基于Theil指數的區域CO2排放強度差異分析——來自47個國家的證據

2013-10-11 11:58:46鄭佳佳

華東經濟管理 2013年8期

鄭佳佳

（南開大學經濟研究所，天津 300071）

一、引言

國家間CO2排放分布的不平等性是全球氣候政策必須考慮的一個關鍵問題。掌握各區域CO2排放的差異情況是有針對性地制定區域CO2減排進而實現全球減排目標的重要依據。公平、高效的減排方案必須考慮這種由資源稟賦、技術、工業化和城市化等帶來的減排成本差異，才能充分調動各國、各區域參與全球性減排工作的積極性，同時有利于緩解目前日益拉大的區域間收入差距。作為邊際減排成本的代表，CO2排放強度是一國或區域能源結構、經濟發展、技術水平和產業結構等因素共同作用的結果，在制定全球性減排方案時是重要的參考依據。CO2排放強度在國家、區域、時空上均存在很大差異（Ang[1],1999;Duro，et al[2],2010）。研究區域間CO2排放強度差異有助于正確識別區域間在能源結構、經濟發展、技術水平上的差別情況，制定合理的減排政策。IPCC report(1996)[3]最早開始關注國家間碳排放的不平等性問題。Heil&Wodon(1997,2000)[4-5]借鑒收入分配的測度方法，研究國家間溫室氣體排放的差異性問題，認為收入差異能解釋大部分的碳排放差異。Alcantara，et al(2004)[6]用泰爾指數分析了OECD國家人均CO2排放與CO2排放強度的差異性。Kihoon Lee，et al(2006)[7]用LMDI分解法分析了APEC國家CO2排放變化及其與收入間的關系，發現經濟增長和人口是引起碳排放增長的主要因素。Padilla&Serrano(2006)[8]用泰爾指數分析了世界各國人均CO2排放、CO2排放強度及其與收入差異之間的關系。國內學者多關注于我國省際CO2排放強度的差異性，如譚丹（2008）[9]、劉玉萍（2010）[10]、楊騫等（2012）[11]、孫耀華等（2012）[12]。伊文婧（2011）[13]分析了中國與主要發達國家間CO2排放強度差異性，并將其分解為結構、效率和資源配置三種效應。以上研究表明：區域CO2排放的差異性與區域經濟發展水平顯著相關，這也是不同發展水平國家面對減排責任分擔態度各異的原因。排放強度同時反映CO2排放量和經濟發展水平，對其差異性進行研究是應對氣候變化問題和控制CO2排放政策制定的重要參考依據。

隨著世界經濟的發展，區域內國家間、區域間經濟、貿易、技術等交流和依賴程度逐步加深，在這種以地理位置、經濟聯系為紐帶，以區域一體化為主要特征的發展模式下，區域內外、國家間CO2排放強度分布特征怎樣？其發展趨勢又如何？與整體區域差異的關系如何？這是本文研究的重點。研究區域差異的方法很多，各有其特點、適用范圍，由于本文重點研究不同空間尺度的區域排放差異及其變化態勢，并進一步準確評估不同空間尺度的區域差異與整體區域排放強度差異之間的關系，而可完全進行分組分解的Theil指數的特殊優勢在于能將總體區域差異完全分解成不同空間尺度的內、外部差異并準確衡量各部分差異的貢獻度，因此本文應用Theil指數，在全球化背景下考量三大經濟體區域CO2排放強度分布差異，從區域內、區域間差異兩部分揭示CO2排放強度變動方向和幅度及其與區域一體化的關系、在總差異中的作用機理。

二、Theil指數及其應用

Theil和Henri1967年提出的Theil指數最初用于衡量地區間經濟發展水平差異程度，與基尼系數、變異系數等指標相比，其優點是可進行不同尺度的區域差異分解，并進行多空間尺度的融合，同時測度組內、組間差距的貢獻度，基本表達式為：

