王風云

(北京石油化工學院 經(jīng)濟管理學院，北京 102617)

京津冀地區(qū)是我國重化工業(yè)、裝備制造業(yè)和高新技術產(chǎn)業(yè)基地，隨著區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)人口的集聚，其能源消費不斷增加。1990—2017年，京津冀常住人口總量由8111.25萬人增長至11247.09萬人，人口年均增長率為1.22%；同期，京津冀能源消費總量由10904萬噸標準煤增長至45529.8萬噸標準煤，能源消費年均增長率為5.44%。京津冀能源消費總量的增長比常住人口增長快。能源消費的大幅度增加，加劇了京津冀地區(qū)空氣污染，環(huán)境保護壓力越來越大。生態(tài)環(huán)境部的數(shù)據(jù)顯示2018年1—12月京津冀地區(qū)平均優(yōu)良天數(shù)比例為50.0%，PM2.5濃度為60微克/立方米，京津冀地區(qū)仍然是我國經(jīng)濟帶中污染比較嚴重的區(qū)域(1)數(shù)據(jù)來源：《北京統(tǒng)計年鑒2018》《天津統(tǒng)計年鑒2018》《河北經(jīng)濟年鑒2018》《中國能源統(tǒng)計年鑒2018》，以及2018年京津冀三地的統(tǒng)計公報。。

京津冀地區(qū)人口流動和產(chǎn)業(yè)集聚增加了區(qū)域環(huán)境保護的壓力，由此帶來的能源消費增加和交通運輸排放等是空氣污染的主要來源。京津冀人口過度集中在北京、天津等特大城市，河北省人口在500萬至800萬的只有石家莊一個城市。京津冀人口集聚特點引起區(qū)域能源消費的快速增長和能源消費結構失衡，造成北京、天津巨大的人口、能源和環(huán)境的壓力，不利于區(qū)域一體化發(fā)展。能源和人口的協(xié)同發(fā)展深刻影響京津冀地區(qū)發(fā)展效率和發(fā)展?jié)摿?，京津冀急需解決人口產(chǎn)業(yè)集聚與能源消費控制優(yōu)化相協(xié)調(diào)的問題，以實現(xiàn)區(qū)域節(jié)能減排、綠色發(fā)展，這對區(qū)域和超大城市人口、能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

一、文獻綜述

隨著人口增長和城鎮(zhèn)化發(fā)展，在環(huán)境保護和能源安全的壓力下，越來越多的學者開始關注人口對能源消費的影響，相關研究主要集中在以下三方面。

1.有關城鎮(zhèn)化對能源消費的影響研究

城鎮(zhèn)化是人口持續(xù)向城鎮(zhèn)集聚的過程。許多學者從城鎮(zhèn)化的角度研究其對能源消費的影響，發(fā)現(xiàn)人口集聚是能耗增長的主要因素[1-3]。學者們的研究成果顯示人口的集聚不能提高能源利用效率，反而造成更多的能源需求和能源消費。伯曼尼沃(Poumanyvong)和肯納卡(Kaneko)運用STIRPAT模型分析了99個國家1975—2005年的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)人口城鎮(zhèn)化對能源消費和碳排放具有正向影響，對中等和高收入國家的影響比低收入國家的影響更顯著[2]。福樓特(Floater)等人研究發(fā)現(xiàn)人口集聚不但不能節(jié)約能源，反而會引起能源消費的增長，他們對密集型的城鎮(zhèn)發(fā)展模式持反對意見[4]。魏楚構建了融合“自上而下”和“自下而上”兩種研究視角的傳導機制分析框架，對城鎮(zhèn)化是否會增加居民能源需求展開深入分析，提出三個可創(chuàng)新的方向，結合國際視野規(guī)范分析中國城鎮(zhèn)化中的能源、環(huán)境等本土問題[5]。還有學者就城鎮(zhèn)化發(fā)展對能源消費的影響持不同觀點。王風云等建立隨機效應系數(shù)面板數(shù)據(jù)模型分析1995—2015年京津冀終端能源消費結構變動及其影響因素，發(fā)現(xiàn)常住人口城鎮(zhèn)化發(fā)展對城鎮(zhèn)化程度低的河北省的煤炭、石油、電力等其他能源消費具有反向影響，對城鎮(zhèn)化程度較高的京津兩地能源消費結構的影響不顯著[6]。李風琦等分析了經(jīng)濟城鎮(zhèn)化、土地城鎮(zhèn)化和人口城鎮(zhèn)化對農(nóng)村生活能源消費的作用機制和影響，結果表明城鎮(zhèn)GDP對農(nóng)村生活能源消費的影響呈倒“U”型，土地城鎮(zhèn)化的影響是隨著區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展從負轉為正，人口城鎮(zhèn)化的影響為正且相對較小[7]。因此，我國人口的空間聚集和城鎮(zhèn)化發(fā)展需要與能源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.有關人口擴張對能源消費的影響研究

