李雄詒，薛靜敏

（中原工學(xué)院，鄭州450007）

河南省能源－經(jīng)濟－環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展實證研究

李雄詒，薛靜敏

（中原工學(xué)院，鄭州450007）

建立了一個能源－經(jīng)濟－環(huán)境系統(tǒng)綜合發(fā)展評價指標(biāo)體系，并運用主成分聚類分析方法對河南省18個地市的能源、經(jīng)濟、環(huán)境（3E）系統(tǒng)進行了研究.結(jié)果表明：河南省各地市3E系統(tǒng)存在著較大的不協(xié)調(diào)，可分為規(guī)模主導(dǎo)型、資源匱乏型和資源主導(dǎo)型3類.最后提出了促進能源、經(jīng)濟、環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的對策和建議.

3E系統(tǒng)；綜合評價；主成分分析；聚類分析

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進步，能源成為關(guān)系一個地區(qū)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ).安全可靠的能源供應(yīng)和高效清潔的能源利用是實現(xiàn)社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基本保證，因而能源問題是各個地區(qū)普遍關(guān)注的一個戰(zhàn)略問題［1］.隨著工業(yè)化進程的不斷加快，人類對能源的需求量不斷增加，經(jīng)濟的發(fā)展也越來越依賴于能源.然而，從能源開采到最終使用的整個過程中，會產(chǎn)生固體廢棄物污染、水污染、大氣污染等各種環(huán)境污染.隨著能源消費的不斷增長，環(huán)境污染也逐漸加重［2］.由此引發(fā)的各種能源、環(huán)境問題不但嚴(yán)重影響著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，更直接威脅著人類的生存與發(fā)展［3］.

鑒于能源、環(huán)境、經(jīng)濟三者之間相互影響、相互制約，眾多學(xué)者和研究機構(gòu)都深刻地認(rèn)識到將能源、環(huán)境、經(jīng)濟三者聯(lián)系起來的重要性.把三者看作一個整體，建立能源（Energy）、環(huán)境（Environment）、經(jīng)濟（E－conomy）3E系統(tǒng)，分析三者之間的內(nèi)在關(guān)系與發(fā)展規(guī)律，可以達到3E系統(tǒng)發(fā)展最優(yōu)化的目的［4－6］.本文建立了一個3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的評價指標(biāo)體系，并運用主成分聚類分析方法對能源、環(huán)境、經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r進行科學(xué)評價，從而為實現(xiàn)3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展提供依據(jù).

1 3E系統(tǒng)發(fā)展水平指標(biāo)體系設(shè)計

為了能夠全面、定量地反映3E系統(tǒng)的狀況，基于以下原則，構(gòu)建環(huán)境、能源和經(jīng)濟系統(tǒng)的評價指標(biāo).

（1）全面性原則.綜合評價指標(biāo)必須全面完整.本文選擇正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)2種指標(biāo)，充分揭示3E系統(tǒng)發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律.

（2）代表性原則.評價指標(biāo)應(yīng)具有鑒別能力，可用來區(qū)分不同地區(qū)3個子系統(tǒng)得分的高低.

（3）實際可操作性原則.在考慮到指標(biāo)體系完整、科學(xué)的前提下，從實際出發(fā)，盡可能地選擇現(xiàn)行統(tǒng)計資料中容易獲取的客觀指標(biāo)，保證操作的簡便可行.

本文參考國內(nèi)外相關(guān)3E系統(tǒng)的研究成果［7－9］，建立了環(huán)境、能源和經(jīng)濟系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系，然后運用主成分聚類分析方法對3個子系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平進行測算，得出了18個地市的3個子系統(tǒng)的得分，并將18地市分為規(guī)模主導(dǎo)型、資源匱乏型和資源主導(dǎo)型3類.3E系統(tǒng)綜合發(fā)展水平指標(biāo)體系見表1.其中逆向指標(biāo)包括環(huán)境子系統(tǒng)中的工業(yè)廢水排放量、工業(yè)廢氣排放量、二氧化硫排放量、煙塵排放量、工業(yè)粉塵排放量、工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量，以及能源子系統(tǒng)中的單位GDP能耗、單位GDP電耗、單位工業(yè)增加值能耗.