在（1）式中，Yij、Pij分別為第i區域內第j地區（國家）的收入和人口數量，Y、P表示樣本總收入和總人口。Tp值越大，則地區間的經濟發展水平差異越大。

對（1）式分解，可得：

在（3）式中，TWR、TBR分別表示區域內地區（國家）間差異和區域間差異。

根據（3）式，借鑒Theil指數的含義，可將區域CO2排放強度差異進行分解，即：

其中，Cij、Yij分別為區域i內國家j（或地區）的CO2排放量和國內生產總值；Ci、Yi分別為該區域CO2排放量和國內生產總值；C、Y表示區域CO2排放總量和國內生產總值；TWR、TBR表示區域內國家（地區）間CO2排放強度差異和區域之間排放強度差異。式（5）中，通過Theil指數的分解將整體區域排放強度差異分解為不同空間尺度上的區域內、區域間差異兩部分，并可通過各部分差異與總體差異的比值測算各部分差異對總體差異的影響；此外，在分別測得各時間段上的整體差異與區域內、區域間差異后，以時間為維度可判斷區域差異的發展變化態勢并進行詳細分析。

三、三大經濟體區域內、區域間CO2排放強度的統計分布

在全球化浪潮下，國家間基于政治、經濟、地理等因素形成的區域一體化成為新的增長極。在這種發展方式下，區域內國家間、區域間CO2排放強度分布呈怎樣的態勢呢？本文選取世界主要經濟體（歐盟、北美自由貿易區、亞太經濟合作與發展組織）共47個國家為研究對象①，時間為2000-2010年。11年間，這47個國家GDP總額、CO2總排放量均占世界總量的70%以上，可代表世界整體經濟發展和CO2排放水平。在樣本國中，既包含世界排放大國如美國、中國，也有相對清潔國家、地區。表1為CO2排放強度的基本統計特征。

表1 全球及APEC、EU、NAFTA三個區域2000-2010年間CO2排放強度變化噸CO2/萬美元（PPP）

表1中，2000-2010年間，全球CO2排放強度緩慢下降，降幅為9.08%；樣本區域內，總體CO2排放強度略低于世界水平且呈下降趨勢，降幅為7.60%。具體地，歐盟CO2排放強度最低，北美自由貿易區其次，亞太經合組織為最高，三者CO2排放強度都呈現程度不一的遞減趨勢，其中NAFTA降低了18.02%，降幅最大，其次是EU地區，降幅約為17.74%，最后是APEC，降幅僅為4.46%。另外，區域間的σ收斂指數明顯上升，說明區域間CO2排放強度差異有逐漸增大趨勢。

按世界平均水平，將排放強度在5.0噸CO2/萬美元(2005年不變價)以上的稱為“高碳”國家或地區，將排放強度在2.5噸CO2/萬美元(2005年不變價)以下的稱為“低碳”國家或地區，11年間三大區域最高、最低排放強度及相應國家數量如圖1、圖2所示。

圖1 “高碳”國家最高排放強度及國家數量

圖2 “低碳”國家最低排放強度及國家數量

從圖1、圖2看：2000-2010年間，CO2排放強度符合“高碳”特征的國家數量逐漸減少，且最高CO2排放強度逐年下降；符合“低碳”特征的國家逐漸增多，尤其在2006年以后較明顯，且最低排放強度在降低，兩者結合說明進入21世紀以來，全球普遍推行的節能減排政策取得了一定效果。但是，近三年來“高碳”國家數量出現了反復，且最高排放強度有升高趨勢，而連續三年“低碳”國家的最低排放強度并未繼續降低（均在1.4噸CO2/萬美元），這可能是因為節能減排邊際效果因政治、制度環境等軟條件及硬性配套措施條件（如技術進步、產業結構升級等）未能與之相匹配而出現遞減趨勢。另外，在“高碳”國家中②，2006年前發達國家占多數，如韓國、美國、澳大利亞、波蘭、捷克等，近三年來，發展中國家成為“高碳”主導國，如中國、俄羅斯等；而“低碳”國家多是發達國家或地區，如中國香港、新加坡、法國、葡萄牙等，這說明CO2排放強度高低與一國或地區經濟發展水平密切相關。CO2排放強度分布呈地域性特征，因此按經濟發展水平和地理位置等因素分析世界三大經濟體內部、之間CO2排放強度差異度具有一定的現實意義。

