词频分析法、引文分析法、共引分析法等，常被用到的软件有 CiteSpace、VOSviewer、SATI等[7]。本文采用CiteSpace软件进行知识图谱可视化，从发文数量、时间、国家、机构、期刊与研究领域、热点趋势等角度，对国内外文献进行以下分析。
发文国家/地区：在CiteSpace中导入WoS数据库的英文文献，将功能选择区的节点类型（Node Types）设置为国家（Country），得到国家分布网络图谱。节点越大表示发文量越多，节点间的连线越粗则表示联系越紧密。
发文机构：利用Institution功能模块，分别对国内外文献的发文机构进行分析，整合所有二级机构得到主要发文机构的排名。
期刊共被引：文献共被引数量可以间接反映该期刊的影响力。把Node Type设置为Cite Journal，阈值设置为默认的g-index选项，得到国外文献的共被引知识图谱。圆圈的颜色表示当年被引时间，厚度表示被引次数，每个节点表示1个期刊，节点越大表明被引频次越高，即影响力越高，节点之间连线的粗细表示期刊之间的共引程度。由于在 CNKI 数据库下载的文献信息不包括参考文献的相关信息，因此无法用CiteSpace实现中文文献的共被引分析。
研究方向与热点分析：对研究内容进行关键词共现及聚类分析是识别相关领域研究方向与热点的重要手段。设置参数切片为1年，节点类型选择keyword，选择阈值为默认的g-index选项，图谱修剪算法选取Pathfinder，修剪策略选取 Pruning the merged networks和 Pruning sliced networks，得到关键词网络共现图谱，进一步绘制聚类知识图谱，得到热点词聚类表，对国内外文献进行关键词共现分析。其中，聚类大小代表聚类中所包含的关键词个数；
紧密程度则代表各关键词之间的联系程度，数值越高代表聚类效果越好，联系越紧密。一般来说，关键词词频越高，其与其他关键词共现的可能性越大，中心性也越高，在共现图谱上表现出十字圈层的厚度越大，表明学者们对该研究方向越偏好。
此外，由于文献计量法的研究对象是文献的外部特征，所以分析结果忽视了文献的内容特征。因而，本文在对文献的可视化图谱分析的基础上，结合具体文献内容开展进一步的分析。
2.1 研究发展阶段
“碳排放”一词近30年被国际社会为应对全球气候变化频繁提及，尤其英国政府2003年发表《我们未来的能源——创建低碳经济》白皮书后，碳排放的议题受到国际社会广泛响应与关注[8]。然而，二氧化碳减排与大气污染物防治相结的议题直到21世纪初才引起学者关注。从国内外文献数量变化趋势（图1）来看，国内与国外关于减污降碳、协同减排的研究阶段划分基本一致，大致可分为：1）萌芽期（2004——2009年）。学者开始注意到污染减排措施对减缓碳排放具有正负协同效应[9]，评价节能减排效果[10]，国内学者还会适当借鉴外国企业节能减排相关经验与措施[11]。2）发展期（2010——2015年）。学界主要从重点行业入手对减污降碳、协同减排领域进行研究，如交通[12]、电力[13]、水泥[14]等行业，也有从不同类型污染物入手探究碳排放与大气污染物之间的关系，如SO2和NOx[15]、VOCs[16]等；
3）爆发期（2016年至今）。2016年《巴黎协定》签署后，关于减污降碳、协同减排的研究呈爆发式增长。学者们不仅针对前期的研究领域继续深入开展[17]，而且转向减污降碳相关政策[18]及协同减排关键路径[19]的研究。同时，随着中国提出“双碳”目标，相关中文文献大量涌现[20]。
图1 国内外文献发表数量Fig.1 Number of domestic and foreign papers
2.2 发文国家分布
英文文献发文量排名前 20 的国家如图2所示。美国和中国发文量占比分别达到33.87%和31.11%。发文量大的国家主要集中在欧美及东亚地区，这些国家不仅碳排放量较高，也是全球大气污染物影响较大的地区，学者们更加关注减污降碳、协同减排的相关领域。从国家之间的合作网络分析图谱（图3）可见，美国、中国、英国和意大利是减污降碳、协同减排领域研究的中心国家，美国中心度最强。德国、法国、西班牙、荷兰的发文量尽管不及上述国家，但作为参与该领域研究重要的国家具有较强的中心度。
图2 排名前20的国家的发文量Fig.2 Number of articles published by the top 20 countries
图3 发文国家合作网络分析图谱Fig.3 Analysis of regional cooperation network
