我國省域CO₂排放量的動態(tài)演進分析

摘要：基于我國30個省份2003—2011年的CO2排放量數(shù)據(jù)，利用面板數(shù)據(jù)的向量自回歸方法和脈沖響應(yīng)方法分析碳排放量與環(huán)境規(guī)制和造林活動之間的關(guān)系。結(jié)果表明：30個省份CO2的平均排放量以10.7%的速度逐年上升；不同省份CO2排放量之間的差距不斷拉大；環(huán)境規(guī)制對各省CO2排放量的影響呈現(xiàn)先增后減的趨勢；造林活動前期減排作用不明顯，但減排效果具有長期性。

關(guān)鍵詞：CO2排放量；核密度估計；面板向量自回歸；脈沖響應(yīng)

中圖分類號：F062.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-3890（2013）12-0063-06

一、引言

隨著全球氣候變暖，有關(guān)研究全球暖化問題的科學(xué)界已經(jīng)基本達(dá)成共識，即未來氣候變暖會更加明顯[1]。為此，減少CO2等溫室氣體的排放量成為當(dāng)今解決全球變暖的根本出路。伴隨著我國工業(yè)化進程的加快，能源消耗不斷增加，導(dǎo)致CO2排放量持續(xù)升高。根據(jù)美國CO2信息分析中心測算，從2010年到2011年，全球CO2排放量增長了3.04%，而我國的CO2排放量增長了9.93%，遠(yuǎn)高于世界其他國家的增長速度。因此，在全球變暖問題日益嚴(yán)重的情況下，我國面臨著巨大的減排壓力。然而，由于我國地域遼闊，資源分布和經(jīng)濟發(fā)展極不均衡，導(dǎo)致我國在CO2減排過程中所面臨的問題更為嚴(yán)峻。

當(dāng)前，國外學(xué)者對CO2排放量及其減排問題的研究，綜合來看，主要集中于CO2排放量與經(jīng)濟增長[2-3]、能源與環(huán)境[4]、能源效率[5]之間的關(guān)系或高排放部門的研究[6]。在國內(nèi)研究方面，主要集中于CO2排放量與城市化[7-8]、外商直接投資[9-11]、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[12-14]、經(jīng)濟增長[15-17]、居民生活[18]等方面或某一行業(yè)中的碳排放[19-21]。然而，環(huán)境規(guī)制和造林活動是當(dāng)前進行CO2減排的重要措施，也是當(dāng)前多數(shù)國家所采取的減排手段。在CO2減排政策制定以及減排措施具體應(yīng)用之時，研究兩者對CO2減排的影響作用過程顯得尤為必要，同時，當(dāng)前有關(guān)國內(nèi)CO2排放量與環(huán)境規(guī)制和造林活動之間綜合關(guān)系研究方面尚處于空白，鑒于此，本文以我國30個省份為研究對象，在計算出近年來各個省份CO2排放量的基礎(chǔ)上，對CO2排放量的動態(tài)過程進行分析，同時對環(huán)境規(guī)制、造林活動與CO2排放量的關(guān)系進行探討。以期展現(xiàn)我國各省份CO2排放量的動態(tài)演進情況和不同減排措施所產(chǎn)生的影響效果，以此為不同地區(qū)減排政策的制定和減排措施的實施提供相應(yīng)的借鑒。

二、指標(biāo)選取與數(shù)據(jù)來源

（一）指標(biāo)選取

1. CO2排放量。通過對當(dāng)前有關(guān)CO2排放的文獻(xiàn)進行整理后發(fā)現(xiàn)，CO2排放量的數(shù)據(jù)來源主要有以下幾個方面：國際能源署、美國CO2信息分析中心、根據(jù)IPCC（2006）提供的方法進行計算而得。由于本文的研究對象為中國省域CO2的排放量情況，以上前兩個研究機構(gòu)僅公布了我國歷年整體的CO2排放量，尚無各個省份的數(shù)據(jù)，因此本文根據(jù)IPCC（2006）的方法對CO2排放量進行測算。同時，由于水泥在生產(chǎn)過程中所排放的CO2總量占到工業(yè)生產(chǎn)過程排放總量的56.8%[22]，因此本文所測算的CO2排放量還包括水泥生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的排放。