四、基于Theil指數的區域間CO2排放強度差異分解

在考察了全球及不同區域CO2排放強度總體變化趨勢后，運用表征差異性變化的Theil指數度量不同區域CO2排放強度差異，并進行空間尺度分解，數據處理結果如表2。

表2 基于Theil指數的CO2排放強度差異分解

在表2中，除個別年份外，三大經濟體CO2排放強度總體差異呈上升趨勢，Theil指數從0.0417上升到0.0432，說明國家在資源稟賦、技術條件、產業結構、政治導向等方面的差異或直接或間接導致了其CO2排放強度差異，且這種差異在不斷增大。然而，在經濟體內部，Theil指數分解結果除個別年份有小波動外，均明顯下降：APEC內部的Theil指數從0.0538下降至0.0366，降幅為32.0%；EU內部的Theil指數從0.0197下降至0.0151，降幅約為23.4%；NAFTA內部Theil指數雖最小，但其降幅卻最大，高達53.8%。經濟體內部Theil指數呈下降趨勢很可能與區域經濟、政治、貿易等一體化程度有聯系：區域一體化的過程必然伴隨著勞動、資本、技術的流動，一體化程度越深，區域內技術擴散效應越明顯，也包括清潔能源技術和減排技術，其結果必然是區域內CO2排放強度差異逐漸縮小。相反，區域間CO2排放強度差異度呈遞增趨勢，從0.0134增長至0.0199，漲幅48.5%，這很可能與區域經濟一體化所伴隨的區域內國家“共享式增長和發展”模式有莫大關系。

通過構造區域一體化指標來反映區域經濟、節能減排技術的一體化程度，考察區域一體化與CO2排放強度差異之間的關系。設一個區域經濟體i內有n個國家（地區），該區域內第j個國家國內生產總值為GDPij，人口為Pij，經濟體i整體經濟水平為標準差，即

表示區域差異化程度。Mean代表經濟體所處發展階段，而SE代表經濟體內部差異化程度。Mean一定時，SE越高說明區域經濟體一體化程度低，而SE一定時，Mean越小說明區域經濟體整體經濟發展水平低，這兩種情況都有悖于區域經濟一體化的初衷。Mean增長的同時SE降低才是區域一體化的追求目標。由此構建一體化指標為這樣做好處在于：①降低數量級；②無量綱化。I越大則表明一體化程度越高，反之則越低。同理構建表示節能減排技術一體化指標，分別以人口和GDP為權重，結果如表3。

表3 三大經濟體各統計量一體化程度指標

表3顯示經濟一體化（G/P）指標中，NAFTA最高，EU其次，APEC最小，且NAFTA與EU較接近，這與經驗證據相符，從而肯定了該指標的可行性；在節能減排技術水平一體化指標中，在代表節能效應的CO2使用率指標（P/C）一體化上，EU最高，而APEC與NAFTA較接近，這說明以美國為主導的NAFTA區域是CO2消費大國，而APEC與之較接近則是因為其大多國家是處于工業化中期階段的發展中國家；在代表減排技術擴散效應的CO2生產率指標（G/C）上，2000-2006年間，EU最高，APEC最低，NAFTA居中，而2006年之后，NAFTA的CO2生產率一體化程度超過EU，而整個樣本期間，APEC的CO2生產率一體化水平持續下降，說明APEC區域不僅減排技術水平低，而且差異性較大。結合表4和表5，在區域一體化較成熟的NAFTA和EU區域，CO2排放強度差異與各一體化指標呈反向變化關系，即一體化程度加深有助于CO2排放強度差異度的降低。散點圖以及對CO2排放強度差異指數和一體化指標的簡單回歸結果，均顯示二者之間的顯著負相關關系③。

