黎 明，熊 偉

（湖北工業(yè)大學經(jīng)濟與管理學院，湖北武漢430068）

基于環(huán)境庫茲涅茨曲線的武漢市碳排放分析

黎 明，熊 偉

（湖北工業(yè)大學經(jīng)濟與管理學院，湖北武漢430068）

在環(huán)境庫茲涅茨曲線理論的基礎上，選用1980—2014年武漢市面板數(shù)據(jù)，研究武漢市碳排放環(huán)境庫茲涅茨曲線，存在性的結果顯示：根據(jù)武漢市碳排放與人均GDP的二次曲線方程表明，武漢市存在人均碳排放環(huán)境庫茲涅茨曲線，人均GDP為9171.1元時武漢市碳排達到拐點；相較于二次曲線方程，三次曲線方程呈現(xiàn)出更好的擬合優(yōu)度，根據(jù)“N”型庫茲涅茨曲線，武漢市每1%人均GDP增量伴隨0.57%的人均碳排放量增長。因此，改善升級產(chǎn)業(yè)結構及提高清潔能源占比將是未來武漢市實現(xiàn)低碳發(fā)展的必要措施。

環(huán)境庫茲涅茨曲線；碳排放；產(chǎn)業(yè)結構；清潔能源

一、引言

氣候變化已成為全球關注的熱點，1992年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》明確指出，溫室氣體的減排是減緩氣候變化，確保經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必要條件。中國作為世界第二經(jīng)濟大國，在發(fā)展經(jīng)濟的同時，也正面臨著越來越大的減排壓力。2014年《自然-地球科學》指出，2013年中國碳排放達到100億噸，人均碳排放量達到7.2噸，超過歐盟和美國。作為負責任的大國，2014年，中國發(fā)表聲明承諾2030年中國二氧化碳排放將達到峰值，我國減排任務已提上日程。當前，如何處理經(jīng)濟增長和碳排放的關系成為中國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展研究領域中十分重要的問題。

關于經(jīng)濟增長對環(huán)境質(zhì)量影響的研究較多，環(huán)境庫茲涅茨曲線（Environmental Kuznets Curve，簡稱EKC）是其中具有代表性的相關研究。該理論由美國經(jīng)濟學家Simon Kuznets于1955年提出，1991年美國經(jīng)濟學家Grossman和Krueger首次采用該假說研究了大氣環(huán)境和人均收入之間的相關關系[1]，發(fā)現(xiàn)大氣污染與人均GDP之間存在倒“U”型曲線關系。1997年Panayotou的研究進一步證實了人均收入與收入不均等之間的倒“U”型曲線，將環(huán)境質(zhì)量與人均收入之間的關系稱為環(huán)境庫茲涅茨曲線[2]。其后大量的研究借助環(huán)境庫茲涅茨曲線用來描述環(huán)境和經(jīng)濟之間的關系，國內(nèi)外眾多學者采用了不同地區(qū)的時序、截面或面板數(shù)據(jù)就環(huán)境庫茲涅茨曲線的可行性進行了實證研究。

當前，二氧化碳（CO2）等溫室氣體的增加是引起氣候變化的關鍵因素已得到國際的公認，對溫室效應關注也成為當下研究的熱點。越來越多的學者將二氧化碳的排放與環(huán)境庫茲涅茨曲線結合起來討論，Galeott（i2006）等人研究發(fā)現(xiàn)二氧化碳排放與人均收入呈倒“U”型線性關系[3]，也有研究指出人均二氧化碳排放與人均收入呈倒“U”線性關系[4]及“N”型關系[5]。國內(nèi)學者對碳排與經(jīng)濟增長相關關系的研究相對較少，陳德湖和張津基于空間面板數(shù)據(jù)的實證研究分析了中國碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線，發(fā)現(xiàn)中國碳排放與經(jīng)濟增長之間呈倒“U”型關系[6]；林伯強和蔣竺均（2009）在中國碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線研究的基礎上對其影響因素進行了解析[7]；吳振信和萬埠磊的研究發(fā)現(xiàn)北京市碳排放環(huán)境庫茲涅茨曲線呈倒“N”型[8]；顧麗琴等利用環(huán)境庫茲涅茨曲線對江西省物流業(yè)碳排放進行了分析，得出江西省物流業(yè)碳排放量短時間內(nèi)還會繼續(xù)上升的結論[9]。目前，眾多研究集中在驗證庫茲涅茨曲線的存在，從而針對性地采用市場手段和政策措施來干預其發(fā)展態(tài)勢，達到經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量協(xié)同發(fā)展[10-11]。

