劉志紅

（宜春學(xué)院經(jīng)濟與管理學(xué)院 江西宜春 336000）

本研究基于IPAT理論改進的STIRPAT模型，以1971-2014年長時間序列為研究樣本，驗證碳排放總量和人均碳排放量與人均GDP之間庫茲涅茨典線假說EKC曲線。并用研究樣本時間碳排放實際值與模型擬合值進行比較，驗證碳排放拐點預(yù)測的有效性。依據(jù)估計模型分析影響碳排放的因素，提出盡早實現(xiàn)碳排放峰值的路徑和對策。

一、數(shù)據(jù)說明與模型構(gòu)建

（一）數(shù)據(jù)說明。碳排放方面數(shù)據(jù)主要來源于國際能源署（IEA）數(shù)據(jù)庫，時間跨度為1971-2015年。選取IEA數(shù)據(jù)庫作為文章研究數(shù)據(jù)來源主要是由于中國與IEA有合作協(xié)議，國家統(tǒng)計局每年向IEA提供能源生產(chǎn)和消費方面的數(shù)據(jù)，因此IEA公布的碳排放數(shù)據(jù)與中國國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)具有很好的可比性，但時效性相對較差[1]。為消除價格波動影響，文中未作特別說明情況下，使用的經(jīng)濟數(shù)據(jù)都是以2005年為不變價，基于購買力平價（PPP）計算的美元。城市化率、第二產(chǎn)業(yè)占比、能源結(jié)構(gòu)、能源強度等數(shù)據(jù)主要來自世界銀行數(shù)據(jù)庫。

（二）模型構(gòu)建。

1.模型基礎(chǔ)。EKC理論旨在驗證環(huán)境質(zhì)量和經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系。但現(xiàn)有文獻一般用人均GDP或人均收入表征經(jīng)濟發(fā)展，用污染物排放總量或人均排放量表征環(huán)境質(zhì)量?；诖?，本文分別考察碳排放總量和人均碳排放量與人均GDP的關(guān)系，模型表示為：

該模型是環(huán)境庫茲涅茨曲線假說的基本模型，但通過文獻分析可知，經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境之間的關(guān)系呈現(xiàn)多種結(jié)論，因此，可以設(shè)定三次項模型表示為：

模型（1）和（2）中，TCt表示第t年區(qū)域碳排放總量，PCt表示第t年的人均碳排放量，PGDPt表示第t年的人均GDP，et表示模型的殘差項。當β1≠0，β2=0，β3=0時，碳排放總量（人均碳排放量）和人均GDP為線性關(guān)系，環(huán)境庫茲涅茨曲線假說不成立。當β1＞0，β2＜0，β3=0時，碳排放總量（人均碳排放量）和人均GDP為倒“U”型關(guān)系，境庫茲涅茨曲線假說成立。當b1＞0，b3≠ 0時，碳排放總量（人均碳排放量）和人均GDP為多種類型的非線性關(guān)系，環(huán)境庫茲涅茨曲線假說不成立。

2.擴展模型。20世紀70年代美國生態(tài)學(xué)家埃里奇（Ehrlich）和康默納（Comnoner）提出 IPAT 模型以評估人口（P）、經(jīng)濟發(fā)展水平（A）及技術(shù)水平（T）對環(huán)境（I）的影響，其表達式為I=PAT。但IPAT模型中環(huán)境變化只受自變量同比例影響，因此模型本身具有極大的局限性[2]。由此，Dietz對模型進行了改進，建立了IPAT隨機模型，即STIRPAT（stochastic impacts by regression on population,affluence,and technology）模型。模型可表示為：

模型中，a為模型的系數(shù)，α、β、γ為各變量的指數(shù)，e為誤差。模型（3）兩邊取對數(shù)，可得雙對數(shù)模型，可表示為：

STIRPAT模型允許增加其他控制變量來分析其對環(huán)境的影響，但是增加的變量須與式（3）指定的乘法形式具有概念上的一致性[14]。環(huán)境質(zhì)量除了受經(jīng)濟發(fā)展及水平影響外，同時還受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平等異質(zhì)性因素的影響。通過文獻分析可知，基于樣本空間區(qū)域和樣本時間序列以及模型等選擇的差異，EKC曲線存在“N”、倒“N”型、“U”型和倒“U”型等形狀。因此，以期更全面刻畫人均GDP與碳排放總量和人均碳排放量之間的關(guān)系，文章構(gòu)建擴展的三次STIRPAT模型和二次STIRPAT模型。結(jié)合EKC模型（2）、模型（3）和模型（4），加入城市化率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和能源強度等控制變量，同時為在回歸中避免多重共線性、減少數(shù)據(jù)的劇烈波動以及消除時間序列中異方差的影響，在回歸中對碳排放總量、人均碳排放量、人均GDP和能源強度等變量取對數(shù)處理，其他變量為無量綱變量。構(gòu)建實證模型，可以表示為：

