中國省域能源—經濟—環境系統協調性實證研究

陳黎明+王穎+田建芳

摘 要：3E系統協調是系統內和系統間同時達到協調的一種均衡狀態。結合系統內協調和系統間協調，建立3E系統協調性綜合評價模型，對中國30個省份（西藏除外）3E系統協調性進行綜合評價實證研究。總體來看，各省份3E系統均處在勉強協調狀態以上，個別省份達到優質協調狀態。2002～2012年，各省份協調程度整體呈現上升態勢，同時各省份之間橫向差異較大，各地區面臨不同程度的經濟結構轉型和提高發展效率壓力。

關鍵詞： 3E系統;協調性;灰色關聯分析;典型相關分析

中圖分類號：F22 ? 文獻標識碼： A ? ?文章編號：1003-7217（2015）01-0105-06

一、文獻述評

自加入WTO以來，中國經濟步入新一輪快速增長期，2002～2013年GDP年均增長率達到10.2%;占世界經濟的比重由2000年的3.7%上升至2012年的11%。然而，在中國經濟獲得高速發展，規模日益擴大的同時，能源、經濟和環境（Energy，Economy&Environment，簡稱3E）協調發展問題已成為實現可持續發展所面臨的重要問題。3E系統協調性綜合評價，對了解3E系統發展狀態，促進能源、經濟和環境系統協調穩定發展，具有十分重要的意義。

國內外相關文獻對3E系統協調性的研究重點集中在經濟增長、能源消費與環境保護兩兩之間的因果關系上。Nick D. Hanley，Peter G. McGregor，J. Kim Swales et.al（2006）以英國為例建立一般均衡模型，研究能源效率對環境的影響。結果表明：一刀切的能源刺激政策，會刺激能源的生產和消費，從而導致環境的惡化^[1]。魏巍賢（2009）將環境系統的反饋作用引入了一般均衡模型，分析當稅收和經濟結構發生變化時，環境系統的反饋作用對整個宏觀經濟系統產生的影響^[2]。寧澤逵（2010）在比較分析中國GDP和能源消費統計數據的基礎上發現：中國GDP和能源消費存在協整關系，且從經濟增長到能源消費是一種單向的因果關系，而能源消費并不是經濟增長的強外生變量^[3]。對3E系統之間關系的研究，Oliveira，Henggeler Antuners（2004）考慮了能源、經濟、環境等一系列因素，建立一個基于I-O系統的多目標線性規劃模型^[4]。隨后又將研究投入產出分析的區間系數多目標線性規劃模型發展到研究3E之間的相互作用上，結果顯示：經濟增長、社會福利和環境之間存在強烈的對立性^[5]。崔和瑞和王娣（2010）建立了向量自回歸（VAR）模型，對3E系統的動態關系進行了實證分析^[6]。陳黎明和鄧玲玲（2012）在典型相關分析的基礎上建立3E系統協調度評價模型，并利用其對中國29個省份的3E系統協調度進行了綜合評價^[7]。

以往文獻對3E系統協調性的研究，只考慮了各個子系統之間的關系，而3E系統的協調性以及協調性的省域差異并沒有得到深入的研究。本文充分考慮了子系統內部各因素之間以及子系統相互之間的交互效應，將協調性劃分為3E系統內協調性（即各子系統內部的協調）和3E系統間協調性（即各子系統與其他子系統間的協調），從3E系統整體的角度，對系統內協調性和系統間協調性的信息進行整合，建立3E系統協調性綜合評價模型。

二、3E系統協調性評價指標體系構建

（一）3E系統協調性評價的理論基礎

已有研究突出了3E系統中某兩個子系統之間或三個子系統之間的動態關系，但3E系統是一個復雜系統，其構成是分層次的，3E系統協調不僅包括能源、經濟和環境三者之間的協調，而且包括能源、經濟和環境三個子系統內部的協調，即3E系統的協調性包括系統內的協調性和系統間的協調性。

