中美日三國海港集裝箱吞吐量增長規律研究

朱小檬，欒維新，朱義勝

(大連海事大學 a.馬克思主義學院; b.交通運輸管理學院; c.信息科學技術學院，遼寧大連　116026)

中美日三國海港集裝箱吞吐量增長規律研究

朱小檬a，欒維新b，朱義勝c

(大連海事大學 a.馬克思主義學院; b.交通運輸管理學院; c.信息科學技術學院，遼寧大連116026)

摘要：分析中國、美國和日本三國海港集裝箱吞吐量的增長規律，比較拉動三國GDP增長“三大要素”的作用，提出中美日三國海港集裝箱吞吐量增量與GDP增量的微分關聯模型，給出三國海港集裝箱吞吐量增量相對GDP增量的偏微分方程，利用最小二乘法計算微分關聯模型的偏導數，揭示貿易伙伴經濟發展對海港集裝箱吞吐量的相互作用，為研究中國和世界海港集裝箱吞吐量的增長規律提供新方法。

關鍵詞:微分關聯模型；海港集裝箱吞吐量；國內生產總值；要素流動

一、引言

交通運輸是國民經濟和社會發展的基礎。集裝箱運輸是交通運輸現代化的重要形式。在不同的經濟發展階段，交通運輸業在國民經濟中的拉動作用不盡相同，交通運輸能力過度超前會形成設施閑置，交通運輸能力不足又會影響經濟發展。研究海港集裝箱吞吐量的增長規律及其產生的原因，對我國港口布局和規劃，對綜合交通體系建設具有重要意義。

在全球經濟一體化環境下，以國際直接投資(foreign direct investment，FDI)為代表的要素流動正在改變各國原有的要素稟賦結構[1]，使得世界經濟緊密地聯系在一起，國際貿易不再是一國要素稟賦結構的體現,而是世界各經濟體共同合作發展的結果。海港集裝箱運輸是國際貿易的主要方式。本文分析中國、美國和日本三國海港集裝箱吞吐量增長規律，比較拉動三國經濟“三大要素”的作用，并提出關聯中美日三國海港集裝箱吞吐量增量與其GDP增量的微分模型，為研究中國和世界海港集裝箱吞吐量增長規律提供參考。

二、中美日三國海港集裝箱吞吐量狀況

1.中國海港集裝箱運輸狀況

中國海港集裝箱運輸起步于20世紀80年代，隨著中國改革開放事業的發展和對外貿易規模的逐年擴大，中國的集裝箱運輸得以飛速發展。據2006年統計[2]，中國已有50多個港口從事集裝箱運輸業務，具有萬噸級以上集裝箱專用泊位的港口16個，集裝箱專用泊位60個。隨著2001年中國加入世界貿易組織，作為全球制造加工業基地，中國集裝箱港口的規模得到進一步擴大。根據世界銀行統計數據*參見世界銀行網站http://data.worldbank.org.cn/indicator/NY.GDP.MKTP.CD.，到了2013年，我國海港集裝箱吞吐量已達1.74億標準箱(TEU)，成為世界海港集裝箱運輸第一大國；上海港集裝箱吞吐量超過3361.7萬TEU*參見中國港口集裝箱網http://www.portcontainer.com/index.do?command=viewPage&jspName=/default.jsp.，成為世界第一大集裝箱港口。圖1所示是中國海港集裝箱吞吐量與中國GDP關系曲線，中國GDP除了其在2.26萬億美元(2005年)和4.99萬億美元(2009年)時，其海港集裝箱吞吐量產生了2個下跌，其余階段中國海港集裝箱吞吐量隨著中國GDP的增長而呈單調增長，利用HP濾波器[3]獲得的光滑的關系曲線的趨勢分量如淺色線所示。隨著中國集裝箱運輸業的發展，中國遠洋運輸公司(COSCO)和中國海運公司等已逐漸成為世界上最重要的集裝箱運輸公司。

