基于動態(tài)空間面板模型的旱澇災(zāi)害對糧食市場影響仿真研究*

趙 玉

（1.東華理工大學(xué)資源與環(huán)境經(jīng)濟研究中心，江西撫州344000；2.東華理工大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，江西南昌330013）

基于動態(tài)空間面板模型的旱澇災(zāi)害對糧食市場影響仿真研究*

趙 玉

（1.東華理工大學(xué)資源與環(huán)境經(jīng)濟研究中心，江西撫州344000；2.東華理工大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，江西南昌330013）

采用動態(tài)空間面板模型研究了旱澇災(zāi)害對糧食市場的沖擊，分析了沖擊的空間溢出和乘數(shù)效應(yīng)。采用蒙特卡羅和分塊Bootstrap技術(shù)模擬了Gamma、Rayleigh等分布假設(shè)下的旱澇災(zāi)害對各地區(qū)糧食市場的影響。研究表明：①糧食市場受到貨幣供給等經(jīng)濟因素和旱澇災(zāi)害的顯著影響，旱澇災(zāi)害對糧食市場的影響強度弱于經(jīng)濟因素的影響；②旱澇災(zāi)害對糧食市場的沖擊存在明顯的空間溢出和反饋，從而一個地區(qū)旱澇災(zāi)害的沖擊會擴散到距離更遠(yuǎn)的市場；③各影響因素空間溢出和反饋具有較強的區(qū)域特征，按照該特征可將中國糧食市場劃分為5個區(qū)域性市場；④未來受到旱澇災(zāi)害的影響，各地區(qū)糧食價格指數(shù)波動幅度多位于2～8區(qū)間內(nèi)，漲幅約為1%～3%；⑤未來東北和中部主產(chǎn)區(qū)的糧食市場受旱澇災(zāi)害的影響較大，而非主產(chǎn)區(qū)的糧食市場受到旱澇災(zāi)害的影響較小。

旱澇災(zāi)害；糧食市場；動態(tài)空間面板模型；仿真

中國是旱澇災(zāi)害頻發(fā)的國家。長期以來，旱澇災(zāi)害導(dǎo)致了各地區(qū)糧食的單產(chǎn)下降甚至絕收，對糧食安全造成了嚴(yán)重的危害，同時也給國民經(jīng)濟帶來了巨大的損失。根據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)，旱災(zāi)和洪澇災(zāi)害是影響我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要災(zāi)種。全球變暖背景下旱澇災(zāi)害出現(xiàn)的頻率有所增加，影響的區(qū)域也越來越廣泛。東北、華中和西南地區(qū)等省份近年來陸續(xù)發(fā)生了“50年一遇”、“100年一遇”的旱災(zāi)或洪澇災(zāi)害。旱澇災(zāi)害嚴(yán)重威脅到了我國糧食安全。如何應(yīng)對旱澇災(zāi)害以確保糧食供給安全，是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要解決的重大現(xiàn)實問題。

評估和預(yù)測自然災(zāi)害對糧食安全的影響既是應(yīng)對災(zāi)害的關(guān)鍵，也是防災(zāi)減災(zāi)和糧食安全領(lǐng)域的研究熱點。Li等［1］評估了干旱對糧食產(chǎn)量的影響。Piao等［2］研究了氣候變化對中國水資源和農(nóng)業(yè)的影響。程靜和陶建平［3］對西南五省農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害和糧食安全問題進行了研究。李文娟等［4］定量分析了旱災(zāi)對國家糧食安全的影響程度。周曙東和朱紅根［5］運用省級面板數(shù)據(jù)分析了溫度和降水量變化對中國南方水稻產(chǎn)量的影響。張明如和殷善福［6］使用狀態(tài)空間模型研究了糧食播種面積、化肥、自然災(zāi)害成災(zāi)面積等因素對糧食產(chǎn)量波動的影響。高茂盛等［7］研究了1971－2010年期間洪澇災(zāi)害對陜西省糧食生產(chǎn)的影響，研究表明最近十年來陜西省因洪澇災(zāi)害導(dǎo)致的年平均糧食減產(chǎn)量達到了104.1萬噸。江麗和安萍莉［8］分析了旱災(zāi)、洪澇災(zāi)害等的時空分布情況，計算了災(zāi)害造成的糧食減產(chǎn)量，并在此基礎(chǔ)上評估了2020年自然災(zāi)害對糧食產(chǎn)量的影響。王秀芬和李茂松［9］研究了糧食主產(chǎn)區(qū)自然災(zāi)害與糧食生產(chǎn)之間的脫鉤關(guān)系，發(fā)現(xiàn)糧食生產(chǎn)和自然災(zāi)害之間存在耦合關(guān)系。

