本發(fā)明涉及碳排放，具體涉及一種供應(yīng)鏈隱含碳排放轉(zhuǎn)移路徑計算與可視化分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、人為排放的二氧化碳(co2)是推動全球氣候變化的核心驅(qū)動因素。自工業(yè)革命以來，全球大氣co2濃度持續(xù)攀升，導(dǎo)致氣溫升高、極端天氣頻發(fā)、海平面上升等一系列氣候問題。根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(ipcc)第6次氣候評估報告，人類活動已使全球平均氣溫上升1.1℃，地球系統(tǒng)面臨空前的氣候變化。為了應(yīng)對全球氣候變化，國際社會通過制定《巴黎協(xié)定》和《蒙特利爾議定書》等多項協(xié)議，試圖遏制co2排放并限制全球平均溫升到本世紀(jì)末保持在相對于工業(yè)化前水平2℃以內(nèi)。然而，世界各國就實現(xiàn)氣候目標(biāo)的減排責(zé)任分配方案難以達成共識。這一方面是由于co2排放的歷史積累與責(zé)任分配存在顯著的不平衡，另一方面來源于國際貿(mào)易活動引起的“碳轉(zhuǎn)移”“碳泄漏”等問題。隨著全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展，部分發(fā)達國家在減排承諾中以國際貿(mào)易的方式將高排放、高污染產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移至環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)更寬松的發(fā)展中國家，在減少本地排放的同時增加了他國負(fù)擔(dān)。這些排放因在跨國貿(mào)易的商品或服務(wù)的生產(chǎn)、運輸和消費的過程中產(chǎn)生，故被稱為“貿(mào)易隱含碳”。

2、目前，國際碳排放核算主要采用基于生產(chǎn)的核算(pba)或基于消費的核算(cba)方法。pba作為當(dāng)下最成熟的碳排放核算方法，主要計算某一國家或地區(qū)主權(quán)領(lǐng)土內(nèi)產(chǎn)生的排放，其方法簡單且易于在各尺度上應(yīng)用，目前主流的溫室氣體排放清單(如edgar、cams、ceds)均采用此方法。然而，pba無法捕獲國際貿(mào)易中進口和高消費水平引發(fā)的隱含排放，其“公平性”也受到質(zhì)疑。相比之下，cba通過將排放歸因于最終消費者，能夠有效地避免國際貿(mào)易中的“碳轉(zhuǎn)移”“碳泄漏”等問題，被視為是一種更加公平的責(zé)任分配機制，彌補了pba的不足。

3、作為cba方法的理論基礎(chǔ)，環(huán)境擴展的多區(qū)域投入產(chǎn)出(ee-mrio)方法在全球碳足跡、隱含碳排放及消費、生產(chǎn)視角下的環(huán)境影響評估中發(fā)揮了重要作用。ee-mrio的核心是一種基于投入產(chǎn)出(io)模型的經(jīng)濟學(xué)理論分析方法，用于研究國民經(jīng)濟各部門間平衡關(guān)系。根據(jù)研究尺度不同，投入產(chǎn)出模型包括單區(qū)域投入產(chǎn)出模型(srio)和多區(qū)域投入產(chǎn)出模型(mrio)，二者不存在優(yōu)劣之分，僅在不同用途時各自具有優(yōu)越性。在mrio模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合特定的環(huán)境影響因子，即可探究多區(qū)域范圍內(nèi)各經(jīng)濟部門間的環(huán)境問題，將已知的過程、產(chǎn)品或地區(qū)的基于生產(chǎn)的環(huán)境影響轉(zhuǎn)化為基于消費的視角，發(fā)展成環(huán)境擴展的多區(qū)域投入產(chǎn)出(ee-mrio)方法。在利用ee-mrio方法從生產(chǎn)和消費視角對各國碳排放進行核算的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)路徑分析(spa)方法可以進一步拓展碳排放核算的研究深度。spa通過對生產(chǎn)系統(tǒng)的排放路徑分解，可以量化分析供應(yīng)鏈中每一生產(chǎn)層級的碳排放量及逐層排放轉(zhuǎn)移路徑，從而揭示復(fù)雜生產(chǎn)部門中消費與生產(chǎn)的關(guān)聯(lián)。隨著環(huán)境與經(jīng)濟交叉科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，ee-mrio與spa相結(jié)合的技術(shù)方法已多次被應(yīng)用于探究全球價值鏈隱含的生產(chǎn)、消費與環(huán)境影響之間的復(fù)雜聯(lián)系，為推動建立更加公平有效的國際合作減排機制提供技術(shù)支撐。然而，現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷：