從變化趨勢上看，2000-2002年間，樣本總體差異指數、區域內差異指數明顯下降，區域間差異指數基本保持不變。2002-2010年間，區域內差異指數有小波動但總體下降，而樣本總體差異指數卻不斷增長，這主要是由區域間差異指數的增長引起，二者變化趨勢基本一致。區域內差異對樣本總體差異的貢獻率較大但呈現逐年下降趨勢，而區域間差異度則一直呈現較強的增長勢頭，對總體差異的貢獻度也在上升。2009-2010年，區域間差異指數的貢獻度已基本上與區域內差異指數的貢獻度持平，這也可以從表1區域間CO2排放強度的σ收斂指數逐年增大的結果中得到驗證。另外，區域內部差異指數TWR整體呈現下降趨勢，說明在同一經濟體內部，國家間CO2排放強度差異在縮小，即經濟體內部國家間排放強度逐漸趨于一致。相反，不同經濟體之間的CO2排放強度差距正在逐漸增加。

在本文研究的樣本國家中，不同經濟體內部CO2排放強度差異指數對整體區域內CO2排放強度差異指數的貢獻又怎樣呢？考察該問題在于分析APEC、EU、NAFTA經濟體內部由于經濟、技術、結構等發展差異帶來的國家間CO2排放強度差異對整體區域內差異的貢獻率。將區域差異指數TPi與權重的乘積分別除以區域內差異指數TWR，求得各經濟體區域內部差異貢獻度，按時間順序繪制成折線圖，如圖3。

圖3 APEC、EU、NAFTA區域內部差異對總體區域差異的貢獻度

圖3中，不同區域內部CO2排放強度差異對TWR貢獻度差別很大。其中，APEC內部CO2排放強度差異指數對TWR的貢獻達70%，而其余兩區域內部差異共同貢獻了不到30%的份額，其中，EU內部差異的貢獻度基本維持在25%左右。APEC內部差異對TWR的貢獻度從2004年達到70%，之后緩慢上升；而NAFTA的貢獻度則從5%持續下降，2010年貢獻度只有2%。總之，APEC內部CO2排放強度差異的貢獻占絕對主導地位。雖然APEC成員國CO2排放強度差異對TWR的貢獻率逐漸上升，但是伴隨著區域經濟發展、技術進步（尤其是節能減排技術以及新清潔能源技術的研發和推廣）以及產業結構優化升級、區域一體化進程的加速，CO2排放強度下降是總體趨勢，這是新時代低碳經濟發展模式的必然要求。即使是CO2排放強度最高的APEC內部，其排放強度也在逐年降低。

進一步分析各經濟體未來CO2排放強度變化趨勢與其差異指數之間的關系，將各區域內兩者之間的關系繪制成散點圖表示出來，如圖4、圖5。

圖4 APEC區域CO2排放強度與其差異指數之間的散點圖

圖5 樣本區域總體CO2排放強度與其差異指數之間的散點圖

APEC、EU、NAFTA各經濟體區域內部④，CO2排放強度與其差異指數呈明顯正相關。結合表1，對各經濟體而言，隨著經濟發展，產業、能源結構逐漸優化升級，節能減排、新清潔能源技術的研發和應用，未來區域內國家的CO2排放強度會逐漸下降；與此同時，伴隨著區域一體化的加速和加深，國家間CO2排放強度差異逐漸縮小，這與表3中區域內差異指數TWR穩中有降的趨勢吻合。

總體來看，國家間CO2排放強度與其差異指數負相關，即未來不同國家CO2排放強度逐年下降的同時，差異卻在增大，這與表3中樣本總體排放強度差異指數逐漸上升的趨勢一致。以上分析綜合說明這樣的事實，即三大經濟體間CO2排放強度呈“俱樂部收斂”特性——各經濟體內國家間CO2排放強度趨于收斂的同時，不同經濟體間的CO2排放強度卻呈發散趨勢。CO2排放強度作為邊際減排成本的代表，綜合一國或地區能源結構、產業結構和技術水平等因素，是一國或區域制定相應發展目標和節能減排政策的主要依據，其差異逐漸增大的趨勢反映主要經濟體間減排技術差距逐漸拉大的事實。僅依靠國家自愿減排承諾等策略難以扭轉全球CO2排放劇增的局面，實現全球節能減排，必須在總量控制（將全球溫度升幅控制在2℃所能容納的CO2排放量）前提下，加強區域、國家間的交流與合作，尤其是區域經濟體間的技術交流與合作，結合市場力量，才能真正實現全球CO2排放強度下降和差異度收斂。