圖1　中國海港集裝箱吞吐量和GDP的關系

2.美國海港集裝箱運輸狀況

美國是世界上最大的發達國家，也是集裝箱運輸的發軔國。根據美國港口管理協會網站文獻[4]，美國1957年就開展了海港集裝箱運輸業務，1970年開展集裝箱運輸業務的港口有20多個，到了90年代，開展集裝箱運輸業務的港口增加到50多個。1970年美國港口集裝箱吞吐量不到300萬TEU，到2013年達到4425萬TEU。美國集裝箱運輸干線港口第一是加州洛杉磯港，2013年其集裝箱吞吐量為566.8萬TEU，其次是加州長灘港496.4萬TEU，第三是紐約-新澤西港420.0萬TEU。圖2所示是美國海港集裝箱吞吐量相對其GDP關系曲線，其顯示在美國GDP為10.6萬億美元(2001年)和14.4萬億美元(2009年)時，美國海港集裝箱吞吐量有2個衰退，曲線在此處不光滑。盡管美國海港集裝箱吞吐量相對GDP曲線有不光滑處，但海港集裝箱吞吐量相對GDP的增長趨勢是明顯的，圖2淺色線代表的是美國海港集裝箱吞吐量相對GDP曲線的趨勢分量。

圖2　美國海港集裝箱吞吐量和GDP的關系

3.日本海港集裝箱運輸狀況

日本是世界第三大經濟體，是高度發達的工業化國家和FDI的最大輸出國之一，日本向發展中國家輸出貨幣資本、技術、品牌、專利、經營管理方法、營銷網絡、高端人才等生產要素，利用發展中國家的土地、自然資源以及勞動力等生產要素發展經濟。近年來，日本經濟呈現飽和狀態，其GDP增長率低迷，時有負增長出現。日本港口集裝箱吞吐量規模不大，全國的海港集裝箱吞吐量相當中國青島港一港的吞吐量。日本集裝箱吞吐量相對GDP的變化規律如圖3所示。該曲線與中國和美國集裝箱吞吐量的變化規律有很大區別：日本GDP在4萬億美元至6萬億美元之間反復變化，其海港集裝箱吞吐量也在1300萬TEU到2000萬TEU區間振蕩，其海港集裝箱吞吐量和GDP的關系呈現復雜的折線。日本海港集裝箱吞吐量與GDP關系的復雜曲線給研究世界集裝箱吞吐量發展規律帶來困難。

圖3　日本海港集裝箱吞吐量和GDP的關系

三、拉動中美日三國GDP的“三大要素”

中美日三國海港集裝箱吞吐量增長規律首先取決于各國經濟自身發展狀況。美國是世界最大的發達國家，日本是發展起來的趕超國，中國是世界最大的發展中國家。三個國家處于不同的工業化發展階段，自然稟賦、經濟增長模式和在全球經濟一體化鏈條中的位置也大不相同。根據世界銀行統計數據，中國GDP在2009年已經超過日本，成為世界第二大經濟體。2013年美國GDP是中國的1.81倍，中國GDP是日本的1.87倍。中美日三國GDP增長曲線如圖4所示。

圖4　中美日三國GDP增長曲線

1.拉動三國GDP的“三大要素”

支出法國內生產總值的“三大要素”是指最終消費、資本形成總額和貨物與服務凈出口。支出法國內生產總值的計算公式如下[4]：

(1)

式中：下標k代表年份；C代表最終消費，最終消費包括居民消費和政府消費；I代表資本形成總額；X代表貨物與服務出口額，M代表貨物與服務進口額，凈出口等于貨物與服務出口減去貨物與服務進口。改寫式(1)得到“三大要素”在國內生產總值的占比關系：

(2)

式中：Ck/GDPk代表最終消費在GDP的占比；Ik/GDPk代表資本形成總額在GDP的占比；(Xk-Mk)/GDPk代表貨物與服務凈出口在GDP的占比。根據世界銀行發布的數據，中美日三國資本形成總額在其GDP的占比如圖5所示，其中2013年資本形成總額在其GDP的占比中國為47.5%，美國為18.5%，而日本為21.5%。