4、第一，現(xiàn)有ee-mrio方法難以追溯碳不同排放國家或地區(qū)的部門間排放轉(zhuǎn)移情況：在當(dāng)前方法中，碳排放負(fù)擔(dān)的跨區(qū)域轉(zhuǎn)移情況僅得到總體量化，但其在產(chǎn)業(yè)部門間的分布解析尚未得到充分技術(shù)支持。

5、第二，現(xiàn)有spa技術(shù)對碳排放關(guān)鍵供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)移路徑的識別有限：現(xiàn)有spa技術(shù)對不同區(qū)域碳排放路徑的解析僅大多針對單一國家或地區(qū)，鮮見可以實現(xiàn)解析全球貿(mào)易往來之間的供應(yīng)鏈解析技術(shù)方法。

6、第三，現(xiàn)有的供應(yīng)鏈隱含碳排放轉(zhuǎn)移路徑計算方法尚未形成系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)路線和可視化分析系統(tǒng)，限制了該方法的進一步推廣與應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的當(dāng)前供應(yīng)鏈隱含碳核算和分析方法存在解析精度不足、關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)鏈識別較少等缺陷，本發(fā)明提供一種供應(yīng)鏈隱含碳排放轉(zhuǎn)移路徑計算與可視化分析方法及系統(tǒng)，旨在基于ee-mrio和spa方法的理論基礎(chǔ)，全面構(gòu)建系統(tǒng)化的全球隱含碳排放轉(zhuǎn)移路徑計算技術(shù)體系，細化碳排放核算精度至全球所有產(chǎn)業(yè)部門，充分解析全球產(chǎn)業(yè)鏈不同層級的直接排放與隱含排放流向；在此基礎(chǔ)上建立結(jié)果可視化呈現(xiàn)方法，增強國家間及產(chǎn)業(yè)間隱含碳排放量與轉(zhuǎn)移路徑的透明度，從而提升供應(yīng)鏈隱含碳核算與轉(zhuǎn)移路徑解析方法的技術(shù)水平與可推廣性。

2、本發(fā)明實施例提供一種供應(yīng)鏈隱含碳排放轉(zhuǎn)移路徑計算與可視化分析方法，所述方法包括：

3、s1、收集全球多區(qū)域投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)和co2排放清單數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理后，建立mrio矩陣數(shù)組和碳排放系數(shù)向量數(shù)組；

4、s2、設(shè)定目標(biāo)年份，基于所述mrio矩陣數(shù)組，利用leontief逆矩陣構(gòu)建mrio模型基本形式，并結(jié)合所述碳排放系數(shù)向量數(shù)組，計算目標(biāo)年份各國各行業(yè)基于生產(chǎn)和基于消費的碳排放量，建立所有國家及產(chǎn)業(yè)部門的碳排放數(shù)據(jù)集，構(gòu)建生產(chǎn)與消費雙視角的碳排放核算模型，即ee-mrio模型，所述ee-mrio模型用于核算連續(xù)多年間的各國和各行業(yè)分別從生產(chǎn)角度和消費角度歸因的co2排放量，并對兩種視角下的核算結(jié)果進行橫向?qū)Ρ龋?/p>