由于研究對象、研究方法、時間期限等不同，有關人口擴張對能源消費的影響效果和研究結論差異較大。國外學者認為人口增加對資源消耗和環(huán)境污染影響顯著，并且它們之間存在正向變動的關系[8-9]。我國學者認為人口擴張對能源消費具有正向影響[10-12]。劉滿芝針對2000—2013年中國省際面板數(shù)據(jù)，運用拓展的STIRPAT模型研究發(fā)現(xiàn)總人口對城鎮(zhèn)生活能耗有正向影響，即總人口變動1%引起城鎮(zhèn)生活能源消費量變動0.408%[13]。侯燕飛等從理論和實證兩方面分析人口對資源消耗與環(huán)境污染的影響機制，研究顯示人口增長率與資源消耗呈現(xiàn)同向變動關系，人力資本的增長可降低資源需求的增長速度，發(fā)展教育比減緩人口過快增長對節(jié)能減排和環(huán)境保護的效果更好[14]。也有學者持不同觀點。如章恒全等采用Shephard距離函數(shù)和Malmquist指數(shù)研究能源消費變動影響因素，發(fā)現(xiàn)潛在人均資本和人們生活水平的提高對能源消費的影響要大于人口增長[15]。王鋒運用面板模型分析各省2004—2013年人口密度、能源消費、綠色經(jīng)濟發(fā)展之間的關系，結果顯示人口密度與能源消費、綠色經(jīng)濟發(fā)展均呈倒“U”型曲線關系，人口密度的拐點值都大于現(xiàn)實值[16]。

3.有關人口結構對能源消費的影響研究

有學者從人口結構變動的角度研究人口對能源消費的影響[17-18]。張玉周基于我國30個省、市、自治區(qū)1996—2013年的面板數(shù)據(jù)，采用擴展的STIRPAT模型和GMM法研究發(fā)現(xiàn)，老年撫養(yǎng)比對能源消費的影響不顯著，但隨著人口老齡化的加劇其對能源消費的影響越來越顯著，少兒撫養(yǎng)比、總撫養(yǎng)比對能源消費具有反向影響關系[19]。秦翊和侯莉通過城鎮(zhèn)化率、撫養(yǎng)比、受教育程度來量化人口因素的影響，結果表明城鎮(zhèn)化率、撫養(yǎng)比與人均家庭能耗呈現(xiàn)正向關系，受教育年限與居民總能耗呈正向關系，但是與間接能耗呈反向關系，總體來看人口增長使居民能耗增加[20]。林衛(wèi)斌等認為從人口結構變動來看，目前我國人口由農(nóng)村向城市流動有利于節(jié)能，但是收入水平提高和人口結構變化對居民生活用能需求的影響具有地區(qū)差異[21]。

還有學者從城市空間和緊湊度等角度研究人口變動對能源消耗的影響。嚴翔等基于Kaya拓展模型對我國能源消耗進行因素分解，研究表明城鎮(zhèn)化對生產(chǎn)端能耗的拉動效應大于生活端，是未來間接提高能源消費的主要因素，人口集聚和規(guī)模擴張對能源消耗具有負向作用，城市空間低密度建設加大了能源消費[22]。田成詩等運用超效率DEA和熵值法計算了我國29個大型城市的能源效率與緊湊度關系，發(fā)現(xiàn)我國大型城市能源效率存在地區(qū)差異，城市規(guī)模與緊湊度和能源效率水平呈現(xiàn)同向關系，提高城市緊湊度有利于提高城市能源效率[23]。何文舉等運用空間計量模型研究各省密度效應對碳排放的影響，發(fā)現(xiàn)我國各省碳排放存在空間集聚效應，人口過度集聚帶來擁擠效應，導致交通擁堵加大了能源消耗[24]。