少數(shù)文獻從經(jīng)濟史的角度研究了自然災(zāi)害對糧食市場的影響。王業(yè)鍵和黃瑩玨［10］研究了清代中國氣候因素和自然災(zāi)害與糧食價格之間的關(guān)系，研究表明長江三角洲地區(qū)的糧價高峰大都出現(xiàn)在自然災(zāi)害多的年份，1641－1720年，1741－1830年糧價與當(dāng)時旱災(zāi)的變動大體一致，1831－1880年的糧價與當(dāng)時澇災(zāi)的變動一致，而長期氣候變遷與糧價并無明顯關(guān)系。李軍等［11］以清代山西為例研究了自然災(zāi)害與區(qū)域糧價的關(guān)系，研究表明自然災(zāi)害與糧價波動之間呈現(xiàn)弱相關(guān)關(guān)系，而人口膨脹、貨幣貶值和市場割據(jù)等因素是糧價波動的主要因素。謝美娥［12］研究了自然災(zāi)害和糧食生產(chǎn)收成兩種因素，對1738－1850年臺灣糧價變動的影響，研究表明自然災(zāi)害僅在短期對米價起作用，長時段的作用并不顯著。

另外，還有部分文獻評估或論證了災(zāi)害對國民經(jīng)濟［13－14］、生活必需品價格［15］的影響。雖然現(xiàn)有研究成果為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中防災(zāi)、減災(zāi)提供了有力支撐，但是相關(guān)文獻主要關(guān)注自然災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的影響，而受到數(shù)據(jù)資料和研究手段的影響，研究災(zāi)害對糧食流通領(lǐng)域影響的文獻并不多見。糧食市場安全是糧食安全的一個重要組成部分，本文借助近年發(fā)展起來的空間面板建模理論建立了一個動態(tài)空間面板模型并評估和模擬旱澇災(zāi)害對我國糧食市場的沖擊。

1 模型與數(shù)據(jù)

1.1 動態(tài)空間面板模型

由于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、技術(shù)外溢、區(qū)域間的貿(mào)易等原因?qū)е铝瞬煌貐^(qū)的市場價格、供給需求等經(jīng)濟現(xiàn)象既表現(xiàn)出一定的相關(guān)性又表現(xiàn)出一定的分異特征。自然災(zāi)害也具有類似的區(qū)域特征，如旱災(zāi)主要集中在黃淮海區(qū)和西北地區(qū)，洪澇災(zāi)害集中在長江中下游等地區(qū)［8］。區(qū)域不是獨立存在的，不同空間單元之間存在的相互作用即包括傳導(dǎo)也包括反饋，從而各單元鄰接起來形成了一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。這就引發(fā)了一個有趣的問題，即空間單元的相互作用如何導(dǎo)致集體特性和聚集模式。標(biāo)準(zhǔn)的計量經(jīng)濟模型難以處理和回答涉及空間相關(guān)的問題。在評估旱澇災(zāi)害對糧食市場風(fēng)險影響時，將空間相關(guān)和分異特征納入到計量模型中，具有一定的理論意義。

將影響糧食市場價格的因素分為市場因素、貨幣因素、自然災(zāi)害因素和其他因素。在自然災(zāi)害中風(fēng)雹、霜凍等災(zāi)害對糧食生產(chǎn)的影響范圍和影響程度較?。?］，我們僅評估旱災(zāi)和洪澇災(zāi)害對糧食市場價格的影響。市場因素用滯后一期的糧食價格表示，記作Pi，t－1；貨幣因素用貨幣供給量測度，記作M1t；由于糧食市場對自然災(zāi)害的沖擊做出反應(yīng)需要一定的時間，因此旱災(zāi)用上一年度旱災(zāi)受災(zāi)面積表征，記作Di，t－1；洪澇災(zāi)害用上一年度洪澇災(zāi)害受災(zāi)面積表征，記作Fi，t－1；將其他因素歸入誤差項ui，t中，下標(biāo)i表示地區(qū)序號。將所有自變量記作矩陣X，定義一個Q鄰接矩陣W，矩陣元素作如下定義：地區(qū)i和j有公共邊界或頂點則wij＝1，否則wij＝0，矩陣的行數(shù)和列數(shù)均等于地區(qū)數(shù)。在應(yīng)用該鄰接矩陣之前，對其做標(biāo)準(zhǔn)化處理。則評估旱澇災(zāi)害對糧食市場影響的模型可以寫成如下動態(tài)空間面板模型：

