張優(yōu)智

城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長※
——基于協(xié)整檢驗與狀態(tài)空間模型的變參數(shù)分析

張優(yōu)智

（西安石油大學(xué)，陜西西安710065）

采用協(xié)整檢驗、脈沖響應(yīng)函數(shù)分析了我國城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長之間的動態(tài)關(guān)系。協(xié)整檢驗發(fā)現(xiàn)：我國城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長之間存在長期的均衡關(guān)系；因果關(guān)系檢驗表明：我國經(jīng)濟(jì)增長是城市化和能源消費的原因，城市化也是構(gòu)成能源消費的原因，而城市化和能源消費構(gòu)成經(jīng)濟(jì)增長的原因不顯著；進(jìn)一步基于狀態(tài)空間模型的可變參數(shù)模型研究發(fā)現(xiàn)：經(jīng)濟(jì)增長對城市化的彈性系數(shù)在0.3326～2.0167之間，經(jīng)濟(jì)增長對能源消費的彈性系數(shù)在0.7413～1.5429之間，城市化與能源消費對經(jīng)濟(jì)增長均產(chǎn)生了積極的影響。

城市化；能源消費；經(jīng)濟(jì)增長；協(xié)整檢驗；狀態(tài)空間模型

一、引言

2009年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值為349081.4億元，是世界第二大經(jīng)濟(jì)體、二氧化碳排放第一大國、能源消費第二大國以及煤炭消費第一大國。2010年我國一次能源消費量為32.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是世界能源消費第一大國。城市化率我國在2016年已經(jīng)達(dá)到了57.35%。所以，怎樣協(xié)調(diào)好我國城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系是學(xué)界研究的熱點問題之一。

城市化和經(jīng)濟(jì)增長的研究文獻(xiàn)較為典型的有：Krug man(1991)基于新經(jīng)濟(jì)地理模型，若市場結(jié)構(gòu)為不完全競爭市場，經(jīng)濟(jì)和人口的集中是有益于相互間技術(shù)外部性的，進(jìn)而提高勞動生產(chǎn)率，能夠起到促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的作用[1]。Duranton(2000)認(rèn)為城市不僅為一國經(jīng)濟(jì)增長的發(fā)生地，而且為經(jīng)濟(jì)增長本身的動力源泉[2]。中國經(jīng)濟(jì)增長與宏觀穩(wěn)定課題組（2009）的實證研究表明了世界各國的城市化水平隨著其人均GDP的增長而提高了[3]。曾賢林（2013）實證檢驗了貴州的城市化與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)兩者之間存在長期均衡關(guān)系[4]。聶華林等（2012）實證研究了我國在1989-2010年間，人口城市化水平對各地經(jīng)濟(jì)增長的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：我國城市化對東部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增長促進(jìn)作用最為明顯，其次是中部地區(qū)和東北，對西部地區(qū)的促進(jìn)作用最弱[5]。

關(guān)于能源消費和經(jīng)濟(jì)增長之間關(guān)系的研究經(jīng)典文獻(xiàn)有：Kraft（1978）第一次對美國的能源消費和經(jīng)濟(jì)增長間的關(guān)系進(jìn)行了實證研究[6]。但是當(dāng)學(xué)者Akarca與Long(1980)在實證研究中采用時間序列數(shù)據(jù)也研究美國的能源消費和經(jīng)濟(jì)增長間的關(guān)系，而區(qū)間取值稍短時，研究結(jié)論卻與Kraft不一致[7]。Dergiades、Martinopoulos和Tsoulfidis（2013）的實證研究發(fā)現(xiàn)希臘的能源消費和經(jīng)濟(jì)增長之間沒有因果關(guān)系[8]。Fuinhas和Marques（2012）采用1965-2009年的數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)：能源消費與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系在葡萄牙、意大利、希臘、西班牙和土耳其之間為雙向因果關(guān)系[9]。Yalta（2011）采用1950-2006年間的數(shù)據(jù)，應(yīng)用最大熵自助法來研究土耳其能源消費與真實GDP之間的關(guān)系[10]。Akkemik和Gooksal（2012）采用1980-2007年79個國家的數(shù)據(jù)，應(yīng)用相關(guān)計量方法得出了這79國家中，有約70%的國家能源消費與經(jīng)濟(jì)增長之間為雙向因果關(guān)系[11]。李鵬（2013）采用1995-2008年我國各省的數(shù)據(jù)，應(yīng)用相關(guān)計量方法的研究發(fā)現(xiàn)：在我國經(jīng)濟(jì)增長為能源消費變動的原因[12]。吳巧生等(2008)應(yīng)用面板ECM（誤差修正模型）實證研究能源消費與我國國內(nèi)生產(chǎn)總值之間的關(guān)系[13]。汪旭暉等(2007)采用協(xié)整分析表明了在我國，能源消費和經(jīng)濟(jì)增長兩個變量之間為單向因果關(guān)系[14]。張優(yōu)智(2012)認(rèn)為中國能源消費與經(jīng)濟(jì)增長是單向因果關(guān)系[15]。