為減緩我國高排放的趨勢，國家發(fā)改委在2010年8月發(fā)布《國家發(fā)展和改革委員會關于開展低碳省區(qū)和低碳城市試點工作的通知》，在全國五省八市開展低碳省區(qū)、低碳城市試點，湖北省也被包括在列。湖北省是我國工業(yè)大省，省會武漢也是內(nèi)地重工業(yè)發(fā)達的城市，作為中部地區(qū)的特大城市，武漢市在全國城市環(huán)境質(zhì)量排名處于偏后的位置，尤其是城市空氣環(huán)境質(zhì)量不容樂觀。如何在保持經(jīng)濟正常增長的情況下，同時實現(xiàn)武漢環(huán)境質(zhì)量的改善是武漢市低碳建設過程中不可回避的現(xiàn)實問題。因此，研究武漢市二氧化碳等溫室氣體排放與其經(jīng)濟發(fā)展是否存在著庫茲涅茨環(huán)境曲線發(fā)展態(tài)勢，進而分析其內(nèi)在存因就顯得特別有現(xiàn)實意義?；谝陨峡剂?，本文對武漢市規(guī)模企業(yè)能源消費碳排放進行了估算，結合環(huán)境庫茲涅茨曲線對武漢市碳排放進行了細致直觀的分析，以期能夠解析武漢市碳排特征及組成要素，從而為節(jié)能減排措施及政策制定提供參考依據(jù)。

二、數(shù)據(jù)與模型

（一）數(shù)據(jù)來源

研究采用的能源消耗數(shù)據(jù)來自1995—2014版《武漢統(tǒng)計年鑒》，根據(jù)武漢市能源消耗的具體情況，我們選擇武漢市規(guī)模企業(yè)工業(yè)能源消費量相關數(shù)據(jù)作為能耗指標。根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性并結合武漢市能源消費的實際情況，本研究選取了具有代表性的煤炭、原油、燃料油、汽油、柴油、煤油、液化石油氣、煉廠干氣、電力九種能源進行碳排放量的計算，并將其組分二氧化碳排放整合為煤碳、石油及電力消耗三類二氧化碳排放。

（二）數(shù)據(jù)估算方法

本文樣本區(qū)間為1980—2014年，數(shù)據(jù)均來源于《武漢統(tǒng)計年鑒》，因為武漢市碳排放中工業(yè)占很大比重，因此選取規(guī)模以上企業(yè)能源消耗量作為計算數(shù)據(jù)。計算武漢市規(guī)模企業(yè)碳排放量時應注意：①從1999年開始為規(guī)模以上企業(yè)能源消耗量；②2005年開始電力折算系數(shù)由4.04改為1.229；③電力碳排放因子來源于國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的2010年中國區(qū)域及省級電網(wǎng)平均二氧化碳排放因子。

能源消費碳排放量根據(jù)IPCC碳排放計算指南，結合武漢市自身特點，采用以下公式進行碳排放量的計算：

式中，E為武漢市碳排放總量；i為能源種類；Ai為能源i的數(shù)量；Bi為能源i的碳排放系數(shù)，各種能源的碳排放系數(shù)如表1所示。

（表1） 各能源的碳排放系數(shù)

（三）模型構建

傳統(tǒng)環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）研究所使用的數(shù)據(jù)有三種：一是時間序列數(shù)據(jù)；二是截面數(shù)據(jù)；三是平行數(shù)據(jù)。本文采用時間序列數(shù)據(jù)構建二氧化碳的環(huán)境庫茲涅茨模型，用以闡述武漢市二氧化碳排放和人均收入的關系。環(huán)境庫茲涅茨可選擇的參數(shù)模型主要以人均GDP的一次項到三次項為解釋變量多項式模型和對數(shù)多項式模型[11-12]。為了避免單一方法估計導致對曲線和拐點的認識發(fā)生偏差，本文選取線性方程，二次方程，三次方程分別進行擬合分析。

其中Y為二氧化碳排放量，X為人均GDP，ε為干擾項。

三、結果與分析

（一）碳排放的估算分析

通過查找《武漢市統(tǒng)計年鑒》獲得1980—2014年武漢市規(guī)模企業(yè)能源消費情況，并結合表1進行了武漢市能源消費碳排放量的計算，武漢市人均GDP以2000年不變價表示，相關結果如表2所示。

