STIRPAT 模型的云南省碳排放影響因素分析

□李經路（博士）李曉玲（云南大學經濟學院 云南昆明650091 湘潭大學化工學院 湖南湘潭411100）

工業(yè)文明以來，人類創(chuàng)造了空前的物質繁榮，但是生態(tài)危機、社會危機日益凸顯，直接威脅著人類的生存和幸福。2014年11月的《中美氣候變化聯(lián)合聲明》指出：美國擬在2025年實現(xiàn)28%的減排目標，中國計劃于2030年實現(xiàn)非化石能源占一次能源消費比重提高到20%左右的目標。云南省作為國家首批低碳試點省份，研究其碳排放的影響因素，對我國減排的進展具有指導意義。

一、文獻綜述

中國碳排放總量在起初時期緩慢減少然后快速增加，碳排放強度整體呈上升趨勢，2002年為碳排放強度變化趨勢的拐點；技術進步是影響碳排放總量與排放強度的主要因素 （孫建衛(wèi)等，2010）。各省建筑業(yè)碳排放量在整體上呈逐年上升的趨勢，但省際間的差異較大（馮博、王雪青，2015）。

經濟增長與碳排放的關系較為復雜，二者呈現(xiàn)出“N”型曲線，經濟發(fā)展加劇了碳排放（胡初枝等，2008）。短期內經濟增長會導致碳排放增加，碳排放在短期內也促進GDP的增長；長期來看碳排放的增加制約了GDP的增長 （童彥等，2015）。工業(yè)化進程的加快，是工業(yè)領域碳排放快速增長的主要因素；提高技術水平是實現(xiàn)碳減排的根本措施（肖宏偉，2015）。

從地域分布看，碳排放率自東向西呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，東部地區(qū)的碳排放率大于中部地區(qū)的碳排放率，而中部地區(qū)的碳排放率又大于西部地區(qū)的碳排放率（許士春、龍如銀，2015）。就中部六省而言，經濟增長與碳排放存在顯著的協(xié)整關系，且能源消費方面，火力發(fā)電導致碳排放增加和碳排放放強度增強，提高第二、第三產業(yè)的比重有益于碳減排工作的實施（齊紹洲等，2015）。

從研究方法上看，環(huán)境投入產出分析法與消費品生命周期分析法已用于碳排放的測度中（傅京燕、李存龍，2015）。動態(tài)CKC面板模型也測算了碳排放對經濟增長與短期波動的影響（古南正皓、李世平，2015）。借鑒信息熵和玻爾茲曼熵理論，構建企業(yè)碳排放配額分配模型，完成區(qū)域碳排放總量的分配（周德群等，2015）。

縱觀已有文獻可知，實證方法與模型比較豐富，影響機制的分析比較深入，已經分析了云南省的碳排放總量呈現(xiàn)高增長現(xiàn)象，探討了云南省碳排放強度變動的原因（盧英、王贊信，2011），肯定了云南省低碳經濟的良性發(fā)展勢頭（楊紅娟、王路遙，2015）。而對于低碳省區(qū)試點——云南省的碳排放影響機制的研究，定性研究相對較為成熟，定量研究有待補充完善。

二、研究方法與數(shù)據(jù)處理

（一）研究方法。碳排放總量的計算。選取中國能源統(tǒng)計年鑒的地區(qū)能源平衡表中相關數(shù)據(jù)，將能源消費劃分原煤總量、焦炭總量、石油及石油制品、天然氣總量、電力五大類，根據(jù)各能源折算成標準煤的系數(shù)，換算成標煤質量。而后根據(jù)各種能源的碳排放系數(shù)計算總的碳排放量。其計算如公式（1）所示：

公式（1）中：Ei為云南省第 i種能源的消費量，F(xiàn)i（CO2）為第 i種能源的二氧化碳排放系數(shù)。借鑒IPCC對碳排放系數(shù)的基本假定：認為某種能源的碳排放系數(shù)保持不變。本文的碳排放系數(shù)采用目前云南省碳排放統(tǒng)計中的碳排放系數(shù)，此處略。