2. 環(huán)境規(guī)制。環(huán)境規(guī)制體現(xiàn)了政府部門在環(huán)境管理方面的水平。在環(huán)境規(guī)制指標(biāo)選取方面，不同學(xué)者所利用的指標(biāo)有所不同，如利用工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放率、廢水和廢棄污染治理設(shè)施的當(dāng)年人均運行費用、工業(yè)污染治理完成投資占工業(yè)增加值的比重、環(huán)境污染治理投資占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比重等，部分學(xué)者還通過綜合計算的方式來構(gòu)建環(huán)境規(guī)制指標(biāo)。本文將各省份污染治理投資額與各省份生產(chǎn)總值的比重作為衡量環(huán)境規(guī)制水平的主要指標(biāo)。

3. 造林活動。造林活動可以通過造林面積體現(xiàn)出來，造林面積是指報告期內(nèi)通過人工播種等方法在荒山等一切可以造林的土地上所種植的喬木林和灌木林的面積，在一定程度上體現(xiàn)了從事造林活動的程度，因此本文選取各省份當(dāng)年造林面積作為造林活動的評價指標(biāo)。

（二）數(shù)據(jù)來源

上述各省份污染治理投資額與各省份生產(chǎn)總值比重指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》，當(dāng)年造林面積指標(biāo)的數(shù)據(jù)來源于《中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒》，CO2排放量計算中所用到的數(shù)據(jù)主要來自于《中國能源統(tǒng)計年鑒》、《中國統(tǒng)計年鑒》、《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》等。由于各省份污染治理投資額與各省份生產(chǎn)總值比重統(tǒng)計數(shù)據(jù)在2002年之前未做統(tǒng)計，并且西藏自治區(qū)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺失較為嚴(yán)重，因此本文以2003—2011年全國30個省份的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來研究CO2排放量的變動趨勢及其與環(huán)境規(guī)制、造林活動之間的關(guān)系。

三、實證分析

（一）CO2排放量的測算及動態(tài)演進分析

1. CO2排放量的測算。本文運用以下公式來計算我國各省份歷年CO2的排放量：

CO2kt=■Eikt×NCVi×CEFi×COFi×■+Qkt×EF

i=1，2……8；k=1，2……30；t=2003，2004……2011

CO2kt表示第t年第k個省份的CO2排放量；i表示第i種能源（本文選取原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然氣8種能源）；Eikt表示第t年第k個省份第i種能源的消費總量；NCVi表示第i種能源的平均低位發(fā)熱值；CEFi表示第i種能源的碳含量；COFi表示第i種能源的碳氧化因子；44和12分別表示CO2和碳的分子量；Qkt表示第t年第k個省份的水泥總產(chǎn)量；EF表示水泥生產(chǎn)的碳排放系數(shù)。