由于人口增長率相對較低，且相較而言人口結(jié)構(gòu)尤其是城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村人口結(jié)構(gòu)對人均碳排放的影響更大，單一的人口規(guī)模在當前城市化進程中顯然不是最為理想的解釋變量。因此將人口規(guī)模替換為城鎮(zhèn)化率，預(yù)期其符號為正。CITYt人口結(jié)構(gòu)指標，指t時期的城鎮(zhèn)常住人口占總?cè)丝诘谋嚷?，為人口結(jié)構(gòu)的代理變量，反映了人口結(jié)構(gòu)變化對環(huán)境的影響。INDUt為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標，指t時期工業(yè)產(chǎn)值占GDP的比值，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的代理變量，反映了經(jīng)濟發(fā)展水平對環(huán)境的影響。工業(yè)產(chǎn)業(yè)為高耗能產(chǎn)業(yè)，工業(yè)產(chǎn)值比重越大，碳排放量越多，理論上該指標的系數(shù)為正。ESt能源結(jié)構(gòu)指標，指t時期煤炭占一次能源的比重，為能源結(jié)構(gòu)的代理變量，反映了資源稟賦程度。煤炭的碳排放方系數(shù)高于其他能源，理論上該指標的系數(shù)為正。EIt為能源強度指標，指t時期單位GDP產(chǎn)出所耗費的能源數(shù)量，為技術(shù)水平的代理變量，在相同的經(jīng)濟水平和能源消費結(jié)構(gòu)前提下，碳排放總量和人均碳排放水平與節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展程度密切相關(guān)，理論上該指標的系數(shù)為正。在實證研究中，先對模型（6）進行逐步回歸，以期建立可能的“最優(yōu)”回歸方程和可能的曲線形狀。為保證模型的穩(wěn)健性，同時對二次模型即模型（5）和三次模型即模型（6）進行回歸檢驗，根據(jù)模型相關(guān)變量的系數(shù)的統(tǒng)計顯著性和比較F值 以及調(diào)整R2進行判定。

二、結(jié)果與分析

（一）碳排放EKC曲線驗證。在進行模型回歸前，對lnTCt、lnPCt、lnPGDPt、lnPGDPt2、lnPGDPt3、lnEIt、CITYt、INDUt、CSt等變量進行ADF檢驗，結(jié)果顯示都為一階單整平穩(wěn)序列，滿足協(xié)整檢驗的條件。對相關(guān)變量進行Johansen協(xié)整檢驗表明，以上變量之間存在協(xié)整關(guān)系（篇幅所限，單整和協(xié)整檢驗步驟和結(jié)果未在文中列出）?；趨f(xié)整檢驗結(jié)果，利用Stata14.0軟件，在0.05的概率水平下，對模型（6）進行逐步回歸，回歸顯示人均GDP 的三次項未被模型接受。同時為穩(wěn)健起見，對三次模型和二次模型分別進行回歸，如表1和表2所示。模型（5）的二次曲線要優(yōu)于模型（6）的三次曲線，表明中國人均GDP與人均碳排放量，人均GDP與碳排放總量都呈倒“U”型關(guān)系，中國的碳排放EKC假說成立。根據(jù)二次曲線性質(zhì)和拐點理論，中國碳排放總量峰值的理論拐點為人均GDP28591美元，與日本、韓國、芬蘭等國家達到碳排放總量峰值時的人均GDP較為一致。在人均GDP保持年均5%增速情況下，要經(jīng)過17年即2031年左右碳排放總量達到峰值。人均碳排放峰值的理論拐點為76108美元，遠高于其他國家人均碳排放達到峰值時的人均GDP。在人均GDP保持年均5%增速情況下，要經(jīng)過37年即2051年左右人均碳排放達到峰值。根據(jù)世界銀行數(shù)據(jù)，我國2014年人均GDP為12344.3美元，目前仍未能越過拐點并且離拐點還有較長的距離，碳排放總量和人均碳排放處于逐年上升階段，這與林伯強、蔣竺均等[5]的研究結(jié)論類似。