以上文獻的研究成果為本文提供了很好的理論基礎和實證經(jīng)驗。大量文獻都從城鎮(zhèn)化發(fā)展角度研究人口城鎮(zhèn)化對能源消費的影響，或者是把人口數(shù)量和人口結構作為影響因素之一研究其對能源消費的影響。當前有關京津冀地區(qū)人口集聚對能源消費的影響研究很少，相關研究主要集中在京津冀人口與經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)的時空格局及空間分布和匹配[25-26]，以及京津冀能源消費結構影響因素[6]和能源消費強度的影響因素[27]等方面。并且這些文獻多數(shù)是利用國家和城市數(shù)據(jù)進行靜態(tài)分析，缺乏對人口變動和區(qū)域能源消費動態(tài)關系的研究。京津冀地區(qū)是我國重要的人口集聚區(qū)和經(jīng)濟增長極，人口流動是否通過產(chǎn)業(yè)集聚形成能效集聚和溢出效應？需要從京津冀一體化發(fā)展過程中人口流動和集聚與能源消費的動態(tài)影響機理和影響效應兩方面進行識別和剖析。為此，本文基于STIRPAT模型和結構向量自回歸模型(SVAR)，研究在京津冀協(xié)同發(fā)展背景下，人口變動對能源消費的作用機理和動態(tài)影響關系，剖析人口集聚對能源消費的貢獻度，研究結果對合理引導人口流動，推動京津冀人口和能源協(xié)同發(fā)展，促進京津冀地區(qū)可持續(xù)一體化發(fā)展具有一定的科學參考價值。

二、研究方法和變量選擇

目前有關人口變動對能源消費影響關系的研究，大多文獻采用因素分解模型和面板數(shù)據(jù)模型[2，13，15，18-19]、空間計量模型[11，24，28]以及拓展的STIRPAT模型[2，13，19]等方法。學者們研究認為人口對能源消費影響顯著，并且存在正向影響關系，還有學者認為二者之間存在反向關系[19]和地區(qū)差異[21]。本文借鑒這些文獻研究的結果，基于STIRPAT模型和結構向量自回歸模型(SVAR)研究京津冀地區(qū)和三地的人口變動與能源消費的動態(tài)影響關系和影響效應。

STIRPAT模型(Stochastic Impacts by Regression on Population, Affluence and Technology)即可拓展的隨機性的環(huán)境影響評估模型，該模型對人口、富裕程度和技術與環(huán)境影響的關系進行評估。STIRPAT模型標準形式為：

I=aPbAcTde

(1)

其中I、P、A、T分別表示環(huán)境影響、人口、富裕程度和技術水平；a是模型系數(shù)；b、c、d是需要估計的參數(shù)；e是誤差項。

對(1)式取對數(shù)可以得到：

lnI=lna+blnP+clnA+dlnT+lne

(2)

本文基于京津冀實際情況對STIRPAT模型(2)進行修訂，構建面板數(shù)據(jù)模型研究京津冀三地的地區(qū)差異和結構影響效應。近年來能源消費的快速增長加劇了京津冀地區(qū)環(huán)境污染，本文以能源消費代表環(huán)境影響因素I；京津冀三地城鎮(zhèn)化發(fā)展水平不同，2018年京津冀地區(qū)城鎮(zhèn)化率為65.8%，京津冀三地的城鎮(zhèn)化率分別為86.5%、83.2%、56.4%。同時，京津冀三地的資源稟賦、土地面積等差異顯著，為了充分反映京津冀三地人口空間分布、聚集度變動，本文選取人口密度作為京津冀人口變動的代表變量，即用京津冀三地常住人口與其面積的比值表示人口密度(人/km2)；京津冀三地經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結構和人均收入差異較大，本文以京津冀人均實際地區(qū)生產(chǎn)總值GDP反映富裕程度。以1978年為基期核算出京津冀三地實際GDP，以剔除物價波動的影響，然后再計算出京津冀三地人均實際GDP；本文以京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結構變動代表技術水平。近年來京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結構在不斷升級，第三產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟結構中占比越來越大，2018年京津冀地區(qū)第一、二、三產(chǎn)業(yè)構成比為4.3∶34.4∶61.3，其中，京津冀三地的第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在京、津、冀總產(chǎn)值中的比重分別為81%、58.6%、46.2%。因此，本文選擇京津冀三地的第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在其一、二、三產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值中占比反映產(chǎn)業(yè)結構變動?？紤]到1990年以來我國結構性變化因素，尤其是環(huán)境規(guī)制的嚴格化對產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整產(chǎn)生顯著影響，并且環(huán)境規(guī)制在不同地區(qū)和行業(yè)存在一定差異，本文把環(huán)境規(guī)制作為控制變量引入模型中，分析京津冀的環(huán)境規(guī)制引起產(chǎn)業(yè)和人口集聚進而對能源消費的影響。學術界主要從環(huán)境污染治理的立法、投入和效果三個方面度量環(huán)境規(guī)制強度(2)由于2011 年以后《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》的“三廢指標”中部分指標發(fā)生變動或不再公布，不能實現(xiàn)統(tǒng)計口徑的一致性，同時考慮到難以保證環(huán)境污染治理的立法度量的準確性。因此，本文不采用環(huán)境污染治理的效果和立法這兩種方法來度量環(huán)境規(guī)制強度。?？紤]到數(shù)據(jù)的連續(xù)性，本文以京津冀三地環(huán)境污染治理投資額占其工業(yè)生產(chǎn)總值的比重代表環(huán)境規(guī)制強度[28-29]。