（表2） 能源消費碳排放量

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，武漢市能源消費碳排放量上升趨勢大致保持一致，但有平緩地帶。武漢市碳排放仍以燃煤排放為主，據(jù)統(tǒng)計1980—2014年間武漢平均年增長率為5.59%、1993—1999年下降為2.95%、1999年后上升為4.43%；另外隨著近幾年經(jīng)濟的發(fā)展，機動車尾氣排放所導致的空氣污染增加迅速，1982年達到最低峰，后又逐漸上升，趨勢圖如圖1所示。

（圖1） 武漢市1980-2014年碳排放總量、人均碳排放量及單位GDP碳排放動態(tài)

（二）武漢碳排特征分析

總體來看，武漢市能源消費總量和碳排放總量都處于上升的趨勢（圖1），二氧化碳排放量隨人均GDP的增加而持續(xù)增加，碳排放總量由1980年722.15噸增加到2014年的3312.1噸，年均增長率為4.48%，在1980—1994年間增長速度基本保持穩(wěn)定，但在2003—2005年間碳排放總量增長速度突然加快，由2003年排放1476.24噸增至2005年2395.11噸。而后在2010年碳排放總量又出現(xiàn)加快增長的趨勢，于2014年達到3312.1噸。人均碳排基本保持穩(wěn)定，這與日益加快的城鎮(zhèn)化建設相關。單位GDP碳排呈現(xiàn)出逐年降低的趨勢，由1980年的13.97噸下降到2014年0.33噸，表明武漢市二氧化碳排放強度隨經(jīng)濟發(fā)展呈現(xiàn)出趨緩的態(tài)勢，經(jīng)濟增長的能源要素驅動作用程度呈現(xiàn)下降趨勢。

（三）環(huán)境庫茲涅茨曲線分析

本文將1980—2014年武漢市碳排放數(shù)據(jù)和環(huán)境庫茲涅茨曲線結合起來，以便對武漢市能源消費碳排放進行深入分析和對武漢市減少碳排放量提出建議?；谖錆h市能源消費碳排放的分析研究，而工業(yè)能源消耗是武漢市碳排放的主要來源，選取武漢市人均GDP作為研究數(shù)據(jù)Y，工業(yè)能源消費碳排放量作為研究數(shù)據(jù)x，并選取線性方程，二次方程，三次方程進行擬合分析，模型概述和參數(shù)估計數(shù)據(jù)如表3所示。

（表3） 模型概述和參數(shù)估計

結果表明，三種模型的P值均小于0.01，數(shù)據(jù)擬合呈現(xiàn)顯著相關。比較其相關系數(shù)，三次模型擬合優(yōu)度（R2＝0.960）最佳，因此選取三次模型作為對武漢市的碳排放分析模型。

（四）討論

研究結果表明，武漢市能源消費以燃煤為主，這與我國的能源消費結構一致。近年來，隨著節(jié)能減排工作的大力推行，煤炭消費維持在恒定水平，石油消耗呈上升趨勢。武漢市碳排放總量年均增長率為4.48%，低于全國能源消費碳排放量的年均增長率（5.4%）[13]。碳排放呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，經(jīng)濟的快速發(fā)展加快了能源需求。近年來，由于武漢城市化進度的加快，城市人口的增加，人均碳排基本穩(wěn)定甚至略有下降。單位GDP二氧化碳排放量總體上呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢，由1980年的13.97噸下降到2014年0.33噸。因此，可以看出武漢市經(jīng)濟增長的能源要素驅動作用隨時間呈現(xiàn)下降趨勢，而碳排放強度與能源強度變動呈現(xiàn)緊密相關，能耗強度的降低對碳減排具有積極作用。