（二）STIRPAT模型。在已有的碳排放研究方法中，Tapio脫鉤模型分析某行業(yè)碳排放的脫鉤狀態(tài)（馮博、王雪青，2015）。指數(shù)分析法能把一個目標變量（能源消耗或二氧化碳排放量）的變化分解成若干個影響因素的組合，辨別出各個因素影響程度的大小，得出各種因素對目標變量的影響。Laspeyres指數(shù)分解模型，使得各期指數(shù)不受權數(shù)結構變動影響，可比性更好（孫建衛(wèi)等，2010）。對數(shù)平均迪氏指數(shù)法（LMDI）是將碳排放增量變化從時間序列上分解產生殘差的分析方法（董鋒等，2008）。比較而言，Tapio脫鉤模型局限于用弱脫鉤狀態(tài)，擴張負脫鉤狀態(tài)、增長連接狀態(tài)以及尚未出現(xiàn)強脫鉤狀態(tài)，描述影響因素的強弱程度。指數(shù)分析法中，Laspeyres指數(shù)分解模型需要充分考慮數(shù)據(jù)的時間延展性，比如1990年國際碳排放減排基準情景年。對數(shù)平均迪氏指數(shù)法（LMDI）作為定量研究的運用，與協(xié)整方法相結合建立長期均衡協(xié)整關系模型更有利于結果的分析確定。

本文采用STIRPAT模型（stochastic impacts by regression on population affluence and technology）可拓展的隨機性環(huán)境影響評估模型，通過對人口規(guī)模、經濟發(fā)展水平、技術水平3個變量因素的定量分析，確定各因素對碳排放的影響，進行對比分析。采用STIRPAT模型對云南碳排放影響機制的測度，尚屬空白。

（三）變量選取。西部大開發(fā)的實施以及云南省自身經濟建設的快速發(fā)展，不斷吸引外來人口，本文選取云南省歷年年末人口數(shù)（萬人）作為人口規(guī)模的變量。經濟發(fā)展水平是一個地區(qū)經濟實力和社會建設的總體體現(xiàn)，云南省屬于經濟欠發(fā)達地區(qū)，第三產業(yè)發(fā)展仍有巨大潛力，故而選取第二產業(yè)比重和人均GDP作為經濟發(fā)展水平的變量。技術水平的創(chuàng)新與提高是實現(xiàn)低碳經濟的必由之路，本文選取碳排放強度作為衡量碳排放層面的技術水平。碳排放強度的計算如公式（2）所示：

（四）數(shù)據(jù)來源。本文選取《中國能源統(tǒng)計年鑒》（2010—2013）中的地區(qū)能源平衡表、《云南年鑒》（2010—2014）中的經濟社會統(tǒng)計資料以及《云南經濟年鑒》（2010—2013）中的國民經濟統(tǒng)計資料，人口數(shù)據(jù)參照云南省歷年年末人口數(shù)統(tǒng)計資料。

三、模型構建與變量分析

（一）模型構建。STIRPAT模型是Dietz和Rosa（1997）對IPAT方程改造而成的隨機模型。該模型將環(huán)境影響的驅動因子歸結為三類：人口規(guī)模、經濟發(fā)展水平以及技術水平等，定量分析三大環(huán)境影響因素的變動對環(huán)境的影響（焦文獻等，2012）。模型的基本形式如公式（3）所示：

公式（3）中：I表示環(huán)境影響，P 表示人口總數(shù)，A表示經濟水平，T表示技術水平，α 是模型的系數(shù)項，a、b、c分別是指數(shù)項，ε是隨機誤差項。該模型克服了環(huán)境壓力模型所有自變量等比例影響應變量的缺陷。結合云南省的實際情況，增加變量，得到擴展模型如公式（4）所示：

公式（4）中：I為碳排放量（萬噸）即環(huán)境影響表征值，α是模型的系數(shù)項，P為云南省該年的人口總數(shù)，A1表示富裕程度，以人均生產總值PGDP表征，A2為產業(yè)結構狀況，以第二產業(yè)占GDP的比重表示，T為技術水平的表征即單位GDP的碳排放量，ε為模型中的隨機干擾項。STIRPAT模型優(yōu)點之一就是靈活性，研究者根據(jù)研究目的及需要可以增加其他控制因素來分析它們對環(huán)境的影響，要求增加的解釋變量應該與公式 （3）的乘積形式保持一致，廣泛用于實際環(huán)境問題分析 上 （吳 敬 銳 等 ，2011；Shi，2003；Soule et al，1998）。 在實證中，將公式（4）轉換成對數(shù)形式如公式（5）所示，字母含義與公式（4）一樣。