基于以上分析，本文以人口密度、人均實際GDP、第三產(chǎn)業(yè)占比和環(huán)境規(guī)制強度作為解釋變量。在京津冀一體化發(fā)展過程中經(jīng)濟增長和產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整對人口流動影響顯著，進而影響能源消費量和能源消費結構[6]，有文獻研究認為人口規(guī)模是影響居民能源消費最重要的因素[30]。由于產(chǎn)業(yè)結構的變動從生產(chǎn)和消費兩方面影響能源消費，產(chǎn)業(yè)的集聚引起人口流動和集聚，經(jīng)濟增長創(chuàng)造更多就業(yè)機會，進而引起人口流動。環(huán)境規(guī)制主要從限制高污染高能耗產(chǎn)業(yè)、淘汰落后產(chǎn)能和促進綠色高新技術產(chǎn)業(yè)等方面影響產(chǎn)業(yè)結構，進而促進產(chǎn)業(yè)結構升級和人口流動，實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。因此，本文把反映人口流動和聚集的人口密度作為影響能源消費的關鍵變量，把人均實際GDP、第三產(chǎn)業(yè)占比和環(huán)境規(guī)制強度作為控制變量，其他影響因素例如能源政策變化等作為誤差項來處理，采用面板數(shù)據(jù)作為樣本研究京津冀人口和產(chǎn)業(yè)集聚、經(jīng)濟增長以及環(huán)境規(guī)制對能源消費的影響。

為了進一步厘清人口變動對能源消費的動態(tài)影響機理，本文運用SVAR模型來推斷經(jīng)濟變量之間的影響關系，判別模型結構擾動的影響機制。SVAR模型不受經(jīng)濟理論的約束，可以避免為了保證結構模型的可識別性而施加限制的影響，它通過脈沖響應函數(shù)和方差分解來判別模型結構擾動的影響機理，能夠很好地識別和判斷變量之間的動態(tài)影響關系。因此，本文基于SVAR模型通過脈沖響應函數(shù)和方差分解，不僅考察京津冀地區(qū)人口密度與總能源消費的動態(tài)影響關系，還考察京津冀三地人口密度與能源消費的動態(tài)影響關系。

考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性和可比性，本文所有的數(shù)據(jù)來源于《北京統(tǒng)計年鑒2018》《天津統(tǒng)計年鑒2018》《河北經(jīng)濟年鑒2018》、EPS數(shù)據(jù)平臺，以及歷年《中國能源統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境年鑒》《北京市環(huán)境狀況公報》《天津市環(huán)境狀況公報》《河北省環(huán)境狀況公報》，2018年的數(shù)據(jù)來源于京津冀三地的統(tǒng)計公報，實證分析的數(shù)據(jù)期限為1990—2017年。對于個別環(huán)境污染治理投資缺失數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)平滑法處理。本文把京津冀三地能源消費量的單位均折算成萬噸標準煤?？紤]到變量的穩(wěn)定性和量綱，本文對京津冀三地能源消費量、人口密度、人均實際GDP分別取對數(shù)。能源消費量、人口密度、人均實際GDP、第三產(chǎn)業(yè)占比和環(huán)境規(guī)制強度分別用LNENERGY、LNDPOPULATION、LNPERGDP、TS、ER來表示。

三、實證分析

1.變量的平穩(wěn)性檢驗

為了避免出現(xiàn)偽回歸現(xiàn)象，本文對京津冀三地的5個變量LNENERGY、LNDPOPULATION、LNPERGDP、TS、ER，以及京津冀地區(qū)能源消費總量(LNTENERGY)和地區(qū)總人口密度(LNTDPOPULATION)進行平穩(wěn)性檢驗。考慮到面板數(shù)據(jù)單位根檢驗的可靠性，本文選用LLC檢驗、IPS檢驗、ADF檢驗三種方法對京津冀面板數(shù)據(jù)進行檢驗。

通過Eviews 7.2軟件得到表1所示檢驗結果。在5%的顯著性水平下，除了人均實際GDP以外其他變量的水平值均沒有通過單位根檢驗；在5%的顯著性水平下，除了京津冀能源消費總量以外其他變量的一階差分值都通過了LLC檢驗、IPS檢驗和ADF檢驗，即

