檀菲菲,陸兆華,2,謝勝男

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究所，北京 100083;2.濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濱州 256603)

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環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境關(guān)系的PCA-VAR分析

檀菲菲1,陸兆華1,2,謝勝男1

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究所，北京 100083;2.濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濱州 256603)

在實(shí)現(xiàn)環(huán)渤海區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中，社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間關(guān)系的研究越來越重要。本文提出了主成分分析-向量自回歸(PCA-VAR)耦合分析方法，以環(huán)渤海區(qū)域?yàn)閷?shí)例，運(yùn)用PCA-VAR方法分析了2001—2010年期間環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境子系統(tǒng)之間變化的定性和定量關(guān)系，并運(yùn)用所建立的VAR模型對(duì)2011—2015年該區(qū)域的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行模擬。結(jié)果表明：所得的脈沖響應(yīng)圖可以形象地解釋2001—2010年環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境變化兩兩之間的互動(dòng)關(guān)系和動(dòng)態(tài)作用；方差分解結(jié)果揭示了研究時(shí)段內(nèi)該區(qū)域社會(huì)子系統(tǒng)變化的0～2.17%可由環(huán)境子系統(tǒng)的變化解釋，0～31.47%可由經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的變化解釋，其余由自身解釋，以及經(jīng)濟(jì)和環(huán)境子系統(tǒng)變化的定量分解；2011—2015年該區(qū)域發(fā)展?fàn)顩r模擬結(jié)果顯示若仍延續(xù)當(dāng)前的發(fā)展模式，環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與環(huán)境的矛盾將會(huì)愈演愈烈，可持續(xù)發(fā)展將面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。該研究結(jié)果對(duì)環(huán)渤海區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展研究具有重要意義。

社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)；主成分分析(PCA)；向量自回歸模型(VAR)；可持續(xù)發(fā)展；環(huán)渤海區(qū)域

發(fā)展是人類社會(huì)永恒的主題，真正意義上的發(fā)展應(yīng)當(dāng)是多元化的，包括物質(zhì)增長(zhǎng)和以其為基礎(chǔ)的整個(gè)社會(huì)政治、文化等因素綜合的進(jìn)步[1]，即只有在保證社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與生態(tài)環(huán)境三者協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)上才可能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[2-4]。在社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)，社會(huì)系統(tǒng)提供必備的人力資源和基礎(chǔ)設(shè)施，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)賦予物質(zhì)和資金支持,而環(huán)境系統(tǒng)是人類社會(huì)存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[5]。因此，社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系研究越來越重要。目前國(guó)內(nèi)的研究主要集中在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境污染的關(guān)系方面，如肖衛(wèi)東[6]和張傳平[7]分別從社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)視角和利用結(jié)構(gòu)方程模型探討了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展內(nèi)在的相互影響；范俊韜等[8]、曹光輝等[9]和宋濤等[10]通過環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線[11]實(shí)證了我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境污染的關(guān)系；高迎春等[12]、殷福才等[13]、劉沐生等[14]和李倩等[15]分別對(duì)吉林省、安徽省、江西省和天津市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)關(guān)系進(jìn)行了分析；李勇等[16]比較了代表我國(guó)東、中和西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的廣東省、湖北省和陜西省經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的關(guān)系。而迄今為止國(guó)內(nèi)外在社會(huì)發(fā)展和環(huán)境變化關(guān)系的研究領(lǐng)域幾乎為空白[17-19]。與此同時(shí)，一直以來有關(guān)能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境的研究層出不窮[20-22],而在社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境方面的研究卻較少[23-24]，尤其缺乏關(guān)于這三個(gè)具有內(nèi)在聯(lián)系的子系統(tǒng)和它們之間的計(jì)量關(guān)系的研究。

環(huán)渤海區(qū)域是中國(guó)三大經(jīng)濟(jì)圈之一[25]，也是中國(guó)經(jīng)濟(jì)的第三增長(zhǎng)極和中國(guó)北方經(jīng)濟(jì)最活躍和發(fā)達(dá)的區(qū)域，主要包括京津冀、遼寧、和山東在內(nèi)的三省二市。因此研究環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境變化間的關(guān)系是該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本前提，也可為中觀尺度研究提供示范。為此，本文利用主成分分析與向量自回歸耦合方法對(duì)2001—2010年期間環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境變化以及系統(tǒng)內(nèi)部相互關(guān)系進(jìn)行分析，并對(duì)該區(qū)域2001—2015年的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了模擬。

