能源價(jià)格、碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長的聯(lián)動效應(yīng)研究

趙建輝

（中國地質(zhì)大學(xué) （北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083）

能源作為經(jīng)濟(jì)增長的重要因素，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí)，會產(chǎn)生大量的溫室氣體。溫室氣體中排放量最多，影響最大的是二氧化碳。20世紀(jì)中期以來，隨著溫室氣體的濃度不斷增加，造成了許多極端氣候和嚴(yán)重的生態(tài)問題。國際社會普遍認(rèn)為減少溫室氣體尤其是二氧化碳排放是解決全球氣候生態(tài)問題的最佳途徑。

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，已經(jīng)躍居為世界第二大經(jīng)濟(jì)體。但長期以來我國經(jīng)濟(jì)一直是粗放發(fā)展模式。根據(jù)德國可再生能源研究所研究報(bào)告，2011年中國二氧化碳排放量居世界第一，為89億t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于位居第二位美國的二氧化排放量，其排放量為60億t。我國在參與《聯(lián)合國氣候變化框架公約》活動時(shí)遭到的壓力越來越大，若處置不當(dāng)將影響我國的國際形象和地位。

根據(jù)國外相關(guān)研究表明能源價(jià)格對碳排放量的影響較為顯著。但我國能源價(jià)格在較大程度上受政府行政指令的干預(yù)，對碳排放量影響如何，需作進(jìn)一步研究。另外能源作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的一種重要原材料，其價(jià)格的上漲對國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面都會產(chǎn)生影響。因此，應(yīng)該對能源價(jià)格變動引起的社會經(jīng)濟(jì)問題予以高度重視。本文主要對能源價(jià)格、碳排放量和經(jīng)濟(jì)增長三者之間的關(guān)系進(jìn)行探討，以便制定相關(guān)政策。

1 國內(nèi)外研究概述

國內(nèi)外有關(guān)能源價(jià)格、碳排放量和經(jīng)濟(jì)增長之間關(guān)系的研究，主要分為以下三個(gè)方面。

1.1 能源價(jià)格對宏觀經(jīng)濟(jì)的影響

1973年的石油危機(jī)，使國外學(xué)者開始研究能源價(jià)格對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的沖擊。具有代表性的是Gisser和 Goodwin（1986）［1］，二人研究表明美國經(jīng)濟(jì)和石油價(jià)格之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系；Darby（1982）［2］、Burbidge和 Harrison（1984）［3］發(fā)現(xiàn)除美國之外的其他國家經(jīng)濟(jì)和石油價(jià)格之間也存在負(fù)相關(guān)關(guān)系；Jones和Leiby（1996）［4］通過實(shí)證分析發(fā)現(xiàn)石油價(jià)格和GNP之間的彈性系數(shù)約為－0.05；Hamilton和 Herrera（2004）［5］、Hamilton（2005）［6］研究發(fā)現(xiàn)幾乎每次經(jīng)濟(jì)衰退之前都有石油價(jià)格飆升的現(xiàn)象。

國內(nèi)學(xué)者楊柳、李力（2006）［7］對我國能源價(jià)格變動對通貨膨脹和經(jīng)濟(jì)增長的影響進(jìn)行了實(shí)證分析，研究表明三者之間存在長期均衡關(guān)系，短期內(nèi)能源價(jià)格變動對我國經(jīng)濟(jì)增長有負(fù)方向沖擊；胡宗義等（2008）［8］發(fā)現(xiàn)提高能源價(jià)格都能顯著降低能源強(qiáng)度，能源價(jià)格的提高對會經(jīng)濟(jì)帶來較大的負(fù)面影響。