5、s3、基于所述ee-mrio模型，利用spa結(jié)構(gòu)路徑分析方法，將生產(chǎn)系統(tǒng)的所有國家與行業(yè)間的價值流分解為多個生產(chǎn)層下的多條產(chǎn)業(yè)路徑，結(jié)合所述碳排放系數(shù)向量數(shù)組中的碳排放系數(shù)和最終需求，計算各個生產(chǎn)層最終消費驅(qū)動的co2排放總量和每個生產(chǎn)層下每條供應(yīng)鏈的隱含碳排放量，識別出供應(yīng)鏈隱含碳排放的關(guān)鍵路徑；

6、s4、從現(xiàn)有研究估算的目標(biāo)年份碳排放數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵結(jié)果建立外源排放數(shù)據(jù)集，從不同角度將所述所有國家及產(chǎn)業(yè)部門的碳排放數(shù)據(jù)集與所述外源排放數(shù)據(jù)集進行對比校驗，得到不同角度的校驗結(jié)果；

7、s5、從多個維度選取相應(yīng)的圖表類型對步驟s2、s3和s4的模擬結(jié)果進行可視化呈現(xiàn)，所述多個維度包括全球基于生產(chǎn)和基于消費的分產(chǎn)業(yè)部門排放總量、代表國家的分產(chǎn)業(yè)類型排放量、隱含碳排放的各生產(chǎn)層貢獻及所占比例情況、最終消費引起的碳排放轉(zhuǎn)移路徑情況、全球總量校驗結(jié)果和世界典型國家逐年排放量校驗結(jié)果。

8、優(yōu)選的，步驟s1中，所述全球多區(qū)域投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)包括世界投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)庫、全球貿(mào)易分析項目以及eora全球供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)庫；所述co2排放清單數(shù)據(jù)包括eora衛(wèi)星賬戶中的primapv2.4“剔除土地使用、土地使用變化和林業(yè)類別”的國家總co2排放量。

9、優(yōu)選的，步驟s1中，

10、經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理后，建立mrio矩陣數(shù)組，包括：

11、基于所述全球多區(qū)域投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)和所述碳排放清單數(shù)據(jù)，分別建立交易矩陣z、附加值矩陣va和最終需求矩陣y；

12、將所述全球多區(qū)域投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)和所述碳排放清單數(shù)據(jù)以txt文本形式輸入python編程軟件，利用pandas包對兩類數(shù)據(jù)進行清洗、過濾和整合；

13、(1)清洗：去掉z、y、va矩陣建立時為了維持平衡所添加的行和列，即z矩陣最后一行和最后一列、y矩陣最后一行和最后六列、va矩陣最后一列以及q的最后一列；

14、(2)過濾：查找z和y矩陣中的負(fù)值，將其設(shè)置為零；

15、(3)整合：將z、y和va按照行列標(biāo)簽對應(yīng)拼接，對行列求和；

16、將預(yù)處理后的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成numpy數(shù)組，得到數(shù)組形式的交易矩陣z、附加值矩陣va、最終需求矩陣y和碳排放系數(shù)向量e，對以上矩陣按照各自的行列標(biāo)簽進行整合，建立完整的mrio表，即mrio矩陣數(shù)組。

17、優(yōu)選的，步驟s1中，

18、建立碳排放系數(shù)向量數(shù)組，包括：

19、從所述co2排放清單數(shù)據(jù)集中提取碳排放數(shù)據(jù)，將其與所述mrio表中的國家和部門信息進行匹配，基于所述mrio矩陣數(shù)組，計算并建立碳排放系數(shù)向量數(shù)組，計算公式為：

20、x＝z+y

21、(1)

22、e＝p/x

23、(2)