表1 變量單位根檢驗結果

注：***、**、*分別表示在1%、5%和10%水平上顯著。

LNENERGY、LNDPOPULATION、LNPERGDP、TS、ER、LNTDPOPULATION這五個變量都是一階單整I(1)，是平穩(wěn)序列，不存在單位根。而京津冀能源消費總量的二階差分值通過了LLC檢驗、IPS檢驗和ADF檢驗，京津冀總人口密度的二階差分值也通過了這三種檢驗，二者都是平穩(wěn)序列。

2.面板數(shù)據(jù)模型構建和分析

由于京津冀三地的能源消費、人口密度、人均實際GDP、第三產(chǎn)業(yè)占比、環(huán)境規(guī)制強度都是一階單整平穩(wěn)序列，因此本文可以基于STIRPAT模型構建面板數(shù)據(jù)模型，通過F檢驗和Hausman檢驗等確定面板數(shù)據(jù)模型類型。

F統(tǒng)計量如下：

(3)

(4)

其中S1、S2、S3分別為變系數(shù)、變截距、常系數(shù)三種面板數(shù)據(jù)模型的殘差平方和，N=3，T=28，k=4。在5%的顯著性水平下，查F分布的臨界值可得F0.05(8,69)=2.076，F(xiàn)0.05(10,69)=1.971。根據(jù)1990—2017年京津冀的面板數(shù)據(jù)，計算出S1=0.522、S2=2.611、S3=27.415，代入F統(tǒng)計量，計算得到F1(8,69)=34.518，F(xiàn)2(10,69)=355.492。因為F1、F2都大于其臨界值，所以京津冀能源消費的面板數(shù)據(jù)模型采用變系數(shù)面板數(shù)據(jù)模型。通過似然比檢驗和Hausman檢驗，本文發(fā)現(xiàn)在5%顯著性水平下面板數(shù)據(jù)模型均拒絕原假設，即京津冀能源消費的面板數(shù)據(jù)模型適用固定效應系數(shù)面板數(shù)據(jù)模型。該模型可以反映京津冀三地的個體異質(zhì)性和隨著個體變化的時間效應。因此，本文的面板數(shù)據(jù)模型形式設定如下：

LNENERGYit=α0i+α1iLNDPOPULATIONit+α2iLNPERGDPit+

α3iTSit+α4iERit+uit

(5)

其中，i=1、2、3分別表示京、津、冀三地，α0i是京津冀三個截面?zhèn)€體的影響系數(shù)；α1i、α2i、α3i、α4i是京津冀三地人口密度、人均實際GDP、產(chǎn)業(yè)結構、環(huán)境規(guī)制對其能源消費的影響系數(shù)；uit是隨機誤差項。本文利用最小二乘虛擬變量法(LSDV)對以上面板數(shù)據(jù)模型進行估計，估計結果見表2。

表2 面板數(shù)據(jù)模型估計結果

注：***、**、*分別表示在1%、5%和10%水平上顯著。

根據(jù)表2中的擬合優(yōu)度和F值可以看出，模型對樣本數(shù)據(jù)擬合得較好，面板數(shù)據(jù)模型在總體上是顯著的。在5%顯著性水平下，京津冀三地的人口密度對能源消費的影響都顯著且存在正向影響關系，其中河北省影響系數(shù)最大，人口密度變動1%引起能源消費變動3.132%；京津冀三地的人均實際GDP對能源消費的影響都顯著且存在正向影響關系，其中河北省影響系數(shù)最大，人均實際GDP變動1%引起能源消費變動1.110%；北京和天津第三產(chǎn)業(yè)占比對能源消費的影響都顯著且存在反向影響關系，河北省第三產(chǎn)業(yè)占比對能源消費的影響不顯著；北京和天津的環(huán)境規(guī)制強度對能源消費的影響都不顯著，河北省環(huán)境規(guī)制強度對能源消費的影響顯著且存在正向影響關系。由于北京和天津第三產(chǎn)業(yè)占比遠高于第二產(chǎn)業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)能耗較低，第三產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展提高京津兩地能源使用效率，降低了能源消耗。而河北省第二產(chǎn)業(yè)占比高，第二產(chǎn)業(yè)能耗相對較高，在河北省第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模較小的情況下，其對河北省能源消費影響不顯著。京津冀三地的產(chǎn)業(yè)結構特點使得環(huán)境規(guī)制對河北省產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整影響顯著，環(huán)境規(guī)制倒逼企業(yè)進行環(huán)保技術創(chuàng)新，提高能源使用效率，進而帶動了河北省產(chǎn)業(yè)結構升級和能源消費結構優(yōu)化。此外，環(huán)境規(guī)制對北京和天津能源消費的影響不顯著，可能與2000年前后京津冀的環(huán)境污染治理投資指標在統(tǒng)計上有一定的差異有關。從面板數(shù)據(jù)模型影響系數(shù)來看，京津冀人口密度對能源消費的影響效應最大，隨著京津冀一體化發(fā)展不斷深入，京津冀經(jīng)濟增長和產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整帶動人口流動和集聚。近年來北京市人口凈流出、天津市人口增速下降，而河北省人口在持續(xù)增加，河北省人口密度不斷增大。同時隨著京津冀人均實際GDP增長和產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整和轉移，將進一步凸顯河北省人口密度對能源消費的影響效應。

