中國經濟增長與能源消費因果關系研究

摘要：文章利用Granger因果關系檢驗和GMDH因果關系檢驗方法，研究了1989年~2003年中國經濟增長與能源消費之間的因果關系問題。結果反映，兩者在主要的因果關系檢驗結論方面是一致的，例如，證實了在這一期間GDP是能源總消費量的原因。此外，GMDH因果關系檢驗方法還得出了“LGDP是天然氣消費量的原因”的結論，這符合實際情況。并且GMDH因果關系檢驗方法還能給出原因的影響力大小排序。實證研究表明：GMDH因果關系檢驗是一種有效的因果關系檢驗方法，是Granger因果關系檢驗方法的補充。

關鍵詞：經濟增長；能源消費；Granger因果關系檢驗；GMDH因果關系檢驗

一、 引言

自從1969年美國學者Granger提出了因果關系檢驗之后，它已成為國際上研究能源消費與經濟增長之間關系的一種重要工具。

1978年，美國學者Kraft J．和Kraft A．首次發現了美國1947年~1974年GNP增長對能源消費方向的單向因果關系。而Akarca和Long（1980）卻發現：當使用同樣的時間序列數據但比Kraft J．和Kraft A．（1978）更短的樣本區間時，不能得出類似的結果。Yu和Hwang（1984）將上述研究的美國數據的樣本區間更新為1947年~1979年，卻發現：GNP增長與能源消費之間不存在因果關系。Yu和Chui（1985）在標準Granger檢驗方法的基礎上，使用美國、英國、波蘭、韓國以及菲律賓5國的數據，發現：美國、英國、波蘭GDP和能源消費之間不存在因果關系，韓國和菲律賓GNP和能源消費之間存在因果關系，但韓國存在的是GDP到能源消費方向的因果關系，菲律賓存在的是能源消費到GDP方向的因果關系。

這些實證研究說明：不同國家、地區以及同一國家、地區不同時間段的經濟增長與能源消費之間的關系是不同的。

因果關系研究在國外能源經濟領域得到了廣泛的應用，國內幾位學者也開展了對中國能源經濟之間因果關系的研究工作，比如：韓智勇、魏一鳴等（2004）利用Granger檢驗方法，研究了1978年~2000年中國經濟增長與能源消費之間的因果關系，得出GDP與能源總消費量之間存在雙向的因果關系。楊朝峰、陳偉忠（2005）利用Granger檢驗方法，研究了1952年~2003年中國經濟增長與能源消費之間的因果關系，得出從GDP到能源總消費量方向的單向因果關系。

已有的經濟增長與能源消費因果關系研究一般采用Granger因果關系檢驗方法。由于應用Granger因果關系檢驗方法限制條件較多，比如：使用前必須對各時間序列進行了單位根檢驗，它只能檢驗線性意義上的因果關系；另外，它對變量滯后的階數非常敏感。文獻“4”提出的GMDH的因果關系檢驗方法，省去了Granger因果關系檢驗的諸多限制條件，并且可以對變量的影響因素的強弱進行排序。本文試圖運用GMDH因果關系檢驗方法與Granger因果關系檢驗方法結合，研究中國經濟增長與能源消費之間的因果關系問題，以期為因果關系檢驗尋求一條新的有效的研究途徑。

二、 GMDH因果關系檢驗方法簡介

C．W．Granger從計量經濟學的角度給出了因果關系一種定義，通過引用條件概率理論來定義因果關系，并在檢驗上運用時序分析技術，通過對大量現象的統計數據研究來排除偶然性因素的影響。在Granger因果關系檢驗方法得到普遍使用的同時，許多學者感到有必要對它進行發展。例如，Granger本人認為，這個方法往往只能用于判定存在或不存在因果關系，而不能識別因果關系的作用方式和強弱程度。

將Granger因果關系檢驗思想引入數據分組處理方法（Group Method of Data Handling，簡稱GMDH）可以建立GMDH的因果關系檢驗模型。這種因果關系模型省去了Granger因果關系檢驗的諸多限制條件，可以檢驗非線性意義上變量之間的因果關系，能從整體上分析多個變量與“結果”變量的關系并且還能反映變量影響因素的強弱程度，因而有利于提示經濟對象構成的原因。基于GMDH的因果關系檢驗模型的步驟如下：

1． 根據專家知識、經驗確定可能影響變量y的變量集{x1，x2，...，xk}。

2． 建立以y為輸出、{x1，x2，...，xk}為輸入的GMDH模型，外準則用正則化準則V2（A）。

5． 因果關系判斷：對于變量x′j，若i2（A）′j＞i2（A）j，則認為x′j是y的原因；否則認為x′j不是y的原因，對y不構成因果關系。

三、 實證研究

本文選擇1989年~2003年的中國GDP和能源消費總量及煤炭、石油、天然氣、水電各能源產品的年消費量來研究我國經濟增長與能源消費之間的因果關系（能源消費統計數據來自《中國統計年鑒2004》，GDP統計數據來自《中國發展報告2006》）。在檢驗變量間因果關系前，先對數據預處理：對各時間序列取對數，以消除樣本數據的異方差性、去掉變量的量綱。新序列分別記作：lgdp、ltotal、lcoal、loil、lgas、lwa_el，其含義見表1。

