我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率分析

何 躍，王 莉

（四川大學(xué) 工商管理學(xué)院，成都 610064）

0 引言

近年來，頻發(fā)各種極端天氣如地震、干旱、泥石流、雪災(zāi)等，這與全球氣候變暖密切相關(guān)，而溫室氣體中最主要的和對氣溫變化影響最大的是二氧化碳，因此阻止全球氣候變暖的主要任務(wù)就是降低二氧化碳的排放，低碳經(jīng)濟(jì)應(yīng)運(yùn)而生。低碳經(jīng)濟(jì)就是以低能耗、低排放、低污染為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇，同時也是我國面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

目前，越來越多的國內(nèi)外學(xué)者對如何評價(jià)一個地區(qū)的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及影響因素了進(jìn)行探索性研究，Tapio[1]（2005）對1970～2001年間歐洲的交通業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與運(yùn)輸量、溫室氣體之間的脫鉤情況和芬蘭的交通業(yè)脫鉤情況進(jìn)行了研究，用脫鉤指標(biāo)評價(jià)了交通運(yùn)輸業(yè)對低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響；莊貴陽[2](2007)運(yùn)用Tapio脫鉤指標(biāo)對包括中國在內(nèi)的全球20個溫室氣體排放大國在不同時期的脫鉤特征進(jìn)行了分析，比較了這20個國家的低碳發(fā)展水平；李曉燕、鄧玲[3]運(yùn)用模糊層次分析法和主成分分析法，對我國四個直轄市的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了綜合評價(jià)，并通過比較分析，提出了直轄市發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)存在的問題和相應(yīng)的對策建議；李曉燕[4]應(yīng)用模糊層次分析法對省區(qū)的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行評價(jià)，選取了我國典型的省份進(jìn)行比較。從現(xiàn)有文獻(xiàn)看，還沒有查詢到從投入產(chǎn)出效率方面對我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況進(jìn)行研究的文章，論文運(yùn)用GMDH模型選擇出影響我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要指標(biāo)，再運(yùn)用DEA中的C2R模型對我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率進(jìn)行分析。

1 相關(guān)理論簡介

1.1 GMDH模型

自組織理論又稱數(shù)據(jù)組合處理方法GMDH,是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅速發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。類似于生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，自組織建模方法將黑箱思想、生物神經(jīng)元方法、歸納法、概率論等方法有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了自動控制與模式識別理論的統(tǒng)一，極大減少了人在認(rèn)識過程中的參與，從而更具有客觀性與公正性[5,6]。

自組織建模思想首先是由烏克蘭控制論學(xué)家A.G.Ivakhnenko在1967年提出，并在Adolf Mueller等科學(xué)家的協(xié)作下得以不斷發(fā)展，如今已成為一個有效而實(shí)用的數(shù)據(jù)挖掘工具。自組織建模的過程實(shí)質(zhì)上是尋求并確定系統(tǒng)最優(yōu)復(fù)雜度模型的過程。它處理的對象為若干輸入變量，一個或多個輸出變量構(gòu)成的變量間關(guān)系待定的一個封閉系統(tǒng)。通過各輸入變量相互結(jié)合產(chǎn)生眾多候選模型集，利用外準(zhǔn)則選出若干項(xiàng)最優(yōu)模型，再將其結(jié)合，由此得到再下一代。如此不斷重復(fù)，直到新產(chǎn)生的模型不比上一代更加優(yōu)秀為止，則倒數(shù)第二代中的最優(yōu)模型就是我們尋找的最優(yōu)復(fù)雜度模型[6]。

1.2 DEA理論

DEA[10,11]方法是數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的簡稱，是美國著名運(yùn)籌學(xué)家Charnes等提出的一種效率評價(jià)方法。它把但輸入、單輸出的工程效率概念推廣到多輸入、多輸出同類決策單元(DMU)的有效性評價(jià)中，極大地豐富了微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)中的生產(chǎn)函數(shù)理論及其應(yīng)用技術(shù)，同時在避免主觀因素、簡化算法、減少誤差等方面有著不可低估的優(yōu)勢。利用DEA可以考察地區(qū)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展沿生產(chǎn)前沿面上的規(guī)模有效性和技術(shù)有效性。在測定決策單元的相對有效性時對每個決策單元進(jìn)行優(yōu)化，而且對于非有效單元，利用“投影原理”不僅能指出指標(biāo)的調(diào)整方向，還能給出調(diào)整量，并進(jìn)行縱向的時間比較和橫向的區(qū)域比較。

