基于突變級數法的區域低碳經濟水平及協調性評價
——以陜西省為例

位賀杰，張艷芳，朱 妮，栗新巧

（陜西師范大學 旅游與環境學院，陜西 西安710119）

低碳經濟是指碳生產力和人文發展均達到一定水平的一種經濟形態，具有低能耗、低污染、低排放和環境友好的突出特點，旨在實現控制溫室氣體排放和發展社會經濟的全球共同愿景［1］。

國外學者對低碳經濟發展路徑［2－4］、低碳經濟政策與方 案［5－7］、低 碳 經 濟 技 術 與 能 源［8－10］等 方 面 的 評價居多，較為重視實踐性和領域性研究。國內學者主要采用構建指標體系進行綜合評價，評價方法多采用層次分析法、DEA 法、因子分析法等［11－15］，對低碳經濟跨時段評價較少，協調性研究鮮有涉及，研究尺度以宏觀 尺 度 居 多［11－13，16－19］。 突 變 級 數 法 在 解 決 跨 時間尺度問題，多指標集成問題方面具有較強適用性，且該評價方法較為客觀，在低碳研究領域中得到重視［19－20］。

陜西省是能源生產與消耗大省，2011年能源消費總量超過1.0×108t標準煤，純碳排放量達7.0×107t，人均碳排量遠超全國平均水平，2003—2011年，陜西省能源消費年增長速度超過10%，且能源消費結構以煤為主，能源結構相對單一，煤炭消費量所占比重在70%以上；與高碳消費相對應，陜西省3次產業結構中，第二產業比重達約60%，二產業中重工業比重高達80%，高于全國平均水平約14%，該省年耗標煤5.0×107t以上的565家企業實現的總產值占規模以上工業企業的74.5%，而消耗的能源所占比重則高達97.8%；另一方面，陜西省的經濟增長仍沿襲傳統的粗放式發展方式，對資源的粗放利用導致陜西省的經濟增長仍然屬于資源密集型，萬元GDP能耗高于全國平均水平，為陜西省低碳經濟發展設置了障礙，同時也提供了契機。

2010年陜西省又被發改委認定為低碳經濟試點省，加之能源大省壓力，其發展低碳經濟的任務任重道遠，亟需加強該地區的低碳經濟水平評價及低碳經濟發展協調性方面的研究工作。本研究采用突變級數模型，輔以熵值法，構建低碳經濟指標體系定量評價陜西省2003—2011年的低碳經濟發展水平；借助協調模型測算陜西省9a低碳經濟協調性，評價該省低碳經濟協調水平。

1 研究方法與模型構建

1.1 突變級數法

突變級數法的理論基礎是突變理論（catastrophe theory），該理論主要依據勢函數將臨界點分類，它處理不連續性特征時并不涉及任何特殊的內在機制，這使它特別適用于研究內部機理未知的系統，勢函數中的狀態變量反映了系統的行為狀態，而它的控制變量是影響狀態變量的因素，控制變量個數一般不超過4個，此時突變模型的勢函數、分叉集方程與歸一公式詳見表1。

表 1 突 變模型及其 公式［20－22］

利用突變級數法進行評價時，當某個上級指標（狀態變量x）包含4個或4個以下的下級指標（控制變量u）時，對各個控制變量按重要程度進行排序，然后根據對應的突變模型歸一公式，得出控制變量u的隸屬度函數值，后遵循“非互補性指標”大中取小和“互補性指標”取平均值的原則求狀態變量x的值。

因此，利用突變級數模型去評價低碳經濟這個復雜且難以精確模擬的系統是非常合理的，而且可以減少評價的主觀性，又不失科學性、合理性，且本研究為跨時段研究，突變級數法更為適用［20，23］。

1.2 指標體系構建與數據來源

目前學術界對于低碳經濟概念還沒有明確，但已有大量研究文獻表明，低碳經濟系統是一個涉及能源、碳排放、經濟、科技、環境、社會的復雜系統。基于此，參照已有文獻［1，11－19］，利用頻度分析法，并依據構建指標的系統性、層次性、可操作性、可比性等原則，舍棄一些年變化很小甚至不變的指標如人均森林面積、森林覆蓋率等，同時考慮陜西省的實際情況，如煤炭大省及正處于經濟轉型期等，最終構建的指標體系詳見表2。

數據主要采集自2004—2012年《陜西統計年鑒》和《中國環境統計年鑒》，對年鑒中前后年份不統一的數據，統一使用最新數據，GDP指標數據以及與GDP相關的指標數據，使用或計算時統一按2003年的不變價格進行了修正，碳排放及相關數據采用能源碳排放系數法［24］計算。

表2 陜西省低碳經濟評價指標體系

1.3 突變模型的構建

根據構建指標體系特征，對于系統層A，采用低碳系統重要 程 度 大 于 發 展 系 統 重 要 程 度［7，12－13］；對 于兩個系統要素層B和指標層C的排序，分別采用熵值法［25］計算權重進行排序，以克服排序的主觀性。在確定了各級指標的排列順序后，參照以上構建的指標體系，最終提出指標逐級集成的突變模型如圖1所示。