1 方法和數(shù)據(jù)

1.1 研究方法

1.1.1 基于主成分分析的綜合評(píng)價(jià)法

主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)是研究如何將多指標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為較少的綜合指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方法,該方法從高維到低維的轉(zhuǎn)化并使得較少的綜合指標(biāo)之間互不相關(guān)但仍能提供原始絕大部分信息[26-27]。綜合評(píng)價(jià)旨在通過一定的模型將多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值合成為一個(gè)整體性的評(píng)價(jià)值[28-29]。主成分分析過程中所取的權(quán)重為對(duì)應(yīng)主成分的方差貢獻(xiàn)率,若某主成分權(quán)重越大，表明綜合評(píng)價(jià)時(shí)所能反映的信息越多。

1.1.2 向量自回歸模型

向量自回歸模型(Vector Autoregressive Model,VAR模型)是1980年西姆斯引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中的一種可對(duì)多個(gè)相互聯(lián)系的經(jīng)濟(jì)變量進(jìn)行綜合動(dòng)態(tài)性分析的方法，并可實(shí)現(xiàn)相關(guān)時(shí)間序列系統(tǒng)的預(yù)測(cè)及隨機(jī)擾動(dòng)對(duì)變量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)沖擊的分析[30-31]。某內(nèi)生變量對(duì)模型的全部?jī)?nèi)生變量的滯后項(xiàng)進(jìn)行回歸并估計(jì)其動(dòng)態(tài)關(guān)系，考慮源于自身和其他變量的影響，也可詳細(xì)分析各變量之間的長(zhǎng)期和短期的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

基本的VAR模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

yt=A1yt-1+A2yt-2+…+Apyt-p+Bxt+ut(t=1,2,…,T)

式中:yt為k維內(nèi)生變量向量；xt為d維外生變量向量；p為滯后階數(shù)；T為樣本個(gè)數(shù)；A1,A2,…,Ap和B為要待估的系數(shù)矩陣；{ut}為向量白噪聲序列。

1.1.3 脈沖響應(yīng)函數(shù)和方差分解

脈沖響應(yīng)函數(shù)是在VAR模型基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的[32]，主要研究隨機(jī)干擾項(xiàng)遭受沖擊后的內(nèi)生變量的反映，以描述施加沖擊后對(duì)內(nèi)生變量的當(dāng)期值和未來值的影響。脈沖響應(yīng)一般用于一個(gè)誤差項(xiàng)變化或者模型受到某種沖擊時(shí)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響。

對(duì)上述VAR模型的表達(dá)式而言，若模型是協(xié)方差平穩(wěn)的,宜將原來的VAR模型表達(dá)式轉(zhuǎn)化為

式中:第i個(gè)變量對(duì)由第t-i變量產(chǎn)生的單位沖擊的滯后反映,即為VAR模型中變量i對(duì)變量j的脈沖響應(yīng)。

方差分解可以研究VAR模型的動(dòng)態(tài)特征，通過分析每個(gè)結(jié)構(gòu)沖擊對(duì)內(nèi)生變量的貢獻(xiàn)度來評(píng)價(jià)不同結(jié)構(gòu)沖擊的重要性，并可以給出隨機(jī)誤差項(xiàng)的相對(duì)重要信息，以變量預(yù)測(cè)誤差方差百分比的形式反映變量之間的交互程度。其基本思想是將全部?jī)?nèi)生變量的變化分解為與各個(gè)方程相關(guān)聯(lián)的組成部分并得到相對(duì)重要程度。

1.2 PCA-VAR耦合分析法

在基于主成分分析的綜合評(píng)價(jià)和VAR模型的理論基礎(chǔ)上，建立一種耦合的分析方法和思路。為了合理分析環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，將整個(gè)區(qū)域復(fù)合系統(tǒng)分為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)，按照科學(xué)性、可操作性、層次性和動(dòng)態(tài)性等原則,構(gòu)建各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表1。