論文應(yīng)用DEA中的C2R模型來分析問題，對第j0個決策單元進(jìn)行效率評價(jià)的模型如下：

其中n為決策單元DMU的個數(shù)，評價(jià)指標(biāo)體系是由m個投入和t個產(chǎn)出指標(biāo)組成。他們分別表示：“消耗的資源”和“工作的成效”。設(shè)xij為第j個決策單元對第i種類型投入的投入量，yrj為第j個決策單元對第r種類型產(chǎn)出的產(chǎn)出量，分別為松弛變量，ε為一非阿基米德無窮小量，在計(jì)算時可取(ε=10-8)。 λj，，θ為待估計(jì)參量。

該模型中各參數(shù)的經(jīng)濟(jì)含義：

(1)當(dāng) θ*=1 并且=0時,稱決策單元j0為DEA有效,決策單元的活動同時為技術(shù)有效和規(guī)模有效；

(2)當(dāng) θ*=1 ，但至少有一個不為0，則決策單元j0為弱DEA有效，決策單元的活動不是同時為技術(shù)效率最佳和規(guī)模效率最佳；

(3)當(dāng)θ*＜1，決策單元j0不是DEA有效，決策單元的活動既不是技術(shù)效率最佳，也不是規(guī)模效率最佳；

在實(shí)際應(yīng)用中,各輸入與輸出量都帶有一定的量綱,可以證明,決策單元的最優(yōu)效率指數(shù)與輸入、輸出量的量綱選取無關(guān).選取的DMU應(yīng)有幾個特性:具有相同的任務(wù)目標(biāo)；具有相同的環(huán)境；具有相同的輸入、輸出。注意并不是指標(biāo)越小作為輸入指標(biāo)越好,而指標(biāo)越大作為輸出指標(biāo)越好。同時DMU的數(shù)量一般是(r+m)的兩倍。

1.3 Tapio脫鉤彈性

Tapio(2005)[1]在針對1970～2001年間歐洲的交通業(yè)能源及二氧化碳的脫鉤研究時，引入彈性概念構(gòu)建脫鉤指標(biāo)。在特定時間內(nèi)，當(dāng)GDP變動一個百分點(diǎn)時，交通運(yùn)量變化的百分比程度，如式(1)：

其中，r為運(yùn)輸量彈性值；v為交通運(yùn)輸量；該彈性表示隨著經(jīng)濟(jì)增長，導(dǎo)致運(yùn)量增加的情況。運(yùn)輸量與運(yùn)輸所產(chǎn)生的二氧化碳排放量之間的脫鉤彈性則如公式(2)所示：

將公式(1)與(2)相乘，即可得到CO2彈性如公式(3)，這也就是一般所稱的脫鉤指標(biāo)。

1.4 碳排放的測算方法

目前，我國還沒有CO2排放量的直接監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此大部分研究都是基于能源消費(fèi)量來測算CO2的排放量。論文研究基于我國能源消費(fèi)總量數(shù)據(jù)，采用的計(jì)算公式(4)主要參考了徐國泉[9]等人提出并改進(jìn)的碳排放量分解模型中的算法，由于該公式的算法已經(jīng)得到認(rèn)可，因此采用該公式計(jì)算得到的CO2排放量是可靠的。

其中，E為中國一次能源的消費(fèi)總量，F(xiàn)i為i類能源的碳排放強(qiáng)度，Si為i類能源在總能源所占的比重。這里Fi的取值見表1。

表1 各類能源的碳排放系數(shù)

2 實(shí)證分析

2.1 運(yùn)用GMDH找出影響我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素

發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是一個涉及面廣、綜合性強(qiáng)的系統(tǒng)工程，影響低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的因素也是多方面的，涉及到經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境、社會等領(lǐng)域。因此，我們綜合考慮了影響低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各種因素，利用GMDH數(shù)據(jù)組合處理方法找出影響我國低碳發(fā)展的主要因素。

2.1.1 輸入輸出指標(biāo)的選取和計(jì)算

本研究參考文獻(xiàn)[3][7][8]，綜合考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會發(fā)展、科技發(fā)展和環(huán)境發(fā)展等四個方面，共形成了17個指標(biāo)作為GMDH模型的輸入變量：人均GDP（X1）、城鎮(zhèn)居民家庭人均可支配收入（X2）、農(nóng)村居民家庭人均純收入（X3）、城鎮(zhèn)居民家庭恩格爾系數(shù)（X4）、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重（X5）、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重（X6）、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重（X7）、第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員比重（X8）、單位GDP能耗（X9）、煤炭占能源消費(fèi)總量的比重（X10）、水電、核電、風(fēng)電占能源消費(fèi)總量的比重（X11）、工業(yè)固體廢物綜合利用率（X12）、公路運(yùn)輸旅客周轉(zhuǎn)量（X13）、公路運(yùn)輸貨物周轉(zhuǎn)量（X14）、民用汽車擁有量（X15）、工業(yè)能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的比重（X16）、生活能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的比重（X17）。