1.2 經(jīng)濟(jì)增長對碳排放量的影響

對于經(jīng)濟(jì)增長和碳排放量之間關(guān)系最具有代表性的研究成果是環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）。美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家Gene Grossman和Alan Krueger（1991，1994）將庫茲涅茨曲線應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域的分析中，通過對多個(gè)國家的水污染和環(huán)境污染變動情況進(jìn)行追蹤，得到隨著GDP的增加環(huán)境污染會先惡化后改善，從而提出了“環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）”。國外學(xué)者 Hill和 Magnani（2002）［9］研究表明存在倒 U型的EKC，收入水平的拐點(diǎn)接近收入分配的上端。Neumayer（2002）［10］研究表明存在倒 U 型 EKC，并且轉(zhuǎn)折點(diǎn)在GDP價(jià)值范圍外。Birgit Friedl和Michael Getzner（2003）［11］對奧地利的環(huán)境庫茲涅茲曲線進(jìn)行檢驗(yàn)，研究表明國內(nèi)生產(chǎn)總值和二氧化碳排放呈 N 型關(guān)系。Hiroki Iwata等（2010）［12］通過實(shí)證分析也證明了倒U型的EKC的存在。

國內(nèi)學(xué)者杜婷婷等（2007）［13］通過實(shí)證分析發(fā)現(xiàn)碳排放和經(jīng)濟(jì)增長之間是三次曲線方程關(guān)系。胡初枝（2008）［14］通過因素分析模型發(fā)現(xiàn)碳排放和經(jīng)濟(jì)增長之間呈現(xiàn)“N”型關(guān)系。付加鋒等（2008）［15］研究了單位GDP的二氧化碳排放量與人均GDP之間關(guān)系，研究表明兩者之間存在EKC。任重、周云波（2009）［16］對環(huán)渤海地區(qū)人均GDP和工業(yè)廢氣排放量之間的關(guān)系進(jìn)行研究，研究表明兩者之間呈現(xiàn)整體向上的倒“N”型的曲線特征。林伯強(qiáng)、蔣竺均（2009）［17］用時(shí)間序列分析方法研究了二氧化碳排放量，并對我國未來二氧化碳排放量進(jìn)行預(yù)測。韓玉軍、陸旸（2009）［18］對165個(gè)國家進(jìn)行實(shí)證分析，研究表明收入水平不同的國家其EKC也不同。

1.3 能源價(jià)格對碳排放量的影響

研究能源價(jià)格對碳排放量影響的學(xué)者較少。祝婧然（2011）［19］初步探究能源價(jià)格波動對中國碳排放量的調(diào)節(jié)作用，能源價(jià)格會對碳排放量產(chǎn)生不同程度的調(diào)節(jié)作用。何凌云、林祥燕（2011）［20］研究發(fā)現(xiàn)：我國能源價(jià)格通過影響經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)而作用于碳排放的路徑存在阻滯，而能源價(jià)格通過經(jīng)濟(jì)總量和能源效率對碳排放產(chǎn)生有效的通向和反向調(diào)節(jié)。

由此可見，國內(nèi)外學(xué)者僅是對三個(gè)變量兩兩之間的關(guān)系進(jìn)行研究，但在現(xiàn)實(shí)生活中三者之間的關(guān)系是一個(gè)系統(tǒng)，本文利用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)中的協(xié)整、VAR模型以及脈沖響應(yīng)函數(shù)對三者之間的動態(tài)關(guān)系進(jìn)行分析。

2 實(shí)證分析

2.1 變量選擇和預(yù)處理

本文采用1953～2011年我國相關(guān)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證分析，樣本數(shù)據(jù)均由歷年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》和《新中國五十五年統(tǒng)計(jì)資料匯編》相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)整理和計(jì)算而得。選取能源價(jià)格、碳排放量和國內(nèi)生產(chǎn)總值三個(gè)指標(biāo)，分別用EP、CL和GDP表示。由于我國目前沒有專門公布的能源價(jià)格，本文采用原材料、燃料、動力購進(jìn)價(jià)格指數(shù)來表示能源價(jià)格。由于我國目前沒有碳排放量的官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，本文采用因素分解法，將碳排放量的影響因素分為規(guī)模、結(jié)構(gòu)和技術(shù)三個(gè)方面，碳排放量的計(jì)算公式為

