天津市碳排放與經濟增長是否存在倒“U”型關系
——基于Topic脫鉤理論的再驗證

◎文/吳愛東 齊孟杰

天津市碳排放與經濟增長是否存在倒“U”型關系
——基于Topic脫鉤理論的再驗證

◎文/吳愛東 齊孟杰

本文利用天津市1995—2013年度工業能源消耗數據，通過構建Topic脫鉤理論模型進行了深入研究，結果表明天津市工業碳排放與經濟增長之間不存在倒“U”型關系，而是存在著一種倒“N”型的曲線關系，且目前處于第二個轉折點附近。碳排放與經濟增長之間的脫鉤狀態在1996—1999年是強脫鉤，2000年、2002年和2010年這三年是增長連結狀態，其他年份則為弱脫鉤，說明了天津市經濟發展的增長速度快于碳排放的增長速度，經濟發展形勢較好，但還需要通過一系列的措施促進天津市經濟可持續發展。

環境庫茲涅茨曲線；經濟增長；碳排放量；Topic脫鉤理論

一、引言

京津冀地區是我國經濟發展中一個比較重要的增長極，該地區的可持續發展有助于帶動環渤海區域的發展。然而在快速的工業化與城市化進程中，京津冀地區經濟發展不均衡、重復建設以及頻繁發生的霧霾現象暴露出環境質量與經濟增長之間的兩難問題日益突出。一方面由于對自然資源的過度開采以及工業污染物排放的持續增加，經濟增長的同時環境質量卻急劇下降；另一方面資源耗竭、環境惡化反過來又成為經濟增長的桎梏。因此，協調好經濟增長和環境保護之間的關系已成為當務之急。

基于目前京津冀地區嚴峻的環境形勢，國家制定了京津冀協同發展的方針，促進三地的優勢互補，擺脫三地發展的不均衡，早日實現京津冀地區經濟發展與環境質量 （碳排放）的脫鉤發展。天津市作為北方重要的港口城市也是北方重要的工業城市，“十二五”期間天津經濟快速持續發展，在全國的經濟地位不斷提升。但產業結構存在一定程度的失衡，面臨著發展瓶頸，2014年天津三次產業比例為1.3∶49.4∶49.3。天津工業增加值占GDP比重為49.4%，遠遠高于北京、上海的17%和31%，而在服務業方面，京滬的比重均超過了60%，而天津只有50%左右。天津的工業以重化工為主，對于環境的影響較大，環境污染問題也變得尤為突出。同時天津面臨著產業結構轉型升級問題，因此研究天津市工業能源消耗與經濟增長之間的關系具有較強的現實意義，可以為促進天津市的產業結構轉型和可持續發展提供經驗數據參考。

在國外的研究文獻中，Grossman，Krueger用人均收入變化的三類效應來解釋庫茲涅茨曲線（EKC）的存在：經濟發展意味著更大規模的經濟活動與資源需求量，因而對環境產生負面的規模效應；同時經濟發展又通過技術進步效應以及結構效應減少環境污染物的排放，改善了環境質量。Selden和Song考察了四種重要的空氣污染物 （SO2、CO2、NO和SPM）排放問題，發現它們與收入之間都存在著倒U型的關系。Usama Al-mulali，Choong Weng-Wai等通過研究96個國家人均收入與生態足跡之間的關系，得出EKC倒U型曲線假說只存在于中高收入國家。SahbiFarhani et al分析了1990—2010年中東和北非10個國家的人均收入和環境退化之間的關系，結果表明兩者存在倒U型曲線關系。