系統內協調性是指能源、經濟和環境分別單獨作為一個復雜系統，其發展需要保持內部協調。能源系統的內部協調是指能源在總量的產銷存過程中保持動態的平衡協調，在結構和效益上保持合理發展。而能源總量的產銷存保持動態的內部協調主要依賴于能源的生產和消費。經濟系統的內部協調是指經濟系統在生產過程中既要求總量與結構相互協調，也要求經濟增長的數量與質量相互協調。通過對經濟系統總量與結構進行調整，以促進經濟增長數量與效益的相互協調。環境系統的內部協調是指環境系統的運行應以人居為最終目標，保持環境的不斷優化，即由已有的環境狀態，通過環境污染和環境治理相互排斥的行為過程，逐步使已有狀態過渡到優化后的最佳人居環境狀態。系統內部協調性可以利用系統內部各評價序列指標與理想狀態指標的相似程度來反映，當系統實際狀態越接近于理想狀態，即系統指標實際狀態序列與理想狀態序列越相似，系統內部的協調程度就越高，系統發展越協調。

財經理論與實踐（雙月刊）2015年第1期2015年第1期（總第193期）陳黎明，王 穎等：中國省域能源-經濟-環境系統協調性實證研究

系統間協調性是指3E系統中，各子系統與其他子系統之間的協調程度。系統間的協調性是通過各子系統與其他子系統之間的相互作用實現的，當其他子系統對該子系統作用力較大時，說明兩個系統之間相互協調。其他子系統對該子系統共同作用力的大小，反映該子系統與其他子系統之間協調程度的高低。例如考察3E系統中經濟子系統的系統間協調性，就是將能源和環境兩個子系統對經濟子系統的作用程度匯總，在統計上體現為能源子系統和環境子系統對經濟子系統的貢獻度。

（二）3E系統協調性評價指標體系

根據對3E系統內協調性和系統間協調性的界定，并結合3E系統各子系統的特征，設計出一套由3個子系統構成，且每個子系統包含4個要素、10個指標（共30個指標）的3E系統協調性綜合評價指標體系，具體如表1所示①。

三、3E系統協調性評價模型構建

（一）3E系統協調性評價思路、模型與標準

3E系統協調性綜合評價的目標是各省域3E系統的協調程度，基本思路如下：3E系統的綜合協調度由3個子系統協調度的幾何平均數求得，各個子系統綜合協調度由系統內協調度和系統間協調度平均求得。各個子系統的系統內協調度通過關聯分析，對比滿意值求得;系統間協調度由其他子系統對該子系統共同的作用力大小，即貢獻度加權求得。

綜上，計算3E系統綜合協調度的基本模型為：

C=（C1×C2×C3）1/3（1）

式（1）中，C為3E系統綜合協調度，C1、C2和C3分別表示能源、經濟和環境子系統的綜合協調度，它們分別由系統內協調度和系統間協調度加權求得，計算式如式（2）所示②。

C1=0.5×γ1+0.5×β1

C2=0.5×γ2+0.5×β2

C3=0.5×γ3+0.5×β3 （2）

式（2）中，γ1、γ2和γ3分別表示能源、經濟和環境子系統的系統內協調度，β1、β2和β3分別表示能源、經濟和環境子系統的系統間協調度。從經濟意義上看，在3E系統協調發展中，系統內協調和系統間協調同等重要，結合實驗結論，給系統內協調度和系統間協調度賦予相等的權數P=0.5。

3E系統協調度C的取值在0-1之間（1為最佳協調狀態），C越高說明協調程度越高。參照相關文獻對協調程度等級的劃分以及本文對中國30個省份（西藏除外）協調性實證測評的結果，將3E系統協調程度劃分為四個等級，如表2所示。

式（3）中，X0（k）為評價指標體系中對應第k個指標的理想解。為區別指標體系中指標性質的差異，本文對所有正指標選擇最大值，逆指標選擇最小值，適度指標選擇平均值，以最大值、最小值和平均值的組合作為理想解。X1（k）為評價指標體系第k個指標的觀測值。min minX0（k）-X1（k）為兩級最小差;max maxX0（k）-X1（k）為兩級最大差;ρ為分辨系數，ρ∈[0，1]，本文取0.5。

對3E系統間協調性的評價，文章采用典型相關分析法，測算子系統之間的匹配程度，用典型相關中的貢獻度來分析。如經濟子系統間協調性通過經濟與環境、經濟與能源的典型相關程度加權求得，而其中的典型相關程度表現為環境和能源二者對經濟的貢獻度。具體計算式如式（4）所示。