表1 環(huán)境－能源－經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展水平指標(biāo)體系

2 基于主成分方法的3E系統(tǒng)聚類分析

主成分的概念是由Karl Pearson在1901年提出，用于考察多個變量之間相關(guān)性的一種多元統(tǒng)計方法［10］.其基本思想是研究如何從原始變量中導(dǎo)出少數(shù)幾個主成分變量，使它們盡可能多地保留原始變量的信息，且彼此間互不相關(guān).聚類分析（cluster analysis）是將樣品個體或指標(biāo)變量按其具有的特性進行分類的一種統(tǒng)計分析方法［11］.其基本思想是尋找一種能客觀反映事物之間親疏關(guān)系或合理評價事物性質(zhì)相似程度的統(tǒng)計量，然后根據(jù)這種統(tǒng)計量和規(guī)定的分類準(zhǔn)則對事物進行分類.

在對河南省18個地市的3E系統(tǒng)進行分析和歸類時，可以采用常規(guī)聚類方法，但由于指標(biāo)較多，計算繁瑣且容易出錯.本文利用主成分分析方法，得到3個子系統(tǒng)的得分，再對18個地市的3E發(fā)展水平進行聚類分析，可使問題大大簡化.

主成分聚類分析的步驟如下：

（1）原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化.為了在變量之間進行比較，并消除原始數(shù)據(jù)數(shù)量級和量綱差別造成的影響，需要將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化.計算公式如下：

式中：xij是第i個樣本的第j個指標(biāo)的觀測數(shù)據(jù)是第j個指標(biāo)的樣本均值，是第j個指標(biāo)的方差，

（2）計算各個標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)，得到相關(guān)矩陣R.

（3）求相關(guān)矩陣R的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率.

（4）確定主成分的個數(shù)和表達式.按照主成分個數(shù)的提取原則，一般提取對應(yīng)特征值大于1的成分.主成分變量確定后，就可以計算各個主成分的表達式.

（5）進行主成分的綜合評價.

（6）以綜合評價值作為聚類分析的樣本，計算環(huán)境、能源、經(jīng)濟3個子系統(tǒng)的平方歐氏距離：再進行聚類分析，畫出聚類圖，得到聚類分類結(jié)果.

3 實證分析過程

首先分別對河南省18個地市2010年的環(huán)境、能源、經(jīng)濟系統(tǒng)進行主成分分析.由于本研究中所建立的3E系統(tǒng)發(fā)展水平評價指標(biāo)體系所涉及的評價指標(biāo)較多，有正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)2種，兩者的衡量標(biāo)準(zhǔn)不同，需要對逆向指標(biāo)進行正向轉(zhuǎn)換.具體方法是在逆向指標(biāo)前面加一個負(fù)號，將其轉(zhuǎn)化為正向指標(biāo)，再進行標(biāo)準(zhǔn)化.下面以經(jīng)濟子系統(tǒng)為例說明主成分的分析過程.

利用SPSS軟件，將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，之后進行KMO檢驗和Bartlett球形度檢驗.這里采用主成分分析方法，分別求出各成分的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率，如表2所示.

