高廣闊， 孫一鳴

（上海理工大學 管理學院，上海 200093）

目前全球氣候異常，資源日漸枯竭，傳統(tǒng)的經(jīng)濟增長模式已不能滿足人類可持續(xù)發(fā)展的需求.而人類的活動，尤其是化石燃料的使用所產(chǎn)生的大量CO2排放是造成氣候異常的最主要原因［1］.目前，我國能源消費結構仍是以煤炭、石油和天然氣等化石燃料為主，各行業(yè)均呈“高碳特征”.發(fā)展低碳經(jīng)濟，不僅有利于我國轉變經(jīng)濟發(fā)展方式，實現(xiàn)資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，還有利于在新一輪產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和分工中占據(jù)有利態(tài)勢.文獻［2］中指出，低碳經(jīng)濟是用更少的自然資源和污染排放獲得更大的產(chǎn)出，更高的資源生產(chǎn)率將帶來更高的生活水平和更好的生活質(zhì)量.莊貴陽［3］認為低碳經(jīng)濟對中國的含義是要全力提高中國的能源利用率，使單位GDP的碳排放逐步降低.由于服務業(yè)的碳排放強度遠低于工業(yè)的碳排放強度，通常將降低第二產(chǎn)業(yè)比重、提高第三產(chǎn)業(yè)比重稱為產(chǎn)業(yè)結構低碳化，對于上海CO2排放狀況，從總體上看，碳排放強度不斷降低，從結構上看，第二產(chǎn)業(yè)碳排放量占碳排放總量的60%左右，第三產(chǎn)業(yè)碳排放強度相當于第二產(chǎn)業(yè)的45%.根據(jù)歷年數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)上海碳排放總量逐年上升，增長迅速；人均碳排放量較高，高于人口能級相當?shù)钠渌l(fā)達地區(qū)水平；通過提高能源效率來減少碳排放量，其效果受到經(jīng)濟發(fā)展水平和能源消費結構的制約［4］.在“十二五”規(guī)劃中，上海不僅要大力發(fā)展服務業(yè)，而且要推進制造業(yè)服務化和服務業(yè)制造化，促進產(chǎn)業(yè)融合.

1 三次產(chǎn)業(yè)分析

林艷君等［5］認為上海產(chǎn)業(yè)結構變化與能源利用效率的提高是促使能源強度下降的兩大主要因素，而后者的影響更大，但在其研究中忽略了產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的結構調(diào)整.唐憶文［6］則對上海直接節(jié)能和間接節(jié)能的貢獻度進行測算，其中結構節(jié)能的貢獻高達2／3，技術節(jié)能貢獻占到1／3，并分析了不同行業(yè)的能源利用情況.但沒有涉及產(chǎn)業(yè)之間的相互關系，未作出產(chǎn)業(yè)發(fā)展預測.

羅勇等［7］利用灰關聯(lián)矩陣分析方法對中國的三次產(chǎn)業(yè)相關性進行研究，其中二三產(chǎn)業(yè)的關聯(lián)程度最高，其次是一三產(chǎn)業(yè)和一二產(chǎn)業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)處于樞紐地位，對第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重要影響.

上海1978～2011年的三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值顯示，從總量上看，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增長較少；從比重上看，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比呈逐年下降趨勢，如圖1所示.實際上，目前第一產(chǎn)業(yè)對GDP增長的貢獻度已經(jīng)為負值，第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)對GDP增長的貢獻度分別為17.2%和82.9%［8］.二三產(chǎn)業(yè)通過吸引投資和消費互相競爭，且都受到資源、能源的限制，低碳化更是對二三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，同時二三產(chǎn)業(yè)互相提供發(fā)展基礎、互相依存；但在某些階段，由于產(chǎn)業(yè)結構不合理、管理混亂等使得二三產(chǎn)業(yè)互相阻礙抑制.

利用Lotka－Volterra模型分析上海二三產(chǎn)業(yè)的關系，以此為上海低碳化產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整提供研究基礎.該模型能夠很好地對二三產(chǎn)業(yè)之間的動態(tài)關系進行分析.

圖1 上海三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及其所占比重Fig.1 Output value and proportion of the three industries

Lotka－Volterra模型的一般表達式式中，ai為只有一種產(chǎn)業(yè)存在時產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度；bi為由于市場的作用產(chǎn)業(yè)自身發(fā)展所產(chǎn)生的抑制或促進作用；ci為另一種產(chǎn)業(yè)發(fā)展對該產(chǎn)業(yè)形成的抑制或促進作用.當c1＞0，c2＞0時，二三產(chǎn)業(yè)為競爭關系；當c1＜0，c2＜0時，二三產(chǎn)業(yè)為互惠關系；當c1＞0，c2＜0時，二三產(chǎn)業(yè)為捕食－被食關系；當c1＝0，c2＜0（或者c1＜0，c2＝0）時，二三產(chǎn)業(yè)為偏利關系；當c1＝0，c2＞0（或者c1＞0，c2＝0）時，二三產(chǎn)業(yè)為偏害關系；當c1＝0，c2＝0時，二三產(chǎn)業(yè)為兩者之間沒有關系.