脫鉤指標(biāo)主要反應(yīng)經(jīng)濟(jì)增長與生態(tài)環(huán)境保護(hù)及物質(zhì)消耗投入之間的不確定關(guān)系，測度兩者之間的壓力關(guān)，適合應(yīng)用于低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的評估。因此，根據(jù)前文的介紹，可以計(jì)算出每年CO2的排放量，進(jìn)一步計(jì)算出CO2Tapio脫鉤彈性作為GMDH模型的輸出變量。

2.1.2 自組織模型的建立和模型分析

根據(jù)碳排放計(jì)算方法和Tapio脫鉤指標(biāo)模型，基于我國1995～2009年統(tǒng)計(jì)年鑒中的數(shù)據(jù)，就可以計(jì)算出我國1995～2009年的CO2排放的Tapio脫鉤彈性。再利用GM-DH模型對CO2Tapio脫鉤彈性及選出的影響低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的17個指標(biāo)建模，得到的最優(yōu)模型如下：

此模型的預(yù)測誤差平方和(PESS)達(dá)到0.0640，樣本決定系數(shù)R2達(dá)到0.9519，說明此模型擬合較好，能夠客觀、公正地反應(yīng)出CO2Tapio脫鉤彈性與各變量之間的關(guān)系，即篩選出來的7個指標(biāo)是影響CO2Tapio脫鉤彈性的主要指標(biāo)。

（1）人均GDP、城鎮(zhèn)居民家庭人均可支配收入和農(nóng)村居民家庭人均純收入三個指標(biāo)能夠反映出一個國家或者地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r及人民的生活水平，社會在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、努力提高人民生活水平的過程中就要消費(fèi)能源，而我國現(xiàn)階段用于生產(chǎn)生活的能源主要是化石能源，化石能源屬于高碳排放能源，對發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是不利的。因此，在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的人均GDP、城鎮(zhèn)居民家庭人均可支配收入和農(nóng)村居民家庭人均純收入三個指標(biāo)對CO2Tapio脫鉤彈性影響較大，即對我國低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展影響也很大。

（2）第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重和第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員比重兩個指標(biāo)是衡量產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)效益的指標(biāo)，第三產(chǎn)業(yè)主要是指旅游業(yè)等服務(wù)性行業(yè)，是低碳產(chǎn)業(yè)，對發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)有著積極的作用，是鼓勵發(fā)展的對象。因此，應(yīng)該注重產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，順應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展大趨勢。

（3）煤炭占能源消費(fèi)總量的比重和水電、核電、風(fēng)電占能源消費(fèi)總量的比重兩個指標(biāo)反映了一個國家或地區(qū)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，而能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是影響低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的直接因素，直接關(guān)系到一個地區(qū)碳排放量的多少，對發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)有著重要的影響，是影響低碳經(jīng)濟(jì)的主要因素。同時，這兩個指標(biāo)也反映一個國家或地區(qū)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，要發(fā)展清潔能源、循環(huán)經(jīng)濟(jì)就需要改變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，減少煤炭等化石能源的消費(fèi)，大力發(fā)展可再生能源，如水電、風(fēng)電、核電及生物能源等清潔能源。

表2 我國1995～2009年低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)

2.2 運(yùn)用DEA分析我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展效率

根據(jù)應(yīng)用GMDH模型已經(jīng)找到了影響我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的7個主要因素，我們將其中4個比重指標(biāo)通過計(jì)算轉(zhuǎn)化成實(shí)值數(shù)據(jù)指標(biāo)，將這7個主要指標(biāo)作為DEA方法的指標(biāo)體系。三個輸入指標(biāo)：第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員數(shù)(X1)、煤炭消費(fèi)總量(X2)、水電、核電、風(fēng)電消費(fèi)總量(X3)；四個輸出指標(biāo)：人均GDP(Y1)、城鎮(zhèn)居民家庭人均可支配收入(Y2)、農(nóng)村居民家庭人均純收入(Y3)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(Y4)；則在DEA效率分析中DMU=15，分別是1995～2009年；m=3，t=4；具體的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)如表2所示，求得結(jié)果如表3所示。