（圖2） 武漢市二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線擬合圖

環(huán)境庫茲涅茨曲線的研究結論一直存在較大爭議，污染物的種類、解釋變量的選擇差異、數(shù)據(jù)預處理方式及參數(shù)方程的選擇等均會導致曲線形態(tài)及拐點數(shù)據(jù)難以一致。已有研究結果表明，選取不同的二氧化碳排放指標以及使用不同的估計方法會得出不同類型的環(huán)境庫茲涅茨曲線，這充分表明了二氧化碳排放比其他本地污染物經(jīng)濟發(fā)展間關系更具復雜性[3]。通過對武漢碳排放強度的庫茲涅茨曲線關系研究表明，武漢市經(jīng)濟發(fā)展與碳排放強度之間呈倒“U”型及“N”型庫茲涅茨曲線關系（圖2），根據(jù)二次曲線方程分析結果，武漢市碳排放在人均收入9171.1元處存在拐點。但本研究中，人均GDP三次項的參數(shù)模型在樣本區(qū)間內(nèi)擬合優(yōu)度更好，一次模型和二次模型曲線在樣本區(qū)間內(nèi)均有不同程度的偏離。因此，根據(jù)“N”型庫茲涅茨曲線，武漢市人均GDP每增長1%，人均碳排放量就會增長0.57%。從圖2中可以看出，人均GDP不斷上升的過程中，能源消費碳排放量持續(xù)增加，上升趨勢明顯，沒有達到峰值，圖線呈現(xiàn)出一條不太明顯的“N”型。根據(jù)環(huán)境庫茲涅茨曲線理論，隨著人均GDP的增長，二氧化碳呈現(xiàn)出相似的增長趨勢，環(huán)境和經(jīng)濟呈負向性發(fā)展，未來一段時間中武漢市碳排放量還會持續(xù)增長，武漢面臨著巨大的減排壓力。研究表明，北京、上海、天津的人均二氧化碳排放量與經(jīng)濟增長呈現(xiàn)典型倒“U”型曲線，環(huán)境庫茲涅茨曲線分析結果顯示二氧化碳排放隨人均GDP的增長呈現(xiàn)下降趨勢[14]，而其他各省包括湖北省在內(nèi)的人均排放量仍位于上升的階段。相關研究指出，人均收入與人均二氧化碳排放還受能源消費強度和能源結構碳強度的影響，工業(yè)能源強度和煤炭消費比例是兩者變動的決定性因素。因此，簡單的二氧化碳庫茲涅茨模型模擬的理論曲線僅可用于粗略評估武漢市未來二氧化碳排放狀況。

時間序列數(shù)據(jù)表明，武漢市單位GDP二氧化碳排放量隨著人均收入的提高而不斷下降，但是二氧化碳排放總量與人均GDP排放量均處于增長態(tài)勢，政府需要對二氧化碳減排做出積極的政策反應。當前，處于快速城市化進程中的武漢市，面對經(jīng)濟發(fā)展轉型和構建資源節(jié)約型及環(huán)境友好型社會的迫切要求，必須對產(chǎn)業(yè)能源結構調(diào)整及提升規(guī)模企業(yè)節(jié)能降耗水平作出積極的響應，從而實現(xiàn)城市經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，而不能消極地等待碳排放庫茲涅茨曲線拐點的到來。城市的發(fā)展牽涉到經(jīng)濟結構變遷、能源結構調(diào)整、資源使用效率、生產(chǎn)技術改進、環(huán)境保護政策的實施力度等諸多因素影響。在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，政策規(guī)制作用明顯，企業(yè)自身創(chuàng)造經(jīng)濟效益的同時也承擔了保護環(huán)境的義務，其提高生產(chǎn)技術、減少污染的意愿高于低收入地區(qū)。因此，二氧化碳的減量必然對城市的經(jīng)濟發(fā)展提出巨大挑戰(zhàn)，經(jīng)濟發(fā)展與節(jié)能減排之間的矛盾增加了二氧化碳減排政策落實的難度，這也要求政府相關部門在制定和實施二氧化碳減排政策的同時，需要充分考慮到城市對經(jīng)濟發(fā)展的不同要求，從而因地制宜地制定減排政策與措施。

四、建議

基于以上結論，本文為武漢市未來低碳發(fā)展建設提出以下政策建議：

第一，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，建立綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。近年來，武漢市通過對傳統(tǒng)工業(yè)進行結構調(diào)整，逐漸形成了以信息技術產(chǎn)業(yè)、生命健康產(chǎn)業(yè)、裝備制造工業(yè)、汽車與零部件產(chǎn)業(yè)等先進制造業(yè)為主導的新型產(chǎn)業(yè)結構，但目前武漢市具有相對優(yōu)勢的汽車、機械、鋼鐵和建筑等產(chǎn)業(yè)，屬于高排放型產(chǎn)業(yè)。面對日益增大的減排壓力，武漢市應該將提高能源效率，優(yōu)化能源結構與產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整結合起來，充分發(fā)揮科技優(yōu)勢，大力培育以信息技術、光電技術為核心的高科技產(chǎn)業(yè)體系，建立高科技產(chǎn)業(yè)研發(fā)、推廣和轉化的平臺；積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構，促進技術密集型的低碳產(chǎn)業(yè)和等高附加值產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，通過提高服務業(yè)等高附加值的產(chǎn)業(yè)占比，快速形成節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)業(yè)結構、生產(chǎn)方式和消費模式。同時在政策及資金層面加以引導，限制高耗能產(chǎn)業(yè)的準入，同時鼓勵企業(yè)進行低碳技術改造，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的根本目的。