2.3 研究机构排名
对中英文文献的发文量居前10的机构进行统计，结果见表1。美国的加州大学发文量最多，美国的其他机构，如美国能源部、美国国家环境保护局（US EPA)、美国国家航空航天局（NASA）、美国国家大气研究中心（NCAR）和太平洋西北国家实验室的发文量较多。中国科学院、清华大学的英文发文量也位居前列。排名前10的还包括欧洲的国家机构、大学和非盈利机构组织，如国际应用系统分析研究所（IIASA）、欧盟委员会联合研究中心、法国国家科学研究中心（CNRS）和伦敦大学。中文发文量排名前列的主要是主管环境保护工作的生态环境部（包括原环境保护部）、国家相关的研究机构（中国科学院、中国环境科学研究院和国务院发展研究中心）以及清华大学、北京师范大学、西安交通大学、兰州大学、昆明理工大学和暨南大学等在环境领域比较权威的综合性大学和研究机构。
表1 国内外文献发文机构排名（前10名）Table 1 Ranking of domestic and foreign research institutions(Top 10)
2.4 发文期刊的权威性
选取发文数量排名前5的国内外期刊进行比较分析，英文文献的来源期刊均是目前国际环境科学与生态学领域、能源研究领域的核心期刊，研究方向包括环境科学、生态学、地学、大气科学、经济学和能源研究等。中文文献的来源期刊主要是环境科学与安全科学类、经济与管理类期刊，研究方向包括环境科学与资源利用、工业生态经济、宏观环境政策等（表2）。
表2 国内外文献发文期刊排名（前5名）Table 2 Ranking of published journals at home and abroad(Top 5)
通过文献共被引分析，减污降碳、协同减排领域影响较大的期刊有Atmospheric Environment、Environmental Science and Technology、Science of the Total Environment、Atmospheric Chemistry and Physics和Energy Policy，这些期刊在环境科学与生态学、地学和能源研究领域具有较高的中心性，对减污降碳、协同减排相关研究起着重要的支撑和引领作用（图4和表3）。
表3 期刊共被引次数（前5名）Table 3 Total co-citations of journals (Top 5)
图4 期刊共被引网络分析Fig.4 Network analysis of co-cited journals
2.5 重点研究方向
在关键词聚类分析中，聚类模块性指数(Q)和聚类轮廓性指数(S)是检验聚类有效性的重要指标。当Q＞0.3时，表明划分出来的社团结构显著；
S＞0.7，得到的聚类高效且令人信服；
S＞0.5则较为合理[21]。分别对英文献和中文文献进行聚类，得到的Q和S分别为0.782 4和0.894 3、0.750 7和0.899，表明聚类是有效的。
由图5可见，英文文献中共现频次较高的关键词主要有大气污染物（ozone、aerosol、black carbon、PM2.5等）、碳排放（emission、CO2emission、greenhouse gas emission等）、环境事件（air pollution、climate change、particulate matter、energy consumption等）、环境经济效应（air quality、impact、economic growth、health、mitigation、co-benefit等）、管理政策（policy、system等），还有一些研究方法如model、performance、source apportionment等。由此可见，国外关于减污降碳、协同减排研究主要集中在大气污染物与碳排放的驱动机理、应对策略及其效应方面，包括对大气污染物与CO2排放的管控策略，也有学者通过模型方法进行大气污染排放的模拟预测等。
图5 英文文献关键词共现分析Fig.5 Co-occurrence network analysis of keywords in English literature
中文文献共现频次较高的关键词主要有大气污染物与碳排放（温室气体、PM2.5、碳排放、烧结烟气、CO减排等）、环境管理政策（协同控制、协同减排、协同推进、攻坚战、碳减排、区块链、碳市场等）与政策评估（效果评估、优化调度等）、环境经济效应（污染防治、绿色转型、供应链、产业结构、经济增长等），还包括多主体仿真、混合布谷鸟算法等研究方法（图6）。此外，针对大气污染和碳排放严重的水泥和煤炭等特定行业以及京津冀城市群等特定区域的减污降碳、协同减排的研究也较多。由此可见，国内关于减污降碳、协同减排研究主要集中在环境管理政策及其政策评估，并针对特定行业、特定区域开展研究。