從表2可知，特征值大于1的變量有2個.提取這2個變量作為主成分變量，并把這2個主成分變量分別命名為FC1、FC2.然后確定主成分的表達式，即將以上提取的2個主成分FC1、FC2表示成8個變量的線性組合，表達式如下：

FC1＝0.101 XC1＋0.159 XC2＋0.140 XC3＋0.152 XC4＋0.163 XC5＋0.165 XC6＋0.135 XC7＋0.137 XC8

FC2＝0.491 XC1－0.204 XC2＋0.274 XC3－0247 XC4＋0.067 XC5－0.085 XC6－0.379 XC7＋0.267 XC8

重復(fù)上述步驟，能夠分別得到環(huán)境和能源系統(tǒng)的線性組合.以每個系統(tǒng)主成分的方差貢獻率為權(quán)重，得到3個子系統(tǒng)得分的函數(shù)表達式，即：

FA＝0.609 8FA1＋0.165 9FA2

FB＝0.572 9FB1＋0.258 6FB2

FC＝0.739 0FC1＋0.193 7FC2計算3個子系統(tǒng)的得分.

依據(jù)表3所示的河南省18個地市主成分的得分，按照平均組間的鏈鎖方法進行聚類分析，得到聚類譜系圖，如圖1所示.

根據(jù)圖1所示，取類間距離為1，將河南省18個地市分為3類，如表4所示.

表3 河南省各地市3個子系統(tǒng)的綜合得分及排名

第一類，規(guī)模主導(dǎo)型.鄭州市是中原經(jīng)濟區(qū)的中心城市，河南省省會，地處中原腹地，是中原城市群經(jīng)濟隆起帶和中原崛起的龍頭城市，在全國經(jīng)濟發(fā)展格局中具有承東啟西、貫通南北的重要作用.鄭州市具有較優(yōu)的發(fā)展規(guī)模：發(fā)達的交通通信，區(qū)位優(yōu)勢明顯；較好的工業(yè)體系，產(chǎn)業(yè)競爭力強；商貿(mào)優(yōu)勢突出.這些規(guī)模優(yōu)勢有助于其經(jīng)濟的發(fā)展.2011年，鄭州市經(jīng)濟總量進入全國20強，其經(jīng)濟得分為2.587735，遠遠高于河南省的其他地市，但是其環(huán)境得分與其他地市相比為負(fù)數(shù).這表明鄭州市的經(jīng)濟與環(huán)境、能源極不協(xié)調(diào).

第二類，資源匱乏型.漯河市、許昌市、周口市、開封市、駐馬店市、南陽市、濮陽市、信陽市、鶴壁市、商丘市等地市大多處于平原地帶，資源稟賦條件并不是很好.這與其地理位置、特定產(chǎn)業(yè)相關(guān)聯(lián).一方面，這些地市的能源儲備均較低，不具備大規(guī)模發(fā)展工業(yè)的基礎(chǔ)，競爭力較弱；另一方面，這些地市總體上經(jīng)濟發(fā)展水平較低，大多局限于農(nóng)業(yè)的發(fā)展.鑒于能源、經(jīng)濟和環(huán)境相互影響，可以得出這些地市由于資源匱乏，能源得分不高，進而阻礙經(jīng)濟發(fā)展，但環(huán)境系統(tǒng)得分較高.總體而言，3個子系統(tǒng)仍然處于不協(xié)調(diào)狀態(tài).

圖1 河南省18個地市主成分聚類譜系圖

表4 河南省18個地市分類結(jié)果

第三類，資源主導(dǎo)型.焦作市、平頂山市、安陽市、新鄉(xiāng)市、洛陽市、三門峽市、濟源市等地市資源豐富，即能源儲備較高，尤其是平頂山有“中原煤倉”之稱.這些地市主要是通過礦產(chǎn)資源的開發(fā)，以礦業(yè)產(chǎn)品的輸出來帶動經(jīng)濟的全面發(fā)展.但是這些地市對當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源和區(qū)域以外市場的依賴性很強，一旦當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源枯竭或域外市場萎縮，其發(fā)展勢必會受到嚴(yán)重影響.同時，能源的開發(fā)也會對環(huán)境產(chǎn)生不利的影響.從18個地市的環(huán)境得分能夠清楚地看出，除了濟源市的得分為正數(shù)以外，其他地市均為負(fù)數(shù)，可見這些地市的能源與環(huán)境存在著極度不協(xié)調(diào).

