徐新?lián)P,楊 揚 (昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院,云南 昆明 650500)

近年來,我國制造業(yè)的碳排放長期處于較高水平[1].物流業(yè)作為第三產(chǎn)業(yè),其能源消耗可歸類于交通運輸業(yè),現(xiàn)已成為僅次于工業(yè)領(lǐng)域的第二大排放源[2].制造業(yè)與交通運輸業(yè)作為碳排放重點行業(yè),其節(jié)能減排和低碳發(fā)展的必要性與迫切性顯得尤為強烈.目前政府的碳規(guī)制政策重心仍是主要放在上游的高碳排放制造商層面上,脫離對整個供應(yīng)鏈的管控,另一方面是上下游企業(yè)之間仍然缺乏綠色生產(chǎn)與運輸?shù)墓沧R,使得單個企業(yè)在實施綠色管理后的整體效果并不顯著.

碳排放權(quán)交易市場的啟動標志著我國成為世界上最大的碳交易市場,碳市場是實現(xiàn)我國雙碳目標的關(guān)鍵市場化減排機制[3].綠色生產(chǎn)與綠色運輸順應(yīng)了社會可持續(xù)發(fā)展的需求[4],當(dāng)綠色物流規(guī)模與綠色生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)時,就可以充分實現(xiàn)社會綠色需求,反之則不能充分實現(xiàn),綠色生產(chǎn)與綠色物流的協(xié)同發(fā)展是伴隨社會可持續(xù)發(fā)展需求應(yīng)運而生的,在此背景下對供應(yīng)鏈內(nèi)多主體協(xié)同減碳問題[5]的探討具有較大意義.環(huán)境規(guī)制與碳規(guī)制、污染型行業(yè)與碳密集型行業(yè)不同,環(huán)境規(guī)制是以“減污”和區(qū)域環(huán)境質(zhì)量為目標的措施,研究多圍繞規(guī)制力度[6]與政策異質(zhì)性[7-8]展開.而碳規(guī)制則以“降碳”和全球氣候治理為目標,多與碳交易市場或企業(yè)決策相關(guān),如碳配額的分配機制[9-10],碳交易的定價決策[11-12]以及碳規(guī)制差異下企業(yè)的投資決策[13-14]等.演化博弈理論被廣泛應(yīng)用于碳規(guī)制的相關(guān)研究中,博弈主體多聚焦于政府與企業(yè)[15-16].然而現(xiàn)實中政府的監(jiān)管策略與企業(yè)的減排策略并不單受互相影響,供應(yīng)鏈上的消費者[16-17]、零售商[18]、服務(wù)商[19],甚至供應(yīng)鏈外部的社會媒體[20]都會對博弈系統(tǒng)中各主體的策略選擇產(chǎn)生影響.從供應(yīng)鏈的角度看,鏈上單個節(jié)點的碳規(guī)制對整體減排效果并不明顯,協(xié)同減排才是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效手段.此時“搭便車”行為成為了企業(yè)協(xié)同減排的新問題.為解決這一問題,學(xué)者們分別構(gòu)建了制造商與供應(yīng)商[21]以及零售商與制造商[22]的協(xié)同減排博弈模型,認為高水平的減排補貼與低投入的減排成本是減少供應(yīng)鏈內(nèi)“搭便車”行為的關(guān)鍵.聚焦回制造與物流業(yè),在目前政府積極推行聯(lián)動發(fā)展的背景下,針對兩業(yè)碳規(guī)制的研究大多還是以單一主體為主,如制造業(yè)的綠色技術(shù)創(chuàng)新[23]、碳定價[24],物流業(yè)的碳轉(zhuǎn)移[25]、碳稅機制[26]等研究.

目前對于物流與制造業(yè)碳規(guī)制的研究多集中于單一主體,缺少鏈式視角下的整體協(xié)同規(guī)制研究.雖然演化博弈被廣泛應(yīng)用于碳規(guī)制下的主體策略選擇研究,但傳統(tǒng)的演化博弈只能對確定情景下的策略選擇進行分析,無法描述出現(xiàn)實中的隨機干擾,同時對于協(xié)同規(guī)制下可能存在的“搭便車”行為研究不足.因此本文在物流與制造業(yè)聯(lián)動發(fā)展的背景下,用風(fēng)險共擔(dān)與利益共享機制消除搭便車行為,構(gòu)建地方政府、制造商與物流企業(yè)的三方博弈模型,引入隨機干擾系數(shù)模擬現(xiàn)實不確定環(huán)境,對碳交易政策下物流企業(yè)與制造商聯(lián)動減排的演化過程進行分析,研究各博弈主體策略穩(wěn)定性以及策略選擇交互關(guān)系與動態(tài)決策.

