高廣闊， 孫一鳴

（上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

目前全球氣候異常，資源日漸枯竭，傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式已不能滿足人類可持續(xù)發(fā)展的需求.而人類的活動(dòng)，尤其是化石燃料的使用所產(chǎn)生的大量CO2排放是造成氣候異常的最主要原因［1］.目前，我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)仍是以煤炭、石油和天然氣等化石燃料為主，各行業(yè)均呈“高碳特征”.發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，不僅有利于我國(guó)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，實(shí)現(xiàn)資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，還有利于在新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和分工中占據(jù)有利態(tài)勢(shì).文獻(xiàn)［2］中指出，低碳經(jīng)濟(jì)是用更少的自然資源和污染排放獲得更大的產(chǎn)出，更高的資源生產(chǎn)率將帶來(lái)更高的生活水平和更好的生活質(zhì)量.莊貴陽(yáng)［3］認(rèn)為低碳經(jīng)濟(jì)對(duì)中國(guó)的含義是要全力提高中國(guó)的能源利用率，使單位GDP的碳排放逐步降低.由于服務(wù)業(yè)的碳排放強(qiáng)度遠(yuǎn)低于工業(yè)的碳排放強(qiáng)度，通常將降低第二產(chǎn)業(yè)比重、提高第三產(chǎn)業(yè)比重稱為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低碳化，對(duì)于上海CO2排放狀況，從總體上看，碳排放強(qiáng)度不斷降低，從結(jié)構(gòu)上看，第二產(chǎn)業(yè)碳排放量占碳排放總量的60%左右，第三產(chǎn)業(yè)碳排放強(qiáng)度相當(dāng)于第二產(chǎn)業(yè)的45%.根據(jù)歷年數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)上海碳排放總量逐年上升，增長(zhǎng)迅速；人均碳排放量較高，高于人口能級(jí)相當(dāng)?shù)钠渌l(fā)達(dá)地區(qū)水平；通過(guò)提高能源效率來(lái)減少碳排放量，其效果受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的制約［4］.在“十二五”規(guī)劃中，上海不僅要大力發(fā)展服務(wù)業(yè)，而且要推進(jìn)制造業(yè)服務(wù)化和服務(wù)業(yè)制造化，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合.

1 三次產(chǎn)業(yè)分析

林艷君等［5］認(rèn)為上海產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化與能源利用效率的提高是促使能源強(qiáng)度下降的兩大主要因素，而后者的影響更大，但在其研究中忽略了產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)調(diào)整.唐憶文［6］則對(duì)上海直接節(jié)能和間接節(jié)能的貢獻(xiàn)度進(jìn)行測(cè)算，其中結(jié)構(gòu)節(jié)能的貢獻(xiàn)高達(dá)2／3，技術(shù)節(jié)能貢獻(xiàn)占到1／3，并分析了不同行業(yè)的能源利用情況.但沒(méi)有涉及產(chǎn)業(yè)之間的相互關(guān)系，未作出產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè).

羅勇等［7］利用灰關(guān)聯(lián)矩陣分析方法對(duì)中國(guó)的三次產(chǎn)業(yè)相關(guān)性進(jìn)行研究，其中二三產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)程度最高，其次是一三產(chǎn)業(yè)和一二產(chǎn)業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)處于樞紐地位，對(duì)第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重要影響.

上海1978～2011年的三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值顯示，從總量上看，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)較少；從比重上看，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比呈逐年下降趨勢(shì)，如圖1所示.實(shí)際上，目前第一產(chǎn)業(yè)對(duì)GDP增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)度已經(jīng)為負(fù)值，第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)對(duì)GDP增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)度分別為17.2%和82.9%［8］.二三產(chǎn)業(yè)通過(guò)吸引投資和消費(fèi)互相競(jìng)爭(zhēng)，且都受到資源、能源的限制，低碳化更是對(duì)二三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，同時(shí)二三產(chǎn)業(yè)互相提供發(fā)展基礎(chǔ)、互相依存；但在某些階段，由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、管理混亂等使得二三產(chǎn)業(yè)互相阻礙抑制.