式中：μ表示截距項；W P表示相鄰區(qū)域在空間上的影響。由于引入了W P項違背了計量模型的經(jīng)典假設(shè)，因此不能使用最小二乘方法估計模型參數(shù)。對于式（1）而言，若存在固定效應(yīng)，則采用如下的極大似然函數(shù)估計式（1）的參數(shù)：

若模型（1）中存在隨機效應(yīng)，則首先將因變量和自變量作如下轉(zhuǎn)換：

式中：θ為轉(zhuǎn)化參數(shù)，該參數(shù)介于0和1之間。經(jīng)過轉(zhuǎn)化之后，式（1）的似然函數(shù)對數(shù)見式（4），通過分步迭代求解的方法可得到各參數(shù)值。

1.2 數(shù)據(jù)材料

由于西藏部分年份的數(shù)據(jù)缺失，樣本截面選擇了除西藏外的其他30個中國大陸省份（直轄市、自治區(qū)），時間跨度為1994－2012年。所有數(shù)據(jù)來自國家統(tǒng)計局網(wǎng)站，糧食市場價格用糧食消費者價格指數(shù)表示，并以1993年為基期做了平減。我國旱澇災(zāi)害的時空分布特征見圖1，其中橫軸1～30的地區(qū)序號與中國統(tǒng)計年鑒的排列順序一致，分別為北京、天津、河北……新疆。

如圖1所示，1994－2012年的旱災(zāi)受災(zāi)嚴(yán)重的地區(qū)主要集中在華北平原和東北平原等糧食主產(chǎn)區(qū)。2000年之前的華中地區(qū)遭受旱災(zāi)也較為嚴(yán)重。西南地區(qū)發(fā)生旱災(zāi)的頻率雖然低于北方地區(qū)，但明顯高于南方其他地區(qū)。1994－2012年洪澇災(zāi)害在空間上流域特征較為明顯，災(zāi)害主要發(fā)生在松花江流域和長江中下游流域。總體而言，2000－2012年間的洪澇災(zāi)害受災(zāi)面積較2000年之前有所減少。

2 空間計量結(jié)果

在Matlab平臺上估計了以上方程，表1給出了動態(tài)空間面板模型的估計結(jié)果。

從表1兩種不同效應(yīng)的估計結(jié)果可以看出，糧食市場價格明顯受到市場因素、貨幣因素、旱澇災(zāi)害和周邊因素的影響，旱災(zāi)對糧食市場的影響弱于洪澇災(zāi)害的影響。雖然固定效應(yīng)和隨機效應(yīng)方程的判定系數(shù)和似然函數(shù)對數(shù)值差別不大，但是從校正的判定系數(shù)可知，固定效應(yīng)的動態(tài)空間面板模型的預(yù)測效果要好于隨機效應(yīng)的動態(tài)空間面板模型。所有解釋變量均與糧食市場價格呈正相關(guān)關(guān)系。由固定效應(yīng)的動態(tài)空間面板模型可知，滯后一期糧價（定基價格指數(shù)）變化1個單位則當(dāng)期市場糧價（價格指數(shù)，1993年為基期）同向變化0.545 3個單位，貨幣供給量（千億）變化1個單位則市場糧價同向變化0.188 9個單位，滯后一期旱災(zāi)受災(zāi)面積每變化1個單位則當(dāng)期糧價同向變化0.021 2個單位，滯后一期洪澇災(zāi)害受災(zāi)面積每變化1個單位則當(dāng)期糧價同向變化0.089 6個單位①**為了得到更精確的計量結(jié)果，此處旱澇災(zāi)害受災(zāi)面積的量綱設(shè)置為萬公頃（萬hm2）。若受災(zāi)面積的量綱換算成千公頃（khm2），滯后一期旱災(zāi)受災(zāi)面積每變化1個單位則當(dāng)期糧價同向變化約0.002 1個單位，滯后一期洪澇災(zāi)害受災(zāi)面積每變化1個單位則當(dāng)期糧價同向變化約0.009 0個單位。，周邊地區(qū)糧價每變化1個單位則當(dāng)?shù)丶Z價同向變化0.221 0個單位。對比兩個方程的校正判定系數(shù)，選擇固定效應(yīng)的動態(tài)空間面板模型進行仿真預(yù)測。