1 研究問題與博弈模型構(gòu)建

1.1 模型基本假設(shè)與參數(shù)設(shè)置

地方政府作為碳規(guī)制政策的制定者,具有積極規(guī)制與消極規(guī)制兩種博弈策略.碳規(guī)制下物流業(yè)與制造業(yè)聯(lián)動發(fā)展的策略選擇不僅受到地方政府的影響,還受到彼此之間策略的影響.因此本文構(gòu)建由地方政府、制造商與物流企業(yè)組成的三方演化博弈模型,碳規(guī)制下各主體間關(guān)系如圖1所示.

假設(shè)1:博弈主體策略選擇是有限理性下獨立的反復(fù)博弈行為,其中地方政府的策略集為(積極規(guī)制,消極規(guī)制),其選擇積極規(guī)制的概率為x,選擇消極規(guī)制的概率為1-x(0≤x≤1);制造商的策略集為(綠色生產(chǎn),非綠色生產(chǎn)),其選擇綠色生產(chǎn)的概率為y,選擇非綠色生產(chǎn)的概率為1-y(0≤y≤1);物流企業(yè)的策略集為(綠色運輸,非綠色運輸),其選擇綠色運輸?shù)母怕蕿閦,選擇非綠色運輸?shù)母怕蕿?-z(0≤z≤1).

假設(shè) 2:目前我國碳交易市場已經(jīng)初步建立,在物流與制造業(yè)聯(lián)動發(fā)展背景下,地方政府分配給制造商與物流企業(yè)的總碳配額為T.假設(shè)制造商與物流企業(yè)未采取減排措施前的碳排放量為I1與I2(I1＞I2),采取減排措施后的減排量分別為ε1與ε2,即采取減排后的碳排放量為I1-ε1與I2-ε2,本研究假設(shè)當(dāng)且僅當(dāng)雙方均采取減排措施時,制造商與物流企業(yè)的總碳排放才會小于地方政府分配的碳配額,其余策略組合總碳排放均超免費配額,需要進行碳配額購買,反之當(dāng)整體碳排放小于免費碳配額,則可以銷售碳排放權(quán),為后續(xù)計算方便,令I(lǐng)1+I2-T=Q1,I1+I2-ε1-T=Q2,I1+I2-ε2-T=Q3,T-I1-I2+ε1+ε2=Q4,目前我國碳交易市場還是由地方政府推動進行,假設(shè)碳交易價格為P,當(dāng)?shù)胤秸e極規(guī)制時將會得到積極推動碳交易的財政收入(如購買/拍賣碳排放權(quán)初始權(quán)益),地方政府的財政收入系數(shù)為μ.

假設(shè)3:地方政府積極規(guī)制與消極規(guī)制的成本分別為Cj與Cn(Cj＞Cn),上級政府與地方政府存在責(zé)任倒查關(guān)系,因此當(dāng)?shù)胤秸e極規(guī)制時會得到上級政府的獎勵R,反之消極規(guī)制行為會受到上級政府相應(yīng)的追責(zé)損失S.

假設(shè) 4:制造商與物流企業(yè)的基本收入為V1與V2,制造商與物流企業(yè)投入綠色生產(chǎn)與運輸?shù)臏p排成本分別為C1與C2,基于聯(lián)動發(fā)展下的責(zé)任一體準則,當(dāng)制造商與物流企業(yè)同時選擇綠色生產(chǎn)與綠色運輸策略時將會獲得地方政府的補貼獎勵M,當(dāng)有一方選擇非綠色經(jīng)營策略時將遭受地方政府連帶處罰損失K ,同時地方政府也將因環(huán)境規(guī)制不當(dāng)導(dǎo)致公信力下降受到損失G,地方政府的處罰與激勵力度分別為α與β.

1.2 支付矩陣與復(fù)制動態(tài)方程

根據(jù)模型假設(shè)與參數(shù)設(shè)置,可以得到表1博弈支付矩陣.