β1=0.5×J+0.5×M

β2=0.5×P+0.5×K

β3=0.5×N+0.5×Q（4）

式（4）中，J和M分別為能源和環境對經濟子系統的貢獻度;P和K分別為經濟和環境對能源子系統的貢獻度;N和Q分別為經濟和能源對環境子系統的貢獻度。而貢獻度的求得，是依賴系統間相互的典型相關狀態，以經濟—能源二元系統中J、K為例，計算式如式（5）所示。

J=（λ1J1+λ2J2）/∑2i=1λi

K=（λ1K1+λ2K2）/∑2i=1λi（5）

式（5）中，J1、J2表示提取出的與經濟子系統相對應的典型相關變量，K1、K2表示提取出的與能源子系統相對應的典型相關變量，λ1是衡量變量對J1、K1重要程度的有效特征值，λ2是衡量變量對J2、K2重要程度的有效特征值。同理可得M、N和P、Q。

四、省域3E系統協調性實證分析

（一）數據來源與預處理

本文的研究對象是中國30個省份（西藏除外），選取30個省份2002～2012年的年度數據作為分析樣本。數據主要來源于《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》、《中國工業經濟統計年鑒》和《中國貿易外經統計年鑒》。對于個別不可得數據，采用三次樣條插值法等方法對缺失年份數據進行推算。

在綜合評價中，由于各指標計量單位和屬性不一致，往往存在不可公度性，使得各指標不能直接用于計算和比較，因此，本文采用極差化方法對指標數據進行處理。對于正指標，令x′=x-xminxmax-xmin;對于逆指標，令 x′=xmax-xxmax-xmin;對于適度指標，令 x′=11+x-M，其中xmax、xmin分別表示指標的最大值、最小值，M表示指標的平均值。

極差化方法能夠將數據轉換為0～1之間，消除了量綱的影響，為協調性的評價創造了基礎。但是，極差化方法在數據的處理中，存在兩大明顯缺陷。第一，極差化方法在對變量進行處理的過程中，僅考慮變量的最大值與最小值，倘若有極端值存在，則會對變量的權重產生影響^[8]。第二，極差化方法能夠保留變量的動態增量信息（橫向信息），卻沒有反映變量間的差異信息（縱向信息）[9，10]，這就意味著，在用極差法對30個省份數據進行處理時，各省份之間的水平差異被人為縮小了。鑒于上述兩大缺陷，本文對無量綱化處理后的數據進行了相應調整。首先，采用3倍標準差法對處理后的各指標數據進行極端值檢驗。由于本文選取的是各省份的時間序列數據，各指標值具有一定的連貫性與延續性，因此有極端值存在的情況較少。經檢驗，除了失業率（天津）、能源消費彈性系數（福建）和單位GDP工業廢氣排放量（寧夏）這三個指標，其他指標值均在3倍標準差以內。對于上述三個指標，本文使用其3倍標準差臨界值替代其極端值進行調整。另外，為了使各省份之間發展水平的差異能夠在數據上有所體現，本文擬在無量綱化處理后，將各省份指標分別乘以一個調整系數δ。令ij表示第i個省份第j個指標的平均值，j表示所有省份第j個指標的平均值，對于正指標和適度指標，無量綱化處理后的數據趨勢與原始數據趨勢相同，取δ=ij/j，對于逆指標，由于經過正向化處理，處理后數據趨勢與原始數據趨勢相反，故取δ=1/（ij/j）。

（二）實證分析

根據前文所構建的3E系統協調性綜合評價模型，對中國大陸30個省份（西藏除外）2002～2012年3E系統協調性進行實證測評（結果見表3）。總體來看，各省份3E系統協調度得分整體呈上升趨勢，略有波動，發展態勢良好。各省份2002～2012年協調度得分在0.5～0.85之間，根據表2所示3E系統協調程度等級劃分標準，均處在勉強協調狀態以上，大部分省份處于良好協調狀態，僅個別省份部分年份達到了優質協調狀態。分別來看，廣東、北京得分一直處于領先地位，保持較高的水平（廣東2009～2012年連續四年處于優質協調狀態）;青海前期得分較高，2002～2003年均處于良好協調狀態，但近兩年得分略顯疲軟;陜西、重慶得分較低，2002～2007年連續六年處在勉強協調狀態，落后于其他省份。