图6 中文文献关键词共现分析Fig.6 Co-occurrence network analysis of keywords in Chinese literature
2.6 研究热点分析
聚类分析可以展示减污降碳、协同减排领域的研究热点。由英文文献关键词共现分析（图7）得到国际上研究热点主要集中在：1）碳排放和不同大气污染物包括NO2、carbon monoxide、ship emission等对环境、生态系统和全球气候变化的影响；
2）对减污降碳相关领域的环境管理调控政策研究，如energy efficiency、 alternative fuel、environmental policy；
3）对减污降碳政策实施后的效应研究，如co-benefits、yield、economic growth、respiratory and cardiovascular mortality、uncertainty等；
4）针对城市、森林的特定区域或国家减污降碳工作的相关研究。
图7 英文文献关键词聚类分析Fig.7 Clustering network analysis of keywords in English literature
由中文文献关键词共现分析（图8）得到国内研究热点主要集中在：1）大气污染物排放与碳排放的研究，如温室气体、污染防治；
2）对减污降碳相关领域的环境管理调控政策及评价研究，如碳减排、节能减排、空气质量；
3）对减污降碳相关机制体制的探索性研究，如协同推进、区块链、长效机制、碳市场；
4）对特定行业（如钢铁行业、水泥行业等）的减污降碳影响效应的研究；
5）对特定区域如京津冀地区减污降碳影响的研究。
图8 中文文献关键词聚类分析Fig.8 Clustering network analysis of keywords in Chinese literature
虽然气候变化议题在20世纪末已成为一个重要话题，但是早期的减排措施却忽视了碳和大气污染物的协同减排[22]，碳减排大都依靠能源政策实现，而大气污染物则主要依靠末端治理达成减排[23]。减污降碳、协同减排在21世纪以来才受到广泛关注与讨论。
3.1 主要研究领域
根据从国内外研究中提取的关键词，可将减污降碳领域已有的研究归结为三大类：碳减排对大气污染物减排的协同效应研究；
环境治理对碳减排、气候变化的协同效应研究；
减污降碳对策措施及其协同效应评价研究。
3.1.1 碳减排对大气污染物减排的协同效应研究
随着气候变暖引起学界的关注，部分学者探讨了碳减排相关政策对大气污染物减排的协同效应。相关政策包括国际气候协定、碳交易市场构建、碳税、植被修复、农业改革、能源政策等，相应的协同效应包括空气质量的提升、居民健康的改善、生态环境的好转、能源安全和经济效益等。例如，Ramanathan等[24]证实，能源部门按《哥本哈根协议》的要求进行大规模脱碳，不仅减少碳排放，也减少了黑炭、臭氧和甲烷等的排放。Vandyck等[25]研究表明，若能达到《巴黎协定》的减排承诺，可在全球范围内大幅度改善空气质量，减排的协同效应可抵消气候政策所产生的成本。Razmjoo等[26]对伊朗可再生能源措施的研究显示，新能源政策和可再生能源的投资不仅促进碳减排，还使发电更加可持续。Wu等[27]以广州市为例，探讨了碳达峰对空气质量和健康的协同效应。任亚运等[28]指出，碳交易政策的协同效应主要体现在SO2减排和区域环境质量改善等方面。
3.1.2 环境治理对碳减排、气候变化的协同效应研究
大气污染物、固体废物、废水污染物的减排是环境治理的重要手段。环境治理实践中，对污染物的减排可以带来碳减排及气候变化等协同效应。目前，相关研究基本涵盖了多数大气污染物。如Okorn等[29]通过对洛杉矶某社区油气设施中甲烷、CO等大气污染物排放和CO2排放的同时监测，验证了污染物减排的协同性；
Kirchstetter等[30]研究发现，美国城市黑炭排放浓度的下降缓解了由CO2排放增加所导致的大气变暖，有利于居民健康；