表1 博弈矩陣Table 1 Game matrix

根據(jù)支付矩陣所示可以分別得到地方政府選擇積極規(guī)制與消極規(guī)制的期望收益U1與U2:

地方政府的復(fù)制動態(tài)方程為:

同理可得制造商選擇綠色生產(chǎn)與非綠色生產(chǎn)的期望收益W1與W2:

制造商的復(fù)制動態(tài)方程為:

同理可得物流企業(yè)選擇綠色運輸與非綠色運輸?shù)钠谕找鍴1與H2:

物流企業(yè)的復(fù)制動態(tài)方程為:

由于x,y,z∈[0,1],因此可知1-x,1-y,1-z均為非負數(shù),對博弈系統(tǒng)演化結(jié)果無影響,因此化簡后可以得到地方政府、制造商與物流企業(yè)的最終復(fù)制動態(tài)方程:

1.3 隨機演化博弈模型構(gòu)建

1.3.1 隨機擾動因素 傳統(tǒng)博弈論如囚徒困境等的基本假設(shè)均為完全理性,然而完全理性下個體理性與集體理性存在明顯沖突,演化博弈以及演化穩(wěn)定策略假定博弈主體是有限理性的,通過不斷試錯達到最優(yōu)策略,然而傳統(tǒng)的演化博弈理論僅能對確定狀態(tài)下各主體的策略演化進行研究,無法描述現(xiàn)實中的不確定性,因此引入隨機干擾,對不確定環(huán)境下隨機演化的穩(wěn)定性進行判斷[27].

在地方政府的碳規(guī)制政策下,制造商與物流企業(yè)雖存在聯(lián)動發(fā)展關(guān)系,但仍可能存在“搭便車”心理,同時在公眾輿論監(jiān)督與上級政府責(zé)任倒查機制下,地方政府的監(jiān)管行為存在不確定性,最后企業(yè)聲譽與道德風(fēng)險亦會影響各主體策略選擇.高斯白噪聲是一種非線性的正態(tài)分布函數(shù),能夠較好地對隨機外部環(huán)境進行描述[28],因此本文引入高斯白噪聲來刻畫博弈系統(tǒng)的隨機干擾,對復(fù)制動態(tài)方程進行改進得到:

式中:ω(t)是標準的一維Brown運動,是一種無規(guī)則的隨機漲落現(xiàn)象,能夠很好地描述隨機干擾因素的影響;dω(t)表示高斯白噪聲,當(dāng)t＞0時,步長h＞0,其增量Δω(t)=ω(t+h)-ω(t)服從正態(tài)分布;σ表示隨機干擾強度.式(16),(17),(18)均為一維的隨機微分方程,分別表示地方政府、制造商與物流企業(yè)受到隨機擾動后的復(fù)制動態(tài)方程.

1.3.2 均衡解與穩(wěn)定性分析 對于式(16)～(18),當(dāng)初始博弈t=0時,x(0)=0,y(0)=0,z(0)=0,即有:

設(shè)存在函數(shù)V(t,x)與正常數(shù)c1,c2使得:

b)若存在正常數(shù)λ,使得

若式(1)～(3)零解矩指數(shù)穩(wěn)定,則需滿足:

Euler顯式向前數(shù)值法的格式為:xn+1=xn+hf(xn)+Δωng(xn).現(xiàn)將式(16)～(18)按上述方法展開可得:

將三方初始選擇概率均設(shè)置為0.5,擾動系數(shù)設(shè)置為0.5,其余參數(shù)隨機設(shè)置為滿(26)～(28)穩(wěn)定性條件的 2組值,其中情形一為:α=0.2,β=0.3,μ=0.1,M=2,Cj=6,Cn=5,R=1,S=2,Q1=10,Q4=5,K=3,P=6,C1=15,C2=13,情形二為α=0.1,β=0.5,μ=0.3,M=1,Cj=3,Cn=1,R=3,S=1,Q1=8,Q4=4,K=2,P=10,C1=5,C2=8.圖2仿真結(jié)果證明了穩(wěn)態(tài)條件的有效性,給出了在隨機干擾環(huán)境下博弈系統(tǒng)各主體的條件邊界.

圖2 隨機干擾下三方動態(tài)演化路徑Fig.2 Three-party dynamic evolution path under random interference

2 數(shù)值模擬分析

根據(jù)兩種穩(wěn)態(tài)情形對碳規(guī)制下兩業(yè)聯(lián)動發(fā)展策略選擇做參數(shù)敏感性分析.

2.1 初始選擇概率對演化結(jié)果影響

設(shè)概率0.1、0.5與0.9分別代表著低、中、高初始概率,對碳規(guī)制下各主體混合初始概率的演化趨勢進行研究,演化結(jié)果如圖3所示.