根據表3所示3E系統協調程度等級劃分標準，位于第一檔的省份，3E系統協調狀況均處于良好協調狀態以上，個別年份甚至達到了優質協調狀態;位于第二檔的省份，大部分處于良好協調狀態，只有少數省份的個別年份處于勉強協調狀態;位于第三檔的省份，大部分年份僅為勉強協調狀態，協調程度較低。

具體而言，第一檔包括廣東、北京、青海和寧夏4個省份。廣東和北京處于我國東部地區，青海和寧夏處于西部地區，它們的3E系統協調狀況領先于其他省份，3E系統的發展各有特點。（1）廣東是我國首批實行改革開放政策的省份之一，經濟發展水平較高，現已成為中國第一經濟大省。水土資源、海洋資源以及金屬資源豐富，風能、潮汐等可再生能源具有極大的開發潛力，3E系統總體協調程度處于全國領先水平。（2）北京政治地位的獨特性令其具備其他省份難以匹及的發展優勢，但作為常住人口超過2100萬的特大城市，能源、環境系統面臨著巨大的壓力，不堪重負。最近提出的 “去功能化”策略，即保留北京中心城區的首都核心功能，將部分城市功能進行疏散，有利于部分緩解能源、環境系統壓力。（3）青海、寧夏兩個省份，處于西部欠發達地區，卻躋身第一集團，這不禁讓人產生疑問，是否經濟的發展會導致協調狀況的倒退。觀察兩個省份子系統得分發現，經濟子系統的得分均較低，能源、環境子系統得分均較高。雖然這兩個省份經濟發展水平較低，但豐富的資源能源足以支撐其經濟的較快發展，且由于工業化進程落后于東部地區，環境系統尚未遭到嚴重破壞，從而3E系統協調狀況較好。

第二檔包括廣西、上海等21個省份，其中東部省份8個（上海、海南、山東、天津、江蘇、河北、浙江和福建），中部省份5個（江西、湖南、山西、河南和安徽），西部省份7個（廣西、貴州、內蒙古、云南、四川、新疆和甘肅），東北部省份1個（遼寧）。總體來看，上述省份3E系統的發展較為協調，個別的子系統能夠達到優質協調狀態，但是仍存在一定的問題。不同于傳統的綜合評價結果，第二檔包含的東、中、西部省份數量幾乎相等，東部地區省份得分并不占優，這說明了片面地追求經濟發展，忽視對能源和環境的保護，很可能會導致整個3E系統的失衡，無法達到高水平的協調狀態。對于上述各省的優勢及存在的問題，根據其所屬區域的特點，進行綜合分析。（1）對于上海等東部地區省份而言，均不同程度地面臨能源短缺的壓力，能源已不足以滿足經濟發展的需求，制約著社會經濟發展。早期粗放型經濟發展模式所帶來的環境問題也不容樂觀，2013年以來持續出現的大范圍霧霾等極端天氣，已經對生產生活造成了嚴重的影響，環境污染程度逼近臨界水平。（2）對于江西等中部地區省份而言，其經濟發展的總體水平與東部地區有較大的差距，經濟發展結構失衡，缺乏新的著力點與增長點，存在勞動力與其他生產要素外流的現象。各省份能源豐富，條件較好，便于開采，但受技術水平的制約，利用效率偏低，無法有效支撐經濟系統的持續發展。（3）對于廣西等西部地區省份而言，貧困仍是困擾人們最主要的問題。隨著東部地區經濟的快速發展，貧富差距進一步拉大，既不利于西部的發展，也不利于民族的團結和穩定。同時，“未富先荒”現象也十分嚴重，土地荒漠化、鹽堿化的治理遠遠落后于經濟社會發展的需要。