通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)的梳理和分析，可以發(fā)現(xiàn)目前的文獻(xiàn)還有以下缺陷：（1）目前的文獻(xiàn)都是單獨來研究能源消費和經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系，或者城市化和經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系，可能導(dǎo)致模型錯誤設(shè)定問題的產(chǎn)生；（2）同時研究城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長三者關(guān)系的文獻(xiàn)還比較少，為了不裂割了三個變量之間的內(nèi)在聯(lián)系，本文在統(tǒng)一框架下研究了我國城市化、能源消費和經(jīng)濟(jì)增長三個變量之間的動態(tài)均衡關(guān)系。

二、模型的設(shè)定和數(shù)據(jù)的來源

（一）模型設(shè)定

在模型中我們假定我國城市化和能源消費影響經(jīng)濟(jì)增長的函數(shù)關(guān)系式可以描述為：gdp=f(ur,ec,m), gdp為我國經(jīng)濟(jì)增長，城市化和能源消費用ur、ec分別刻畫，m為剔除了我國城市化和能源消費變量以外其它可能會影響到經(jīng)濟(jì)增長的因素。

對gdp=f(ur,ec,m)該函數(shù)式求全微分，結(jié)果如下：

為了刻畫出相對變化率，對上式兩邊同除以gdp，有如下結(jié)果：

（二）變量與數(shù)據(jù)來源

本文用Lngdpi表示我國第i年的人均GDP（用商品零售價格指數(shù)進(jìn)行調(diào)整）的自然對數(shù)，可以代表經(jīng)濟(jì)增長變量，其一階差分序列是Lngdpi。同理我們用Lneci來表示我國第i年的人均能源消費量的自然對數(shù)，可以代表能源消費變量，其一階差分序列是Lnuri。本文與目前大多數(shù)文獻(xiàn)的做法相一致，我們用城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诘谋戎貋砜坍嬑覈鞘谢?，用Lnuri表示第i年我國的城市化水平的自然對數(shù)，其一階差分序列是Lnuri。本文中使用的數(shù)據(jù)主要來源于《新中國六十年統(tǒng)計資料匯編》、《中國統(tǒng)計年鑒（2012）》以及《中國能源統(tǒng)計年鑒（2012）》。

三、實證分析

（一）ADF檢驗

我們運用EViews6.0軟件對經(jīng)濟(jì)增長、城市化、能源消費變量，即Lngdp、Lnur、Lnec的單位根進(jìn)行ADF檢驗，檢驗的結(jié)果如表1所示。從表1我們可以看出，我國城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長變量經(jīng)過一階差分后已經(jīng)沒有了單位根，為平穩(wěn)時間序列，可以有Lnuri～I(xiàn)(1)，Lneci～I(xiàn)(1)，Lngdpi～I(xiàn)(1)。又因城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長三個變量均為一階單整變量，滿足了協(xié)整檢驗的前提。我們對其進(jìn)行Johansen檢驗。從表2檢驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：我國城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長三個變量之間存在著一個協(xié)整關(guān)系，并且存在著穩(wěn)定的長期關(guān)系。

表1 Lngdp、Lnur和LnecADF檢驗

表2 Johansen協(xié)整檢驗

我國城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長變量之間的協(xié)整回歸方程：Lngdp=-4.7878+1.9551Lnur+0.7707Lnec, R2=，=0.9943，F(xiàn)=2514.816,DW=0.3141。因協(xié)整回歸方程的DW值是0.3141，這與2還有很大的差距，表明了這個回歸方程有自相關(guān)問題。需要對回歸方程應(yīng)用廣義差分法來消除其自相關(guān)性，我們經(jīng)過多次的檢驗，發(fā)現(xiàn)其存在著二階序列相關(guān)。采用廣義差分法調(diào)整后的協(xié)整回歸方程如下所示：

Lngdp（1980-2011）=-4.9793+2.0011Lnur+0.7742 Lnec+[AR(1)=1.2537]+[AR(2)=-0.5251]，R2=0.9987，F(xiàn)=4974.692，DW=2.2440。

通過這個方程，我們發(fā)現(xiàn)我國城市化、能源消費每增加1%，分別引起經(jīng)濟(jì)增長（國內(nèi)生產(chǎn)總值）增加2.0011%和0.7742%，可見我國城市化對經(jīng)濟(jì)增長的促進(jìn)作用比能源消費更為顯著。方程的殘差通過了ADF檢驗（見表3），反映了Lngdp、Lnur、Lnec之間存在長期均衡關(guān)系。

表3殘差序列的ADF檢驗

（二）格蘭杰因果關(guān)系檢驗

我們應(yīng)用Granger因果關(guān)系檢驗來進(jìn)一步檢驗Lngdp、Lnur、Lnec之間的關(guān)系，深入探討三個變量之間是否存在因果關(guān)系以及因果關(guān)系的方向。