圖5　中美日三國資本形成總額在其GDP的占比

中美日三國貨物與服務凈出口在其GDP的占比都將趨于平衡。2013年中國貨物與服務凈出口在其GDP的占比為2.8%，而美國和日本為-3.0%左右。中美日三國貨物與服務凈出口在其GDP的占比變化規律如圖6所示。

圖6　中美日三國貨物與服務凈出口在其GDP的占比

依據圖5和圖6，由式(2)計算出最終消費在GDP的占比，如圖7所示。2013年中國的最終消費在GDP的占比為48%左右，而美國和日本的最終消費在GDP的占比為80%以上?？梢哉f美國和日本的GDP主要是由最終消費來拉動，而中國的GDP增長主要還是由資本形成總額來驅動的。

圖7　中美日三國最終消費在其GDP的占比

2.美日是全球最大的FDI輸出國

聯合國貿發會議(UNCTAD)《2014年世界投資報告》[5]顯示，美國和日本是全球最大的FDI流出國，2013年美國FDI流出為3380億美元，日本FDI流出為1360億美元，2012年和2013年日本FDI的流入幾乎為0。雖然中國近年來也增加了FDI流出，但中國還是FDI流入國。中美日三國FDI流入和流出量如圖8所示。

圖8　中美日三國FDI流入和流出

FDI流入和流出影響了一個國家(地區)的經濟增長模式和在世界經濟一體化鏈條中的位置。在改革開放的30年間，FDI的流入驅動中國GDP高速增長，解決了新增勞動力就業的問題，同時生產了大量用于交換的商品，使中國成為世界加工廠。美國和日本是以FDI為代表生產要素流出國，發達國家通過要素流動已經將生產轉移至發展中國家，其工業制成品的出口能力逐漸下降。圖9所示為中美日三國服務和貿易進出口總額在GDP的占比。

圖9　中美日三國服務和貿易出口額在GDP的占比

以上分析說明了產生中美日三國海港集裝箱吞吐量增長規律差別的主要原因還是本國經濟發展狀況。海港集裝箱運輸是國際貿易的主要方式，在當前世界經濟一體化的環境下，國際貿易不再是一國要素稟賦結構的體現，而是世界各經濟體共同合作發展的結果。為了揭示貿易伙伴經濟發展對海港集裝箱吞吐量增長的相互作用，本文提出海港集裝箱吞吐量與GDP的微分關聯模型。

四、海港集裝箱吞吐量與GDP的微分關聯模型

半個世紀以來，世界經濟不斷向全球經濟一體化方向發展，各國經濟更緊密地聯系在一起。作為國際貿易主要方式的海港集裝箱運輸的發展不僅取決于屬地的自然稟賦、工業化發展階段、經濟增長模式和在全球經濟一體化鏈條中的位置，而且取決于世界經濟環境和主要貿易伙伴經濟發展狀況。

為了研究中美日三國經濟對三國海港集裝箱吞吐量變化的影響，根據世界銀行發布的數據，選擇適當的區間，使宏觀經濟序列在每個采樣點都有一個確定值與之對應。為此，筆者下載了2000年至2013年中國、日本和美國海港集裝箱吞吐量(單位：TEU)。為了避免匯率變化對國家間統計數據的影響，筆者下載了2000年至2014年中國、日本和美國GDP增長率(百分比)。為了減少后續計算帶來的困難，筆者分別對兩組數據進行了歸一化處理，具體做法是：把中國、日本和美國海港集裝箱吞吐量除以其2000年海港集裝箱吞吐量，得到各國歸一化集裝箱吞吐量。假定各國2000年GDP為1.0，依據GDP增長率(百分比)數據換算出三國GDP對2000年的歸一化數據。歸一化的時間序列一般是不光滑離散時間函數，采用HP濾波器，適當選取HP濾波器的選擇因子λ，將GDP和海港集裝箱序列進行濾波，濾除其波動分量，使它們的趨勢分量變成光滑的時間函數。光滑的時間函數依然是離散的，但利用插值運算，理論上可以獲得采樣點間任意點的數值，可把光滑的趨勢分量看成連續時間函數來處理。