表1 動態(tài)空間面板估計結(jié)果

圖1 旱澇災(zāi)害的時空分布圖

表2 模型（1）穩(wěn)定性檢驗結(jié)果

3 空間乘數(shù)與仿真

在運用固定效應(yīng)的模型（1）仿真預(yù)測之前，對其穩(wěn)定性進行檢驗，檢驗結(jié)果見表2。固定效應(yīng)動態(tài)空間面板模型的殘差平穩(wěn)性檢驗表明，模型（1）是穩(wěn)定的，可以用來進行仿真。

固定效應(yīng)動態(tài)空間面板模型（1）經(jīng)過變化，可得到如下預(yù)測形式：

圖2 空間乘數(shù)的地理分布及等高線

情境1：假設(shè)其他影響因素不變，各地區(qū)旱澇災(zāi)害受災(zāi)面積分別服從Gamma分布、Rayleigh分布、指數(shù)分布和泊松分布。使用式（5）對糧食市場的波動作了仿真模擬。各地區(qū)旱澇災(zāi)害Gamma分布、Rayleigh分布、指數(shù)分布和泊松分布的特征參數(shù)值分別由這一地區(qū)的旱災(zāi)和洪澇災(zāi)害受災(zāi)面積的觀測值估計得到，所用的估計方法為極大似然法。式（5）中的殘差項通過分塊Bootstrap抽樣得到。作者在Matlab平臺上分別模擬了10 000次旱災(zāi)受災(zāi)面積、洪澇災(zāi)害受災(zāi)面積和殘差項的抽樣并計算出糧食市場波動幅度，最后取平均值得到仿真結(jié)果（見圖3a）。在受災(zāi)面積服從不同隨機分布的假設(shè)下，圖3a給出了糧食價格指數(shù)較2012年的變化幅度。

圖3 不同情境下糧食價格指數(shù)變化幅度

情境2：假設(shè)貨幣供給量仍按照過去19年的平均增長速度增長，各地區(qū)旱澇災(zāi)害受災(zāi)面積分別服從Gamma分布、Rayleigh分布、指數(shù)分布和泊松分布。我國貨幣供給算數(shù)平均增長率約為16%，而幾何平均增長率約為15%，在旱澇受災(zāi)面積服從以上分布的假設(shè)下，同時假設(shè)貨幣供給量在2012年的基礎(chǔ)上增加15%，此時各地區(qū)糧食價格指數(shù)相比2012年糧食價格指數(shù)的變化幅度見圖3b所示，從圖3可以看出仿真結(jié)果對分布假設(shè)并不敏感，因此可以根據(jù)該結(jié)果得出一般性的結(jié)論。仿真結(jié)果表明多數(shù)地區(qū)的糧食市場會受到旱澇災(zāi)害的沖擊。黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河北、江蘇、河南、安徽、江西、湖南、四川等糧食主產(chǎn)區(qū)發(fā)生旱澇災(zāi)害將會引起糧價較大幅度的波動，這些地區(qū)糧食市場風(fēng)險較高。而山西等非糧食主產(chǎn)區(qū)的糧食市場受旱澇災(zāi)害的影響相對較小，這與李軍等人從經(jīng)濟史視角的研究結(jié)論類似［11］。另外，北京、天津、上海、青海和寧夏等地的糧價幾乎不會受到旱澇災(zāi)害的影響。未來受到旱澇災(zāi)害的沖擊，各地區(qū)糧食價格指數(shù)波動幅度多位于2～8區(qū)間內(nèi)，相對2012年而言漲幅多位于1%～3%區(qū)間內(nèi)。僅考慮貨幣供給對糧食價格的影響，貨幣供給量在2012年的基礎(chǔ)上增加15%后，各地區(qū)糧食價格指數(shù)波動幅度位于9～14區(qū)間內(nèi)，相對2012年而言漲幅位于2%～5%區(qū)間內(nèi)。可見在多數(shù)省區(qū)內(nèi)，貨幣供給等經(jīng)濟因素對糧食市場的影響強度要大于旱澇災(zāi)害的影響。

4 主要研究結(jié)論

糧食市場安全是糧食安全的一個重要組成部分，糧食市場安全對國家糧食安全具有重要意義?，F(xiàn)有文獻多研究了自然災(zāi)害對糧食生產(chǎn)領(lǐng)域的影響而較少關(guān)注對糧食流通領(lǐng)域的影響。本研究利用具有固定效應(yīng)的動態(tài)空間面板模型研究和模擬了旱澇災(zāi)害對各地區(qū)糧食價格的影響，得出了以下結(jié)論：

