不同國家城市化中期階段與碳排放關系研究

摘要：

城市化中期是城市化率30%～70%的階段。文章通過比較世界主要發(fā)達國家與中國，發(fā)現(xiàn)城市化中期的年碳排放量與年人均碳排放量將繼續(xù)保持上升態(tài)勢。雖然各國的增長速度存在較大差異，但所有對象均不會在城市化中期出現(xiàn)碳排放的峰值，碳排放下降拐點的出現(xiàn)應在城市化后期。再通過格蘭杰因果檢驗，證明各國在碳排放總量與城市化之間未必存在因果關系，但人均碳排放與城市化之間基本存在因果關系。

關鍵詞：中期城市化；碳排放；格蘭杰因果檢驗

中圖分類號：F2911，F(xiàn)0622文獻標志碼：A文章編號：

10085831（2015）01004605

2009年9月，聯(lián)合國氣候變化框架公約第5次會議在丹麥哥本哈根召開，中國政府提出2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的減排目標。在中國快速城市化與工業(yè)化的背景下，這一目標的實現(xiàn)承載著巨大的壓力與挑戰(zhàn)。截至2011年底，中國城市化率已達到51.3%，城鎮(zhèn)人口6.9億，城市的“能源消耗”和“碳排放”達到全國總消耗和總排放的85%。

對于碳排放與城市化進程之間存在怎樣的作用機制，城市化發(fā)展到哪個階段會出現(xiàn)碳排放的峰值等問題，一直是氣候變化研究中的熱點問題。因此，本研究利用1800年以來的世界主要國家的城市化與碳排放數(shù)據(jù)，論證城市化中期階段與碳排放的聯(lián)系，為進一步的研究與決策提供借鑒。

一、文獻綜述

對于世界不同地區(qū)城市化與碳排放的關系，特別是人口、社會發(fā)展階段與能源結(jié)構在其中的作用，學者從不同角度進行了大量研究。Mishra運用1980-2005年太平洋島嶼國家的面板數(shù)據(jù)研究顯示，“在短期內(nèi)城市化是能源消費的格蘭杰原因”。Halicioglu使用1968-2005年土耳其的數(shù)據(jù)研究認為“長期中城市化、GDP和能源價格是能源消費的格蘭杰原因，但在短期中未通過格蘭杰因果檢驗”。Inma Martinez Zarzos則更為直接地討論了城市化與碳排放的關系，他利用人口預測模型，采用DietzRosa的計算公式，以1975-2005年不同收入水平國家的GDP、人口數(shù)量等為變量，發(fā)現(xiàn)城市化與碳排放的彈性系數(shù)在不同國家是不同的，發(fā)展中國家受到碳排放的沖擊更大，其彈性系數(shù)達到0.72，而發(fā)達國家則較小，甚至是負數(shù)。當城市化率較低時城市化率與排放量具有正相關性，當城市化率較高時表現(xiàn)為負相關性，且這個分界點在城市化率60%左右。而薛冰等則以1970-2007年112個國家的面板數(shù)據(jù)為對象，認為城市化率40%是人均碳排放實現(xiàn)快速增長的拐點。

作為新興經(jīng)濟體的中國，其碳排放與城市化的關系同樣引人關注，包括對中國不同地區(qū)在同一時間段內(nèi)二者的關系，以及同一城市在某一時間序列中二者的變化讓許多研究者感興趣。Shobhakar通過對1985-2006年的數(shù)據(jù)分析，歸納了中國城市化對碳排放的貢獻率。Zhang等則采用更長時間段，即1960-2007年的數(shù)據(jù)，利用VCR與ECM模型，證明中國的碳排放與固定資產(chǎn)投資、城市人口正相關，與GDP增長符合單向格蘭杰因果關系。Zhang等研究者在對不同時期中國30個省區(qū)的類似研究中，發(fā)現(xiàn)中國東西部地區(qū)由于發(fā)展階段的不同，其增長相同GDP的碳排放存在差異。對此，中國科學院將中國城市化進程中的碳排放基本劃分為4個階段：第一階段，碳排放強度不斷上升階段；第二階段，碳排放強度高峰到人均碳排放量高峰階段；第三階段，人均碳排放量高峰到碳排放總量高峰階段；第四階段，碳排放總量穩(wěn)定下降階段。