表3 DEA模型求解結(jié)果

（1）從表3中我們可以看出，1999、2007、2009年這3年的DEA效率指數(shù)θ*=1，為DEA有效，相對于其他年份來講，它們的投入產(chǎn)出狀態(tài)已達(dá)到最佳，投入無冗余，其第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員數(shù)、煤炭消費(fèi)總量和水電、核電、風(fēng)電消費(fèi)總量的投入已達(dá)到資源組合最優(yōu)；又其，K=1，說明這三年既是技術(shù)有效的，又是規(guī)模恰當(dāng)?shù)?。反映了我國?5年，特別是2003年以來，在整個國際社會都努力向低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型的情況下，我國的發(fā)展也充分注意到了整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，設(shè)法提高投入產(chǎn)出的效率，特別是能源利用率，改變我國高碳發(fā)展的經(jīng)濟(jì)模式。

（2）對表3中非DEA有效的年份通過分析得：所有的非DEA有效的決策單元均為技術(shù)無效，說明各資源之間的組合沒有達(dá)到最優(yōu)，存在輸入剩余或者輸出虧空。從這些年份的K值我們可以分析出它們都是規(guī)模效益遞增的，也就是說在這幾個年份里，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，增加投入，能獲得更大比例的產(chǎn)出。但由于它們都是DEA無效的，需要注意各資源的投入比例，在合理配置資源的前提下擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模獲得高產(chǎn)，這與我國的發(fā)展?fàn)顩r在一定程度上是相符合的。

（4）表3中θ*′對應(yīng)的是在投入指標(biāo)中去掉水電、核電、風(fēng)電消費(fèi)總量后得到的分析結(jié)果，從評價(jià)結(jié)果可以看出，從1995～2008年的DEA效率指數(shù)都小于1，都未達(dá)到DEA有效。對比這些年份的θ*和θ*′DEA效率指數(shù)，我們分析出在除去投入指標(biāo)水電、核電、風(fēng)電消費(fèi)總量后，幾乎所有年份的效率指數(shù)都降低了，這就表明在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)過程，我們不能忽略像水電、風(fēng)電和核電等清潔能源投入，應(yīng)該提高科技水平，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，減少煤炭在能源消費(fèi)中的比重，提高清潔能源在能源利用中的占比，使能源結(jié)構(gòu)趨向清潔化。

（5）保持現(xiàn)有產(chǎn)出不變，根據(jù)公式Δx=(1-θ*)x0+s-*可計(jì)算出各個投入指標(biāo)可節(jié)約量，即現(xiàn)有投入的投入剩余。如表4所示。（注：x0、y0為被評價(jià)的DMU的投入、產(chǎn)出值,θ*、s-*、s+*為模型最優(yōu)解）

表4 產(chǎn)出不變、各投入可節(jié)約量

由表4可知，中國15年來的低碳發(fā)展是建立在大量投入勞動力和大量消耗能源的基礎(chǔ)上的。雖然我國物產(chǎn)豐富、資源眾多，但存在人口多、人均資源相對不足的問題。因此，我國要轉(zhuǎn)變高碳發(fā)展的狀況，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式，還面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3 結(jié)束語

低碳經(jīng)濟(jì)是一種低能耗、低排放、低污染為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。論文將GMDH自組織數(shù)據(jù)處理方法與DEA方法相結(jié)合，首先，運(yùn)用GMDH模型篩選出影響我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的七個主要指標(biāo)，再用這七個指標(biāo)中的三個輸入指標(biāo)和四個輸出指標(biāo)，對我國1995～2009年低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的投入產(chǎn)出效率進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明：這15個年份中，只有1999年、2007年和2009年這三年的投入產(chǎn)出達(dá)到DEA有效，其他年份都是非DEA有效的，并且為規(guī)模收益遞增的，因此，在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的過程中，應(yīng)該在合理配置資源的情況下擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提高產(chǎn)出效益。

綜合上述分析，我國低碳經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出效率發(fā)展勢頭看好，在發(fā)展過程中，首先，應(yīng)該加大對清潔能源的投入，調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，減少碳排放量。其次，充分利用人口大國的基本特征，提高人口的質(zhì)量，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，鼓勵第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。最后，要合理組合各種投入資源，使它們得到充分的利用，盡量使用最少的資源投入，得到最多的效益。

未來可以進(jìn)一步研究不同省份在同一時間點(diǎn)上橫向比較，找出優(yōu)勢和劣勢。

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