國內學者對環境污染與經濟發展之間的倒U型關系的存在性也進行了廣泛的研究。楊林，高宏霞利用我國2000—2010年的數據構建了綜合污染指數指標，驗證了我國EKC曲線的存在性，并通過靜態和動態的實證分析得出：存在一種內在機理使EKC存在倒U型關系。陳文華，劉康兵利用1990—2001年上海市空氣質量指標數據，發現就多項指標而言，環境庫茲涅茨曲線假說成立，并且證實不同的環境指標對應于不同的轉折點。包群等則選取了6類環境污染指標，研究它們與經濟增長之間的關系，發現倒U型曲線關系取決于污染指標以及估計方法的選取。大部分研究將環境壓力作為外生變量引入生產函數，而往往忽視了環境在生產過程中的重要性，且環境污染與經濟增長之間的關系也會受到其他因素的影響，因此忽視這些因素的影響會使結果產生偏誤，黃茂興，林壽富構建了考慮污染損害和環境管理等要素的五部門內生增長模型，將環境污染作為一種要素納入到了生產函數中。

基于現有的研究成果，本文通過研究工業碳排放與經濟增長的關系，且利用Topic脫鉤模型對兩者脫鉤關系的時間演變趨勢進行分析，進而對天津環境質量與經濟增長的關系進行再分析。

二、環境庫茨涅茲模型的演進過程

Munasinghe在進行與環境質量有一定關聯的成本與利潤的基本比較靜態分析中，提供了EKC曲線產生的一種有趣的概念理解：EKC曲線是由邊際成本和邊際利潤兩曲線的交匯點產生的。在Dasgupta et al研究的基礎上，本文研究發現了環境庫茲涅茨曲線在實際中的演進過程：在工業化的開始階段，更多的優先權偏向于物質產出，而且相比于清潔的空氣和水資源，基于公共性選擇，人們更希望有多的就業機會和收入來源，政府也把更多的政策和福利傾向于促進就業和經濟增長上，優先發展經濟的動機會帶來要素配置的扭曲，使得環境污染的水平急速增加，也導致了自然資源的過度利用和污染物的排放。資源的開采利用和污染物的排放也反過來帶來了更嚴重的環境壓力，由于條件的限制，忽視了經濟增長引起的環境問題；到了工業化的后期階段，收入的增加足以引起了人們對環境的重視，管理體系更加有效，產業結構也不斷高級化，由此又帶來了環境問題的不斷改善。

三、數據來源與模型構建

（一）數據變量的選取分析

對國內外環境庫茲涅茨曲線研究的文獻進行匯總梳理可以發現，有關EKC的文獻主要集中于對SO2、NOx等排放量與人均收入之間關系的研究，以Nicholas Apergis為代表的研究則側重于排放量的研究，本文試圖借助于國家統計局 《中國工業統計年鑒》提供的1995—2013年度工業能源消耗的相關數據對工業碳排放與經濟增長之間的關系進行有關EKC假說的實證研究。本文經濟增長的指標用人均GDP衡量，數據由歷年《中國統計年鑒》整理、計算而得，通過消除通貨膨脹對經濟發展的影響而得到實際人均GDP①。

天津作為一個重要的工業城市，對環境質量產生重要影響的污染物主要來源于工業廢水、廢氣以及固體廢棄物，加之近幾年霧霾的嚴峻形勢，本文擬選取工業碳排放量作為環境質量的指數指標。國內對于碳排放量并沒有進行相關統計，因此需要首先計算天津市工業碳排放量。碳排放量的計算方法主要有投入產出法、生命周期法和因素分解法。結合呂明元等利用的近似條件下的碳排放能源轉換系數折算法，由于數據的不可得性，本文的工業碳排放來源不包括具體溫室氣體。

（二）工業碳排放的模型構建與相關數據匯總

工業各部門行業碳排放量估計公式如下：

式中Cx為工業24個行業的碳排放量；c=0.7476為碳與標準煤的轉化系數；Eit為t時期第x個工業行業對第i種能源的終端消費量；Iit為t時期第x種工業行業消耗的i能源折標準煤系數。