碳排放總量的峰值要早于人均碳排放量峰值到來。一方面是由于隨著城市化進程的加快，城鎮(zhèn)居民人均碳排放水平要高于農(nóng)村居民，人均碳排放量將有逐步走高的趨勢。另一方面是由于隨著經(jīng)濟的發(fā)展、居民生活水平的提高，后期碳排放總量的增長主要源于消費性碳排放而不是工業(yè)化進程中的生產(chǎn)性碳排放，居民人均生活碳排放呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢[4]。因此，在GDP保持低速增長或低于碳強度下降幅度的情況下，碳排放總量將保持繼續(xù)增長的可能性，人均碳排放量相對于碳排放總量而言，在短期內(nèi)更加難以達到峰值。這也說明我國承諾爭取在2030年左右碳排放總量達峰而不是人均碳排放量達到峰的現(xiàn)實可行性和策略的科學(xué)性。

表1 人均碳排放與人均GDP回歸結(jié)果

表2 碳排放總量與人均GDP回歸結(jié)果

根據(jù)表1和表2可得碳排放總量與人均GDP和人均碳排放量與人均GDP的回歸結(jié)果方程：

將中國1971-2014年各指標數(shù)據(jù)代入式（7）和式（8），進一步驗證模型的擬合程度，擬合值與人均碳排放量和碳排放總量實際值進行對比，各年碳排放總量和人均碳排放量基本吻合，誤差絕對值均小于8%，驗證了中國人均碳排放量和碳排放總量估計模型的科學(xué)性。圖1中，y軸的主坐標表示碳排放總量，單位為百萬噸，次坐標為人均碳排放量，單位為噸。由圖1可知，總體來看，碳排放總量和人均碳排放量實際值和擬合值的折線圖高度吻合。以2000年為臨界點，2000-2014年中國碳排放總量增長幅度要大于人均碳排放量增長幅度，碳排放總量有先于人均碳排放量達到峰值的可能性。

圖1 中國碳排放總量和人均碳排放量擬合圖（1971-2015）

（二）碳排放影響因素分析。表1和表2中，模型（5）各變量系數(shù)符號符合經(jīng)濟學(xué)意義且都顯著，且兩模型控制變量系數(shù)方向一致，大小接近，系數(shù)的符號與本文的預(yù)期高度吻合，進一步說明了模型的穩(wěn)健性。

1.經(jīng)濟發(fā)展對碳排放量的增加具有顯著的促進因素。在當前技術(shù)水平下，尤其是對于經(jīng)濟相對落后的發(fā)展中國家來說，經(jīng)濟要發(fā)展，人民生活水平得到提高則意味著能源投入量和CO2等污染物排放量的增加。從發(fā)達國家發(fā)展歷程來看，要達到較高的經(jīng)濟發(fā)展水平或達到較高的人均GDP水平，發(fā)達國家必然處于或曾經(jīng)經(jīng)歷了較高的人均能源消費量和CO2等污染物排放量。文章實證研究顯示，在其他控制變量一定的情況下，中國人均GDP增加1個單位將使人均碳排放量和碳排放總量分別增加3.33和5.20個單位。表明在現(xiàn)有技術(shù)水平下，經(jīng)濟的增長是碳排放增加的首要因素，且人均GDP對碳排放總量的影響要大于對人均碳排放量的影響。

2.降低能源強度是促進減排的首要可行性因素。能源強度變量對人均碳排放量和碳排放總量的影響顯著，存在正相關(guān)關(guān)系，節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展能實現(xiàn)碳排放量的減少和峰值的早日到來。能源強度下降1個單位將影響人均碳排放量和碳排放總量分別下降1.20和1.34個單位。因此加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實施創(chuàng)新驅(qū)動，增加經(jīng)濟發(fā)展中的科技含量，降低單位GDP產(chǎn)出能耗對節(jié)能減排具有十分重要的意義。