利用Lotka－Volterra模型分析上海二三產(chǎn)業(yè)的關(guān)系，以此為上海低碳化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供研究基礎(chǔ).該模型能夠很好地對(duì)二三產(chǎn)業(yè)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系進(jìn)行分析.

圖1 上海三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及其所占比重Fig.1 Output value and proportion of the three industries

Lotka－Volterra模型的一般表達(dá)式式中，ai為只有一種產(chǎn)業(yè)存在時(shí)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度；bi為由于市場(chǎng)的作用產(chǎn)業(yè)自身發(fā)展所產(chǎn)生的抑制或促進(jìn)作用；ci為另一種產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)該產(chǎn)業(yè)形成的抑制或促進(jìn)作用.當(dāng)c1＞0，c2＞0時(shí)，二三產(chǎn)業(yè)為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；當(dāng)c1＜0，c2＜0時(shí)，二三產(chǎn)業(yè)為互惠關(guān)系；當(dāng)c1＞0，c2＜0時(shí)，二三產(chǎn)業(yè)為捕食－被食關(guān)系；當(dāng)c1＝0，c2＜0（或者c1＜0，c2＝0）時(shí)，二三產(chǎn)業(yè)為偏利關(guān)系；當(dāng)c1＝0，c2＞0（或者c1＞0，c2＝0）時(shí)，二三產(chǎn)業(yè)為偏害關(guān)系；當(dāng)c1＝0，c2＝0時(shí)，二三產(chǎn)業(yè)為兩者之間沒(méi)有關(guān)系.

對(duì)于離散的時(shí)間數(shù)據(jù)，Lotka－Volterra模型的離散形式為

其中

使用非線性最小二乘法估計(jì)模型參數(shù)的方法對(duì)參數(shù)的初值比較敏感，不同的參數(shù)初值會(huì)得到不同的結(jié)果［9］.因此，假設(shè)上海二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值滿足Lotka－Volterra模型的基本條件，采用灰色直接建模法估計(jì)模型參數(shù).

已知灰色系統(tǒng)兩組非負(fù)序列

對(duì)于X＝｛x（t）│t∈T｝，按照灰色直接建模法，以x（t＋1）－x（t）作為dx（t）／dt的白化值，對(duì)X作緊鄰均值生成，令

同理

則稱

為L(zhǎng)otka－Volterra模型的基本形式.

用矩陣表示為

其中

在最小二乘準(zhǔn)則下，有

同理，可估計(jì)式（2）的參數(shù).

選取上海1979～2011年的二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值作為原始數(shù)據(jù)，分別對(duì)1979～1989年、1990～2000年、2001～2011年的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，所得結(jié)果如表1所示（見下頁(yè)）.

在1979～1989年的Lotka－Volterra模型中，c1為正，c2為負(fù)，說(shuō)明上海二三產(chǎn)業(yè)之間是捕食－被食關(guān)系，第三產(chǎn)業(yè)充當(dāng)捕食者，第三產(chǎn)業(yè)在第二產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展迅速，而第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展卻受到抑制，更多的投資和消費(fèi)被第三產(chǎn)業(yè)所吸引.1990～2000年間，上海實(shí)施“三二一”產(chǎn)業(yè)發(fā)展方針，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，公共投資和外貿(mào)出口成為上海經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要拉動(dòng)力［10］.1979～2000年，c1一直為正，c2一直為負(fù)，說(shuō)明第三產(chǎn)業(yè)一直在第二產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展，但c1，c2的絕對(duì)值逐漸減小，說(shuō)明二三產(chǎn)業(yè)之間的相互影響逐漸減弱.2001～2011年，c1為負(fù)，c2為正，說(shuō)明此時(shí)第二產(chǎn)業(yè)對(duì)第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)有所阻礙，第三產(chǎn)業(yè)開始反哺第二產(chǎn)業(yè)，但這種作用很不顯著.上海的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)和制造業(yè)并重是上海產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演化的一個(gè)重要特征［11］，但當(dāng)前的制度環(huán)境是不利于服務(wù)業(yè)發(fā)展的.