第二，改進現(xiàn)有能源結構，建立能源價格調(diào)控機制，提高清潔能源能耗占比。武漢市仍以較高的能源需求和以煤為主的能源結構維系經(jīng)濟增長，未來較長時間內(nèi)二氧化碳排放將持續(xù)增長。因此，調(diào)整現(xiàn)有能源結構及制定科學能源規(guī)劃將是未來武漢市實現(xiàn)節(jié)能降耗的工作重心。通過清潔能源戰(zhàn)略的調(diào)整和積極的能源環(huán)境政策引導，達到改善現(xiàn)有能源消費結構，從而最終實現(xiàn)降低二氧化碳排放。同時，結合武漢市地理環(huán)境因素，推進太陽能分布式電站的建設、推行光電建筑一體化、建設低碳節(jié)能小區(qū)、改善既有建筑的節(jié)能效用將是武漢市在低碳發(fā)展過程中的切實可行措施。

[1]Gene M.Grossman，Alan B.Krueger.Environmental impacts of a North American Free Trade Agreement[M].National Bureau of Economic Research Working Paper，No.3914.Cambridge MA：NBER，1991.

[2]Theodore Panayotou.Demystifying the environmental Kuznets curve：Turning a black box into a policy tool[J].Environment and Development Economics，2001，2（4）.

[3]Marzio Galeotti，Alessandro Lanza，F(xiàn)rancesco Pauli.Reassessing the environmental Kuznets curve for CO2emissions：A robustness exercise[J]. Ecological Economics，2006，57（1）.

[4]Martin Wagner.The carbon Kuznets curve：A Cloudy picture emitted by bad econometrics?[J].Resource and Energy Economics，2008，30（3）.

[5]Inmaculada Martínez-Zarzoso，Aurelia Bengochea.Pooled mean group estimation of an environmental Kuznets Curve for CO2[J].Economics Letters，2004，82（1）.

[6]陳德湖，張津.中國碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線分析——基于空間面板模型的實證研究[J].統(tǒng)計與信息論壇，2012，（5）.

[7]林伯強，蔣竺均.中國二氧化碳的環(huán)境庫茲涅茨曲線預測及影響因素分析[J].管理世界，2009，（4）.

[8]吳振信，萬埠磊.基于環(huán)境庫茲涅茨曲線的北京市碳排放和經(jīng)濟增長相關性研究[J].經(jīng)濟研究導刊，2012，（14）.

[9]顧麗琴，梅志強.基于環(huán)境庫茲涅茨模型的江西省物流業(yè)碳排放分析[J].物流技術，2012，（9）.

[10]Matthew A.Cole.US environmental load displacement：examining consumption，regulations and the role of NAFTA[J].Ecological Economics，2004，48（4）.

[11]王瑞玲.我國“三廢”排放的庫茲涅茨曲線特征及其成因的灰色關聯(lián)度分析[J].中國人口·資源與環(huán)境，2005，15（2）.

[12]Jean Agras，Duane Chapman.A dynamic approach to the Environmental Kuznets Curve hypothesis[J].Ecological Economics，1999，28（2）.

[13]G Marland，TA Boden，RJ Andres.Global，Regional，and National Fossil-Fuel CO2Emissions[EB/OL].http://cdiac.ornl.gov/trends/emis/overview.

[14]蘇為華，張崇輝.關于異質(zhì)性假說的中國EKC再檢驗[J].統(tǒng)計研究，2011，28（12）.

［責任編輯：馬建強］

F427

A

1001－4799（2017）01－0143－06

2016-08-15

國家社會科學基金資助項目：13BJY016；國際合作資助項目：WWF PO3050；湖北省科技支撐計劃資助項目：2014BHE003

黎明（1974-），男，四川廣元人，湖北工業(yè)大學經(jīng)濟與管理學院副教授，太陽能高效利用湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心研究人員，生態(tài)學博士，主要從事能源經(jīng)濟研究；熊偉（1983-），男，河南信陽人，湖北工業(yè)大學經(jīng)濟與管理學院講師，經(jīng)濟學博士，主要從事產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟、企業(yè)管理研究。