3.理論上，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)能有效地促進碳減排，對碳排放峰值目標的實現(xiàn)起到?jīng)Q定性作用，但我國能能結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實決定了在短期內(nèi)其作用有限。能源結(jié)構(gòu)變量對人均碳排放量的影響較為顯著，在其他變量保持不變的情況下，煤炭能源占一次能源的比重每下降1個百分點將使人均碳排放量和碳排放總量分別下降0.75和0.19個百分點，能源結(jié)構(gòu)對人均排放量的影響要大于對碳排放總量的影響，這主要是因為我國能源結(jié)構(gòu)中以煤炭為主。居民生活碳排放主要來源于熱力和電力等消費的間接碳排放，而這些消費所產(chǎn)生間接間接碳排放主要來自于煤炭的燃燒。但由于我國能源結(jié)構(gòu)中煤炭占近70%的比重，中國能源結(jié)構(gòu)在較長的一段時間內(nèi)將仍以煤為主，能源結(jié)構(gòu)的變化對我國碳排放總量和人均碳排放量的影響十分有限[5]。

4.城市化水平和第二產(chǎn)業(yè)占GDP產(chǎn)值比重與碳排放量為正相關(guān)關(guān)系，但影響程度較弱。城市化水平提高1%使人均碳排放量和碳排放總量上升0.05%，第二產(chǎn)業(yè)占GDP產(chǎn)值下降1%使人均碳排放量和碳排放總量下降0.02%。但我國仍處于城市化和工業(yè)化的中后期階段，城市化水平將會有20個百分點左右的提升空間，第二產(chǎn)業(yè)占GDP產(chǎn)值比重也將有20個百分點左右的下降幅度，因此城市化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對我國碳排放的影響作用也不容小覷。

三、結(jié)論與對策建議

（一）結(jié)論。

1.碳排放EKC假說在中國成立，碳排放總量峰值的出現(xiàn)要早于人均碳排放峰值?；貧w結(jié)果顯示二次曲線模型要優(yōu)于其他模型，表明碳排放總量與人均GDP、人均碳排放量與人均GDP之間均存在倒“U”型關(guān)系。預(yù)測中國碳排放總量和人均碳排放達到峰值時對應(yīng)的人均GDP分別為28591美元和76108美元。在現(xiàn)有技術(shù)水平和能源結(jié)構(gòu)的基準情形下，人均GDP保持5%增速的情況下，我國碳排放總量和人均碳排放量峰值分別出現(xiàn)在2031年和2051年。在實施節(jié)能減排倒逼機制的節(jié)能情形下，我國碳排放總量和人均碳排放量峰值可能會早于預(yù)測時間到來。碳排放總量峰值要早于人均碳排放峰值的到來，這與芬蘭、日本等國的情況相似。一是由于我國城市化水平較低，隨著城市化進程和城市人口的增加，人均碳排放量將有逐步走高的趨勢。二是由于隨著經(jīng)濟的發(fā)展、居民生活水平的提高，后期碳排放量的增長主要源于消費性碳排放而不是生產(chǎn)性碳排放。

2.經(jīng)濟增長是碳排放的首要正向促進因素，對碳排放總量的影響要大于對人均碳排放量的影響。實證研究顯示，在其他控制變量一定的情況下，中國人均GDP增加1個單位將使人均碳排放量和碳排放總量分別增加3.33和5.20個單位。降低單位GDP碳排放強度，提高能源使用效率是實現(xiàn)碳減排和盡早實現(xiàn)碳排放峰值的關(guān)鍵。據(jù)IEA統(tǒng)計，2014年，我國碳排放強度為1.10kgCO2/美元（2005年匯率計算），而世界碳排放強度平均水平為0.44kgCO2/美元，我國碳排放強度為美國的3倍多，為日本的近5倍，我國碳排放強度具有很大的下降空間。實施技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展節(jié)能減排技術(shù)，提高能源使用效率是國家實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。

3.降低能源強度，提高能源效率是降低碳排放量，兌現(xiàn)我國在國際社會的碳排放承諾最為有效和可行的舉措。一方面，實證研究顯示能源強度下降1個單位將影響人均碳排放量和碳排放總量分別下降1.20和1.34個單位。與發(fā)達國家比較而言，我國能源強度處于較高的水平，具有較大的下降空間，加大節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新力度，提高能源效率是碳減排的有效方式之一。另一方面，盡管經(jīng)濟規(guī)模、能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)機構(gòu)對碳排放量和人均碳排放具有正向驅(qū)動作用， 但我國仍處于社會主義初級階段和以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)實使得通過以上因素促進碳減排，實現(xiàn)碳減排目標在短期內(nèi)不具有現(xiàn)實可行性。