圖1 陜西省低碳經濟評價遞級突變模型

1.4 協調模型的構建

協調度是指系統之間或系統要素之間在發展過程中彼此和諧一致的程度，體現系統由無序走向有序的趨勢［26］。在以上構建指標體系中的系統層，低碳系統與發展系統存在密切聯系，二者協調度計算公式［27］為：

式中：FA1——低碳系統水平；FA2——發展系統水平；C——協調度，C∈（0，0.3），兩系統處于低水平協調期；C∈（0.3，0.5），兩系統處于拮抗期；C∈（0.5，0.8），兩系統處于基本協調期；C∈（0.8，1），兩系統處于非常協調期［28］。

只計算協調度無法體現低碳經濟綜合水平的提升，為此又引入耦合協調度公式：

式中：D——耦合協調度；C——協調度；FA——低碳經濟綜合水平。

2 結果與分析

2.1 指標計算及等級劃分

依據突變模型中的歸一公式對以上熵值法計算權重時得到的標準數據進行計算，其中要素層B1，B2，B3，B4，B5的取值遵循“取平均值”的原則，系統層A1，A2和目標層A的取值遵循“大中取小”原則，最終得2003—2011年陜西省低碳經濟發展評價的各項得分（圖2—4）。依據公式（1）—（2），利用以上相關數據計算9a低碳系統與發展系統協調度C和耦合協調度D（圖5）。

圖2 低碳系統要素層評價

圖3 陜西省低碳經濟發展綜合評價

由于突變級數法歸一公式所具有的特點，計算出的最終評價指一般均較高，值之間的差距也較小，導致很難判斷評價對象的優劣，因此需要制定適合突變級數法的等級標準，而不是用常規的等級標準去判定評價值［5］。為此，設計評價指標標準為：常規狀態下，將評價標準劃分為差（0～0.25），一般（0.25～0.5），良好（0.5～0.75），優秀（0.75～1），并依據底層指標的隸屬值（0，0.25，0.5，0.75，1），按以上構建的突變模型計算，求出相應上層指標值，最終得到突變級數法的相對評價等級標準（表3）。

表3 陜西省低碳經濟評價相對等級標準

2.2 結果分析

2.2.1 低碳系統水平 低碳系統要素中，結構效率水平和生態環保水平提升較快，其變化特征與低碳經濟綜合水平基本一致，產出消費水平則呈現波動狀態（圖2—3）。（1）低碳經濟的實質是能源利用效率的提高和清潔能源結構的創建［1］，所以低碳經濟水平提升與二者息息相關，2003—2011年，陜西省能源加工轉化效率和清潔能源占能源消費比重都有所增加，年平均增長率分別為2.93%和13.45%，直接促進了結構效率水平和低碳綜合水平的提升，但是煤占能源消費比重這一指標波動較為明顯，9a內在69%～77%之間波動，對低碳經濟水平提升的效果尚未發揮，其原因主要是陜西為產煤大省，對煤炭資源的依賴導致傳統以煤為主的能源消耗模式難以從根本上改變，這是影響陜西省發展低碳經濟的癥結問題，但也預示了陜西低碳的巨大發展空間。（2）從2004年起生態環保水平持續增長，相對水平也由“差（Ⅳ）”變為“優秀（Ⅰ）”。生態環保要素中人均公園綠地面積、城市垃圾無害化處理率9a內的年平均增長率分別為11.31%和11.12%，單位二氧化硫產值9a內增加了1.5倍（去除價格因素影響），反映了陜西省在生態環保方面的成果較為突出，一方面是科技進步帶來的正效應，另一方面與生態工程和政府實施條例有關，2003年陜西啟動“大綠工程”，“十一五”期間政府出臺了《陜西省應對氣候變化方案》、《陜西省秦嶺生態環境保護條例》等，有效提高了公眾的生態與低碳意識。（3）產出消費水平呈現波動狀態，相對水平由2003年的“良好”，降為2004和2005年的“差”，2006年以后逐漸得到恢復。分析原因可能是前期能源消費處于加速增長階段，而此時技術進步推動單位能源產出和單位碳排放產出增長正效應較弱，導致產出消費水平降低，而2006年以后能源消費速度減緩，加之科技技術正效應逐漸凸顯，因此產出消費水平逐漸恢復，實際在2006年底，《陜西省節約能源條例》正式實施，整個省內廣泛開展節能減碳行動，也取得了明顯的成效。