以社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境子系統(tǒng)的指標(biāo)為基礎(chǔ)，由北京、天津、河北、山東和遼寧等省市的數(shù)據(jù)加工運(yùn)算獲得環(huán)渤海區(qū)域三個(gè)子系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)各子系統(tǒng)分別進(jìn)行主成分分析，使得原有變量表示成公共因子的線性組合并計(jì)算出綜合得分，綜合得分代表各子系統(tǒng)的水平，將此得分作為VAR建模的初始數(shù)據(jù)，通過平穩(wěn)性檢驗(yàn)和模型的建立，并運(yùn)用脈沖響應(yīng)函數(shù)和方差分解對(duì)三個(gè)子系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系進(jìn)行定性和定量分析，并模擬和分析2001—2015年環(huán)渤海區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境發(fā)展?fàn)顩r。該評(píng)價(jià)過程主要在SPSS 17.0和Eviews 6.0軟件中運(yùn)行。

表1 環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建中，應(yīng)基于數(shù)據(jù)可得性和可行性綜合全面考慮各子系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。在社會(huì)子系統(tǒng)中，C1～C6分別從社會(huì)整體發(fā)展、教育、收入、居住、醫(yī)療和社會(huì)和諧狀態(tài)等方面反映社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀；在經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中，C7～C12分別從經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、發(fā)展結(jié)構(gòu)、對(duì)外能力、基礎(chǔ)能力、效益程度和集約化程度等方面反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r；在環(huán)境子系統(tǒng)中，C13～C18分別從資源(C13和C14)、生態(tài)保護(hù)(C15)、環(huán)境污染狀況(C16～C18)等方面反映環(huán)境。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本文有關(guān)數(shù)據(jù)主要來源于《國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒》(2002—2011)、《北京統(tǒng)計(jì)年鑒》(2002—2011) 、《天津統(tǒng)計(jì)年鑒》(2002—2011)、《河北經(jīng)濟(jì)年鑒》(2002—2011)、《山東經(jīng)濟(jì)年鑒》(2002—2011)、《遼寧經(jīng)濟(jì)年鑒》(2002—2011)，并由相應(yīng)年份的中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒和各類公報(bào)等補(bǔ)充。

2 結(jié)果與分析

本文基于PCA-VAR耦合方法分析環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，并模擬和分析2001—2015年該區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的發(fā)展?fàn)顩r。具體過程如下：

2.1 基于主成分分析的綜合評(píng)價(jià)

對(duì)每一子系統(tǒng)而言，對(duì)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和相關(guān)系數(shù)矩陣及其特征值和特征向量進(jìn)行計(jì)算后，選取主成分并按其方差貢獻(xiàn)率比例加權(quán)計(jì)算綜合得分，表2即為2001—2010年環(huán)渤海區(qū)域各子系統(tǒng)綜合得分的結(jié)果，即VAR模型建立的初始數(shù)據(jù)。由表2可知，研究時(shí)期社會(huì)子系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的綜合能力均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而環(huán)境子系統(tǒng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說明該區(qū)域在2001—2010年間社會(huì)和經(jīng)濟(jì)確實(shí)有發(fā)展和進(jìn)步，但從某種程度上而言卻是建立在生態(tài)環(huán)境逐漸惡化的基礎(chǔ)上的，這與其他區(qū)域的相關(guān)研究結(jié)果類似[33]。表2的結(jié)果較符合實(shí)際，因此可以在此基礎(chǔ)上通過VAR模型做進(jìn)一步的分析。