第三檔包括吉林、黑龍江、重慶、陜西和湖北5個省份。（1）吉林、黑龍江以及處于第二檔末位的遼寧同屬東北部地區，可以看出，東北部地區3E系統協調程度總體落后于其他地區。東北部地區工業基礎雄厚，但工業轉型發展較為遲緩，缺乏新的增長動力，經濟下行壓力較大。同時，隨著經濟的發展，對能源的需求也不斷增加，由原來的能源自給地區轉變為能源輸入地區。在環境方面，也面臨著森林資源銳減，草地退化、水污染嚴重等一系列問題。（2）重慶和陜西3E系統協調程度較低，落后于其他省份。重慶是我國西部唯一的直轄市，但其發展總體呈現西高東低的態勢，存在嚴重的不均質性。2007年以前，其協調度得分均處在0.6以下，3E系統僅處于勉強協調狀態，根據測算結果，在其3E系統中，經濟子系統得分相對偏低。如何發揮直轄市的政治優勢，打破區域發展的壁壘，走出一條適合自身發展的道路，對重慶3E系統的協調發展具有重要意義。陜西位于中部地區，是我國重要的老工業基地，能源儲量豐富，目前面臨著產業結構扭曲、發展效率偏低、缺乏高新產業技術支撐等一系列問題，水土流失、地表水污染、地勢塌陷等一系列生態問題所帶來的壓力也越來越大。

五、結 論

根據上述研究，可得到以下結論：

1.國省域3E系統協調性發展具有階段性特征。總體來看，各省份3E系統均處在勉強協調狀態以上，沒有省份處于失調狀態，個別省份達到了優質協調狀態。2002～2012年，各省份協調程度整體呈現上升態勢，尤其是2006年以后，大部分省份協調狀況出現明顯改善。

2.國省域3E系統協調發展狀況具有明顯的差異性。通過對中國省域3E系統協調性進行綜合評價看出，各省份之間橫向差異較大，廣東等省份達到了優質協調狀態，東北部與西部個別省份僅處于勉強協調狀態。然而，協調程度的高低與東、中、西和東北部的行政區域劃分并不完全一致，廣東、北京協調程度雖然處于領先地位，但總體而言東部地區并不占優，相反，西部地區的青海、寧夏卻躋身第一集團，3E系統協調狀況較好。

3.響省域3E系統協調發展狀況的原因具有差異性。對東部地區而言，能源和環境系統對經濟系統的發展產生了極大的制約，無法達到高水平的協調;對中部地區而言，經濟發展總體水平與東部地區有較大的差距，且能源使用效率偏低，無法有效支撐經濟系統的發展;對西部地區而言，豐富的資源由于受資金、技術和人才等因素的制約沒有得到有效利用;對東北部地區而言，傳統工業的衰退以及資源能源狀況的惡化，嚴重制約了該地區3E系統的發展。

注釋：

①

在構造綜合評價指標體系框架時，初選指標應盡可能全面。文章首先從理論角度對每個子系統從4個緯度分別選取了20個指標，共計60個指標，以能夠從各領域、各角度全面系統地反映3E系統的情況。考慮到指標間的多重共線性，遂采用極大不相關法則對指標進行篩選，使指標體系同時具有完備性和精簡性兩大特征，最后得到如表1所示指標體系。

②

本文計算子系統綜合協調度、子系統的系統間協調度時，通過實驗對各種加權方式進行對比，發現加權方式對結果不存在顯著性影響，結合經濟意義，在這兩處計算平均數的過程中，均采用簡單算術平均數計算。

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（責任編輯：鐘 瑤）

An Empirical Study on the Energy-EconomyEnvironment

Systems' Coordination of Chinese Provinces

CHEN Liming1，WANG Ying1，TIAN Jianfang2

（1.College of Finance and Statistics， Hunan University， Changsha 410079， China;

2. Department of Finance， Hunan First Normal University， Changsha 410205， China）

Abstract：The 3E system's coordination is an equilibrium state that both within the subsystems and between the subsystems achieve coordination. Combined both of these， this paper establishes a comprehensive evaluation model to evaluate the 3E system's coordination degree of China's 30 provinces （excluding Tibet）. Overall， 3E system's coordination degree of each province is above near coordination state， and individual provinces even achieve highquality coordination state. In 2002～2012， the coordination degree scores of each province are on the rise， but the horizontal differences among different provinces are still existed. All the provinces are facing the pressure of economic structure transformation and development efficiency improvement in different degrees.

Key words：3E system; Coordination degree; Grey relational analysis; Canonical correlation analysis