表4 Grange r因果關(guān)系檢驗表

我們從表4可以看到，我國經(jīng)濟(jì)增長為城市化和能源消費的原因，同時城市化也是構(gòu)成能源消費的原因，但是我國城市化與能源消費構(gòu)成經(jīng)濟(jì)增長的原因不顯著。這表明了我國還需要進(jìn)一步提高城市化的質(zhì)量，同時也要注意提高能源利用效率，這樣才能有效地促進(jìn)我國的經(jīng)濟(jì)增長和提高經(jīng)濟(jì)增長的質(zhì)量。

（三）脈沖響應(yīng)函數(shù)

圖1脈沖響應(yīng)函數(shù)曲線

圖1為我國城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長變量之間的脈沖響應(yīng)函數(shù)曲線。從圖1我們可以看到：我國經(jīng)濟(jì)增長對城市化、能源消費新息的一個標(biāo)準(zhǔn)差擾動的響應(yīng)呈現(xiàn)出比較穩(wěn)定的響應(yīng)，并且持續(xù)時間也比較長。說明了三個變量之間存在著緊密的聯(lián)系。

四、基于狀態(tài)空間模型的變參數(shù)分析

為了進(jìn)一步厘清我國城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系，我們需要構(gòu)建城市化和能源消費對經(jīng)濟(jì)增長的可變參數(shù)狀態(tài)空間模型，可以運用Kalman Filtering（卡爾曼濾波）方法對狀態(tài)空間模型的彈性系數(shù)進(jìn)行測算，我國城市化、能源消費、經(jīng)濟(jì)增長之間的狀態(tài)空間模型刻畫如下：

測量方程：Lngdpt=π+αtLnurt+βtLnect+μt

我們可以把可變參數(shù)模型界定如下：

我們采用計量軟件對狀態(tài)空間模型的分析結(jié)果見表5。從表5可以看出，模型的系數(shù)值通過了相關(guān)檢驗。這表明我國城市化與能源消費對經(jīng)濟(jì)增長的可變參數(shù)狀態(tài)空間模型的形式選擇正確。通過圖2也可以看出，我國經(jīng)濟(jì)增長對城市化的彈性系數(shù)在0.3326～2.0167之間，而我國經(jīng)濟(jì)增長對能源消費的彈性系數(shù)在0.7413～1.5429之間。

表5可變參數(shù)模型參數(shù)的估計值及檢驗

圖2城市化與能源消費彈性的動態(tài)變化

五、研究結(jié)論

本文對我國城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長的實證分析研究結(jié)果如下：

（一）非平穩(wěn)序列Lngdp、Lnur、Lrec經(jīng)過一階差分后為平穩(wěn)序列，即Lnuri～I(xiàn)(1)，Lneci～I(xiàn)(1)，Lngdpi～I(xiàn)(1)。經(jīng)過協(xié)整檢驗，我們發(fā)現(xiàn)我國城市化、能源消費與經(jīng)濟(jì)增長三個變量之間存在著長期的均衡關(guān)系。我國城市化與能源消費每增加1%，分別引起經(jīng)濟(jì)增長增加2.0011%、0.7742%。城市化對我國經(jīng)濟(jì)增長的促進(jìn)作用比能源消費更為顯著。

（二）因果關(guān)系檢驗表明了我國經(jīng)濟(jì)增長是城市化和能源消費的原因，同時城市化也是構(gòu)成能源消費的原因，但是城市化與能源消費構(gòu)成我國經(jīng)濟(jì)增長的原因不顯著。

（三）基于狀態(tài)空間模型的可變參數(shù)模型研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：我國經(jīng)濟(jì)增長對城市化的彈性系數(shù)在0.3326～2.0167之間，經(jīng)濟(jì)增長對能源消費的彈性系數(shù)在0.7413～1.5429之間。城市化和能源消費對我國的經(jīng)濟(jì)增長均會產(chǎn)生積極影響，但彈性系數(shù)呈現(xiàn)出了明顯的階段性特征。

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責(zé)任編校：徐曉

On Relationship of Urbanization,Energy Consumption and Economic Growth——An EmpiricalStudy Based on Co-integration and State Space Model

ZHANG You-zhi
(Xi'an Shiyou University,Xi'an,Shanxi,710065,China)

The paper analyzes the dynamic relationship of urbanization,energy consumption and economic growth based on co-integration,impulse response function.Co-integration test reveals there is a long-term equilibrium relationship among China's urbanization,energy consumption and economic growth.Granger causality testshows thateconomic growth is the cause ofurbanization and energy consumption;urbanization is also the cause for energy consumption,while urbanization and energy consumption structure do not give significant impetus to economic growth.Further study of variable parameter model based on state space model discovers that economic growth on urbanization elasticity is between 0.3326~2.0167,economic growth on energy consumption elasticity is between 0.7413~1.5429,and urbanization and energy consumption on economic growth have a positive impact.

urbanization;energy consumption;economic growth;co-integration;state space model

F124；F224

A

2095-7955（2017）01-0027-05

陜西省教育廳人文社科專項項目（項目編號：2013JK0106）；西安市社科規(guī)劃基金項目（項目編號：16J29）；

西安石油大學(xué)博士科研啟動項目(項目編號：2016BS07)。

2017-01-05

張優(yōu)智（1977—），西安石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院副教授，博士。主要研究方向：能源經(jīng)濟(jì)。