表2 環(huán)渤海區(qū)域各子系統(tǒng)綜合得分結(jié)果

2.2 脈沖響應(yīng)分析

脈沖響應(yīng)函數(shù)可以刻畫內(nèi)生變量對(duì)隨機(jī)擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)，即將三個(gè)子系統(tǒng)都作為內(nèi)生變量，并分別將某一子系統(tǒng)的變化作為一個(gè)隨機(jī)擾動(dòng)施加的沖擊，并得到其對(duì)自身和其他子系統(tǒng)的當(dāng)期和未來的影響。圖1為社會(huì)(SOC)、經(jīng)濟(jì)(ECO)和環(huán)境(ENV)子系統(tǒng)之間的脈沖響應(yīng)圖。由圖1可以看出：提高當(dāng)期社會(huì)子系統(tǒng)的水平會(huì)對(duì)未來社會(huì)子系統(tǒng)發(fā)展產(chǎn)生正效應(yīng)，正效應(yīng)在第3期達(dá)到最大值然后下降，但從第6期之后增長(zhǎng)速率加快，說明該區(qū)域社會(huì)發(fā)展水平的提高有持續(xù)性效應(yīng)[見圖1(a)]；當(dāng)期社會(huì)子系統(tǒng)水平的增長(zhǎng)會(huì)對(duì)未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來正效應(yīng)，這種效應(yīng)在前兩期表現(xiàn)明顯之后呈下降趨勢(shì)，而在第6期之后增長(zhǎng)速率有遞增，可能是由于社會(huì)發(fā)展水平的提高會(huì)激勵(lì)廣大人民，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，前期影響較明顯，略微下降后穩(wěn)定，之后仍有小幅度增加的趨勢(shì)[見圖1(b)]；若提高當(dāng)期社會(huì)子系統(tǒng)水平后，對(duì)環(huán)境子系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，后期負(fù)效應(yīng)有微增趨勢(shì)并逐漸穩(wěn)定，說明提高社會(huì)子系統(tǒng)水平，如提高社會(huì)福利(如醫(yī)療教育等)和加快城市化的有關(guān)行動(dòng)實(shí)施后，從某種程度上而言會(huì)對(duì)資源和環(huán)境有更多的要求[見圖1(c)]；若提高當(dāng)期經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平，則會(huì)給社會(huì)發(fā)展帶來正效應(yīng)，并且此效應(yīng)始終呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，說明研究區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展確實(shí)能改善人類的生活水平，但這種成果的轉(zhuǎn)化會(huì)有一定的時(shí)滯性[見圖1(d)]；提高當(dāng)期經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)水平會(huì)對(duì)未來經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)水平產(chǎn)生正效應(yīng)，此效應(yīng)呈緩慢上升趨勢(shì)并逐漸穩(wěn)定，說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高是有持續(xù)效應(yīng)的[見圖1(e)]；當(dāng)期經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)水平的增加會(huì)給環(huán)境子系統(tǒng)帶來負(fù)效應(yīng)，并且負(fù)效應(yīng)呈遞增的趨勢(shì)，說明經(jīng)濟(jì)的發(fā)展很大程度上依賴環(huán)境子系統(tǒng)的支撐和容納能力[見圖1(f)]；若提高環(huán)境子系統(tǒng)的水平，對(duì)社會(huì)子系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的水平都會(huì)產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，早期對(duì)前者的負(fù)效應(yīng)更大，之后這種效應(yīng)逐漸降低，分別在第3期和第2期轉(zhuǎn)為正效應(yīng)，之后再分別在第4期和第3期轉(zhuǎn)為微小的負(fù)效應(yīng)，說明在生態(tài)環(huán)境保護(hù)的實(shí)施初期一定程度上會(huì)阻礙經(jīng)濟(jì)成果的累積和社會(huì)發(fā)展的速度，如重視某種污染物排放量的控制，對(duì)其投入資金和人力，短期內(nèi)會(huì)使得與此直接相關(guān)的產(chǎn)業(yè)增值減少和工資水平的下降(對(duì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的負(fù)效應(yīng)出現(xiàn))以及隨之而來的部分失業(yè)人數(shù)(對(duì)社會(huì)子系統(tǒng)的負(fù)效應(yīng)出現(xiàn))[見圖1(g)和圖1(h)]；環(huán)境子系統(tǒng)水平提高后的初期會(huì)對(duì)自身產(chǎn)生明顯的正效應(yīng)，然后逐漸降低并穩(wěn)定，說明環(huán)境保護(hù)行動(dòng)實(shí)施的效果開始較明顯但會(huì)逐漸變遲鈍，因?yàn)榄h(huán)境問題是一個(gè)長(zhǎng)期“高消費(fèi)、高污染、高排放”累積的結(jié)果，短期的行動(dòng)實(shí)施后必然會(huì)顯現(xiàn)一些較好的效應(yīng)，隨著時(shí)間推移靈敏度會(huì)變緩慢，若環(huán)境子系統(tǒng)水平能長(zhǎng)期得到提高這種正效應(yīng)也許會(huì)更明顯和更穩(wěn)定，也證實(shí)了生態(tài)環(huán)境保護(hù)確實(shí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的且漫長(zhǎng)的過程[見圖1(i)]。