分別用Tc、Tj和Ta表示中國、日本和美國海港集裝箱吞吐量趨勢分量，用Gc、Gj和Ga表示中國、日本和美國GDP趨勢分量。這些函數一般是復雜的非線性函數，很難用公式表達它們之間的關系。如果中國、日本和美國海港集裝箱吞吐量的趨勢分量可以看成是中國、日本和美國GDP趨勢分量的連續函數，記做

(3)

如果式(3)可微，則有

(4)

分別對三國GDP和海港集裝箱吞吐量的時間序列進行HP濾波，獲得中美日三國GDP和海港集裝箱吞吐量的趨勢分量；然后進行差分運算(在Matlab運用diff來實現)，求出其增量。中美日三國GDP增量和海港集裝箱吞吐量增量的趨勢分量如圖10所示。對于圖10光滑曲線上采樣點的偏導數，可以利用最小二乘法來確定。

圖10　中美日三國GDP增加值和其海港集裝箱吞吐量增加值的趨勢分量

為確定圖10光滑曲線上采樣點處偏導數，定義ΔT=[ΔTc,ΔTj,ΔTa]，ΔG=[ΔGc,ΔGj,ΔGa]，選取三國海港集裝箱吞吐量增量和GDP增量前13行(2001—2013年)，構成兩個13行3列矩陣ΔT、ΔG，式(4)可以簡寫成

(5)

符號p′代表矩陣p的轉置運算，其中

(6)

對于式(6)偏導數的平均值可以用超定方程的解或者在Eviews平臺上利用多項式擬合的方法來確定。兩種方法的本質都是采用最小二乘法，因此結果是一樣的。多項式擬合過程，可以靈活地觀察到擬合的優度，以及各元素的t統計量。據此，可以增加或刪除p矩陣的元素。最小二乘法確定超定方程的解[6]為

(7)

對于n維偏微分矩陣式(6)需要n年的數據確定其元素，選擇不同時間，獲得的結果有所不同。近期連續ΔG、ΔT值所確定的偏導數能較準確地預測下一時刻的發展趨勢和結果。隨著世界網絡技術、大數據和云計算的發展，人們可以獲得更多的貿易伙伴，更多參數的年度、季度和月度數據。更多相關數據更短的時域間隔，將會使微分關聯矩陣式(4)的效果更加明顯。

1.中美日三國海港集裝箱吞吐量增量與GDP增量的微分關聯矩陣

利用2010年至2014年數據得到中美日三國海港集裝箱吞吐量增量與GDP增量的微分關聯矩陣的平均偏導數矩陣：

(8)

根據世界銀行公布的數據，2014年GDP年增長率中國為7.4%，美國為2.4%，日本為-0.1%，經過HP濾波器濾波的三國2014年GDP增量的趨勢分量分別為ΔGc=0.253 61，ΔGj=0.008 875 4，ΔGa=0.031 526，則中美日三國海港集裝箱吞吐量的增量為

ΔTc=1.0727ΔGc+3.027ΔGj+

2.8268ΔGa=0.388 04

ΔTj=0.143 12ΔGc+5.2379ΔGj-

2.5533ΔGa=0.002 29

ΔTa=0.056 659ΔGc+1.3341ΔGj-

0.030 956ΔGa=0.025 234

(9)

經過反歸一化計算，中國海港集裝箱吞吐量2014年增長1590.9萬TEU，增長率為9.14%，日本海港集裝箱吞吐量增長率為0.149%，美國海港集裝箱吞吐量增長率為1.615%。其中中國GDP增長為中國海港集裝箱吞吐量產生1063萬TEU貢獻，日本GDP增長對中國海港集裝箱運輸產生110.15萬TEU貢獻，美國GDP增長對中國海港集裝箱運輸產生365.38萬TEU貢獻。