24、其中，x為總產(chǎn)出列向量，z為交易矩陣，y為最終需求矩陣，e為碳排放系數(shù)向量，p為co2排放行向量。

25、優(yōu)選的，步驟s2包括：

26、設(shè)定目標(biāo)年份，基于所述mrio矩陣數(shù)組，利用leontief逆矩陣構(gòu)建mrio模型基本形式，即總產(chǎn)出矩陣等于leontief逆矩陣乘以最終需求矩陣；

27、基于所述mrio模型基本形式，將總產(chǎn)出矩陣與碳排放系數(shù)向量相乘，得到基于消費的碳排放矩陣，建立所有國家及產(chǎn)業(yè)部門的碳排放數(shù)據(jù)集，構(gòu)建生產(chǎn)與消費雙視角的碳排放核算模型，即ee-mrio模型；

28、通過以下方式計算得到目標(biāo)年份各國基于消費的碳排放矩陣，計算公式為：

29、x＝ax+y???(3)

30、x＝(i-a)-1y＝ly???(4)

31、c＝ely???(5)

32、其中，x為總產(chǎn)出矩陣，e為碳排放系數(shù)向量，a為直接消耗系數(shù)矩陣，i為單位陣，l為leontief逆矩陣，y為最終需求矩陣，c為目標(biāo)年份各國基于消費的碳排放矩陣；

33、對于碳排放矩陣c，其中，矩陣的行表示該國作為產(chǎn)品生產(chǎn)方時，不同部門所產(chǎn)生的排放量，矩陣的列表示該國作為商品使用方時，在本國或其他國家引發(fā)的排放量；

34、對碳排放矩陣c每x行求和，合并同一國家的x個部門，得到基于生產(chǎn)的逐國家碳排放矩陣pbcf，每y列求和，合并同一國家的y種最終消費類別，得到基于消費的逐國家碳排放矩陣cbcf，在矩陣cbcf的基礎(chǔ)上，對每一列每x個值求加，即可得到全球分產(chǎn)業(yè)部門的co2排放量，x、y為正整數(shù)。

35、優(yōu)選的，步驟s3包括：

36、基于所述ee-mrio模型，利用spa結(jié)構(gòu)路徑分析方法，將leontief逆矩陣進行冪級數(shù)展開，追溯每個生產(chǎn)層下的隱含碳排放量及其產(chǎn)業(yè)路徑，結(jié)合碳排放系數(shù)和最終需求，將碳排放總量劃分為由最終需求引起的各個生產(chǎn)層下的逐條供應(yīng)鏈碳排放量，計算公式為：

37、l＝(i-a)-1＝i+a+a2+a3+…+an+…???(6)

38、

39、其中，eany為每個生產(chǎn)層的碳排放量；eiy為第0層的碳排放量，表示由最終產(chǎn)品生產(chǎn)直接引起的碳排放量，第0層的產(chǎn)業(yè)路徑為部門i至最終需求；eay為第1層的碳排放量，表示最終產(chǎn)品的中間投入品生產(chǎn)引起的碳排放量，第1層的產(chǎn)業(yè)路徑為部門j轉(zhuǎn)移至部門i再轉(zhuǎn)移至最終需求；ea2y為第2層的碳排放量，表示最終產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)歷了2次中間品轉(zhuǎn)移；eany為第n層的碳排放量，表示產(chǎn)業(yè)路徑經(jīng)歷了n次的中間過程；n為考慮到計算需求與合理解釋的平衡，針對不同情況多次實驗選擇的分解層數(shù)，n為正整數(shù)；

40、在spa建模過程中，經(jīng)反復(fù)測試，設(shè)置截止閾值，以保證分解的路徑具有足夠代表性，剔除排放量不足總排放量的預(yù)設(shè)百分比的路徑；