（三）碳排放與人均GDP關系的模型選取與構建

鑒于對于碳排放與經濟增長之間關系的研究，是否符合環境庫茨涅茲倒U型曲線的關系，需要通過統計結果分析得出。對國內外研究環境庫茨涅茨曲線的相關文獻進行整理和分析，在張亞軍研究的基礎上，本文從模型可能性的角度，通過建立以下這些模型進行實證分析和比較。

式（3）中：Et為第t年的碳排放量；Yt為第t年的人均國內生產總值（GDP）；α0、β1、β2和β3為待估計參數；μt為隨機誤差項。

（四）脫鉤模型構建

脫鉤理論最早于20世紀中期被提出，“脫鉤”是指物質消耗（TEC）增長的速度小于經濟的增長速度，也就是能源的消耗相對量減少。同時王虹，王建強等一些學者發現當物質消耗下降了一段時間后（脫鉤），又會隨著經濟的發展而進入上升狀態，這樣的階段稱為“復鉤”。

Topic在對1970—2001年歐洲經濟發展與碳排放之間的關系進行研究時，提出脫鉤彈性公式：

目前對于脫鉤體系的劃分有兩種分法：一種是將脫鉤狀態分為六種狀況：強脫鉤、弱脫鉤、擴張性脫鉤、強負脫鉤、弱負脫鉤和衰退性脫鉤；另一種是將脫鉤狀態分為八種即在上述六種狀況之外，增加增長連接和衰退連接兩種狀態，也是本文將要利用的狀態。

四、碳排放與經濟增長之間關系的實證分析

這一部分擬先建立1995—2013年天津市人均碳排放、經濟增長與經濟增長率的走勢圖，對人均碳排放與經濟增長進行比較分析，從而得到兩者大致的關系；然后再通過上述模型得到的實證結果對碳排放與經濟增長之間的關系進行驗證。

（一）天津市人均GDP與碳排放量的比較分析

附表（2）和表（3）（詳見附錄）分別給出了天津市工業能源消耗的人均碳排放量與人均GDP，由實際地區生產總值計算得到經濟增長率，下面將三者的變化趨勢分別表示在下面圖形中。

從圖1發現，天津市從1995年開始，實際人均地區生產總值處于穩步上升的趨勢，2013年到了將近一萬元的大關，圖2經濟增長率從1995年以來基本都保持了兩位數的增長，雖然到了2013年我國經濟不再以兩位數的增長勢頭前行，但天津市仍然保持著高速的增長，而高速增長的根源在于固定資產投資以及天津本身雄厚的工業基礎。然而在經濟高速發展的同時，對環境的污染也在逐年加劇。

結合圖1和圖3可以發現，人均碳排放量在1999年之前，曲線處于下降的趨勢，說明隨著經濟增長，天津市的工業碳排放量是處于減少的態勢，經濟發展質量良好；到了1999年以后，人均碳排放的曲線走勢是趨于向上的，說明了1999年以后工業碳排放量是伴隨著經濟增長而增加的，隨著這幾年嚴峻的環境形勢，天津市加大了對落后產能的淘汰和僵尸企業的整頓，大力發展清潔能源，緩解了環境的污染程度，也即從圖3可以看出，從2012年以后，天津市人均碳排放量處于下降趨勢。

表1 Topic脫鉤指標體系

（二）碳排放與經濟增長關系

的實證分析

通過回歸分析，模型（3）的回歸

結果如下：

對工業排放與人均GDP關系的實證結果進行線性目的分析，結果表明對數三次型的結果擬合度達到0.980608，從而反映對數三次型的擬合度較好，同時每個變量均通過了t顯著性檢驗。通過對方程（3）中所列模型進行回歸，從所得結果的顯著性以及自相關性角度進行比較分析，且考慮到指標水平選取零值或者負值在實際研究中的不適當性，故本文采用對數三次型的實證模型作為碳排放與人均GDP的回歸方程，具體的結果如下：