1． Granger因果關系檢驗。先對各序列進行單位根檢驗，因為只有變量都平穩或者都不平穩，才能采用Granger因果關系檢驗。使用Eviews5.0對各序列進行單位根檢驗的結果是：序列lgdp、ltotal和lcoal都是三階單整平穩序列，序列lgas是二階單整平穩序列，序列loil、lwa_el是一階單整平穩序列。Granger因果關系檢驗的一個前提是，兩兩序列必須是協方差平穩的。所以當各時間序列不平穩時，就要對它們作差分等變換，以使變換后的兩兩時間序列協方差平穩。

由于Granger因果關系檢驗對變量滯后的階數非常敏感，通常可以用三種方法進行處理：（1）討論在不同滯后階數情況下結果是否有同一性；（2）采用最小最終預測誤差準則（FPE：the Final Prediction Error）來確定最優滯后階數：FPE=（T+K）*SSR/[（T-K）*T]，其中T是樣本個數，K是被估計的參數個數，SSR是殘差平方和；（3）基于最小AIC和SC準則來確定最優滯后階數。

本節中分別采用這三種方法進行Granger因果關系檢驗，經比較，得到的結果具有一致性。簡單表述如下：

（1）LGDP與能源總消費量、煤炭消費量之間存在單向的因果關系，且LGDP是能源總消費量、煤炭消費量的Granger原因。

（2）能源總消費量與煤炭、石油、天然氣、水電消費量之間均存在單向的因果關系，且煤炭、石油、天然氣、水電消費量是能源總消費量的Granger原因。

（3）水電消費量與煤炭消費量之間存在單向的因果關系，且水電消費量是煤炭消費量的Granger原因。

總的來說，上面Granger因果關系檢驗結果可用圖1簡單表示。

2． GMDH因果關系檢驗。在這節中用GMDH因果關系檢驗方法檢驗中國GDP與能源消費之間的因果關系。記變量lgdp、ltotal、lcoal、loil、lgas、lwa_el分別是X1、X2、X3、X4、X5、X6。依次以這六個變量的其中一個變量為輸出變量，其他五個變量為輸入變量建立GMDH模型，進而進行GMDH因果檢驗。由于這六個過程步驟完全一致，（1）只介紹以X1為輸出變量其他變量為輸入變量建立GMDH的線性模型進行因果關系檢驗的過程。（2）顯示整體檢驗結果。

（1）GMDH模型，

劃分樣本集：1989年~2001年數據作為訓練集，2002年~2003年數據作為測試集。利用軟件KnowledgeMiner5.0得到模型如下：

X1=-18.314 9+0.693 2X3+1.091 5X4+1.152 0X6

該模型調整后的R2＝0.992 2，擬合效果好，趨勢同實際符合。

由模型可以看出，X1（LGDP）受變量X3（煤炭消費量）、X4（石油消費量）、X6（水電消費量）的影響。

依次剔除變量X3、X4、X6，建立以X1為輸出，分別以X4、X6為輸入、以X3、X6為輸入、以X3、X4為輸入的GMDH模型，分別得到模型1，模型2，模型3。

分別計算i2（A）、i2（A）′j（j=3，4，6）。根據i2（A）′j是否大于i2（A）來檢驗變量X3、X4、X6對X1是否有因果作用。經檢驗，變量X3、X4、X6均不是LGDP的原因。

（2）GMDH因果關系結果。

類似步驟，分別用ltotal、lcoal、loil、lgas、lwa_el為輸出變量，其他五個變量（包括lgdp）為輸入變量，使用GMDH因果關系檢驗方法來發現影響能源總消費量、煤炭、石油、天然氣、水電消費量的原因。得到結果如下：

①LGDP、煤炭、石油、天然氣、水電消費量均是能源總消費量的原因；它們幾個對能源總消費量的影響力排序是：煤炭消費量＞石油消費量＞水電消費量＞天然氣消費量＞LGDP；

②LGDP、能源總消費量、石油、水電消費量是煤炭消費量的原因；它們幾個對煤炭消費量的影響力排序是：能源總消費量＞石油消費量＞水電消費量＞LGDP；

③能源總消費量、水電消費量是石油消費量的原因；它們兩個對石油消費量的影響力排序是：能源總消費量＞水電消費量；

④LGDP是天然氣消費量的原因；

⑤能源總消費量、煤炭消費量、石油消費量是水電消費量的原因；它們三個對水電消費量的影響力排序是：能源總消費量＞煤炭消費量＞石油消費量。

總的來說，GMDH因果關系檢驗結果可用圖3簡單表示。

注：圖3中的箭頭表示前一個變量對后一個變量的因果關系；實線表示Granger因果關系檢驗與GMDH因果關系檢驗所得到的相同的因果關系結論；虛線表示GMDH因果關系檢驗得到的而Granger因果關系檢驗沒有得到的因果關系結論。