以上研究中，研究者多傾向于選擇同一時段內(nèi)的不同國家或地區(qū)來進行比較，但在這一時間段內(nèi)的國家與地區(qū)卻并不處于相同發(fā)展階段，所以造成諸多研究結(jié)果往往與EKC假說 EKC假設又稱環(huán)境庫茲涅茨曲線，該假說沒有給出明確的時間長度或者階段劃分的標準，而是反映在一個較長時間段內(nèi)，某些經(jīng)濟、社會要素經(jīng)歷不同階段的發(fā)展軌跡，對環(huán)境質(zhì)量的動態(tài)影響過程的總結(jié)，即在經(jīng)濟發(fā)展的最初階段，環(huán)境污染上升，當?shù)竭_一定拐點后，則隨之下降。的倒U形曲線相悖。對此，Chimeli認為更好的研究途徑是采用時間序列的方法，采用計量與定性分析的方式對各個國家或地區(qū)的歷史經(jīng)驗單獨檢驗，或?qū)ν话l(fā)展階段橫向比較，才會更接近于EKC的假設狀態(tài)。對此，本次研究選擇對中國等國家的相同城市化階段進行比較研究，在更長的時間尺度考察不同國家在加速城市化階段與碳排放之間的關系。

二、數(shù)據(jù)來源與分析

（一）數(shù)據(jù)來源

本研究利用美國橡樹嶺國家實驗室二氧化碳信息分析中心（Carbon Dioxide Information Analysis Center，CDIAC）提供的1850-2006年世界各國化石燃料CO2排放數(shù)據(jù)，并以聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）2006年提供的技術報告和方法指南，計算2006年以后的碳排放數(shù)據(jù)作為補充。城市化數(shù)據(jù)來源于聯(lián)合國經(jīng)濟與社會事務部（Department of Economic and Social Affairs，DESA），結(jié)合美國人口調(diào)查局與Populstat人口統(tǒng)計網(wǎng)，并對1900年前缺失的數(shù)據(jù)作拉格朗日插值處理得出。

（二）碳排放指標的選取

為分析中期城市化與碳排放的關系，主要選擇碳排放總量與人均碳排放量指標來衡量CO2的變化。碳排放總量是指某國或某一地區(qū)所有人為的二氧化碳排放源和碳匯。人均排放量是指一國人口（生產(chǎn)和消費）活動排放的二氧化碳總量除以該國人口。本文中碳排放相關數(shù)據(jù)均為單純的碳分子的數(shù)值，即等于二氧化碳重量的12/44。另外，未選擇排放強度指標（即單位GDP的碳排放量）的原因在于，相比于前兩個指標的絕對性，碳排放強度指標受到產(chǎn)業(yè)結(jié)構、匯率、一次能源品種構成等多方面的影響，不同國家之間有很大的不可比性，難以完全反映不同國家在經(jīng)濟效益與碳排放關系上的差異。

對于碳排放總量與強度指標的演變，一般認為其部分遵循庫茲涅茲的倒U形曲線的規(guī)律，即圖1中S1—S2—S3構成的三個階段，S1為人均碳排放強度高峰期，S2為碳排放總量高峰期，S3為二者同時下降期。對于中期城市化中碳排放的發(fā)展趨勢，是否會出現(xiàn)指標下降拐點，將在下文中分析。

圖1碳排放指標的階段劃分

（三）數(shù)據(jù)分析

1.各國中期城市化的時間跨度

由于各國的中期城市化經(jīng)歷的時間跨度與所處時代不同，需要對其時間起止點加以說明（表1）。從中可以發(fā)現(xiàn)，英、法、德等西歐國家的中期城市化均歷時百年以上，較完整地經(jīng)歷了第一次與第二次工業(yè)革命，是一個長期積累與發(fā)展的過程。美國的中期城市化與第二次工業(yè)革命時間上一致，而日本則與其戰(zhàn)后工商業(yè)的“黃金十年（1960-1970年）”基本同步，且耗時最短。中國的中期城市化尚在進行中，但通過比較可以發(fā)現(xiàn)，從城市化率30%到50%的耗時相對較短，英法德都在60年以上，美國40年，日本歷時最短為10年。