由于日本海港集裝箱吞吐量規模不大，日本經濟發展具有FDI流出國的特點，復雜的日本海港集裝箱吞吐量與其GDP的關系給研究世界海港集裝箱吞吐量增長規律帶來一定的困難。因此下文只研究中美海港集裝箱吞吐量增量與GDP增量的微分關聯矩陣。

2．中美海港集裝箱吞吐量增量與GDP增量的微分關聯矩陣

利用歸一化2010—2013年中美海港集裝箱吞吐量增量與GDP增量數據，通過最小二乘法得到中美海港集裝箱吞吐量增量與GDP增量的微分關聯矩陣的偏微分的平均值為

(10)

其中中國2014年對2000年歸一化GDP的增量ΔGc=0.253 61，美國2014年對2000年歸一化GDP的增量ΔGa=0.031 526，給出：

ΔTc=1.0639ΔGc+4.0308ΔGa

ΔTa=0.053 225ΔGc+0.492 71ΔGa

(11)

預計中國2014年歸一化海港集裝箱吞吐量的增加值ΔTc=0.372 81,2014年中國海港集裝箱吞吐量增長率為9.55%，同理美國2014年海港集裝箱吞吐量增長率為1.69%。

觀察微分關聯矩陣(8)和(10)可以總結出美國GDP的增長對中國海港集裝箱吞吐量有較大的作用，由前文分析，美國GDP的80%以上是由美國最終消費來拉動的，所以現階段美國市場狀況對中國海港集裝箱吞吐量增長有很大的關系。反過來，中國GDP的增長對美國海港集裝箱吞吐量的增長影響要小得多。

五、結語

本文分析了中國、美國和日本三國集裝箱吞吐量與GDP增長之間的關系，比較了三國“三大要素”拉動GDP增長的作用。在世界經濟一體化的環境下，國際貿易不再是一國要素稟賦結構的體現，而是世界各經濟體共同合作發展的結果。本文提出了中美日三國海港集裝箱吞吐量增量與GDP增量的微分關聯模型，說明一國海港集裝箱吞吐量不僅取決于該國的自然稟賦、工業化發展階段、經濟增長模式和在全球經濟一體化鏈條中的位置，而且取決于世界經濟環境和主要貿易伙伴經濟發展狀況。微分關聯模型給出了三國海港集裝箱吞吐量增量相對GDP增量的偏微分方程，利用最小二乘法計算了微分關聯模型的偏導數。微分關聯矩陣的計算結果揭示了貿易伙伴經濟發展對海港集裝箱吞吐量增長的相互作用，為研究我國和世界海港集裝箱港口的發展規律提供了新方法。

參考文獻：

[1]張幼文,等.要素流動——全球化經濟原理[M].北京：人民出版社，2013.

[2]韓增林,安筱鵬.集裝箱港口發展與布局研究[M].北京：海洋出版社，2006.

[3]朱小檬，朱義勝，欒維新.宏觀經濟時間序列的頻率域特性與HP濾波器平滑參數的選擇[J].統計與決策,2012(5):7-11.

[4]朱小檬.沿海港口集裝箱吞吐量與國內生產總值關聯模型的研究[D].大連:大連海事大學，2014.

[5]UNCTAD.WorldInvestmentReport2014[EB/OL].[2015-11-03].http://unctad.org/en/Pages/DIAE/World%20Investment%20Report/World_Investment_Report.aspx.

[6]易丹輝.數據分析與Eviews應用[M].北京:中國人民大學出版社,2008.

收稿日期：2015-12-10

基金項目：國家自然科學基金資助項目(41371131)

作者簡介：朱小檬(1978-)，女，副教授；E-mail:zhulaw@hotmail.com

文章編號：1671-7031(2016)03-0001-06

中圖分類號:U695.2+2

文獻標志碼：A