根據(jù)上述公式，通過計算得到全國30個省份2003—2011年的CO2排放量。從測算結(jié)果來看，30個省份2003—2011年的CO2平均排放量為236 186.4Gg，按照平均排放量由高到低的順序排列，前10個省份分別是山東、河北、江蘇、河南、廣東、內(nèi)蒙古、浙江、山西、遼寧、湖北，平均排放量分別為703 737.1Gg、557 102.6Gg、516 212Gg、442 831.2Gg、422 663.5Gg、382 074.3Gg、350 624.6Gg、348 502.6Gg、339 311.3Gg、290 539.6Gg，排在后10位的省份分別是海南、青海、寧夏、北京、甘肅、天津、重慶、江西、廣西和新疆，平均排放量分別為25 397.7Gg、29 915.4Gg、82 262.12Gg、99 615.8Gg、112 563.9Gg、114 500.7Gg、117 832.5Gg、131 244.9Gg、142 037.7Gg和148 401.5Gg。由此可以看出，東部沿海地區(qū)和能源資源儲量豐富地區(qū)的CO2平均排放水平較高，而經(jīng)濟相對較為落后的西部地區(qū)其平均排放水平較低。北京、天津等經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)其排放量也處于較低水平，通過對測算數(shù)據(jù)進行研究后發(fā)現(xiàn)，2003—2011年，北京CO2排放總量中來自于能源消耗的排放和水泥生產(chǎn)的排放所占的比例分別為94.6%和5.4%，天津為97.2%和2.8%，而山東等排放量較高的前5個省份的比例結(jié)構(gòu)為89.6%和10.4%，較低的水泥生產(chǎn)排放水平將京津地區(qū)的CO2總排放量降低。圖1顯示了30個省份2003—2011年CO2排放量的平均值，由此可見，研究期間CO2的平均排放量呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，2003年30個省份的平均CO2排放量只有146 131.4Gg，到2011年達(dá)到330 168.8Gg，平均每年以10.7%的速度遞增，這說明近年來隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國CO2排放水平也隨之呈現(xiàn)明顯上升的趨勢，同時也從側(cè)面體現(xiàn)出我國在環(huán)境規(guī)制和低碳減排方面面臨著較大的挑戰(zhàn)和壓力。

2. CO2排放量的動態(tài)演進分析。為了能夠更好地考察我國各省份CO2排放量的動態(tài)變化趨勢，本文采用核密度估計法對其進行研究。核密度估計法能夠從數(shù)據(jù)自身來研究其分布特征，并且具有規(guī)避預(yù)設(shè)函數(shù)形式而導(dǎo)致實際值和測算值產(chǎn)生差異的優(yōu)勢，其分布函數(shù)為：

f（x）=■■？濁（■）

式中，η（·）表示核函數(shù)，h表示帶寬，n表示樣本量，X表示隨機變量。在進行具體應(yīng)用時，帶寬和核函數(shù)的選擇至為重要，本文采用Silverman方法來確定帶寬，并且選取較為常用的正態(tài)-高斯核函數(shù)。為了簡便起見，選取2003年、2005年、2008年和2011年4個年份進行估計來關(guān)注其變動趨勢。圖2顯示了2003—2011年30個省份CO2排放量的變動趨勢，其中橫軸表示CO2排放量，縱軸表示核密度。從圖2可以看出，2003年30個省份的CO2排放總量呈現(xiàn)“三峰”分布的態(tài)勢，并且以左峰為主峰，三個波峰對應(yīng)的CO2排放量分別約為130 000Gg、220 000Gg和380 000Gg，說明2003年各省份的CO2排放量主要集中在這三個值附近，且排放量在130 000Gg左右的省份占到絕大多數(shù)。2005年核密度分布形狀由“三峰”變?yōu)椤半p峰”，第一主峰所對應(yīng)的CO2排放量與2003年相比基本保持不變，但第二主峰所對應(yīng)的排放量明顯右移，大約集中在500 000Gg附近，同時從整體形態(tài)來看，峰度有所降低，即波峰所對應(yīng)的核密度減小，這表明從2003年到2005年，各省份的CO2排放量分布開始呈現(xiàn)分散的趨勢。2008年核密度分布繼續(xù)呈現(xiàn)“雙峰”態(tài)勢，并且峰度高度進一步變矮，寬度變寬，同時右側(cè)呈現(xiàn)明顯的拖尾趨勢，這表明隨著時間的推移，各省份之間CO2排放量呈現(xiàn)明顯的分散狀態(tài)，并且個別省份的排放量逐步開始增大。2011年CO2排放的核密度分布圖呈現(xiàn)扁平趨勢，并且形成兩個小的波峰，其中主峰所對應(yīng)的CO2排放量與前期相比增加幅度并不大，大約集中在200 000Gg左右，右側(cè)波峰集中在750 000Gg左右，各省份之間的排放差距進一步擴大。總體來看，各地區(qū)CO2的排放量總體呈現(xiàn)右移趨勢，并且峰度不斷下降，這表明各個省份的排放量在2003—2008年均呈現(xiàn)持續(xù)增加的態(tài)勢，不同地區(qū)CO2排放量之間的差距逐步拉大。