2.3 方差分解

方差分解是評(píng)價(jià)不同內(nèi)生變量的沖擊的重要程度，即某子系統(tǒng)的變化大小能分解成所有子系統(tǒng)的變化組成。為使方差分解結(jié)果符合實(shí)際情況，對(duì)三個(gè)子系統(tǒng)分別進(jìn)行一階差分，然后對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境子系統(tǒng)的波動(dòng)進(jìn)行方差分解，見表3。由表3可以看出：研究時(shí)期內(nèi)社會(huì)子系統(tǒng)水平的變化中，自身給予的影響逐漸下降，2007年降至66.46%后穩(wěn)定，其中社會(huì)子系統(tǒng)0～31.47%的波動(dòng)可以由經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的波動(dòng)來解釋，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的貢獻(xiàn)率始終呈上升趨勢(shì)，社會(huì)子系統(tǒng)0～2.17%的波動(dòng)可由環(huán)境子系統(tǒng)的波動(dòng)來解釋；對(duì)于經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)水平的變化而言，社會(huì)子系統(tǒng)對(duì)其的影響在2001—2010年間從0到1.15%逐漸增大，環(huán)境子系統(tǒng)對(duì)它的影響從0到4.14%，也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，自身產(chǎn)生的影響顯現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，從早期的100%到2006年的94.71%后穩(wěn)定；對(duì)于環(huán)境子系統(tǒng)的變化而言，社會(huì)子系統(tǒng)的變化對(duì)其的解釋范圍在0～0.52%，其中0～19.41%的變化可由經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的變化來解釋，而自身的影響在2004年之后降至80.07%后穩(wěn)定。上述數(shù)據(jù)表明，在研究時(shí)期內(nèi)，相對(duì)環(huán)境子系統(tǒng)而言對(duì)社會(huì)子系統(tǒng)影響較大的是經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的變化，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高會(huì)帶來相應(yīng)程度的社會(huì)進(jìn)步，而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的因素更多來自于資源環(huán)境水平的提高，同時(shí)表3也表明環(huán)境狀況的好轉(zhuǎn)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的關(guān)系更大。

表3 環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境子系統(tǒng)的方差分解(%)

注：表中D(SOC)、D(ECO)和 D(ENV)分別為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境子系統(tǒng)水平的一階差分值，代表各子系統(tǒng)水平變化量或增量。

2.4 VAR模型的建立和模擬預(yù)測(cè)

通過Eviews 6.0建立的 VAR模型可以由以下方程表示：

由上述模型模擬得到的2001—2015年環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境子系統(tǒng)綜合得分預(yù)測(cè)值見表4，實(shí)際值(2001—2010年)與預(yù)測(cè)值的比較見圖2。由圖2可以看出：2001—2010年各子系統(tǒng)的VAR模型綜合得分的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值誤差很小，其中社會(huì)和經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的誤差微乎其微，僅有環(huán)境子系統(tǒng)在個(gè)別年份的誤差稍大，表明通過環(huán)渤海區(qū)域內(nèi)各子系統(tǒng)的綜合得分建立的VAR模型是較符合實(shí)際的，預(yù)測(cè)結(jié)果是可取的；2011—2015年間社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平仍會(huì)以逐漸增長(zhǎng)的速度提高，而生態(tài)環(huán)境保護(hù)狀況也呈下降趨勢(shì)，雖然這種下降趨勢(shì)稍緩，但說明社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間將依然矛盾重重。

表4 環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境子系統(tǒng)綜合得分預(yù)測(cè)值

3 結(jié)論與討論

(1) 本文從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)的時(shí)間序列角度出發(fā)，通過主成分分析將冗雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單的綜合得分。整個(gè)計(jì)算過程在消除指標(biāo)間因相關(guān)反映的重復(fù)信息的基礎(chǔ)之上，根據(jù)數(shù)據(jù)變異最大原則確定主成分，由最小二乘法則將原始數(shù)據(jù)投影到新的空間，并確定各變換過程中的信息權(quán)重，以實(shí)現(xiàn)歷年各子系統(tǒng)的綜合能力的計(jì)算。