41、對于公式(7)中的每一層，第0層是將矩陣e、i、y中的元素逐一相乘，其他生產(chǎn)層是將矩陣e、a、y中的元素逐一相乘，所求之積構(gòu)成該層下大于所述截止閾值的所有供應(yīng)鏈傳遞過程中的隱含碳排放量，對每一層做循環(huán)處理，提取出n個生產(chǎn)層的最終消費驅(qū)動的co2總排放量和涉及到的每個供應(yīng)鏈隱含碳排放的產(chǎn)業(yè)路徑；

42、根據(jù)碳排放量，對分解出的各生產(chǎn)層的所有產(chǎn)業(yè)路徑進行排序，識別并提取出在全球生產(chǎn)鏈中對碳排放量影響最大的產(chǎn)業(yè)路徑，即供應(yīng)鏈隱含碳排放的關(guān)鍵路徑。

43、優(yōu)選的，步驟s4包括：

44、從不同角度將所述所有國家及產(chǎn)業(yè)部門的碳排放數(shù)據(jù)集與所述外源排放數(shù)據(jù)集進行對比檢驗，所述不同角度包括全球排放總量和典型國家基于生產(chǎn)和基于消費的碳排放量，其中，用于檢驗基于消費的碳排放量的外源排放數(shù)據(jù)來自全球碳項目的全球碳預(yù)算報告數(shù)據(jù)，用于校驗基于生產(chǎn)的碳排放量的外源排放數(shù)據(jù)取自國際主流排放清單數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括edgar、ceds、cams數(shù)據(jù)庫。

45、優(yōu)選的，步驟s5包括：

46、對于全球基于生產(chǎn)和基于消費的分產(chǎn)業(yè)部門排放總量，選用對稱形式的柱狀圖呈現(xiàn)，針對代表國家的分產(chǎn)業(yè)類型排放量，選用環(huán)形圖體現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)部門結(jié)構(gòu)；

47、對于隱含碳排放的各生產(chǎn)層貢獻及所占比例情況，采用柱狀圖結(jié)合累積曲線圖的形式呈現(xiàn)，對于最終消費引起的碳排放轉(zhuǎn)移路徑情況，采用?；鶊D表征；

48、對于全球總量校驗結(jié)果和目標(biāo)年份的世界典型國家逐年排放量校驗結(jié)果，均采用時間序列圖呈現(xiàn)。

49、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種供應(yīng)鏈隱含碳排放轉(zhuǎn)移路徑計算與可視化分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

50、數(shù)據(jù)收集模塊，用于收集全球多區(qū)域投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)和co2排放清單數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理后，建立mrio矩陣數(shù)組和碳排放系數(shù)向量數(shù)組；

51、模型構(gòu)建模塊，用于設(shè)定目標(biāo)年份，基于所述mrio矩陣數(shù)組，利用leontief逆矩陣構(gòu)建mrio模型基本形式，并結(jié)合所述碳排放系數(shù)向量數(shù)組，計算目標(biāo)年份各國各行業(yè)基于生產(chǎn)和基于消費的碳排放量，建立所有國家及產(chǎn)業(yè)部門的碳排放數(shù)據(jù)集，構(gòu)建生產(chǎn)與消費雙視角的碳排放核算模型，即ee-mrio模型，所述ee-mrio模型用于核算連續(xù)多年間的各國和各行業(yè)分別從生產(chǎn)角度和消費角度歸因的co2排放量，并對兩種視角下的核算結(jié)果進行橫向?qū)Ρ龋?/p>

52、路徑分析模塊，用于基于所述ee-mrio模型，利用spa結(jié)構(gòu)路徑分析方法，將生產(chǎn)系統(tǒng)的所有國家與行業(yè)間的價值流分解為多個生產(chǎn)層下的多條產(chǎn)業(yè)路徑，結(jié)合所述碳排放系數(shù)向量數(shù)組中的碳排放系數(shù)和最終需求，計算各個生產(chǎn)層最終消費驅(qū)動的co2排放總量和每個生產(chǎn)層下每條供應(yīng)鏈的隱含碳排放量，識別出供應(yīng)鏈隱含碳排放的關(guān)鍵路徑；