（二）CO2排放量與環(huán)境規(guī)制、造林活動之間的互動關(guān)系

1. CO2排放量與環(huán)境規(guī)制、造林活動關(guān)系的機理分析。環(huán)境規(guī)制能夠在一定程度上減少CO2排放的絕對量，降低CO2排放量的增長速度，是一種有效的減排手段。同時，CO2排放量的變動能夠迫使政府等政策制定部門及CO2排放單位對其作出反應(yīng)，兩者在一定程度上呈現(xiàn)互動關(guān)系。森林具有一定的碳匯功能，即森林生態(tài)系統(tǒng)能夠吸收大氣中的CO2并將其固定在植被和土壤中，通過造林活動可以有效減少空氣中CO2的濃度。同時，CO2總量的增加在一定程度上會刺激通過造林活動來實現(xiàn)碳減排，兩者關(guān)系較為密切。但是，森林的碳匯功能與森林的生長狀態(tài)密切相關(guān)，由于森林具有生長周期長等特點，導(dǎo)致森林碳匯功能在短期內(nèi)無法產(chǎn)生有效的減排作用，因此需要提高環(huán)境規(guī)制強度來實現(xiàn)CO2的有效減排，同時，通過環(huán)境規(guī)制進行減排的過程中也需要造林活動作為補充，因此環(huán)境規(guī)制和造林活動兩者之間的關(guān)系也較為密切。由此可見，CO2排放量、環(huán)境規(guī)制和造林活動之間存在著一定的響應(yīng)關(guān)系。

2. 計量經(jīng)濟模型的構(gòu)建。為了進一步研究三者之間的關(guān)系，本文構(gòu)建以下面板向量自回歸（PVAR）模型來進行分析：

Ykt=？琢k+？茁k+AYkt-1+BYkt-2+？著kt

k=1，2……30；t=2003，2004……2011

其中，k表示省份；t表示時間；Ykt是一個包含3個變量的向量{lnCO2kt，lnEIkt，lnAAkt}，lnCO2表示CO2排放量的對數(shù)，lnEI表示環(huán)境規(guī)制強度的對數(shù)，lnAA表示造林面積的對數(shù)；A和B分別表示3×3維的系數(shù)矩陣；α表示個體效應(yīng)；β表示時間效應(yīng)；ε表示服從正態(tài)分布的隨機擾動項。

3. 單位根檢驗和面板矩估計。在運用面板向量自回歸模型之前，為了避免出現(xiàn)偽回歸現(xiàn)象，首先對面板數(shù)據(jù)進行平穩(wěn)性檢驗，即單位根檢驗。然而單一的檢驗方法可能會使檢驗結(jié)果出現(xiàn)偏差，本文選取4種檢驗方法，即LLC檢驗、IPS檢驗、ADF-Fisher檢驗和PP-Fisher檢驗，檢驗結(jié)果見表1。從表1可以看出，除了lnCO2變量的IPS檢驗結(jié)果沒有通過檢驗之外，其他變量的水平值均在10%的顯著性水平拒絕“存在單位根”的原假設(shè)，即變量的水平值是平穩(wěn)的，因此本文所選取的數(shù)據(jù)具有平穩(wěn)性，可以進行面板向量自回歸分析。