式中：C表示碳排放量；E表示能源消費(fèi)總量；Ci表示第i種能源的碳排放量；Ei表示第i種能源的消費(fèi)量；Si表示第i種能源在能源消費(fèi)總量中所占比重；Fi表示第i種能源的排放系數(shù)（強(qiáng)度）。各類碳源排放系數(shù)如表1所示。

表1 各類碳源排放系數(shù)

為消除時(shí)間序列異方差的影響，我們分別對變量EP、CL和 GDP取對數(shù)，記為 LEP、LCL和LGDP。利用Eviews軟件，我們可以得到三個(gè)變量LEP、LCL和LGDP的變化趨勢圖如圖1所示。

圖1 1953～2011年LEP、LCL和LGDP的變化趨勢圖

從圖1我們可以看出，LCL和LGDP這兩個(gè)變量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，說明這兩個(gè)變量的時(shí)間序列數(shù)據(jù)都是非平穩(wěn)序列，而LEP沒有明顯的趨勢，初步判斷LEP是平穩(wěn)序列。對變量LCL和LGDP進(jìn)行一階差分，一階差分后的序列變化趨勢如圖2所示。

從圖2中可以看出LGDP和LCL一階差分后兩個(gè)序列沒有明顯的上升或下降趨勢，因此初步判斷LGDP和LCL兩個(gè)的一階差分為平穩(wěn)序列。

2.2 實(shí)證分析

2.2.1 平穩(wěn)性檢驗(yàn)

大多數(shù)宏觀經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列是非平穩(wěn)序列，本文采用Dickey ＆Fuller（1981）提出的ADF檢驗(yàn)來對三個(gè)變量進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)，由AIC和SIC準(zhǔn)則來確定滯后階數(shù)，檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖2 1953～2011年LEP、DLGDP和DLCL的變化趨勢圖

表2 變量LEP、LCL和LGDP平穩(wěn)性檢驗(yàn)結(jié)果

從表2中可以看出，一階差分后的DLEC和DLCL兩個(gè)序列的ADF值均大于各自1%、5%和10%臨界值，并且P值都小于0.05，拒絕單位根假設(shè)，說明兩個(gè)序列都是平穩(wěn)序列。DLEC和DlCL表示能源消費(fèi)和碳排放量的增長率。能源價(jià)格LEP的ADF值小于5%和10%臨界值，并且P值大于0.05，拒絕單位根假設(shè)，說明能源價(jià)格是平穩(wěn)序列。因此，DLGDP、DLCL和LEP都是同階單整，即I（0）。

2.2.2 協(xié)整分析

雖然有些時(shí)間序列是非平穩(wěn)的，但是它們的某種線性組合卻是平穩(wěn)的，這種線性組合反映了變量之間的長期穩(wěn)定關(guān)系，稱為協(xié)整關(guān)系。因此協(xié)整揭示了變量之間的長期穩(wěn)定均衡關(guān)系，在這一關(guān)系下任何變量的短期偏離最終會回到長期均衡路徑上來。協(xié)整分析要求時(shí)間序列變量為同階單整。本文所用的三個(gè)變量都是I（0），滿足協(xié)整分析的要求。本文采用Johansen協(xié)整檢驗(yàn)對三個(gè)變量之間的關(guān)系進(jìn)行分析。Johansen協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 變量LEP、DLCL和DLGDP協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果

通過表3可以看出，在5%顯著性水平下，變量之間沒有協(xié)整關(guān)系、最多有1個(gè)協(xié)整關(guān)系、最多有2個(gè)協(xié)整關(guān)系的假設(shè)都被拒絕，因此三個(gè)變量之間存在兩個(gè)以上的協(xié)整關(guān)系，也就是說變量之間都互為聯(lián)動效應(yīng)。

下文建立VAR模型進(jìn)一步研究三者之間的關(guān)系。

2.2.3 格蘭杰因果檢驗(yàn)