53、校驗?zāi)K，用于從現(xiàn)有研究估算的目標(biāo)年份碳排放數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵結(jié)果建立外源排放數(shù)據(jù)集，從不同角度將所述所有國家及產(chǎn)業(yè)部門的碳排放數(shù)據(jù)集與所述外源排放數(shù)據(jù)集進行對比校驗，得到不同角度的校驗結(jié)果；

54、可視化模塊，用于從多個維度選取相應(yīng)的圖表類型對所述模型構(gòu)建模塊、所述路徑分析模塊和所述校驗?zāi)K的模擬結(jié)果進行可視化呈現(xiàn)，所述多個維度包括全球基于生產(chǎn)和基于消費的分產(chǎn)業(yè)部門排放總量、代表國家的分產(chǎn)業(yè)類型排放量、隱含碳排放的各生產(chǎn)層貢獻及所占比例情況、最終消費引起的碳排放轉(zhuǎn)移路徑情況、全球總量校驗結(jié)果和世界典型國家逐年排放量校驗結(jié)果。

55、優(yōu)選的，所述全球多區(qū)域投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)包括世界投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)庫、全球貿(mào)易分析項目以及eora全球供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)庫；所述co2排放清單數(shù)據(jù)包括eora衛(wèi)星賬戶中的primapv2.4“剔除土地使用、土地使用變化和林業(yè)類別”的國家總co2排放量。

56、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

57、本發(fā)明基于全球多區(qū)域投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)和co2排放衛(wèi)星賬戶，結(jié)合leontief完全消耗系數(shù)矩陣，分別計算世界各國、各產(chǎn)業(yè)部門基于生產(chǎn)和基于消費的co2排放量，之后結(jié)合spa方法解析各產(chǎn)業(yè)部門從生產(chǎn)到最終消費之間的供應(yīng)鏈中隱含碳排放的轉(zhuǎn)移路徑，最后從全球貿(mào)易隱含碳分產(chǎn)業(yè)部門排放總量、代表國家的分產(chǎn)業(yè)類型排放量以及碳轉(zhuǎn)移關(guān)鍵路徑流向等維度進行結(jié)果數(shù)據(jù)的可視化，建立適用于歷史多年供應(yīng)鏈隱含碳排放轉(zhuǎn)移路徑的系統(tǒng)評估與分析技術(shù)。

58、1.提高計算效率：本發(fā)明構(gòu)建的模型可以實現(xiàn)原始eora數(shù)據(jù)和碳排放核算的自動化處理，減少了人為操作的時間和工作量，大大提高了計算的效率。此外，模型程序運行穩(wěn)定，確保了結(jié)果的可靠性與可重復(fù)性。

59、2.碳排放核算方法進一步細化：本發(fā)明同時從生產(chǎn)視角和消費視角對世界各國、各產(chǎn)業(yè)部門的碳排放進行核算，彌補了現(xiàn)有方法在核算過程中部門精細度不足的問題，在保證效率和準(zhǔn)確性的前提下實現(xiàn)對全球各國產(chǎn)業(yè)部門維度的排放核算。

60、3.產(chǎn)業(yè)鏈碳排放的轉(zhuǎn)移路徑解析范圍得到拓展：本發(fā)明所建立的技術(shù)方法對全球各個國家生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)路徑及其排放進行分解，能夠高效追溯每一生產(chǎn)層級的隱含碳排放量及其轉(zhuǎn)移路徑，深入揭示全球復(fù)雜貿(mào)易鏈條中消費與生產(chǎn)的關(guān)聯(lián)性，從而拓展了碳排放供應(yīng)鏈路徑解析的范圍與深度。

61、4.增加可視化模塊：通過對模擬結(jié)果進行可視化分析，更直觀明晰的呈現(xiàn)結(jié)果，便于理解與分析，有助于技術(shù)的推廣與應(yīng)用。