3.SVAR模型的構建

結構向量自回歸模型(SVAR)是由西姆斯(Sims)、布蘭查德和奎阿(Blanchard & Quah)等提出并加以推廣的[31-32]。只有平穩(wěn)的變量才能構建結構向量自回歸模型，本文選取的變量都是平穩(wěn)時間序列，所以可以構建SVAR模型。在SVAR模型中每一個內(nèi)生變量都作為系統(tǒng)中所有內(nèi)生變量的滯后項的函數(shù)，模型具體構建如下。

假設Yt是京津冀地區(qū)及三地的人口密度與能源消費構成的n維向量，如果L是一階滯后算子，那么動態(tài)線性結構方程表示如下：

A(L)Yt=ut

(6)

假設在上述方程中結構沖擊ut是序列不相關的，即：

(7)

經(jīng)濟動態(tài)系統(tǒng)的自回歸結構，即滯后算子多項式A(L)為：

A(L)=A0+A1L+A2L2+…+AmLm

(8)

其中，Ai，i=0，1，…，m是系數(shù)矩陣。將結構方程轉化為簡化式形式，得到以下表達式：

(9)

其中：

(10)

Yt=[Φ1L+Φ2L2+…+ΦmLm]Yt+εt

(11)

基于以上SVAR模型，本文運用脈沖響應函數(shù)和方差分解分析人口密度與能源消費之間的動態(tài)響應關系和影響程度。

(1)脈沖響應函數(shù)分析。脈沖響應函數(shù)反映的是一個內(nèi)生變量的一個標準差沖擊對所有內(nèi)生變量當前和未來的影響，因而可以判斷變量之間的動態(tài)關系。人口密度的沖擊不僅影響變量本身，還會通過SVAR模型的滯后結構傳遞到京津冀能源消費。在圖1、圖2、圖3、圖4中橫軸表示滯后期數(shù)，滯后期數(shù)為20期?？v軸表示京津冀地區(qū)及三地能源消費對人口密度變動的反映程度。在圖中實線表示脈沖響應函數(shù)值的變動情況，虛線表示脈沖響應函數(shù)正負2倍標準差。

圖1 北京市能源消費對人口密度的脈沖響應

圖2 天津市能源消費對人口密度的脈沖響應

圖3 河北省能源消費對人口密度的脈沖響應

圖4 京津冀能源消費總量對人口密度脈沖響應

圖1顯示，當給北京市人口密度一個標準差的正向沖擊時，從第1期開始北京市能源消費下降，到第2期達到最小值-0.001，然后開始上升，在第9期達到峰值0.025，而后能源消費逐漸下降。圖1說明對北京這樣的人口密集的超大城市，在短期人口密度和能源消費之間存在反向變動關系，人口密度增加使得能源使用效率提高，能源消費下降。在中期人口密度的增加促使能源消費增加，但是長期來看，當人口密度超過一定臨界水平，在環(huán)境政策和能源政策的約束下，隨著技術進步和產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化能源消費呈現(xiàn)下降趨勢。

圖2顯示，當給天津市人口密度一個標準差的正向沖擊時，在1—2期能源消費變動微小，從第3期開始能源消費持續(xù)上升，在第11期達到最大值0.043，然后能源消費逐漸下降。圖2說明在期初天津市人口密度變動沒有顯著影響能源消費，中期天津市人口變動和能源消費之間存在同向變動關系，人口密度的增加使得能源消費不斷增加。但是長期來看，即從第12期開始，隨著天津城鎮(zhèn)化和人們生活水平的提高，人口集聚效應使得能源效率增加，能源消費下降。目前天津城鎮(zhèn)化發(fā)展快速，應該嚴格控制城市功能定位和產(chǎn)業(yè)布局，防止出現(xiàn)大城市病。

圖3顯示，當給河北省人口密度一個標準差的正向沖擊時，從第1期開始河北省能源消費下降，到第2期達到最小值-0.0007，然后開始上升，在第8期達到峰值0.0046，而后能源消費緩慢下降。圖3說明在短期河北人口密度和能源消費之間存在反向變動關系，人口密度增大使得能源消費下降顯著。在中期隨著河北省居民生活水平的提高和產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，城鎮(zhèn)化發(fā)展和人口增長促進能源消費增加。在長期當人口密度達到一定程度時，人口的集聚促進能源使用效率提高，能源消費呈現(xiàn)緩慢下降趨勢。