(2) 本文提出的PCA-VAR耦合分析法是將主成分分析的綜合得分結(jié)果作為VAR建模的初始數(shù)據(jù)，對(duì)于分析區(qū)域社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系和模擬預(yù)測(cè)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境各子系統(tǒng)長(zhǎng)期的發(fā)展變化有重要的意義，可豐富可持續(xù)發(fā)展的方法論。環(huán)渤海區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)分析結(jié)果揭示了社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體上是相互促進(jìn)的，而社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)在研究時(shí)段內(nèi)都呈現(xiàn)出消極的影響，同時(shí)此時(shí)期內(nèi)生態(tài)環(huán)境保護(hù)對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展也產(chǎn)生負(fù)面影響，但這種影響逐年減弱，也說明了若是加快和加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)的節(jié)奏和力度在未來可能會(huì)轉(zhuǎn)變成促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的因素。方差分解的研究結(jié)果也揭示了環(huán)渤海區(qū)域社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)水平之間的變化關(guān)系，并定量了內(nèi)部各子系統(tǒng)相互影響的比重。對(duì)2001—2010年的模擬值顯示通過與實(shí)際值的比較對(duì)照也是符合實(shí)際的，而對(duì)樣本之外2011—2015年的模擬預(yù)測(cè)，是建立在研究期間社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的發(fā)展模式仍保持2001—2010年的發(fā)展模式外推的。由此可見，只有調(diào)整和改善原有發(fā)展模式，才能保證2010年之后社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(3) 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展可以為生態(tài)環(huán)境的改善提供必要的資金和技術(shù),而良好的生態(tài)環(huán)境可以為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供必需的投資與融資環(huán)境,從而成為助推經(jīng)濟(jì)發(fā)展的引擎，與此同時(shí)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)過程中排出的廢棄物需要環(huán)境的擴(kuò)散、存儲(chǔ)和消納的機(jī)制。社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境三者是一種對(duì)立與統(tǒng)一的關(guān)系,它們之間若能產(chǎn)生協(xié)同作用則能提高整個(gè)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的能力，因此研究三者之間的定量關(guān)系會(huì)有助于掌控三者之間的促進(jìn)和阻礙作用，同時(shí)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的研究也將會(huì)意義非凡。綜上，基于PCA-VAR耦合分析來處理社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境變化關(guān)系是可行的，然而若應(yīng)用于區(qū)域內(nèi)各省區(qū)間的橫向比較分析仍然存在一定的不足。

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Analysis on the Relationship of Society,Economy and Environment in Bohai Rim Region Based on PCA-VAR

TAN Feifei1,LU Zhaohua1,2,XIE Shengnan1

(1.InstituteofRestorationEcology,CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing100083,China;2.ShandongProvincialKeyLaboratoryof
Eco-environmentalScienceforYellowRiverDelta,Binzhouuniversity,Binzhou256603,China)

During the process of sustainable development in Bohai Rim region,the research on the relationship and interaction of social improvement,economic development and ecological environment protection are showing more and more importance.Based on this background,this paper proposes the analysis approach by coupling principal component analysis and vector autoregressive model,and analyzes qualitative and quantitative relationship among social,economic and environmental subsystems in Bohai rim region during the period 2001—2010.The paper also predicates the regional development situation from 2011 to 2015 by the established model.The study results show that the figures of impulse response graphically demonstrate their definite relations and dynamic changes among social progress,economic growth and environmental change;the results of variance decomposition reveal that 0～2.71% and 0～31.47% of social subsystem variations in the study area can be explained or caused by environmental and economic subsystem variations,and the rest stem from itself;the results also present the quantitative decomposition of the economic and environmental subsystem variations and tell how much the other subsystems affect themselves.From the simulation and predication results during the period 2011—2015,if the study area remains the current development pattern,the contradiction between socioeconomic development and environmental changes would be more serious,and the regional sustainability would face a severe challenge.The study is important to the sustainable development research in Bohai rim region.Key words:social,economic and environmental compound system;principal component analysis(PCA);vector autoregressive model(VAR);sustainable development;Bohai Rim region

1671-1556(2015)01-0011-07

2014-05-09

修回日期：2014-11-01 基金項(xiàng)目：國(guó)家十二五科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAC02B01)，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71273260/G0312)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)博士研究生拔尖創(chuàng)新人才培育基金項(xiàng)目(800015Z668)

檀菲菲(1988—),女,博士研究生,主要研究方向?yàn)閰^(qū)域可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)。E-mail:tanfei129x@163.com

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10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.01.003