（1）旱災(zāi)和洪澇災(zāi)害影響了糧食市場價格，但在多數(shù)省份旱澇災(zāi)害的影響強度弱于貨幣政策對糧價的影響。另外，干旱災(zāi)害對我國糧食市場安全構(gòu)成威脅低于洪澇災(zāi)害產(chǎn)生的威脅，這可能與我國各地區(qū)近年來加強了干旱防災(zāi)減災(zāi)基礎(chǔ)設(shè)施的投入以及先進灌溉技術(shù)的普及有關(guān)。

（2）各地區(qū)糧食價格既具有關(guān)聯(lián)性又具有分異特征，全國糧食市場可劃分為5個區(qū)域性市場。旱澇災(zāi)害對本地糧食市場的沖擊存在溢出和乘數(shù)效應(yīng)（反饋作用），災(zāi)害對本地糧食市場的沖擊會擴散到距離更遠(yuǎn)的市場，但這種沖擊對區(qū)域內(nèi)其他省區(qū)的糧食市場影響較大而對區(qū)域外市場影響較小。

（3）糧食主產(chǎn)區(qū)的糧價更易受到旱澇災(zāi)害的影響。未來東北地區(qū)的黑龍江、吉林以及中部地區(qū)的安徽、河南、湖南等糧食主產(chǎn)區(qū)糧食市場受到旱澇災(zāi)害的影響相對會更加明顯，而其他地區(qū)糧食市場受到旱澇災(zāi)害的沖擊相對較小。

雖然與經(jīng)濟因素相比，多數(shù)省區(qū)的旱澇災(zāi)害對當(dāng)?shù)丶Z食市場的影響較小，但是災(zāi)害的發(fā)生具有突發(fā)性，其對糧食主產(chǎn)區(qū)市場安全的危害更大，而經(jīng)濟因素具有一定的趨勢性，在科學(xué)預(yù)測和合理調(diào)控的前提下，其帶來的糧食市場風(fēng)險相對可控。另外，產(chǎn)糧越多的地區(qū)承擔(dān)越多的市場風(fēng)險顯然是不合理的，管理部門除要加強糧食主產(chǎn)區(qū)防洪抗旱基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)外，還應(yīng)該探索糧食主產(chǎn)區(qū)和非主產(chǎn)區(qū)糧食市場的風(fēng)險補償制度。

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Simulation on Influence of Drought and Flood Disasters on the Grain Market Based on Dynam ic Spatial Panel Model

Zhao Yu
（1．Center for Resources and Environmental Economic Research，East China Institute of Technology，F(xiàn)uzhou 344000，China；2．College of Economics＆Management，East China Institute of Technology，Nanchang 330013，China）

Impact of drought and flood disasters on the grain market is researched and its space overflow and multiplier effect via dynamic spatial panelmodel is analyzed.It is simulated that the impact of drought and flood disasters on grain markets in different regions under different distribution hypothesis such as Gamma distribution，Rayleigh distribution，exponential distribution and Poisson distribution with Monte Carlo and Bootstrap.The results aremainly as follows：①Market factors，monetary policy，drought and flood disasters aremajor explanatory variables of grain price in different regions.②There exist obvious space overflow and multiplier effect of the impact from major explanatory variables on grainmarket.The impactof droughtand flood disasters diffuses remote areas by space overflow and multiplier effect.③There exist obvious region feature of the space overflow and multiplier effect.And it divides the domestic grain market into five submarkets.④Range ability of the grain price index would be in a range of2 and 8，and average risewould be in a range of1%～3%.⑤The influence of droughtand flood disasters on the grainmarket inmajor grain producing areas is evidentbut it isn′tnecessarily the same in other areas.

drought and flood disasters；grain market；dynamic spatial panelmodel；simulation

X24；X43

A

1000－811X（2014）04－0033－05

10.3969／j.issn.1000－811X.2014.04.007

趙玉.基于動態(tài)空間面板模型的旱澇災(zāi)害對糧食市場影響仿真研究［J］.災(zāi)害學(xué)，2014，29（4）：33－37.［Zhao Yu.Simulation on Influence of Drought and Flood Disasters on the Grain Market Based on the Dynamic Spatial Panel Model［J］.Journal of Catastrophology，2014，29（4）：33－37.］*

2014－03－24 修回日期：2014－05－07

國家社會科學(xué)基金項目（11CJY063）

趙 玉（1982－），男，河北辛集人，博士，副教授，主要從事風(fēng)險評估與管理、價格理論和空間面板建模等方面的研究.E-mail：zhaoyu8210＠126.com