2.中期城市化階段的碳排放指標的變化

圖2給出了各國城市化中期階段的年碳排放總量與年人均碳排放量，從圖中可以看出以下特點。

城市化中期階段碳排放保持持續(xù)增長的態(tài)勢，未出現(xiàn)碳排放總量或人均碳排放量的下降拐點，即未達到上文所提到的倒U形曲線中的峰值。從年度碳排放總量看，西歐國家中英國增長18.79倍，法國增長22.36倍，德國增長72.74倍。但由于西歐三國的碳排放起點低，且城市化中期完整地經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命，所以其增長倍數(shù)較大，但絕對數(shù)量比美國小。美國城市化中期與二次工業(yè)革命緊密相連，年碳排放總量從0.54PgC增長到7.97PgC，雖然僅增長14.69倍，但其從1890年起一直保持年碳排放總量世界第一的位置，直到2007年被中國超過。人均碳排放則從1900年前后位居世界第一，直到現(xiàn)在。日本城市化中期歷時最短，碳排放總量增長9.87倍。中國碳排放總量在城市化率接近40%（2002年）時，增速明顯加快，在城市化率40%～50%階段，平均增速達到9.6%，但近年來增速有逐步放緩的趨勢。

對于碳排放峰值的出現(xiàn)，發(fā)達國家是在1980年后才出現(xiàn)人均碳排放的峰值，然后呈現(xiàn)出緩慢下降的態(tài)勢，接近1990年才出現(xiàn)碳排放總量的峰值。而在這兩個時間點，發(fā)達國家均已進入城市化后期。因此，在城市化中期階段，碳排放總量與人均碳排放量呈現(xiàn)出雙增長的態(tài)勢。

同時，各國的碳排放量明顯受到某時間段政治經(jīng)濟環(huán)境的影響。如圖2所示，英國、美國、德國、法國在

1915-1920年受第一次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)后衰退，1929-1932年時受大蕭條，德國、日本在1945-1948受第二次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)后衰退，中國在1998-2000年受亞洲金融危機等影響，碳排放指標都呈現(xiàn)出急劇下降的趨勢。但暫時性影響消退以后，碳排放量會恢復到正常水平。

對于城市化中期碳排放的增速變化，在排除異常時間段的情況下，英國與德國的年碳排放總量增長速率平穩(wěn)，保持在年1.17%的水平；法國在城市化率40%以前較慢，增長速率為年0.66%，后期（1946年以后）較快，為年2.6%；日本、美國、中國增長速率較快，日本為年6.6%，美國為9.04%，中國為9.54%。西歐國家增長速率較低與其城市化中期時間段較長有直接關系，而中、日、美三國的城市化中期歷時相比西歐國家較短，也使其增長速率能保持較高水平。

三、城市化與碳排放的格蘭杰因果關系分析

（一）方法選擇

由于時間序列數(shù)據(jù)往往都是非平穩(wěn)的，如果直接對非平穩(wěn)的時間序列數(shù)據(jù)進行回歸分析，會產(chǎn)生“偽回歸”問題。第一步需判斷序列的平穩(wěn)，常用的方法是進行單位根檢驗，來考察時間序列是否為單整序列。如果一個時間序列均值隨時間而變化，要么方差隨時間而變化或二者同時發(fā)生變化則稱之為非平穩(wěn)時間序列，如果序列為非平穩(wěn)時間序列，可通過差分的方式檢驗其是否為單整序列。

其次，進行協(xié)整性檢驗。如果變量之間存在協(xié)整關系，進行回歸，并保留殘差，同時對殘差進行單位根檢驗，如殘差是單整的則證明二者存在協(xié)整關系。協(xié)整檢驗把時間序列分析中短期動態(tài)模型與長期均衡模型的優(yōu)點結(jié)合起來，探求非平穩(wěn)經(jīng)濟變量間蘊含的長期均衡關系，避免了用差分后的序列進行建模時產(chǎn)生的長期調(diào)整信息丟失的問題。本文采用Engle-Granger兩步檢驗法。

最后，對于通過協(xié)整檢驗檢測變量的長期均衡關系中變量在波動中到底孰因孰果的問題，采用Granger因果關系檢驗，目的在于當兩個變量之間暫時存在先導和滯后關系時，是否能從統(tǒng)計上查明其因果關系。

（二）結(jié)果分析

在對6個國家城市化率、年碳排放量與年人均碳排放量取自然對數(shù)后，根據(jù)上述步驟，運用EVIEW5.0軟件，顯示結(jié)果如下。

第一，平穩(wěn)性檢驗。利用單位根（ADF）檢驗，在城市化中期階段，6個國家的城市化率與年碳排放量及年人均碳排放量都是I（1）序列，即均為一階單整序列，表明城市化水平與碳排放總量及年人均碳排放量，可能存在長期穩(wěn)定的比例關系，且可進行協(xié)整檢驗。