高庆先等[31]针对《大气污染防治行动计划》所提及的措施进行效果评估，认为技术进步可以实现SO2、NO2、烟尘和碳减排的正向协同效应。在固体废物治理方面，McPhail等[32]认为，城市固体废物与煤作为混合燃料或使用城市垃圾代替煤炭可以节省NO、NO2和SO2排放成本。水体治理方面，李薇等[33]明确了污水处理中COD的去除量与碳排放成正比关系。
3.1.3 减污降碳对策措施及其协同效应评价研究
减污降碳、协同减排的对策措施可分为技术改善、结构调整、监督管理三大类[34]。其中，技术改善类是指不同行业通过自身技术的提高与改善，达到协同减排的目的。Xu等[35]认为增加节能技术的研发投资可以减少钢铁行业的碳排放和污染物排放。Zheng等[36]建议水泥行业采用脱硝装置，使用替代原料和燃料以进一步降低环境负担。印刷行业可引进无水印刷技术，实现VOCs与CO2协同减排[37]。在汽车行业，沈岩等[38]考察了北京市机动车结构优化对周边减污降碳的影响，阿迪拉·阿力木江等[39]研究认为推广纯电动公交车具有较好的减污降碳协同效应。结构调整类是指通过调整能源结构、产业结构、行为方式等达到协同减排的目的。Wang等[40]以北京市为例，认为职住关系调整政策会对城市交通运输的CO2排放产生影响。Yu等[41]考察了经济增长与产业结构调整对减污降碳的影响，认为产业结构调整的作用远大于经济增长的作用。王涵等[42]研究减污降碳与地区经济发展水平的耦合协调性，为经济结构绿色转型提供建议。监督管理类是指政府、立法机关通过制定规章制度或者法律来促进减污降碳，有研究发现相关政策手段在中国的协同减排中发挥着主要作用[43]。
3.2 研究展望
3.2.1 多重环境政策的协同减排效应综合评价研究
当前，碳减排和污染物减排政策的焦点是碳排放交易、碳税和污染税等政策的相关研究。但是减污降碳是一项多目标的工作，需要多种环境政策并存实现。这些环境政策之间如何相互作用，也成为当前实践中需要解决的问题。已有学者注意到碳税和碳补贴[44]、财政货币等宏观经济政策[45]的组合使用可以产生协同减排效应。此外，当前的机制与治理主要是由政府部门主导，尚未形成“政府-市场-社会组织”共治的多元互动体系[46]。因此，现有研究缺乏对多项环境政策相互作用的认识，全面分析多重环境政策的协同减排效应对未来战略布局有重要意义。
3.2.2 考虑产业或行业差异的减污降碳协同推进路径研究
不同类型的产业或行业具有显著的污染排放差异性，当前学者聚焦重污染行业的减污降碳的相关研究，且多用产量[47]或者在GDP中的占比[48]表征产业结构，并未从产业或行业内部存在的根本差异入手，缺乏对行业产品供需特点、产业环保科技水平差异下协同减排效应的深入甄别。今后研究应聚焦于更加细化的减污降碳、协同减排的推进路径与政策体系构建。
3.2.3 区域联防联控机制下减污降碳与协同效应研究
当前，国外相关研究多从国家或重点区域等大尺度研究区入手[49-50]，国内则受近年区域一体化推进的影响，相关研究主要针对特定区域如京津冀[51]、长江流域[52]、典型省域[53]、重点城市[54]等。当前研究虽专注于重点地区，却忽视了跨区域合作带来的协同减排效应的研究。由于区域间存在差异，CO2和污染物可能存在跨区域的污染，因此，多区域研究对确定区域政策的实施范围具有重要意义。虽然有学者研究了区域政策在当地协同减排的效益，但较少考虑到对非目标区域的潜在排放泄漏[55]。多区域研究可以弥补这方面缺陷，也可帮助区域间建立联防联控协作机制，实现减污降碳、协同减排的目标。
（1）国内外对于减污降碳、协同减排研究起步时间、经历阶段相近，且该领域研究在当前呈现出爆发式的上升趋势，美国和中国发文量较多，其他发文国家主要集中在欧洲和东亚地区。就文献影响力而言，尽管中国发文量较大，但中心度不强。国内外减污降碳、协同减排领域发文期刊主要为环境科学类期刊，此外国外发文期刊还有能源类期刊影响力较大，国内期刊中经济与管理类期刊有较大影响力。
（2）国外研究以实证分析研究大气污染物与碳排放的驱动机理、应对策略及其效应等，也有通过数理模型方法进行大气污染物排放和碳排放的模拟研究；
国内研究针对特定行业和特定区域关注环境管理政策及其评估，进行减污降碳、协同减排的效益评价，旨在进行减污降碳、协同减排的体制机制研究。
（3）未来协同减排领域可能的研究重点将会聚焦于分析多重环境政策的协同减排，细化对不同产业、行业结构调整的环境政策实施的评价研究，并将当前单区域的研究转向区域联防联控对减污降碳的协同效应研究，以建立多区域间、多环境政策相互作用、多部门或多行业协同的减污降碳、减排政策体系。
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