圖4顯示，當給京津冀地區(qū)人口密度一個標準差的正向沖擊時，京津冀能源消費總量從第1期的0.001下降至第2期最小值0，從第2期開始能源消費上升并在第9期達到峰值0.012，而后能源消費緩慢下降。圖4說明京津冀地區(qū)人口密度和能源消費之間在前2期存在反向變動關系。在中期隨著京津冀地區(qū)經(jīng)濟不斷發(fā)展，人口的集聚促進能源消費不斷增加。長期來看，人口密度增大促進區(qū)域能源效率提升，能源消費呈現(xiàn)下降趨勢。

(2)方差分解。為了度量京津冀人口密度變動對能源消費波動的貢獻，本文通過在SVAR模型中進行預測方差分解來判斷能源消費波動的來源和貢獻度，選取滯后期數(shù)為10期。表3給出了京津冀人口密度變動對能源消費各期的貢獻程度。

表3 京津冀能源消費的方差分解結果

從表3中可以看出，京津冀能源消費自身沖擊影響是能源消費增長的主要原因，京津冀三地能源消費在第10個滯后期中受到自身沖擊影響的貢獻度分別為97.103%、96.709%、97.875%。京津冀三地人口密度對能源消費方差貢獻作用相對較小，其中，天津人口密度變動對能源消費方差貢獻比較大，由第1期的最大值15.642%降低到第10期的3.291%；北京人口變動對能源消費方差貢獻最小，由第1期的0.407%增加到第10期的2.897%，每期的貢獻度幅度增長緩慢；河北人口密度變動對能源消費方差貢獻變動相對平穩(wěn)，每期貢獻度平均在2.775%。京津冀地區(qū)總能源消費自身沖擊影響是能源消費增長的主要原因，在第10期受到自身沖擊影響的貢獻度為96.927%，區(qū)域人口密度變動對能源消費方差貢獻為3.073%。從長期來看，天津市人口密度變動對能源消費的貢獻最大，河北省人口密度變動對能源消費的貢獻度最小。河北省人口密度小，在京津冀中經(jīng)濟發(fā)展水平和第三產(chǎn)業(yè)規(guī)模都相對較低，需要加快產(chǎn)業(yè)升級和次級中心城市建設，承接產(chǎn)業(yè)轉移，實現(xiàn)人口增長對能源消費的集聚效應。

四、結論及建議

1.研究結論

第一，京津冀面板數(shù)據(jù)模型分析顯示，京津冀三地的人口密度和能源消費之間存在正向影響關系，其中河北省影響系數(shù)最大；京津冀三地的經(jīng)濟增長與能源消費之間存在正向影響關系，其中河北省影響系數(shù)最大；北京和天津第三產(chǎn)業(yè)占比與能源消費之間存在反向影響關系，河北省第三產(chǎn)業(yè)占比對能源消費的影響不顯著，河北省要大力發(fā)展能效較高的第三產(chǎn)業(yè)；環(huán)境規(guī)制強度對河北省能源消費具有正向影響。在環(huán)境規(guī)制下生產(chǎn)規(guī)模和資源重新配置，促進產(chǎn)業(yè)轉型升級。隨著京津冀產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和經(jīng)濟一體化發(fā)展，推動人口流動和集聚，人口集聚和城鎮(zhèn)化發(fā)展促進了經(jīng)濟增長，提高了人們的生活水平，增加了對能源的消費和使用。這與伯曼尼沃和肯納卡的研究結論[2]一致。隨著第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人口的集聚，河北省人口密度對其能源消費的影響將不斷增大。

第二，從脈沖響應函數(shù)分析可以看出，京津冀地區(qū)和京冀兩地人口密度變動對能源消費的影響在1—2期均呈現(xiàn)負向效應，但天津市影響效應較??；中期來看，隨著京津冀產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和生活水平的提高，京津冀地區(qū)和三地人口密度變動對能源消費的影響呈現(xiàn)正向效應，即人口密度增大促使能源消費增加，其中對天津市能源消費正向影響效應最大，在第11期達到最大值0.043；長期來看，人口集聚促進能源效率提升，人口密度變動對能源消費影響呈現(xiàn)遞減趨勢。這與林衛(wèi)斌的研究結果[21]基本一致(3)林衛(wèi)斌研究認為當經(jīng)濟發(fā)展到一定階段后，人口結構的變動會因為城市集約化的用能方式而降低生活用能需求[21]。。京津冀三地城市化和經(jīng)濟發(fā)展水平不同，人口密度變動對能源消費的影響程度不同。北京人口高度聚集，大城市病嚴重，人口密度變動在短期對能源消費具有負向影響，在中期具有正向影響，但是長期來看，隨著北京市非首都功能疏解，人口密度對北京市能源消費的影響逐漸遞減而趨于穩(wěn)定。因此，北京市人口增長和人口結構調(diào)整要適度，要與能源環(huán)境的承載力相一致。天津的城鎮(zhèn)化程度較高，隨著天津產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)、先進制造業(yè)和生產(chǎn)性服務業(yè)大力發(fā)展，人口流入和聚集在中期對能源消費具有正向影響，但長期來看，能源利用效率提高會促使能源消費下降。對于城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟發(fā)展水平較低的河北，從第3期開始隨著人口流入和人口密度的增加，能源消費增加。但是在長期隨著城市化水平的提高，人口增長和集聚的集約利用能源的潛力增大，將促進能源消費緩慢下降。