4.能源結(jié)構(gòu)對碳排放具有較大的正向促進作用，對人均碳排放量的影響要大于對碳排放總量的影響。在其他變量保持不變的情況下，煤炭能源占一次能源的比重每下降1個百分點將使人均碳排放量和碳排放總量分別下降0.75和0.19個百分點。煤炭占我國能源結(jié)構(gòu)比重近70%，理論上，優(yōu)化能源機構(gòu)，降低煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比重，實現(xiàn)主體能源由油氣替代煤炭、非化石能源替代化石能源的雙重更替進程，加大天然氣和非化石能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重，將對我國實施節(jié)能減排，實現(xiàn)碳排放量的總量控制和碳排放峰值的提前到來具有十分重要的作用。但由于我國傳統(tǒng)能源產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩問題突出，可再生能源發(fā)展面臨多重瓶頸等問題，煤炭占能源結(jié)構(gòu)的比重在短期內(nèi)難以大幅度降低，如我國《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，2020年煤炭消費比重仍將達到60%。因此，能源結(jié)構(gòu)的變化對我國碳排放總量和人均碳排放量的影響十分有限。

（二）對策建議。黨的十八大報告指出：“人民日益增長的物質(zhì)文化需要同落后的社會生產(chǎn)之間的矛盾這一社會主要矛盾沒有變”。因此，我國仍將以經(jīng)濟建設(shè)為中心不動搖，保持經(jīng)濟的穩(wěn)定增長。在環(huán)境污染問題日趨嚴重，碳排放空間收到嚴重外部約束的新常態(tài)下，如何實現(xiàn)經(jīng)濟的穩(wěn)定增長，降低單位GDP碳排放強度，盡早實現(xiàn)碳排放峰值的到來，處理好經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護之間的關(guān)系，是“美麗中國”建設(shè)中必須面臨的重大問題。根據(jù)實證分析，為保證經(jīng)濟穩(wěn)定增長，有效控制和減少碳排放，兌現(xiàn)我國在世界氣候大會上的承諾，經(jīng)濟發(fā)展過程中應(yīng)注意以下方面。

1.注重經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量，實施經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模增量控制。經(jīng)濟發(fā)展仍是我國碳排放量增加的首要驅(qū)動因子。新常態(tài)下經(jīng)濟要發(fā)展，環(huán)境要保護，經(jīng)濟發(fā)展方式需要從規(guī)模速度型粗放增長轉(zhuǎn)向質(zhì)量效率型集約增長。在調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和實施技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動過程中，經(jīng)濟的發(fā)展需要在擴大GDP增量的同時轉(zhuǎn)向調(diào)整現(xiàn)有存量，實施保增長、優(yōu)存量的深度調(diào)整。

2.引導(dǎo)居民綠色消費，倡導(dǎo)低碳生活。實證研究表明，我國碳排放總量峰值的出現(xiàn)要早于人均碳排放峰值，反映了后期我國碳排放量的增加主要來源于居民生活消費碳排放。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，居民收入和生活消費水平的提高，在較長的時期內(nèi)我國人均碳排放量將持續(xù)增加。另外，城鎮(zhèn)化進程快速發(fā)展，人口城鎮(zhèn)化、生活方式城市化將使生活消費碳排放進一步增加。所以，在城鎮(zhèn)化進程中，倡導(dǎo)低碳生活方式，引導(dǎo)綠色消費，加強節(jié)能意識對于節(jié)能減排，實現(xiàn)綠色發(fā)展具有重要的意義。

3.降低單位GDP碳排放強度，提高能源效率，實施創(chuàng)新驅(qū)動。實現(xiàn)碳排放與經(jīng)濟增長之間的脫鉤，關(guān)鍵在于提高能源效率，降低單位GDP能源強度和碳排放強度，經(jīng)濟的發(fā)展主要依靠技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動而不是資源驅(qū)動。一是要降低以煤炭為代表的高碳能源比率，實施能源結(jié)構(gòu)低碳清潔化；二是優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高智能產(chǎn)業(yè)和服務(wù)產(chǎn)業(yè)對經(jīng)濟增長的貢獻度；三是實施技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動經(jīng)濟發(fā)展，加速低碳技術(shù)的研發(fā)。