（二）變量描述。以《云南經濟年鑒》《云南年鑒》《中國能源統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)資料為基礎，通過公式（1）、（2）計算得出云南省每年的碳排放總量和碳排放強度，分別繪制時間-碳排放總量變化曲線圖、人口變化曲線圖、人均GDP增長曲線圖、第二產業(yè)比重變化圖以及時間-碳排放強度。經研究可知，碳排放總量隨時間變化呈明顯上升趨勢，1957—1979年間，碳排放增長曲線較平緩，增長幅度為10%—20%；1979—2003年增長率略有下降，維持在1%—10%之間；隨后進入高速增長階段，2011年更是出現(xiàn)飛躍式增長達到20 766.19萬噸/年，增長率為34.85%。從人口數(shù)量看，云南省人口數(shù)量不斷增加，從1952年的1 695萬人增加至2013年的4 686.6萬人。在1952—1990年期間，云南省人口自然生長率較高；自1983年后，隨著計劃生育政策在全國的展開，人口自然增長率呈現(xiàn)逐年下降趨勢；2006年之后基本趨于穩(wěn)定，保持增長率在6‰。人均GDP在一定程度上反映了云南省的經濟發(fā)展水平，人均GDP是持續(xù)上升趨勢。人均GDP的漲幅區(qū)間為5%—30%之間；按增長率劃分：1952—1996年，增長率基本維持在10%—25%之間，人均GDP增長較快時期；1997—2003年，人均GDP的增長適當減緩，在8%左右浮動，增長曲線也較平緩；2004年出現(xiàn)19.43%的高增長率，之后增長幅度基本維持在20%左右。最高增長率24.93%出現(xiàn)在1993年，最低為 1999年的 2.52%。從 1975—2013年，云南省第二產業(yè)占GDP的比重分為三個階段：1975—1992年為第一階段，第二產業(yè)占生產總值的比重在35%—40%上下浮動；1992—2000年為第二階段，第二產業(yè)占生產總值的比重，較第一階段大幅度提升，在41.6%—44.7%上下浮動；1998年，第二產業(yè)占生產總值的比重達到44.7%的峰值，之后比重逐漸下滑；第三階段 （2000年至今），第二產業(yè)所占比重趨于穩(wěn)定，在42%波動，2010年，第二產業(yè)比重出現(xiàn)第三階段的峰值，達到44.6%。

云南省的碳排放強度整體呈下降趨勢，1978—1994年間碳排放強度較高且逐年下降幅度較大，為“高強度時代”，1978年碳排放強度為峰值；1995—2007年間單位 GDP碳排放強度進入“4.0時代”，碳排放強度為3.0296—4.169 萬 噸/億 元 ，2007 年 后進一步降低，之后又趨于穩(wěn)定。

四、實證結果與分析

運用Eviews8.0軟件的處理得到實證結果如下表所示：

實證結果統(tǒng)計表

P、A1、T解釋變量在 1%水平下顯著，A2在 5%水平上顯著。 P、T、A1、A2對被解釋變量I（環(huán)境影響表征值）彈性分別是 1.60、0.99、0.94、0.09， 人口對云南省碳排放量的彈性最大，技術水平對云南省碳排放量的彈性位居第二，富裕程度對碳排放量的彈性位居第三，產業(yè)結構對碳排放量的彈性相對較小?；貧w方程擬合優(yōu)度較高達到99%，F(xiàn)值對應的P值顯著，方程整體顯著。

五、結論與建議

（一）結論。本文以云南省為例，采用STIRPAT模型，充分考慮人口、經濟發(fā)展水平、技術水平三方面因素，得出以下結論：

1.碳排放總量增長變化主要分為三個階段。第一階段（1957—1979年），人口基數(shù)、工業(yè)化水平都處于低增長時期，曲線較平滑，碳排放增長平緩。 第二階段（1979—2003年），隨著改革開放以及西部大開發(fā)等政策的實施，云南省大力發(fā)展經濟，促進農副產品以及工業(yè)的發(fā)展，碳排放增長上升趨勢日益明顯。第三階段（2011年至今），每年的碳排放量步入20 000萬噸，增速較快，值得警惕。