圖3 不同混合初始概率下三方動態(tài)演化路徑Fig.3 Tripartite dynamic evolutionary paths under different hybrid initial probabilities

地方政府作為碳規(guī)制政策的制定者,分別令其選擇積極規(guī)制策略的初始概率為高與低,對聯(lián)動發(fā)展下制造商與物流企業(yè)的演化路徑進行研究,由圖3可知,地方政府初期積極規(guī)制意愿的大小不會改變博弈系統(tǒng)向積極規(guī)制、綠色生產(chǎn)、綠色運輸策略集演化,在混合初始概率下,制造商仍是積極推進綠色生產(chǎn)的一方,即便在初期選擇綠色生產(chǎn)策略概率較低時,也會以很高的演化速率快速向綠色生產(chǎn)策略演化;當(dāng)物流企業(yè)初始選擇綠色運輸策略概率較高時,將會在博弈開始時即達到綠色運輸?shù)姆€(wěn)定狀態(tài),但持續(xù)時間不長便在隨機干擾下再次變得不穩(wěn)定,只有當(dāng)制造商達到綠色生產(chǎn)穩(wěn)定策略后物流企業(yè)將再次演化至綠色運輸?shù)姆€(wěn)定策略,類似情況同樣發(fā)生在地方政府身上,但地方政府的隨機波動要小于物流企業(yè),說明在隨機干擾下地方政府仍然保持著較高的積極規(guī)制意愿,聯(lián)動發(fā)展中制造商的綠色生產(chǎn)選擇影響著物流企業(yè)的綠色運輸選擇.

2.2 碳交易價格對演化結(jié)果影響

碳交易政策下的定價決策是保證政策有效的重要一環(huán),分別設(shè)定碳交易價格為6、8與10,對碳交易價格變化下各主體演化路徑進行研究,演化結(jié)果如圖4所示.

圖4 碳交易價格對不同主體的演化影響Fig.4 The evolutionary impact of carbon trading price on different agents

改變碳交易價格可以發(fā)現(xiàn),相對于制造商與物流企業(yè)來說,碳交易價格的增加略微加速了地方政府向積極規(guī)制策略演化的速率,但總體來說對政府策略選擇的影響不明顯,對制造商與物流企業(yè)的碳規(guī)制效果較為明顯,碳交易價格的上升明顯增加了制造商與物流企業(yè)向綠色經(jīng)營策略演化的速率,其中對物流企業(yè)的影響最為明顯,當(dāng)碳交易價格較低時,即便制造商與環(huán)境監(jiān)管部門已經(jīng)向積極規(guī)制與綠色生產(chǎn)策略收斂,物流企業(yè)仍在一段時間內(nèi)無法達到綠色運輸?shù)姆€(wěn)定策略,并且波動較大,伴隨碳交易價格的提升,物流企業(yè)向綠色運輸策略演化的速率迅速加快,并且波動情況減弱.

2.3 碳配額對策略選擇影響

碳配額與碳交易價格是碳交易市場最重要的兩大要素,對制造商與物流企業(yè)聯(lián)動發(fā)展下的碳規(guī)制具有較大影響,因此分別設(shè)定碳配額為55、57.5與 60,對碳配額變化下各主體演化路徑進行研究,演化結(jié)果如圖5所示.

圖5 碳配額對不同主體的演化影響Fig.5 The evolutionary impact of carbon quotas on different agents

改變碳配額后可以發(fā)現(xiàn),地方政府、制造商以及物流企業(yè)向積極規(guī)制與綠色經(jīng)營策略演化的速率均與碳配額的大小成反比,其中物流企業(yè)對于碳配額的變化最為敏感,較高的碳配額將使得物流企業(yè)的策略選擇無法穩(wěn)定,地方政府與制造商對碳配額的改變不太敏感.由于在聯(lián)動發(fā)展下只有當(dāng)物流企業(yè)與制造商同時選擇綠色經(jīng)營策略時,兩業(yè)的總碳排量才會低于碳配額,因此當(dāng)碳配額額度越來越小時,物流企業(yè)與制造商在購買碳配額的成本壓力面前,傾向于投入綠色技術(shù)成本選擇綠色經(jīng)營策略從而獲取碳交易收入,對比圖5(c)～(f)可以發(fā)現(xiàn)物流企業(yè)向綠色策略演化的整體速率低于制造商,波動要大于制造商,主要原因在于物流企業(yè)作為碳排放較小的一方在碳配額增加時所獲得的收益將小于制造商.