觀察模型（4）中解釋變量的系數，β1=-82.46753<0，β2=7.943357>0，β3=-0.253002<0，因此解釋變量與被解釋變量之間并不是期的倒“U”型的曲線關系，而是一種不常見的倒“N”型的關系，即在期初開始階段，碳排放量開始隨著經濟的增長而降低，經過某一個拐點以后，隨著經濟的增長碳排放量會增加，再過了另外的拐點之后，碳排放隨著經濟的增長又呈下降的趨勢，這樣的曲線關系與對圖2與圖3的分析結果相一致，也即工業碳排放與經濟增長之間存在著倒“N”型關系。

圖1 1995—2013年度天津市實際人均GDP變化趨勢

圖2 1995—2013年天津市地區經濟增長率

圖3 1995—2013年天津市人均碳排放變化趨勢

（三）碳排放與經濟增長之間關系的脫鉤模型分析

利用上文Tapio脫鉤體系計算方法，對1996—2013年CO2排放量與經濟增長的相關數據進行分析，得到我們需要的計算結果，結果如下表：

通過圖3可以得出：就脫鉤狀態而言，1996—1999年度天津市工業CO2排放量與經濟增長之間處于強脫鉤狀態，表明這四年天津市經濟發展形勢比較好，經濟增長的速度大于碳排放的增長速度；然后從1999年之后，2000年，2002年，和2010年這三年碳排放與經濟增長之間處于增長連結狀態，此時經濟增長與碳排放的增長速度保持一致，經濟增長的同時環境也受到了影響；除了這三年，其他年份經濟增長與碳排放呈弱脫鉤狀態，碳排放的增長速度慢于經濟增長的速度。

從圖4中還可以看出，脫鉤彈性明顯具有三個波峰，分別對應著2000年，2002年和2010年，與前面的分析結果一致，此時經濟發展狀況有待改善；從1995年以來，經濟發展和碳排放的增長率處于平穩狀態，且基本上碳排放增長率的曲線處于經濟增長率的下面，說明經濟增長的速度快于碳排放的增長速度，說明天津市從1996年（包括1995年）以來整體經濟形勢向好，經濟的發展對環境的影響處于可控范圍內。

從1996年到1999年的幾年間，經濟增長率一直處于下降的趨勢，1999年甚至出現了罕見的個位數增長。由于1997年爆發了亞洲金融危機，作為一個重要的沿海開放城市，天津市不可避免受到了此次金融危機的沖擊，也可以看到這幾年增長率的曲線變動處于坐標軸的下方，說明了1997年亞洲金融危機對天津市的工業行業產生了影響，使得企業對能源的消耗降低，帶來了碳排放量的下降。從1999年開始，經濟增長率曲線基本處于平穩增長的狀態，碳排放增長率曲線也處于坐標軸以上，說明亞洲金融危機之后，天津市的經濟明顯回暖，特別是濱海新區作為國家第一個綜合改革創新區，對天津經濟的高速發展起到了重要的促進作用，工業的發展也增強了對能源的消耗，促進了工業碳排放。到了2003年，碳排放的增長率下降到了2%的水平，而經濟仍然平穩增長，達到了14.2%，碳脫鉤弾性曲線則處于一個低谷，說明了當年的經濟增長速度遠遠大于碳排放的增長速度，天津市的經濟發展質量得到了一定的提高。

圖4 1996—2013年天津市碳排放與GDP增長率以及脫鉤值變化趨勢

總體而言，我們可以將天津市的碳排放與經濟增長之間的脫鉤狀況分為兩個階段：

第一個階段是1996—1999年，這四年經濟的平均增長率是16%，碳排放的增長率為-5.1%，處于明顯的強脫鉤，經濟發展的質量比較明顯，主要得益于國有企業的改革，利用營改增等一系列政策措施，通過調整產業結構，優化經濟結構，促進了經濟的良性發展和企業的健康成長。