2.人口總數(shù)是碳排放總量增加的關鍵拉動因子。人口對云南省碳排放量的彈性約為1.60，且在1%水平上顯著。人口因素每變動1%碳排總量將變動1.6%，人口總數(shù)的控制是云南省低碳減排首要克服的問題。

3.經濟發(fā)展水平因素中，人均GDP對碳排放總量彈性比第二產業(yè)比重對碳排放總量的彈性更為顯著。人均GDP的增長取決于生產總值的增長率與人口增長率的增長，同時也反映了人均消耗能源、資源的程度。

4.技術水平方面，單位GDP排放強度對碳排放總量的彈性約為0.99在1%水平上顯著。積極推進環(huán)境友好型經濟發(fā)展新模式，既要發(fā)展經濟又要控制能源消耗和大氣污染，保護環(huán)境。技術進步將是碳減排的主要推動力。

（二）建議。全球低碳減排的時代大背景下，我國以廣東、遼寧、湖北、陜西、云南5省作為國家首批低碳試點省份，為低碳經濟發(fā)展尋求出路。試點低碳省份具體任務是指編制低碳發(fā)展規(guī)劃，制定支持低碳綠色發(fā)展的配套政策，加快建立以低碳排放為特征的產業(yè)體系，建立溫室氣體排放數(shù)據(jù)統(tǒng)計和管理體系，積極倡導低碳綠色生活方式和消費模式。云南省作為西部省份的示范省份，其碳排放影響機制的研究，對整個西部的碳排放經濟建設具有指導意義。

1.控制人口數(shù)量、提高人口質量，強化生態(tài)文明觀念。人口控制仍是低碳減排社會構建的重中之重。云南省的人口增長上，一方面取決于人口的自然增長，另一方面取決于云南省的人口遷移。需要借助國家西部大開發(fā)的機遇加大引進高素質人才，培養(yǎng)云南人民的生態(tài)文明意識。云南人口發(fā)展現(xiàn)狀是每天凈增長740人，即每兩分鐘增加1人。人口出生率增長率高于全國、人口發(fā)展態(tài)勢滯后于全國、計劃生育工作基礎和水平低于全國。解決云南人口的質量和數(shù)量問題，是云南省實現(xiàn)低碳減排的關鍵問題。

2.引進高新技術產業(yè)，優(yōu)化產業(yè)結構，打造科技云南的發(fā)展新模式。云南省的工業(yè)化程度低，尚有革新與發(fā)展的空間，加快第二產業(yè)升級、第三產業(yè)的蓬勃發(fā)展，控制碳排量的總數(shù)，減輕能源壓力、減輕碳排放對經濟增長的負面影響。第二產業(yè)的增長從經濟、技術等多個層面促進了第三產業(yè)的崛起與壯大，反觀近年來云南省的第三產業(yè)占生產總值的比重也在逐漸上升，與第二產業(yè)之間的差距也不斷減小的現(xiàn)象，產業(yè)結構的優(yōu)化布局是低碳經濟發(fā)展的一大要義。

3.鼓勵技術創(chuàng)新，提高能源利用率，淘汰落后的生產工藝與流程。碳排放數(shù)量取決于經濟支撐能源種類和能源消耗量，而能源利用效率的提升，能大大降低能源消耗，故而能源利用技術的創(chuàng)新，從碳排放的最終端減少產量，達到緩解能源壓力和降低碳減排的雙重作用。

4.保護森林資源，提高森林覆蓋率，維護原生林地生態(tài)結構。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，在降低溫室氣體濃度、減緩全球氣候變暖中，具有十分重要的獨特作用。擴大森林覆蓋面積是未來30至50年經濟可行、成本較低的重要減緩措施。雖然云南森林面積為2.73億畝，居全國第3位，森林覆蓋率52.93%，居全國第3位。但是云南森林質量不容樂觀，有許多具有重大保護價值的森林區(qū)域，特別是原生林尚在嚴格保護的范圍之外。因此保護森林資源，維護原生林地生態(tài)結構是云南省生態(tài)減碳的長遠之計。