區(qū)域自然資源-經濟復合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展預警指標體系構建

孫雪蓮

（新疆大學a.經濟與管理學院b.科學技術學院,烏魯木齊 830046）

區(qū)域自然資源-經濟復合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展預警指標體系構建

孫雪蓮a,b

（新疆大學a.經濟與管理學院b.科學技術學院,烏魯木齊 830046）

以新疆為例，從系統(tǒng)基本健康狀況、系統(tǒng)運行效率、系統(tǒng)適應力及其他系統(tǒng)的影響四個維度出發(fā)考慮警情，構建初始預警指標體系。并利用主基底方法，在保證原始變量信息損失盡可能小的前提下，排除初始指標體系中存在的大量冗余信息，對初始指標體系進行了簡化，克服了變量之間的多重相關性。

指標體系；可持續(xù)發(fā)展；主基底

0 引言

改革開放至今，中國經濟保持了持續(xù)的快速增長，1978～2010年GDP平均增長率達到9.89%，經濟發(fā)展取得了巨大成就。但是粗放的經濟增長方式，導致了自然資源的大量消耗，經濟發(fā)展所面臨的自然資源約束越來越強。在此背景下，將自然資源系統(tǒng)與經濟系統(tǒng)看成是一個復合系統(tǒng)，從預警的角度，研究該復合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展問題，具有重要的實踐與理論意義。

對于可持續(xù)發(fā)展指標體系的構建，相關研究已經取得了豐富的研究成果，但是還需要進一步的完善。首先，由于不同區(qū)域的發(fā)展特點不同，針對不同區(qū)域特點，應加強區(qū)域可持續(xù)發(fā)展指標體系的研究。同時，要更加關注指標體系的系統(tǒng)性，簡明性，對指標的篩選應加強定量分析方法與定性分析方法的結合應用，現有的指標體系的構建方法大多欠缺定量分析，指標體系過于龐雜，往往會存在大量冗余信息，導致難以實際操作。從預警角度建立可持續(xù)發(fā)展指標體系的研究雖然很好地關注了區(qū)域層面，但是研究對象卻大多集中在單一系統(tǒng)、單一資源上，對于自然資源與經濟系統(tǒng)的復合系統(tǒng)進行關注的研究文獻不多。

本文借鑒文獻[1]的研究結論，以系統(tǒng)為視角，構建區(qū)域“自然資源-經濟”復合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的預警指標體系，將定性分析與定量分析相結合，對指標體系的冗余信息進行了刪除，確保了指標體系的簡明性與可操作性。

1 初始指標體系的構建

1.1 指標體系的設計思路

從動態(tài)觀點看，可持續(xù)發(fā)展能力是復合系統(tǒng)的一種運行狀態(tài)。系統(tǒng)具備層次結構性，“自然資源-經濟”復合系統(tǒng)可以分成自然資源子系統(tǒng)（自然資源子系統(tǒng)，又可以進一步分為資源子系統(tǒng)與環(huán)境子系統(tǒng)。）和經濟子系統(tǒng)。要描述兩個子系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力，提出預警，就需要尋找和選擇一批變量（指標），來表述系統(tǒng)的元素以及元素之間相關關系的特性。在系統(tǒng)論中，稱這些變量為狀態(tài)變量，能夠正確區(qū)分和描述這些狀態(tài)，就算把握了系統(tǒng)。嚴格意義上說，無論是自然資源子系統(tǒng)還是經濟子系統(tǒng)，其系統(tǒng)的復雜性都決定了他們的狀態(tài)變量是N維，乃至無窮維的。為了簡化研究系統(tǒng)，對狀態(tài)變量往往選取起主導影響作用的變量，盡可能的去構建完備變量集。

本文以系統(tǒng)的需求為目標導向構建預警指標體系。一個系統(tǒng)要想生存和可持續(xù)發(fā)展，必須與它的生存環(huán)境相互協(xié)調。因此，從系統(tǒng)所處的外在環(huán)境入手，針對系統(tǒng)的四個主要需求構建指標體系。本文以新疆為例，從系統(tǒng)生存基本健康狀況、系統(tǒng)運行效率、系統(tǒng)適應力及其他系統(tǒng)的影響四個維度考慮警情，通過參照大量權威研究文獻，采用定性化方法對指標進行了高頻篩選，構建了初始區(qū)域“自然資源-經濟”復合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展預警指標體系（見下表），并選取了2000～2009年10年的數據，進一步對該指標體系進行了定量化篩選，排除了指標體系的冗余信息。統(tǒng)計數據主要來自2001～2011年的《新疆統(tǒng)計年鑒》、《新疆50年》、《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒》，個別缺省數據，采用了平均值法進行補充。