第二階段是2000—2013年，這十幾年GDP的平均增長率是17.6%，二氧化碳每年的排放增長率是10.1%，在這一階段GDP與碳排放都保持了兩位數的增長，經濟狀況持續得到了改善，利用國家的一系列政策，包括國家級綜合改革創新區—濱海新區的開發，帶動了天津經濟的發展，濱海新區的開發吸引了一大批大型的企業入駐天津，一方面帶來了客觀的財政收入，促進了天津經濟的持續繁榮，另一方面這些企業又多是重化工企業，對于能源的需求比較多，從而也導致了碳排放的增加，也對環境產生了很大的影響。過多地依賴第二產業的發展，對第三產業的發展存在不足，與京滬深等大城市相比，第三產業所占的比重明顯偏低，產業結構有待轉型。

五、結論與建議

（一）主要結論

本文利用天津市工業能源消耗的碳排放與經濟增長的相關數據，通過碳排放的數據探究了工業發展對能源持續消耗的過程中天津市經濟發展的路徑。同時通過利用Topic脫鉤理論分析了碳排放與經濟增長之間的脫鉤關系，得到了以下兩條結論：

1.天津市工業碳排放與經濟增長之間不存在倒“U”型關系，而是存在著一種倒“N”型的曲線關系，即在經濟發展的初期階段，碳排放量是隨著經濟增長而逐漸減少的，過了某一個臨界點后，碳排放量隨著經濟發展而不斷增加，經過第二個臨界點后，碳排放與經濟增長大致呈負相關的關系。從前面圖（1）和圖（3）可以大致判斷，天津市碳足跡大致處于第二個轉折點后的下降階段，即碳排放隨著經濟增長而不斷減少。由于碳排放還受到除了經濟增長的其他因素的影響，比如城市化、貿易開放度和人口集中度等，因此碳排放與經濟增長之間關系的第二個轉折點可能會往后延遲。

2.分析碳排放與經濟增長之間的脫鉤關系，得出1996—1999年兩者之間處于強脫鉤狀態，然后除了2000年，2002年和2010年是處于增長連結狀態之外，其他年份都是弱脫鉤狀態。總體而言，天津市經濟增長勢頭向好，經濟增長的速度快于碳排放增長的速度，經濟發展的質量良好，但還需要進一步優化經濟結構。

（二）政策建議

根據對天津市碳排放與經濟增長之間關系的實證研究的結果分析，提出以下建議：

1.提高能源利用效率，實現循環經濟和低碳經濟。

根據天津經濟發展所處階段，加大技術創新力度，提高能源利用效率，促進對石化能源的深度加工和深度利用，發展低碳、循環經濟，促進天津經濟持續健康發展。

2.調整產業結構，促進產業結構優化升級。

依據天津碳排放與經濟增長的關系，合理控制碳排放的增速，調整工業內部結構，重點發展高技術含量、高附加值、低污染的產業；大力發展現代服務業，提高第三產業比重，促進產業結構的合理化和高級化。

3.深化供給側結構性改革，淘汰落后產能，促進資源合理分配和利用。

依據碳排放與經濟增長之間的脫鉤關系，進一步深化供給側改革，淘汰落后產能，合理優化資源，提升天津經濟發展的質量和速度，減少碳排放的總量，降低碳排放的速度，促進資源合理分配和利用，保持天津經濟增長的良好勢頭。

注釋：

①由于《中國統計年鑒》中的歷年國內生產總值是以當年的價格為基準得到的名義國內生產總值，因此需要計算實際國內生產總值。通過利用給定的國內生產總值與當年的國內生產總值指數（上年=100）計算得到實際國內生產總值。同時2013-2000年的常住人口利用已知數據，2000以前的常住人口通過統計年鑒中國內生產總值與人均生產總值的比值得到。

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責任編輯：張麗恒

F224

A

1006－1255－（2017）02－0025-08

吳愛東（1965—），天津商業大學。郵編：300134齊孟杰（1992—），天津商業大學。郵編：300134