表1 上海二三產(chǎn)業(yè)Lotka－Volterrra模型參數(shù)Tab.1 Parameters of Lotka－Volterrra model of the secondary and tertiary industries in Shanghai

2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是研究復(fù)雜系統(tǒng)中信息反饋行為的有效仿真方法，它以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，注重系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化和因果影響，全面把握系統(tǒng)特征與行為［12］.對(duì)于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的研究，傳統(tǒng)的方法是研究經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值與能耗值之間的關(guān)系，顯然，更應(yīng)該從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行探討研究.低碳經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型如圖2所示.

圖2 低碳經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型Fig.2 System dynamics model of low－carbon economy

該模型包括了產(chǎn)業(yè)模塊、交通運(yùn)輸及建筑模塊、政策模塊、人口模塊、技術(shù)模塊等.其中產(chǎn)業(yè)模塊對(duì)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)影響最大，也是本文研究的重點(diǎn).根據(jù)上文的分析，構(gòu)建圖3所示的二三產(chǎn)業(yè)碳排放量的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖.

圖3 二三產(chǎn)業(yè)碳排放Fig.3 Carbon emissions of the secondary and tertiary industries

其中，X為第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值；Y為第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值；dx為第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增加值；dy為第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增加值；C為碳排放總量；C0為其它碳排放量；d1為第二產(chǎn)業(yè)碳排放強(qiáng)度；d2為第三產(chǎn)業(yè)碳排放強(qiáng)度；＜Time＞則為時(shí)間變量.

該系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程可描述為

式中，X.K為狀態(tài)變量X在時(shí)刻K的取值；X.J為X在時(shí)刻J的取值；dx.JK為速率變量dx在JK時(shí)間內(nèi)的取值；DT＝1a；Y.K為Y在時(shí)刻K的取值；Y.J為Y在時(shí)刻J的取值；dy.JK為dy在JK時(shí)間內(nèi)的取值；C.K為C在時(shí)刻K的取值；dx.KL為dx在KL時(shí)間內(nèi)的取值；dy.KL為dy在KL時(shí)間內(nèi)的取值.

根據(jù)上海統(tǒng)計(jì)年鑒提供的能源終端消費(fèi)量可求得三次產(chǎn)業(yè)及生活消費(fèi)的碳排放量及碳排放強(qiáng)度［13］，如表2（見下頁(yè)）和表3（見下頁(yè)）所示.

在2005年的基礎(chǔ)上，到2020年CO2排放強(qiáng)度減少40%～45%，即碳排放強(qiáng)度降低到1.24～1.35t／萬(wàn)元.自2005年以來(lái)，到2011年上海第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的碳排放強(qiáng)度的降低率分別達(dá)到每年5.84%和6.10%，表明近年來(lái)上海碳排放強(qiáng)度降低顯著，而其降低主要來(lái)自于第二產(chǎn)業(yè)的碳排放強(qiáng)度的降低.

以2011年為基期，對(duì)上海產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行10a模擬，即到2020年.令2011年二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值作為X，Y的初始值，即X0＝7 927.89，Y0＝11 142.86.考慮碳排放強(qiáng)度的歷年數(shù)據(jù)及經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等原因，假設(shè)第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的碳排放強(qiáng)度分別以4%和3%的速率降低.由于第一產(chǎn)業(yè)和生活消費(fèi)的碳排量和碳排放強(qiáng)度對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的影響較小，本模型假設(shè)2011年以后兩者的增長(zhǎng)率不變.令參數(shù)a1＝0.1，a2＝0.15，b1＝15×10－7，b2＝10×10－7.分別考慮二三產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系CP、互惠關(guān)系M以及偏利第三產(chǎn)業(yè)CT，3種情況對(duì)參數(shù)ci賦值.模擬結(jié)果如表4和圖4（見下頁(yè)）.