3． 因果關系結果分析。

對比圖1和圖3，可以發現：用Granger因果關系檢驗方法得到的因果關系結論，用GMDH因果關系檢驗方法也可以得到。除了這部分結論（對應圖1和圖3中的實線部分）外，GMDH因果關系檢驗方法也得到了其他的因果關系結論（對應圖3中的虛線部分）。

既然這兩種方法都得到了：“LGDP是能源總消費量的原因”、“煤炭、石油、天然氣、水電消費量是能源總消費量的原因”、“LGDP、水電消費量是煤炭消費量的原因”，我們可以認為：這幾個因果關系成立。

由于GMDH因果關系檢驗方法可以對原因的影響力大小進行排序，可以得到：（1）在影響能源總消費量的原因中，煤炭消費量的影響力最大，石油、水電消費量次之，天然氣消費量最小。根據我國能源消費情況，1989年~2003年間，煤炭、石油、天然氣、水電消費量占能源消費總量的平均比重分別是：71.76%、20.01%、6.08%、2.15%.很明顯，能源總消費量的原因影響力大小排序跟我國各能源產品的消費比重排序是相同的；（2）在影響煤炭消費量的原因中，水電消費量的影響力比LGDP大。

GMDH因果關系檢驗方法得到而Granger因果關系檢驗方法沒有得到的因果關系結論有：“能源總消費量、石油消費量是煤炭消費量的原因”、“能源總消費量、水電消費量是石油消費量的原因”、“能源總消費量、煤炭消費量、石油消費量是水電消費量的原因”、“LGDP是天然氣消費量的原因”。對于這部分結論，我們無法用理論來證明究竟哪種方法得到的結論才是正確的。而本文我們要研究的重點是LGDP與能源消費之間的因果關系，這部分結論里絕大部分都是能源總消費量與各能源產品消費量之間、各能源產品消費量之間的因果關系，確定它們因果關系的存在與否對于本文我們的研究重點而言意義不大，所以我們只討論這一個因果關系結論“LGDP是天然氣消費量的原因”。既然無法用理論來證明究竟哪種方法得到的結論才是正確的，究竟這個因果關系成不成立，我們只有聯系實際情況分析來判斷究竟哪種方法得到的因果關系結論才是合理的，才是符合實際的。根據中國能源消費情況，雖然煤炭在能源消費結構中所處的主導地位在相當長時期內是不會改變的，但是隨著“循環經濟”概念的提出，我國也在逐步改善不合理的能源消費結構，增加清潔能源如天然氣的消費，天然氣在整個能源消費中所占的比例是不斷增大的。GDP的增加，必將導致天然氣消費量的增加。可以認為：“LGDP是天然氣消費量的原因”這個因果關系結論是成立的。

四、 結論

本文結合Granger因果關系檢驗和GMDH因果關系檢驗兩種方法來研究1989年~2003年中國經濟增長與能源消費之間的因果關系。由于Granger因果關系檢驗方法的一些缺陷使得Granger關系檢驗的統計推斷容易出錯，本文結合使用GMDH因果關系檢驗方法檢驗。檢驗結果反映，兩者在主要的因果關系檢驗結論方面是一致的，例如，證實了在這一期間GDP是能源總消費量的原因，GDP、水電消費量是煤炭消費量的原因。此外，GMDH因果關系檢驗方法還得出了“GDP是天然氣消費量的原因”的結論。經過聯系中國能源消費情況進行分析，可以認為這個因果是成立的。并且GMDH因果關系檢驗方法還能給出原因的影響力大小排序。因此，我們認為：GMDH因果關系檢驗是一種有效的因果關系檢驗方法，是Granger因果關系檢驗方法的補充。

參考文獻：

1．Kraft J．，Kraft A．．On the relationship between energy and GNP．Energy Development，1978，（3）．

2．Yu S．H．，Choi J．Y．．The causal relationship between energy and GDP．an international comparision．Energy Development，1985，（10）．

3．韓智勇，魏一鳴，焦建玲，范英，張九天．中國能源消費與經濟增長的協整性與因果關系分析．系統工程，2004，（12）．

4．賀昌政．自組織數據挖掘與經濟預測．北京：科學出版社，2005．

作者簡介：賀昌政，四川大學工商管理學院教授、博士生導師；胡譽湘，四川大學工商管理學院碩士生。

收稿日期：2007-09-06。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。