1.2 有關指標的測算說明

1.2.1 水資源負載指數測算說明

水資源負載指數反映水資源的利用程度，可以對今后水資源開發(fā)的難易程度提出預警，在干旱和半干旱地區(qū)多利用區(qū)域降水、人口和農業(yè)灌溉面積這3個數據與水資源量值間的關系來表示。但是在新疆經濟跨越式發(fā)展的背景下，農業(yè)灌溉面積并不能完全反映地區(qū)水資源的實際利用情況，本文參照文獻[1]，采用國內生產總值代替農業(yè)灌溉面積指標。將水資源負載指數定義為衡量區(qū)域水資源對人口，經濟規(guī)模的負載程度的指標。計算公式如下：

其中，C為水資源負載指數；P為人口數量(萬人)，G為國內生產總值（億元）；W為水資源總量（億立方米）；K為與降水有關的系數。K的具體取值如下：

R為降水量，單位為mm。

根據上述水資源負載指數的計算理論，可以計算得出新疆2000～2009年的水資源負載指數，見下表：

全國尺度水資源負載指數分級評價標準見表3：

由計算結果可以看出，新疆水資源的負載指數呈上升趨勢。2003年以后，新疆水資源開發(fā)利用程度屬于第三級別，即開發(fā)條件中等。

1.2.2 二氧化碳排放量的測算說明

二氧化碳排放主要來自化石燃料燃燒及水泥制造等生產過程，根據世行報告，化石燃料燃燒的碳排放占到總排放量的70%以上。本文根據新疆能源消費的特點，參照文獻[4],選擇煤炭、石油、天然氣這三種消耗量較大的一次能源為基準來核算。

根據國家發(fā)改委能源研究所的推薦值，原煤的二氧化碳排放因子定為2.4567噸二氧化碳/噸標準煤；根據IPCC(2006)文件提供的二氧化碳排放系數，原油的二氧化碳排放因子定為2.145噸二氧化碳/噸標準煤，天然氣的排放因子為1.642噸二氧化碳/噸標準煤。原煤、原油和天然氣的折標煤系數分別為0.7143噸標準煤/噸、1.4286噸標準煤/噸、13.300噸標準煤/萬立方米。原煤、石油、天然氣的消費數據來自歷年新疆統(tǒng)計年鑒。計算得新疆2000～2009年的二氧化碳排放量為：

表1 自然資源-經濟復合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展預警指標體系

2 對初始指標體系的定量化篩選

本文利用主基底分析方法，對初始指標體系中每個子系統(tǒng)的變量進行了篩選，以剔除重復信息和冗余變量。

3.1 基于主基底分析的變量篩選方法原理[3]

表2 新疆2000～2009年水資源負載指數

表3 水資源負載指數分級評價標準[2]

表3 二氧化碳排放量 (單位：萬噸)

基于主基底分析的變量篩選步驟如下：

對于一組秩為s(s≤p)的變量集合 x1,x2,…xp，可以采用“最大方差法”得到它的主基底。

（1）將x1,x2,…xp做標準化處理；

（3）分 別 將 剩 余 變 量 x2,x3,…xp與 z1做Gram-Schmidt變換，得到備選的變量集合

（7）重復以上過程，直至經Gram-Schmidt變換后，得到s個相互正交的向量z1,z2,…zs，其所對應的關聯變量為x1,x2,…zk，即為篩選出來簡約變量集合。

采用上述方法篩選出來的簡約變量集合，可以排除初始變量集合中由于多重相關性導致的冗余信息（即被變成0的那些向量），同時保留了初始變量集合全部的凈信息，對初始變量集合最具有代表性。在實際操作中，不必選擇全部s個關聯變量，通常認為Var(zk)?0.2時，所攜帶的凈信息含量就已經非常少了，這時可以選擇為簡約變量集合?？梢愿鶕嶋H需要，靈活地選擇0.2或0.2以下的適用數值作為簡約變量選擇的依據。