VAR模型的一個(gè)重要應(yīng)用是分析經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列變量之間的因果關(guān)系。格蘭杰（Granger）因果關(guān)系檢驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是檢驗(yàn)一個(gè)變量的滯后變量是否可以引入到其他變量方程中。一個(gè)變量如果受到其他變量的滯后影響，則稱它們具有Granger因果關(guān)系。表4顯示了變量LEP、DLCL和DLGDP之間的格蘭杰因果檢驗(yàn)結(jié)果，滯后階數(shù)根據(jù)AIC和SC準(zhǔn)則確定。

從表4中可以看出，能源價(jià)格是經(jīng)濟(jì)增長的格蘭杰原因，這說明我國能源價(jià)格對經(jīng)濟(jì)發(fā)展有一定程度的影響；碳排放量與能源價(jià)格之間并不存在因果關(guān)系；經(jīng)濟(jì)增長是碳排放量的格蘭杰原因，這說明我國經(jīng)濟(jì)增長導(dǎo)致碳排放量增多，我國經(jīng)濟(jì)是由能源高消費(fèi)、高污染推動的。

2.2.4 VAR模型

向量自回歸（VAR）是基于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)建立模型，VAR模型把系統(tǒng)中每一個(gè)內(nèi)生變量作為系統(tǒng)中所有內(nèi)生變量的滯后值的函數(shù)來構(gòu)造模型，從而將單變量自回歸模型推廣到由多元時(shí)間序列變量組成的“向量”自回歸模型。VAR模型的優(yōu)點(diǎn)主要是該模型中的所有變量都是內(nèi)生變量，避免了在模型構(gòu)建過程中區(qū)分內(nèi)生變量與外生變量而出現(xiàn)指定誤差的問題。

滯后階數(shù)的確定是VAR模型中的一個(gè)重要問題。在選擇滯后階數(shù)p時(shí)存在一個(gè)矛盾：為完整反映模型的動態(tài)性，希望滯后階數(shù)p足夠大，但滯后階數(shù)越大，模型中需要估計(jì)的參數(shù)就越多，模型的自由度就會減少。所以在選擇滯后階數(shù)時(shí)要綜合考慮，本文采用Lag Length Criteria和Ar Roots Graph來確定滯后階數(shù)，見表5。滯后3階的Ar Roots Graph見圖3。

表4 變量LEP、DLCL和DLGDP格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)結(jié)果

表5 Lag Length Criteria確定滯后階數(shù)

圖3 滯后3階的Ar Roots Graph

通過表5可以看出選擇滯后3階最好。

從圖3可以看出，在滯后3階的情況下，所得單位根都在單位圓內(nèi)，選擇VAR模型滯后階數(shù)為3是合適的，得到相應(yīng)的VAR（3）模型。下面利用脈沖響應(yīng)函數(shù)繼續(xù)考察三者之間的聯(lián)動關(guān)系。

2.2.5 脈沖響應(yīng)函數(shù)

通過前面協(xié)整檢驗(yàn)知，VAR模型中三個(gè)時(shí)間序列是協(xié)整的，這說明此模型中的三個(gè)變量從長期來看具有均衡的關(guān)系，但在短期內(nèi)會受到隨機(jī)干擾的影響，這些變量有可能偏離均衡值，但這種偏離是暫時(shí)的，最終會回到均衡狀態(tài)。從前面格蘭杰因果檢驗(yàn)看，能源價(jià)格對碳排放量之間不存在因果關(guān)系，對能源價(jià)格一個(gè)沖擊會影響經(jīng)濟(jì)增長，對經(jīng)濟(jì)增長一個(gè)沖擊會影響碳排放量，并且通過VAR模型的動態(tài)結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)給其他所有的內(nèi)生變量。脈沖響應(yīng)函數(shù)就是用于衡量這種來自隨機(jī)擾動項(xiàng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差沖擊對變量當(dāng)前和未來取值的影響軌跡，它能夠比較直觀地刻畫出變量之間的動態(tài)交互作用及其效應(yīng)。上述建立包含三個(gè)內(nèi)生變量的三階VAR模型，經(jīng)過檢驗(yàn)，模型是顯著的。