2.4 碳交易財政收入系數(shù)對策略選擇影響

碳交易政策下政府的財政收入系數(shù)可以很好地體現(xiàn)政府的環(huán)境和經(jīng)濟多重目標,因此分別設(shè)定財政收入系數(shù)為0.1、0.2與0.3,探究政府碳交易財政收入系數(shù)變化對演化趨勢的影響,演化結(jié)果如圖6所示.

圖6 碳交易財政收入系數(shù)對不同主體的演化影響Fig.6 The evolutionary impact of carbon trading fiscal revenue coefficients on different agents

改變政府碳交易財政收入系數(shù)可以發(fā)現(xiàn),財政收入系數(shù)的增加能夠有效促進地方政府選擇積極規(guī)制政策,但會降低制造商與物流企業(yè)向綠色經(jīng)營策略演化的速率,由圖6(e)可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)財政收入系數(shù)較高時,物流企業(yè)在情形 1中可能無法鎖定綠色運輸策略,對比情形 2中各主體的演化結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),伴隨財政收入系數(shù)的增加地方政府的策略選擇波動最大,高分配率增加了地方政府積極規(guī)制的動力,隨著時間的推移制造商與物流企業(yè)都將鎖定綠色經(jīng)營策略,情形 2較好地描述了政府環(huán)境與經(jīng)濟多重目標的實現(xiàn).

2.5 隨機干擾強度對策略選擇影響

隨機干擾系數(shù)能刻畫出現(xiàn)實中的不確定環(huán)境,因此本文分別令隨機干擾強度為0、0.5、1以及1.5,研究隨機干擾強度變化下演化趨勢的變化,演化結(jié)果如圖7所示.

圖7 隨機干擾強度對不同主體的演化影響Fig.7 The evolutionary effects of random disturbance intensity on different agents

當(dāng)隨機干擾強度為0時,三方主體均將平滑地向積極規(guī)制、綠色生產(chǎn)、綠色運輸策略集演化,其中制造商演化的速率最快.伴隨干擾強度的增加,三方主體策略選擇的波動越大,其中物流企業(yè)的波動最大,在情形1中最低降至了0.3856,地方政府其次,最低為0.442,而制造商的波動最小,最低僅為0.4667.這說明物流企業(yè)的策略選擇最不穩(wěn)定,也是在碳交易政策下聯(lián)動減排中最有可能出現(xiàn)投機行為的主體,而制造商具有較好的穩(wěn)定性.

本文未對制造行業(yè)進行細分,不同制造行業(yè)對物流服務(wù)的需求存在差異,地方政府對其碳規(guī)制細節(jié)可能也存在差異.同時不同區(qū)域制造與物流業(yè)的協(xié)調(diào)度與發(fā)展水平也存在差異,物流業(yè)議價能力的異質(zhì)性也可能對碳規(guī)制下的聯(lián)動減排產(chǎn)生影響,這些也是本文接下來研究的要點.

3 結(jié)論

3.1 積極規(guī)制成本以及上級政府的倒查機制是影響地方政府策略選擇的重要因素,若想達到積極規(guī)制、綠色生產(chǎn)、綠色運輸?shù)沫h(huán)境友好理想策略集,需要設(shè)置較高的碳交易價格.

3.2 在隨機干擾下,各主體較高的初始積極綠色策略選擇概率將使其策略選擇快速達到穩(wěn)定,相較于物流企業(yè),制造商體現(xiàn)出更強的穩(wěn)定性,制造商的綠色生產(chǎn)是兩業(yè)聯(lián)動減排的前提.

3.3 相對于物流企業(yè)來說,碳配額與碳交易價格的改變對制造商向綠色生產(chǎn)策略演化的影響并不大,制造商均會以較高的速率快速達到穩(wěn)定,物流企業(yè)向綠色運輸策略演化的速率與碳配額大小成負相關(guān),與碳交易價格成正相關(guān),較低的碳交易價格將使物流企業(yè)在較長一段時間處于不穩(wěn)定狀態(tài).

3.4 地方政府向積極規(guī)制策略演化速率與碳配額成正比,財政收入系數(shù)的增加能有效促進地方政府的積極規(guī)制行為,但若想達到環(huán)境與經(jīng)濟的雙重目標,財政收入系數(shù)不宜設(shè)置過高,可能會導(dǎo)致物流企業(yè)無法鎖定綠色運輸策略.