2.2 簡約指標體系的構建

2.2.1 各子系統(tǒng)的變量篩選首先考察水資源子系統(tǒng)的19個原始變量，其171個相關系數中，有51個相關系數大于等于0.8，接近總數的1/3，可見變量之間存在嚴重的多重相關性，會干擾系統(tǒng)評價結果的客觀性。以下采用基于主基底的變量篩選方法構建簡約指標體系。

首先對指標做正向化、標準化處理，其中，對逆向指標采用了取倒數的處理方法，標準化采用了z-score方法，標準化后的樣本平均值為0，方差為1。

其次，選擇第一個主基底變量z1，由于

所以第一個主基底變量Z1=A18，對應的原始變量為水資源負載指數。

最后，將剩余變量按照主基底分析的程序進行篩選，最終共有8個主基底被保留下來，對應的 關 聯 變 量 依 次 為 A18、A10、A16、A9、A15、A8、A11、A19。

主基底變量的方差Var(zi)及所攜帶的凈信息含量比重RNI見下表：

表4 主基底變量的方差及所攜帶的凈信息含量比重

原變量集合的凈信息總量為5.2595，篩選出來的簡約變量集合所包含的信息總量占凈信息總量的97.98%，具有非常好的代表性。篩選后的變量間的相關系數矩陣如表5所示：

表5 篩選后的水資源子系統(tǒng)的指標相關系數

從表5可以看出，篩選后的變量中，相關系數的最高值為0.769，沒有強相關的變量存在，不存在干擾評價客觀結論的冗余信息。

同理，土地資源系統(tǒng)篩選后的變量為 B1、B5、B8、B9、B11、B12、B13，原變量集合的凈信息總量為4.829，篩選出來的簡約變量集合所包含的信息總量占凈信息總量的98.95%。篩選后的指標體系中，僅有一組變量的相關系數超過0.8。

能源系統(tǒng)篩選后的變量為 C2、C4、C6、C8、C9、C12、C14、C15、C20、C22,凈信息含量為100%。篩選后的指標體系中，僅有一組變量的相關系數超過0.8。

環(huán)境資源系統(tǒng)篩選后的變量為 D8、D9、D10、D11、D12、D13其累積凈信息含量比達到99.09%。篩選后的指標體系中，僅有兩組變量強相關，分別為D8與Dg10、Dg9與D10，其他變量均為弱相關。

表6

經濟系統(tǒng)篩選后的變量為 E2、E3、E4、E8、E10、E11、E12、E14、E17、E18，凈信息含量為100%。

2.2.2 簡約指標體系的構建

通過上述指標體系的定量化篩選，構建出新疆“自然資源-經濟”復合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的預警簡約指標體系。見表6。

篩選后的指標體系指標個數減少到了41個，僅為原指標體系的指標個數的45%，極好地排除了冗余信息量，同時對原指標體系也具有很好的代表性。

3 結論

本文以系統(tǒng)的需求為目標導向，從系統(tǒng)基本健康狀況、系統(tǒng)運行效率、系統(tǒng)適應力及其他系統(tǒng)的影響四個維度出發(fā)考慮警情，通過對權威文獻高頻指標的篩選，構建出初始區(qū)域“自然資源-經濟”復合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展預警指標體系，并利用主基底方法，對上述指標體系進行了約簡，最終得到了一個僅有41個指標的預警指標體系，即保證了對原指標體系凈信息量的代表性又很好地排除了冗余信息，為進一步提供客觀的預警研究結論奠定了良好基礎。

[1]張丹，封志明，劉登偉.基于負載指數的中國水資源三級流域分區(qū)開發(fā)潛力評價[J].資源科學，2008,30(10).

[2]王惠文.變量多重相關性對主成分分析的危害[J].北京航天航空大學學報，1996,22（1）.

[3]王惠文，儀彬，葉明.基于主基底分析的變量篩選[J].北京航空航天大學學報（自然科學版），2008,34（11）.

[4]South Pacific Applied Geosciences Commission.United Nations Environ?ment Programme.Building Resilience in SIDS：the Environmental Vul?nerability Index[EB/OL].http：//www.vulnerabilityindex.net/index.htm，2005.

F222

A

1002-6487（2013）14-0021-04

孫雪蓮（1980-），女，山東臨沂人，博士研究生，講師，研究方向：可持續(xù)發(fā)展。

（責任編輯/亦 民）