圖4給出了2個(gè)變量的沖擊對經(jīng)濟(jì)增長的影響程度。圖4中，橫軸表示沖擊作用的滯后期間數(shù)（單位：年度），縱軸表示經(jīng)濟(jì)增長，實(shí)線表示脈沖響應(yīng)函數(shù)，代表了能源價(jià)格和碳排放量對經(jīng)濟(jì)增長的沖擊反應(yīng)，虛線表示正負(fù)兩倍標(biāo)準(zhǔn)差偏離帶。

從圖4中可以看出，給能源價(jià)格一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的沖擊，經(jīng)濟(jì)增長在前4期內(nèi)呈上升趨勢，第4期達(dá)到最大值0.0244，從第4期開始逐漸下降，大約到第20期達(dá)到均衡狀態(tài)。這說明了能源價(jià)格波動會立刻傳導(dǎo)到經(jīng)濟(jì)增長上，開始能源價(jià)格上升對經(jīng)濟(jì)增長具有正效應(yīng)，隨后效應(yīng)會逐漸下降直至平穩(wěn)。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行實(shí)際情況也說明了這一點(diǎn)，能源價(jià)格開始上升會帶來溫和通貨膨脹，溫和通貨膨脹會促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長加快，隨后這種影響將逐漸減弱。由于我國能源價(jià)格是受政府管制，能源價(jià)格對經(jīng)濟(jì)增長的影響有限。

圖4 給LEP和DLCL沖擊對經(jīng)濟(jì)增長的脈沖響應(yīng)函數(shù)圖

給經(jīng)濟(jì)增長一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的沖擊，在前4期內(nèi)對碳排放量的影響由正效應(yīng)逐漸下降為負(fù)效應(yīng)，第4期達(dá)到最小值－0.0369，隨后開始上升在0軸附近波動。這說明了經(jīng)濟(jì)增長的波動會立刻傳導(dǎo)到碳排放量上，開始經(jīng)濟(jì)受到?jīng)_擊后碳排放量會下降，隨著時(shí)間的推移經(jīng)濟(jì)受到的沖擊對碳排放量越來越小。

3 結(jié)論

本文對我國能源價(jià)格、碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系進(jìn)行實(shí)證研究，主要得到以下結(jié)論。

1）在5%的顯著性水平下，能源價(jià)格、碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長之間存在長期均衡關(guān)系，說明我國能源價(jià)格、碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長之間的相互依存關(guān)系是客觀存在的。

2）格蘭杰因果檢驗(yàn)表明，能源價(jià)格是經(jīng)濟(jì)增長的格蘭杰原因，說明能源價(jià)格的變化在一定程度上影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r；經(jīng)濟(jì)增長是碳排放量的格蘭杰原因，說明我國經(jīng)濟(jì)增長主要還是依靠高能耗、高污染的工業(yè)拉動的；能源價(jià)格與碳排放量之間不存在格蘭杰原因，說明長期以來我國對能源實(shí)行價(jià)格管制，對碳排放量的影響并不明顯。

3）通過脈沖響應(yīng)函數(shù)考察我國能源價(jià)格與經(jīng)濟(jì)增長之間的動態(tài)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)給能源價(jià)格一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的沖擊，經(jīng)濟(jì)增長在前4期內(nèi)呈上升趨勢，第4期達(dá)到最大值0.0244，然后開始下降，大約到第20期達(dá)到均衡狀態(tài)。

4）通過脈沖響應(yīng)函數(shù)考察我國碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長之間的動態(tài)關(guān)系，給經(jīng)濟(jì)增長一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的沖擊，對碳排放量的影響由正效應(yīng)逐漸下降為負(fù)效應(yīng)，第4期達(dá)到最小值－0.0369，隨后開始上升在零軸附近波動。說明經(jīng)濟(jì)增長的波動會立刻傳導(dǎo)到碳排放量上，開始經(jīng)濟(jì)受到?jīng)_擊后碳排放量會下降，隨著時(shí)間的推移，對碳排放量的影響越來越小。

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