由于本文所建立的模型中包含固定效應(yīng)，且存在因變量的滯后變量，固定效應(yīng)與因變量的這種關(guān)系會對面板矩系數(shù)估計結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定的影響，為了消除該影響，本文采用一階向前差分法消除個體效應(yīng)，即進行Helmert變換。之后對面板數(shù)據(jù)進行矩估計，具體結(jié)果見表2。從表2可以看出，在環(huán)境規(guī)制和造林活動滯后一期，環(huán)境規(guī)制對CO2的排放量呈現(xiàn)正向影響，而造林活動具有負(fù)向影響，但是效果不顯著，在滯后二期及三期，環(huán)境規(guī)制和造林活動均對CO2排放量產(chǎn)生負(fù)向影響作用，說明在長期內(nèi)兩者能夠起到一定的減排作用。

4. 脈沖響應(yīng)分析。為了進一步分析CO2排放量、環(huán)境規(guī)制和造林活動之間的關(guān)系，本文采用系統(tǒng)方程的脈沖響應(yīng)函數(shù)來研究每個變量的沖擊對其他變量所產(chǎn)生的影響。圖3刻畫出三個變量之間的動態(tài)交互關(guān)系及其效應(yīng)，其中中間曲線表示脈沖響應(yīng)函數(shù)曲線，外側(cè)兩條曲線表示兩倍標(biāo)準(zhǔn)差的置信區(qū)間，橫軸表示追溯期數(shù)，縱軸表示因變量對各變量的響應(yīng)程度。

環(huán)境規(guī)制一個正交化新息的沖擊在前期對CO2排放量的影響為正，但之后一段時間內(nèi)作用逐步下降，并開始變?yōu)樨?fù)向影響，這說明環(huán)境規(guī)制對CO2的減排具有明顯的促進作用。前期影響為正主要是由于環(huán)境污染治理投資本身的特點所產(chǎn)生的，我國的環(huán)境污染治理投資主要包括城市環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資、工業(yè)污染源治理投資和建設(shè)項目“三同時”環(huán)保投資三個部分，并且以城市環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資所占的比重最大，資金主要在基礎(chǔ)建設(shè)過程中得以利用，而建設(shè)過程中本身會造成大量的CO2排放，因此導(dǎo)致前期對CO2排放量的影響產(chǎn)生正向作用，但隨著時間的推移，環(huán)境規(guī)制所產(chǎn)生的減排效果開始顯現(xiàn)。從長期來看，環(huán)境規(guī)制對CO2排放量產(chǎn)生先上升、后下降的影響，并在今后一段時間內(nèi)起到持續(xù)的減排作用。

造林活動對CO2排放量的影響在前期接近于零，但是之后一段時間內(nèi)效果逐步顯現(xiàn)，能夠有效地實現(xiàn)CO2減排。與以環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為主的環(huán)境規(guī)制措施相比，造林活動在前期對CO2排放量的影響微乎其微，究其原因，主要是由于造林活動本身的特點所決定的。通過造林活動來實現(xiàn)CO2的減排，主要是立足于植物的生長過程，而森林的生長本身具有生長周期長的特性，且在生長過程中易受森林病蟲害、森林火災(zāi)等干擾性因子和氣象變化、氮沉降等非干擾性因子的影響，因此對CO2排放量影響所產(chǎn)生的滯后時期較長。造林活動對自身沖擊的影響與環(huán)境規(guī)制對自身的沖擊類似，即在整個追溯時期內(nèi)影響程度逐步下降，由正變負(fù)。將造林活動對CO2排放量沖擊的影響和對自身的沖擊影響聯(lián)合來看，伴隨著造林活動對自身沖擊的逐步減弱，其對CO2的減排仍具有較強的積極作用。