表2 上海各產(chǎn)業(yè)及生活碳排放量Tab.2 Carbon emissions of the three industries and living in Shanghai 萬(wàn)t

表3 上海碳排放強(qiáng)度Tab.3 Carbon emissions intensity of Shanghai t／萬(wàn)元

從圖4（a）可以看出，第二產(chǎn)業(yè)在互惠關(guān)系情況下發(fā)展迅速；根據(jù)圖4（b），第三產(chǎn)業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)條件下的產(chǎn)值不如在其它情況下的產(chǎn)值高，第二產(chǎn)業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)條件下更具競(jìng)爭(zhēng)力，此時(shí)需要政府給予第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以一定支持；圖4（c）則說(shuō)明第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重在未來(lái)10a都能達(dá)到0.6以上的水平，尤其是偏利第三產(chǎn)業(yè)的情況下，第三產(chǎn)業(yè)占比能超過(guò)0.7；圖4（d）表明在互惠情況下的碳排放量最高，這與第二產(chǎn)業(yè)在互惠情況下發(fā)展迅速以及第二產(chǎn)業(yè)的碳排放量是碳排放總量的最主要部分相符合；由圖4（e）可以看出，碳排放強(qiáng)度都能由1.5降到1.1以下，且3種情況下的碳排放強(qiáng)度相差不大，其中偏利第三產(chǎn)業(yè)的情況下的碳排放強(qiáng)度最小.

表4 2020年模擬結(jié)果Tab.4 Results of simulation in 2020

從碳排放量上來(lái)看，互惠關(guān)系情況下的碳排放量最大，競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系情況下的碳排放量最??；在偏利第三產(chǎn)業(yè)的情況下，第三產(chǎn)業(yè)所占比重是最高的，而互惠關(guān)系情況下最低.總的來(lái)說(shuō)，二三產(chǎn)業(yè)處于競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，上海碳排放總量最少，但GDP也是最低的；處于互惠關(guān)系，GDP最高，但碳排放量也最高；在偏利第三產(chǎn)業(yè)的情況下，碳排放強(qiáng)度是最低的.

3 結(jié)論與政策建議

圖4 模擬結(jié)果Fig.4 Results of simulation

數(shù)據(jù)分析表明，第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是以一定的第二產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)，降低第二產(chǎn)業(yè)比重，大力推進(jìn)第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)降低碳排放強(qiáng)度極其有效，但過(guò)分偏重于第三產(chǎn)業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展有一定不利影響.在注重產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的同時(shí)，也應(yīng)注意增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的整體實(shí)力.競(jìng)爭(zhēng)模式能有效降低碳排放量，這也是以犧牲一定的經(jīng)濟(jì)發(fā)展為代價(jià).

在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，可再生能源很難替代傳統(tǒng)能源，因此提高能源利用效率、實(shí)現(xiàn)低碳化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的有效手段.政府在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整低碳化的過(guò)程中應(yīng)注意：a.經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的數(shù)量與質(zhì)量并重，可將單位碳排放量的GDP產(chǎn)出水平，即碳生產(chǎn)率納入經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的指標(biāo)；b.能源效率的提高與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整并重，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，上海提升能源效率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的空間還很大；c.制度創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新并重，制度創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新從不同層面保證上海經(jīng)濟(jì)低碳化發(fā)展.

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究上海低碳化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整涉及諸多學(xué)科，并需要分析各系統(tǒng)變量之間的關(guān)系，由于實(shí)踐條件的限制以及未來(lái)的不確定性，模型還有待進(jìn)一步完善.

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