2.2.2 發展系統水平 發展系統要素中，經濟發展水平在波動中提高較快，社會發展水平呈現不穩定狀態（圖4）。2003—2007年，陜西經濟發展水平和社會發展水平整體上有所提高，但是波動比較劇烈，主要原因是一方面“量”型指標，如GDP、人均GDP、城市化率等增長較快，連續5a不斷增長，推動整體水平提升，另一方面“構”型指標，如二產比重、三產比重、恩格爾系數等變動呈現不穩定狀態，致使各年水平波動比較劇烈；2008年以后發展系統的變動趨勢主要受全球金融危機的影響，陜西省地處內陸經濟發展受金融危機影響較小，但是經濟發展水平增長速度放緩，而社會發展受金融危機沖擊較大，2008年城鎮的登記失業率為3.91%，比2005年增長5.7%，整個省內失業率走高，就業壓力增大，社會發展水平低迷，直到2010年才逐漸得到恢復。

圖4 發展系統要素層評價

2.2.3 綜合水平 陜西省各年低碳經濟發展相對狀況：2003—2006年處于“差”級別，2007年處于“一般”級別，2008—2011年處于“良好”級別（圖3）。在這9a中，2010年低碳經濟發展水平績效最好，接下來是2011，2008，2009，2007，2006，2005和2003年，2004年最差，這是低碳系統和發展系統互相作用的結果。2003—2006年陜西低碳經濟發展處于起步階段，受以前高碳、粗放經濟發展模式的累計影響，整體發展水平表現為較差狀況，此階段內2004年為水平值拐點，根據突變模型內在原理，這是受2003年國內非典疫情滯后效應影響，此后低碳經濟水平持續增長。這一階段，陜西省低碳經濟發展以企業率先發展低碳技術為主要特色，榆林天然氣化工公司從2003年開始相繼建成3套二氧化碳回收裝置，成果突出，興化集團、渭河煤化公司等相繼引進。2007年陜西低碳經濟水平提升一層次，達到“一般”級別，在全國低碳經濟分類中處于相對低碳區［13］，是其積極探索實踐低碳經濟的成效。2008—2011年省內低碳氛圍初步形成，社會各界積極參與低碳建設活動，各種以低碳為主題的學術交流會、報告會接連不斷。2010年8月，發改委將陜西省列為低碳試點省，低碳環保發展成為陜西經濟工作的基本原則和價值取向。2011年，《陜西省低碳試點工作實施方案》上報發改委，方案中陜西省提出“十二五”和“十三五”低碳發展目標，并明確低碳發展的路線圖。這些措施使陜西省低碳經濟的發展漸入軌道，其優勢與成果凸顯出來，此階段陜西省低碳經濟水平處于“良好”級別。

2.2.4 協調水平 由協調度計算值可以看出，研究期內陜西省低碳系統與發展系統處于拮抗期，而耦合協調度的變化特征與低碳經濟綜合水平變化一致（圖3，圖5）。

圖5 陜西省低碳經濟發展協調性評價

2003—2011年，低碳系統與發展系統的協調度值在0.48與0.50之間變化，表明兩系統處于拮抗期，意味著陜西省發展社會經濟的同時，又要考慮減排，兩大系統相互博弈。2003—2006年協調度均值為0.494 5，而2007—2010年其值為0.499 9，依據協調度值的變化趨勢，可以預估“十二五”期間其值有望突破0.5，兩大系統會進入基本協調期。利用SPSS 19.0軟件對耦合協調度和低碳經濟綜合水平進行相關性分析，二者相關系數為0.999 1，在0.01置信水平下相關性顯著，證明協調好低碳系統與發展系統關系，做好對二者的投資工作，對陜西省低碳經濟綜合水平提升意義重大。

3 結論

（1）陜西省低碳經濟水平綜合得分趨勢線的拐點出現在2004年，即2004年綜合得分最低，是以前采取高碳、粗放發展模式的累計結果，而后水平有所提升并持續增長，是積極實踐低碳發展模式的成果；陜西省低碳經濟發展進程中，生態和環保是進步明顯和優勢的要素，產業結構和能源結構變動不穩定，技術對低碳經濟的正效應逐漸凸顯出來；研究期內陜西省低碳經濟發展處于拮抗期，“十二五”期間，低碳系統和發展系統有望進入基本協調期，進而給低碳經濟發展帶來強大動力。

（2）低碳系統和發展系統的協調性直接影響低碳經濟的發展質量，相比傳統的系統評價模型追求均衡發展，采用突變級數模型使得兩系統發展過程中的變化更加明顯、更加直觀，更容易被發現。同時僅對陜西省低碳系統和發展系統的水平以及協調性進行評價是不夠的，還需要對不同區域進行研究，檢驗研究結果的普遍性。只有通過更深更廣的研究，才能使所得結果更加準確，從而更好地為我國低碳經濟發展所用。

（3）研究發現目前陜西低碳經濟水平處于“良好”等級，但是本研究為相對低碳評價，即相對于2003—2010年，2011年低碳經濟水平“良好”，但并不意味著陜西省低碳經濟已處于絕對的“良好”，陜西省應進一步努力，在已取得成績基礎上，按照低碳轉型路線圖，積極調整經濟結構、開展省內試點、發展低碳技術，爭取“十二五”期間低碳經濟再上一臺階。

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