CO2排放量一個正交化新息的沖擊對環(huán)境規(guī)制作用的影響在前期較高，之后逐步下降，在一段時期內(nèi)變?yōu)樨?fù)值之后開始回升，之后保持較為平穩(wěn)的正向作用。面對較高的CO2排放總量，需要較高強度的環(huán)境規(guī)制，即需要投入大量的資金來改善整個環(huán)境狀況，然而CO2減排問題不可能僅僅依賴于經(jīng)濟資源的無限制投入，因此在前期會使得環(huán)境污染治理投資逐步減弱。隨著CO2排放量的不斷增加以及前期污染治理投資減排效果的逐步增強，環(huán)境規(guī)制強度始終保持在一個平穩(wěn)的水平。CO2排放量的一個正交化新息的沖擊對造林活動在前期產(chǎn)生負(fù)向影響，但是一直處于上升趨勢，最后由負(fù)變正。面對較高的CO2排放量，造林活動在短期內(nèi)無法實現(xiàn)有效減排，其取得的減排效益在長期內(nèi)才可以得到體現(xiàn)，因此在短期內(nèi)影響為負(fù)。同時，實現(xiàn)CO2的減排只是造林活動的目的之一，除了實現(xiàn)生態(tài)效益之外，經(jīng)濟效益的獲取也是造林活動的主要目的，如增加農(nóng)民經(jīng)濟收入等，與以環(huán)境改善為主要目的的環(huán)境規(guī)制措施相比，其功能具有多元化，因此在面對較高的CO2排放量時，在短期內(nèi)無法通過造林活動來實現(xiàn)。

四、結(jié)論與啟示

研究發(fā)現(xiàn)，2003—2011年，我國各省份的CO2排放量呈現(xiàn)明顯上升的趨勢，平均排放量以均值10.7%的速度遞增，各省份面臨的減排壓力越來越大。此外，隨著時間的改變，各省份CO2排放量之間的差距逐步拉大。從排放區(qū)域來看，經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)和資源豐富地區(qū)的CO2排放量較高，而西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)的排放量較小。環(huán)境規(guī)制對各省CO2排放量的影響呈現(xiàn)先增后減的趨勢，即在進行環(huán)境污染治理投資之初，由于受到建設(shè)工程本身的影響使得CO2排放量有所增高，之后環(huán)境規(guī)制所產(chǎn)生的減排效應(yīng)開始得以顯現(xiàn)，并在長期內(nèi)保持減排作用。造林活動由于受到森林生長等自然規(guī)律的限制而使得前期減排效果不明顯，之后開始發(fā)揮森林本身的碳匯功能。

針對上述研究結(jié)論，我們認(rèn)為各地區(qū)可以根據(jù)環(huán)境規(guī)制和造林活動減排影響過程的不同，在當(dāng)前已有的國家減排政策的基礎(chǔ)上制定不同的減排方案。由于西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)在資金等經(jīng)濟資源方面匱乏，同時自身的CO2排放量相對較小，因此可以借助于土地資源方面的優(yōu)勢，充分發(fā)揮森林的碳匯功能，建立起以造林為主的減排方案。東部地區(qū)的CO2排放量相對較高，面臨的減排壓力較大，但在資金和技術(shù)方面具有一定的優(yōu)勢，對于這部分區(qū)域，單一的減排方式可能無法達(dá)到減排目標(biāo)，因此可以充分發(fā)揮環(huán)境規(guī)制和造林活動的共同作用，以此實現(xiàn)CO2的減排。

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責(zé)任編輯、校對：張 然

Research on Dynamic Evolution Analysis of CO2 Emissions of Provinces in China

——Concurrently Discuss the Relationship with Environmental Regulation and Afforestation Activity

Zang Liangzhen， Zhang Caihong， Zhang Lan

（School of Economics and Management， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）

Abstract： Based on the estimation of CO2 emissions of 30 provinces from 2003 to 2011 in China， this paper analyzed the change trend of CO2 emissions with the kernel density estimation method. Meanwhile， the relationship of CO2 emissions， environmental regulation and afforestation activity was also analyzed by using the panel vector autoregression and impulse response method. The results showed that the CO2 emissions of 30 provinces increased by 10.7% year by year from 2003 to 2011； the gap was widening in different provinces； the impact of environmental regulation on CO2 emission presented a trend from increase to decrease； the impact of afforestation activity on CO2 emissions was not obvious but had a long-term effect.

Key words： CO2 emissions； Kernel density estimation； Panel VAR； Impulse response