五、結論與啟示

本文選取了世界三大經濟體47個國家作為研究樣本，分析區域內部、之間CO2排放強度分布特征及差異，結果顯示：樣本整體CO2排放強度呈下降趨勢，證實各國應對氣候變暖的節能減排政策取得一定的效果；而樣本國家間，CO2排放強度差異呈擴大趨勢，這與區域內、區域間CO2排放強度差異都有關系：2009年前，區域內CO2排放強度差異占主導地位，且80%以上由APEC內部CO2排放強度差異引起；2009-2010年間，兩種差異對總體差異的貢獻基本持平，從趨勢上看，區域內差異在逐漸縮小，區域間差異在逐漸擴大，并且在未來將成為主導總體差異變化的因素；區域間CO2排放強度呈現明顯的“俱樂部收斂”特性。從本文的研究中可以得到如下啟示：

第一，全球性節能減排目標的實現需要根據具體區域情況進行具體分析。三大經濟體間CO2排放強度的差異程度在逐漸增大，意味著各經濟體的減排成本差距拉大，這主要由經濟體之間經濟、技術一體化水平、資源稟賦等差異造成，同時也是各國（尤其是發達國家）面對減排承諾態度模糊多變、行動遲緩的根本原因。面對新時期節能減排的艱巨任務，在以國家為主體承諾減排基礎上，結合區域經濟一體化發展狀況，推動以區域為主導的節能減排政策，促進區域一體化的同時通過節能、減排技術交流與合作提高區域經濟、技術一體化水平，降低減排成本差異。尤其在APEC經濟體中，其區域內CO2排放強度差異最大，對樣本總體TWR的貢獻度最高，這與該經濟體內發展中國家多且所處階段、水平大相徑庭有很大關系，即APEC經濟體的經濟、減排技術一體化程度都是最低的，是今后推進一體化的重點區域。

第二，加強區域間的交流與合作，提高全球國家整體節能減排效率。本文分析指出，區域間CO2排放強度差異在逐年擴大，這不利于全球碳減排目標的實現。鑒于此，要充分發揮各經濟體在資源稟賦、技術等方面的優勢，實現優勢互補。不同區域在節能減排合作中應根據自身特點有所側重：如歐盟（EU）的CO2排放強度已經低于世界平均水平，進一步減排的成本高于其他區域，其減排重點應是通過環保資金、技術援助等手段幫助其他發展中國家或地區進行減排間接實現自己的目標；CO2排放強度高于世界平均水平的APEC成員國多為發展中國家，在強調區域均衡發展、推進一體化進程的同時，要努力提高自身的技術水平，尤其是能源利用效率和新能源研發等方面的技術；NAFTA雖然經濟、減排技術一體化水平很高，但其節能技術（P/C）一體化程度較低，這與該區域較高的人均CO2有很大關系（其人均年CO2排放量均值一直在15噸左右，而同期EU人均年CO2排放量均值為7噸左右，APEC人均年CO2排放量均值約為5噸），因此改變能源消費觀念和消費結構是NAFTA區域新的減排空間。

第三，區域間、國家間CO2排放強度差異預示其邊際減排成本的差異，這為達成區域內部國家間、區域之間的減排合作提供了巨大的空間。例如，可以通過清潔發展機制、排放權貿易等方式進行合作，實現國家之間發展經濟和環境保護的雙贏目標。

注釋：

① 北美自由貿易區包含美國、墨西哥、加拿大；歐盟27國；亞太經合組織17個國家（為了避免重復計算，刪除了美國、墨西哥、加拿大，巴布亞新幾內亞數據缺失，不計算在內，共計17國）。

② 篇幅原因，高、低碳國家的名單及詳細排放強度數據不再一一列示，如感興趣，可向作者索取。

③ 篇幅原因，這里不顯示相關散點圖以及回歸結果。

④ 在EU和NAFTA區域內，CO2排放強度與其Theil指數之間的散點圖及線性關系與圖3基本一致，因篇幅限制，不再一一列出。

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