第三，從方差分解中可以看出，京津冀地區(qū)和三地人口密度變動對能源消費的貢獻程度不同，相對于能源消費自身沖擊而言，京津冀地區(qū)和三地人口密度變動對能源消費的貢獻相對較小，其中天津人口密度變動對能源消費的貢獻最大，在第1期貢獻度達到15.642%，主要原因是天津承接了北京市的非首都功能，高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展快速，能源消費增長顯著。隨著京津冀一體化發(fā)展，京津冀產(chǎn)業(yè)結構、人口集聚和人口結構不斷優(yōu)化，促進區(qū)域集約化用能，從長期來看能源消費下降。但是京津冀能源消費結構優(yōu)化和能源消費總量控制需要依靠能源自身調(diào)整。

2.對策建議

京津冀人口密度變動對能源消費的短期和中長期影響效應及影響程度存在顯著差異。能源消費的控制和優(yōu)化依賴于能源自身使用效率的提高和能源結構優(yōu)化。京津冀三地人口流動要與能源消費協(xié)同發(fā)展，如此才能提升京津冀地區(qū)發(fā)展效率和發(fā)展?jié)摿?。在制定人口和能源政策時要因地制宜、因時制宜，對人口變動和能源消費作出判斷以及時進行調(diào)整。

通過對京津冀人口密度變動對能源消費影響機理的研究，本文提出以下建議。

第一，建立人口、能源、環(huán)境的監(jiān)測和預警機制。京津冀的城鎮(zhèn)化率和經(jīng)濟發(fā)展水平不同，對能源結構和能源數(shù)量的需求不同。政府應該建立有效的人口能源環(huán)境監(jiān)測和預防預警系統(tǒng)，通過監(jiān)測城鎮(zhèn)能源消費、環(huán)境承載力和人口變動，合理制定城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)布局?；趧?chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享理念，加大京津冀地區(qū)環(huán)境規(guī)制力度，促進資源優(yōu)化配置和產(chǎn)業(yè)升級，進而推動區(qū)域經(jīng)濟在速度和質(zhì)量上協(xié)同增長，實現(xiàn)人口流動與能源環(huán)境承載相協(xié)調(diào)。

第二，推進京津冀集約化用能。在短期，京津冀地區(qū)在城鎮(zhèn)化發(fā)展和人口流動過程中應大力提倡節(jié)能，充分發(fā)揮人口流動和集聚對能源消費的負向效應，推動勞動密集型產(chǎn)業(yè)向人口低密集區(qū)轉移，形成集約型的能源資源利用模式；在中長期，京津冀地區(qū)要建立一體化的能源資源管理機制、決策機制和監(jiān)督機制，以科技創(chuàng)新引領能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，通過技術進步提高可再生能源利用率，控制能源消費量，促進能源結構轉型，實現(xiàn)京津冀人口、能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

第三，合理布局城市群。北京和天津對河北各市的帶動作用需要加強，發(fā)揮京津冀三地的比較優(yōu)勢，合理布局產(chǎn)業(yè)功能空間，有效促進人口遷移，把京津冀地區(qū)建設成為世界級的城市群。北京市要轉變產(chǎn)業(yè)升級方式，通過轉移生產(chǎn)型集團總部，促使其上下游企業(yè)轉移，騰出空間帶動創(chuàng)新型集團發(fā)展，促進人口素質(zhì)提升和人口結構改善；天津市要明確城市功能定位，大力發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)性服務業(yè)等；河北省要加快次級中心城市的建設，在政策引導、產(chǎn)業(yè)升級、人才聚集下，完善城市群布局，提升河北的產(chǎn)業(yè)層級，建立與能源環(huán)境承載能力相適應的城市群，促進京津冀三地優(yōu)勢互補、互利共贏。