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大学生数学建模竞赛题目：碳中和问题

2021年辽宁省大学生数学建模竞赛题目（请先阅读“2021年辽宁省大学生数学建模竞赛参赛规则”）C题碳中和问题2020年9月，中国国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话强调，“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。2020年12月召开的中央经济工作会议首次将“做好碳达峰、碳中和工作”列入新一年重点任务之一。这预示着在十四五期间及未来相当长时间内，减排降碳、低碳发展将是中国环境治理甚至国家治理、社会治理的一个重要主题。根据《中国能源统计年鉴》、《中国工业统计年鉴》、中国碳核算数据库（CEADs）的能源清单及碳排放清单等数据显示，当前中国的能源结构仍处于工业化进程中，仍以碳基能源为主，工业作为中国经济的支柱，创造了全国39％的产出，消耗了全国70％的能源，贡献了全国80%的二氧化碳排放量，其中化石能源是二氧化碳排放的主要来源。碳中和目前重点实现的途径涉及能源供应端、能源消费端、人为固碳端等，在保持经济高质量发展的同时如何协调能源结构与产业结构的优化与发展，实现碳达峰和碳中和目标，需要探究能源结构和产业结构等相应的碳排放主要驱动因素，探寻碳排放与碳吸收的实现方式。碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。具体地说，碳中和是指人为排放量（化石燃料利用和土地利用）被人为努力（木材蓄积量、土壤有机碳、工程封存等）和自然过程（海洋吸收、侵蚀-沉积过程的碳埋藏等）所吸收。简单来说，就是想办法把原本将会滞留在大气中的二氧化碳减弱或吸收。请搜集相关数据与信息，完成以下问题：一、量化分析能源结构与产业结构碳排放的驱动因素与能源消费碳排放的结果因素关系和演化规律，建立相应的数学模型。二、针对问题一中难以度量的驱动因素和结果因素以及关系属性，对碳排放与吸收的变化规律进行分析。三、根据上述分析结果，结合不同行业和区域特点，给出碳中和实现的阶段性和全局性建议。碳排放驱动因素：社会经济发展和产业发展、交通发展和居民生活水平状况我国碳排放的影响因素,目前的研究中主要集中在经济,产业结构能源结构等方面有关交通发展和居民生活水平状况对我国碳排放的驱动作用研究较少未来在我国经济持续高速发展的进程中,交通发展和居民生活水平的提高对碳排放的驱动作用会越来越明显在我国人口基数比较大的前提下,交通领域和居民生活领域会逐渐成为我国节能减排的重点潜力领域实现经济又好又快发展和节能减排之间的平衡是我国实行控制碳排放量的目标在实行节能减排控制碳排放的过程中,要注意我国的经济发展问题,如何在经济发展和节能减排之间找到一个平衡点是今后重点研究的问题。产业结构与碳排放量之间的分析模型准备：IPAT模型：又称为Kaya恒等式，是目前分析碳排放驱动因素的主流分析方法,在解释全球历史排放变化原因方面具有重要的作用。Kaya恒等式具有数学形式简单、分解无残差、对碳排放变化推动因素解释力强等优点。基于IPAT模型及改进建立碳排放模型：IPAT模型将碳排放分解为不同因子的相互乘积，即：根据相关数据资料表明，能源消耗碳排放与产业结构及科技技术水平等相关因素有着较大的联系（高振宇等，2007在（改写成文献数字））。产业资本的收益率和人均劳动者的报酬变化推动产业结构进行演变，从而直接影响产业技术的进步。根据文献（吕伟等，2010）产业技术进步与产业劳动者报酬变动之间存在稳定的强相关性，其可决系数达0.91，因此，产业技术进步率可表示为“0.91*（产业劳动者报酬的变动率）”。利根据题目要求，我们只需考虑产业结构和能源结构对碳排放的影响，所以在建立IPAT模型我们需要排除人口因子对碳排放量的影响，在此基础上我们对IPAT模型进行改进，引入新的变量因子——劳动者报酬的变动率。改进后IPAT模型为：利用改进后的IPAT模型我们可以预测未来的人均排放量，即：用各时期的人均预测值乘以该时期的人口预测数可得到各时期的全国碳排放量。年份总计煤炭使用产生的CO2石油使用产生的CO2天然气使用产生的CO219781410.11096.7286.626.819791431.51123.0280.128.319801419.81125.2266.827.819811407.11128.8253.724.619821465.91193.9248.423.619831540.81266.3250.524.019841678.81397.6256.225.119851726.91448.1256.921.919861830.81529.8277.523.5198719