對于離散的時間數(shù)據(jù)，Lotka－Volterra模型的離散形式為

其中

使用非線性最小二乘法估計模型參數(shù)的方法對參數(shù)的初值比較敏感，不同的參數(shù)初值會得到不同的結果［9］.因此，假設上海二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值滿足Lotka－Volterra模型的基本條件，采用灰色直接建模法估計模型參數(shù).

已知灰色系統(tǒng)兩組非負序列

對于X＝｛x（t）│t∈T｝，按照灰色直接建模法，以x（t＋1）－x（t）作為dx（t）／dt的白化值，對X作緊鄰均值生成，令

同理

則稱

為Lotka－Volterra模型的基本形式.

用矩陣表示為

其中

在最小二乘準則下，有

同理，可估計式（2）的參數(shù).

選取上海1979～2011年的二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值作為原始數(shù)據(jù)，分別對1979～1989年、1990～2000年、2001～2011年的數(shù)據(jù)進行參數(shù)估計，所得結果如表1所示（見下頁）.

在1979～1989年的Lotka－Volterra模型中，c1為正，c2為負，說明上海二三產(chǎn)業(yè)之間是捕食－被食關系，第三產(chǎn)業(yè)充當捕食者，第三產(chǎn)業(yè)在第二產(chǎn)業(yè)的基礎上發(fā)展迅速，而第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展卻受到抑制，更多的投資和消費被第三產(chǎn)業(yè)所吸引.1990～2000年間，上海實施“三二一”產(chǎn)業(yè)發(fā)展方針，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，公共投資和外貿(mào)出口成為上海經(jīng)濟增長的主要拉動力［10］.1979～2000年，c1一直為正，c2一直為負，說明第三產(chǎn)業(yè)一直在第二產(chǎn)業(yè)的基礎上迅速發(fā)展，但c1，c2的絕對值逐漸減小，說明二三產(chǎn)業(yè)之間的相互影響逐漸減弱.2001～2011年，c1為負，c2為正，說明此時第二產(chǎn)業(yè)對第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)有所阻礙，第三產(chǎn)業(yè)開始反哺第二產(chǎn)業(yè)，但這種作用很不顯著.上海的現(xiàn)代服務業(yè)和制造業(yè)并重是上海產(chǎn)業(yè)結構演化的一個重要特征［11］，但當前的制度環(huán)境是不利于服務業(yè)發(fā)展的.

表1 上海二三產(chǎn)業(yè)Lotka－Volterrra模型參數(shù)Tab.1 Parameters of Lotka－Volterrra model of the secondary and tertiary industries in Shanghai

2 系統(tǒng)動力學仿真

系統(tǒng)動力學是研究復雜系統(tǒng)中信息反饋行為的有效仿真方法，它以系統(tǒng)結構為基礎，注重系統(tǒng)的動態(tài)變化和因果影響，全面把握系統(tǒng)特征與行為［12］.對于產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整的研究，傳統(tǒng)的方法是研究經(jīng)濟產(chǎn)值與能耗值之間的關系，顯然，更應該從產(chǎn)業(yè)結構本身進行探討研究.低碳經(jīng)濟系統(tǒng)動力學模型如圖2所示.

圖2 低碳經(jīng)濟系統(tǒng)動力學模型Fig.2 System dynamics model of low－carbon economy

該模型包括了產(chǎn)業(yè)模塊、交通運輸及建筑模塊、政策模塊、人口模塊、技術模塊等.其中產(chǎn)業(yè)模塊對發(fā)展低碳經(jīng)濟影響最大，也是本文研究的重點.根據(jù)上文的分析，構建圖3所示的二三產(chǎn)業(yè)碳排放量的系統(tǒng)動力學流圖.

圖3 二三產(chǎn)業(yè)碳排放Fig.3 Carbon emissions of the secondary and tertiary industries

其中，X為第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值；Y為第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值；dx為第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增加值；dy為第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增加值；C為碳排放總量；C0為其它碳排放量；d1為第二產(chǎn)業(yè)碳排放強度；d2為第三產(chǎn)業(yè)碳排放強度；＜Time＞則為時間變量.

該系統(tǒng)的系統(tǒng)動力學方程可描述為

式中，X.K為狀態(tài)變量X在時刻K的取值；X.J為X在時刻J的取值；dx.JK為速率變量dx在JK時間內(nèi)的取值；DT＝1a；Y.K為Y在時刻K的取值；Y.J為Y在時刻J的取值；dy.JK為dy在JK時間內(nèi)的取值；C.K為C在時刻K的取值；dx.KL為dx在KL時間內(nèi)的取值；dy.KL為dy在KL時間內(nèi)的取值.