第二，協(xié)整檢驗結(jié)果顯示，從城市化中期的時間段看，6個國家碳排放及城市化之間均存在協(xié)整關系。

第三，格蘭杰因果檢驗結(jié)果見表2。從結(jié)果中可以看出，在城市化中期階段，沒有國家呈現(xiàn)出城市化與碳排放的雙向因果關系。在碳排放總量方面，法國、日本、中國表現(xiàn)為城市化是碳排放的影響因素，但后者不是前者的原因。英國存在碳排放總量對城市化的單向因果關系，美國與德國的碳排放總量與城市化沒有因果關系。在年人均碳排放方面，美國、德國表現(xiàn)為人均碳排放的增長是城市化的原因，其他國家則是相反。

四、結(jié)論與展望

第一，中期城市化是碳排放持續(xù)增長的過程。無論各國中期城市化時間長短和增長量的差異，碳排放量均保持增長。中期城市化與碳排放之間存在穩(wěn)定的關系，雖然會受到短期沖擊的影響，但從長期看將很快回復到正常位置。在中國中期城市化完成以前，實現(xiàn)總量與人均碳排放的數(shù)量降低，是不符合發(fā)展規(guī)律的，這也是中國承諾降低碳排放強度，而不是其他碳排放指標的原因。

第二，不同國家在城市化中期階段表現(xiàn)出碳排放與城市化的不同關系。通過格蘭杰因果檢驗的結(jié)果看出，中期城市化階段，不同國家不存在單一、精準的因果關系，即使是同一地區(qū)的國家，如英國、法國、德國同屬于西歐地區(qū)，經(jīng)濟結(jié)構、資源稟賦等的差異使城市化與碳排放之間的關系也存在較大不同。

第三，中國正處于城市化中期階段，中國的城市化發(fā)展與二氧化碳排放量之間不具有理論上的雙向因果關系，只存在城市化對碳排放的單向影響，城市化的發(fā)展對于碳排放量具有一定的滯后性。主要原因在于中國城市化的發(fā)展并未實現(xiàn)與主要碳排放源，即工業(yè)的同步協(xié)調(diào)發(fā)展的狀態(tài)。特別是本文研究的1996年以來，雖然由于戶籍制度與行政建制的改變，有大量農(nóng)村人口變?yōu)槌鞘腥丝冢捎趪鴥?nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構中第二產(chǎn)業(yè)所占比值一直保持在40%以上的水平，所以吸納新增城市人口的工業(yè)所消耗的能源增長迅速，其速度超過了城市人口增長的速度。從其他國家的發(fā)展歷程看，進入城市化40%以后，人均碳排放將呈現(xiàn)更高的排放水平，從而促使總量進一步上升，這對中國下一步的減排帶來更大的壓力與挑戰(zhàn)。

本研究由于數(shù)據(jù)來源的限制，沒有剔除兩次世界大戰(zhàn)對6國的影響，同時人均碳排放也并非基于城市人口的人均碳排放，因此并不能完全反映城市化與碳排放之間的關系，這在一定程度上影響了檢驗的結(jié)果。如何將各國的發(fā)展模式、能源結(jié)構、城鄉(xiāng)差距等因素考慮進去，將是下一步研究的重點。參考文獻：

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Comparative Study of Relationship between Carbon Emission and Mediumterm Urbanization in Different Countries

ZENG Deheng， WANG Xia

（School of Construction Management and Real Estate， Chongqing University， Chongqing 400044， P. R. China）

Abstract：

The mediumterm urbanization stage means the urbanization rate between 30% to 70%.Comparing with the world’s major developed countries and China during this stage， the annual carbon emissions and carbon emissions per capita will keep rising trend， but national growth rate has huge difference. The peak of carbon emissions will not appear in stage of mediumterm urbanization， but in its maturity period. The results based on Granger Causality Test show that corelation Granger causality between urbanization rate and carbon emission may not exist in all countries， but which between carbon emissions per capita and urbanization rate exists.

Key words： mediumterm urbanization； carbon emission； Granger Causality test

（責任編輯傅旭東）