4 結(jié)論與建議

能源、經(jīng)濟、環(huán)境是一個整體.科學(xué)發(fā)展要求在實踐中使能源、經(jīng)濟、環(huán)境不斷地協(xié)調(diào)統(tǒng)一起來，使能源、環(huán)境系統(tǒng)的動態(tài)平衡與經(jīng)濟系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定同時得以實現(xiàn).雖然河南省的經(jīng)濟發(fā)展較快，但是能源稀缺和環(huán)境污染成為制約其經(jīng)濟發(fā)展的主要因素之一.要實現(xiàn)中原經(jīng)濟區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，就必須實現(xiàn)環(huán)境、能源和經(jīng)濟三者協(xié)調(diào)發(fā)展，努力建設(shè)環(huán)境友好型、能源節(jié)約型和經(jīng)濟高效型的中原經(jīng)濟區(qū).

第一，能源的有限性要求必須采取措施，提高能源的使用效率，努力開發(fā)新能源和可再生能源.提高能源的使用效率是河南省18個地市保增長的重要基礎(chǔ)，各地市應(yīng)當(dāng)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，構(gòu)建環(huán)境友好型和能源節(jié)約型地區(qū)，積極研發(fā)和推廣節(jié)能減排技術(shù)，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，促進低能耗的第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；積極開發(fā)新能源和可再生能源，改變各個地市的能源結(jié)構(gòu)，減少購買外部能源，因地制宜地發(fā)展風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉?這樣才可以減少環(huán)境污染，實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展.

第二，積極實施環(huán)境保護政策.制定促進能源有效利用的環(huán)境強制政策、工業(yè)相應(yīng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和能源消耗標(biāo)準(zhǔn)；完善執(zhí)行環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證體系，建立一些優(yōu)惠政策，鼓勵工業(yè)企業(yè)向環(huán)境友好方向發(fā)展；健全環(huán)境保護的市場調(diào)節(jié)，完善排污許可和排污權(quán)交易制度，適當(dāng)加大排污收費力度.

第三，注重經(jīng)濟的發(fā)展質(zhì)量.對經(jīng)濟增速應(yīng)適度把握，要以注重經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量為導(dǎo)向，以經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)化為目標(biāo)，合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局，遵循經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律，改變以消耗能源和破壞環(huán)境為代價的經(jīng)濟發(fā)展模式，建立與生態(tài)承載力相適應(yīng)的經(jīng)濟發(fā)展模式，促進中原經(jīng)濟區(qū)的可持續(xù)發(fā)展.

［1］ 谷國鋒，王淑玲.基于灰色系統(tǒng)理論的能源消耗、環(huán)境污染與經(jīng)濟發(fā)展研究［J］.生態(tài)經(jīng)濟，2009（9）：54－56.

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Empirical Study on the Coordinated Development of Energy－Economy－Environment in Henan Province

LI Xiong－yi，XUE Jing－min
（Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450007，China）

This article establishes a comprehensive development index system of energy－economy－environment，and studies the 18cities’3Esystem in henan province through principal component analysis and cluster analysis.The results show that 3Esystem of each city in henan province exists in lager discordance，and divided the 18cities into scale leading type，resource scarcity type and resources leading type.Finally，this paper puts forward countermeasures and suggestions to promote energy，economy and environment systems’coordinated development.

3Esystem；comprehensive evaluation；principal component analysis；cluster analysis

F407.2

A

10.3969／j.issn.1671－6906.2012.05.006

1671－6906（2012）05－0023－05

2012－05－20

河南省政府決策研究招標(biāo)課題（2012B805；2012B806）；河南省教育廳自然科學(xué)研究計劃項目（2011A790032；12A630059）

李雄詒（1954－），男，湖南長沙人，教授，博士.