根據(jù)上海統(tǒng)計年鑒提供的能源終端消費量可求得三次產(chǎn)業(yè)及生活消費的碳排放量及碳排放強度［13］，如表2（見下頁）和表3（見下頁）所示.

在2005年的基礎上，到2020年CO2排放強度減少40%～45%，即碳排放強度降低到1.24～1.35t／萬元.自2005年以來，到2011年上海第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的碳排放強度的降低率分別達到每年5.84%和6.10%，表明近年來上海碳排放強度降低顯著，而其降低主要來自于第二產(chǎn)業(yè)的碳排放強度的降低.

以2011年為基期，對上海產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)進行10a模擬，即到2020年.令2011年二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值作為X，Y的初始值，即X0＝7 927.89，Y0＝11 142.86.考慮碳排放強度的歷年數(shù)據(jù)及經(jīng)濟、技術等原因，假設第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的碳排放強度分別以4%和3%的速率降低.由于第一產(chǎn)業(yè)和生活消費的碳排量和碳排放強度對整個經(jīng)濟系統(tǒng)的影響較小，本模型假設2011年以后兩者的增長率不變.令參數(shù)a1＝0.1，a2＝0.15，b1＝15×10－7，b2＝10×10－7.分別考慮二三產(chǎn)業(yè)競爭關系CP、互惠關系M以及偏利第三產(chǎn)業(yè)CT，3種情況對參數(shù)ci賦值.模擬結果如表4和圖4（見下頁）.

表2 上海各產(chǎn)業(yè)及生活碳排放量Tab.2 Carbon emissions of the three industries and living in Shanghai 萬t

表3 上海碳排放強度Tab.3 Carbon emissions intensity of Shanghai t／萬元

從圖4（a）可以看出，第二產(chǎn)業(yè)在互惠關系情況下發(fā)展迅速；根據(jù)圖4（b），第三產(chǎn)業(yè)在競爭條件下的產(chǎn)值不如在其它情況下的產(chǎn)值高，第二產(chǎn)業(yè)在競爭條件下更具競爭力，此時需要政府給予第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以一定支持；圖4（c）則說明第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重在未來10a都能達到0.6以上的水平，尤其是偏利第三產(chǎn)業(yè)的情況下，第三產(chǎn)業(yè)占比能超過0.7；圖4（d）表明在互惠情況下的碳排放量最高，這與第二產(chǎn)業(yè)在互惠情況下發(fā)展迅速以及第二產(chǎn)業(yè)的碳排放量是碳排放總量的最主要部分相符合；由圖4（e）可以看出，碳排放強度都能由1.5降到1.1以下，且3種情況下的碳排放強度相差不大，其中偏利第三產(chǎn)業(yè)的情況下的碳排放強度最小.

表4 2020年模擬結果Tab.4 Results of simulation in 2020

從碳排放量上來看，互惠關系情況下的碳排放量最大，競爭關系情況下的碳排放量最?。辉谄谌a(chǎn)業(yè)的情況下，第三產(chǎn)業(yè)所占比重是最高的，而互惠關系情況下最低.總的來說，二三產(chǎn)業(yè)處于競爭關系，上海碳排放總量最少，但GDP也是最低的；處于互惠關系，GDP最高，但碳排放量也最高；在偏利第三產(chǎn)業(yè)的情況下，碳排放強度是最低的.

3 結論與政策建議

圖4 模擬結果Fig.4 Results of simulation

數(shù)據(jù)分析表明，第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是以一定的第二產(chǎn)業(yè)為基礎，降低第二產(chǎn)業(yè)比重，大力推進第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展對降低碳排放強度極其有效，但過分偏重于第三產(chǎn)業(yè)對經(jīng)濟整體發(fā)展有一定不利影響.在注重產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整的同時，也應注意增強產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的整體實力.競爭模式能有效降低碳排放量，這也是以犧牲一定的經(jīng)濟發(fā)展為代價.

在未來相當長的時間內(nèi)，可再生能源很難替代傳統(tǒng)能源，因此提高能源利用效率、實現(xiàn)低碳化產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的有效手段.政府在推動產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整低碳化的過程中應注意：a.經(jīng)濟增長的數(shù)量與質(zhì)量并重，可將單位碳排放量的GDP產(chǎn)出水平，即碳生產(chǎn)率納入經(jīng)濟增長的指標；b.能源效率的提高與產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整并重，與發(fā)達國家相比，上海提升能源效率與產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整的空間還很大；c.制度創(chuàng)新與技術創(chuàng)新并重，制度創(chuàng)新和技術創(chuàng)新從不同層面保證上海經(jīng)濟低碳化發(fā)展.

基于系統(tǒng)動力學研究上海低碳化產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整涉及諸多學科，并需要分析各系統(tǒng)變量之間的關系，由于實踐條件的限制以及未來的不確定性，模型還有待進一步完善.

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