基于距離比協調度模型的甘肅省生態與經濟系統協調性評判

張 靜

（1.蘭州財經大學 統計學院；2.蘭州財經大學 甘肅經濟發展數量分析研究中心，甘肅 蘭州 730020）

基于距離比協調度模型的甘肅省生態與經濟系統協調性評判

張 靜1，2

（1.蘭州財經大學 統計學院；2.蘭州財經大學 甘肅經濟發展數量分析研究中心，甘肅 蘭州 730020）

首先利用主成分分析法，以2002—2015年數據為基礎得出了甘肅省生態系統與經濟系統的綜合指標，并通過對現有應用較為廣泛的協調度模型的分析，給出了一種新的協調度計算方法，依此對甘肅省生態環境與經濟系統的協調度進行了評判。最后采用時間序列預測方法對2016年的系統協調性進行了預測，并針對分析結果提出了相應的政策建議。

主成分分析；系統協調；協調度；生態環境；經濟發展

改革開放以來，中國的經濟保持持續高速發展的勢頭，年均GDP增長率平均超過10%，到現在我們的人均收入超過7 500美元，人民的生活水平不斷提高。在中國經濟高速發展的同時，也帶來了一系列的生態破壞、環境污染、水資源短缺、氣候變暖等環境問題，生態環境的惡化對經濟發展的阻礙作用日益明顯。黨的十七大首次提出“建設生態文明”，并與經濟建設、政治建設、文明建設、社會建設相提并論，將其提高到國家發展戰略高度；十七屆五中全會上，國家進一步提出“加快建設資源節約型、環境友好型社會，提高生態水平”戰略決策；習近平同志在中共中央政治局第六次集體學習時強調指出“要正確處理好經濟發展與生態環境保護的關系，牢固樹立保護生態環境就是保護生產力、改善生態環境就是發展生產力的理念。實踐證明，離開經濟發展抓環境保護是緣木求魚，脫離環境保護搞經濟發展是竭澤而漁。要在科學保護的前提下，在環境承載力的范圍內，努力促進經濟生態化、生態經濟化，推動經濟發展和環境保護雙贏。通過環境保護來保證發展的可持續性，通過經濟社會的可持續發展來創造更加優良的生態環境，實現環境保護與經濟發展的協調、融合與統一”。這進一步讓我們認識到，只有經濟發展和環境保護相協調，才能走出一條可持續發展的道路。

甘肅是個農業大省，也是一個資源的束型省份，因此，以全新的角度認識甘肅生態環境安全問題，確保甘肅生態環境與經濟發展的協調發展具有重要的現實意義，這是一種科學的發展觀，也是甘肅經濟未來發展的重要戰略選擇。

近年來有關協調度和可持續發展的定量研究比較多，方法也各種各樣。其中，廖重斌利用子系統間的離差系數提出經濟與環境協調發展模型；曾珍香、武玉英等使用DEA方法對可持續發展進行定量分析；段七零運用空間解析幾何的內涵，將區域系統所處的一種狀態與三維空間中的一個點相對應，通過度量該點到“理想直線”的距離來刻畫經濟、社會、環境子系統間的協調狀態；湯玲在總結了幾種常用的協調度方法后給出了基于歐式距離的協調度模型。

通過對文獻的閱讀及分析發現，在眾多貌似不同的協調度模型中，其實有很多模型是相通的。比如，在文獻中被引用較多的廖重斌的環境與經濟協調度模型，其實質是段七零所給協調度模型的二維情形；而湯玲的基于歐式距離的協調度模型正是廖重斌所給模型的簡化的結果。基于對上述幾種模型的分析，本文給出一種新的直觀簡便的方法來對生態環境與經濟系統的協調度進行測度，該方法既有對上述幾種方法的結合，同時也克服了上述幾種方法的不足之處。有其獨到之處，亦為本文的創新之處。

一、研究方法

（一）甘肅省生態環境與經濟協調發展評價指標體系

遵循構建指標體系的原則，參考不同學者的相關研究成果，同時結合數據的可獲取性，構建甘肅省生態環境與經濟協調發展評價指標體系。整個指標體系由兩部分組成，一是生態環境綜合實力評價指標，二是經濟綜合實力評價指標。

生態環境實力評價指標方面，有生態環境破壞與污染，主要包括：工業廢水排放量、工業廢氣排放量、工業固體廢物產生量，工業廢水中COD的排放量、工業二氧化硫排放量、工業粉塵排放量、工業固定廢物產生量、工業三廢排放在很大程度上成為導致環境污染的重要原因；而三廢治理指標則是生態環境保護與治理的指標，主要包括：工業廢水達標率、工業固體廢物利用率；生態環境質量指標用森林覆蓋率，上述指標全部用X表示。經濟綜合實力評價指標則通過經濟實力、經濟結構、經濟增量以及經濟質量四個方面進行綜合表達。經濟實力指標由人均GDP、地方財政收入、固定資產總投資和人均凈出口額組成；經濟結構指標由第二產業比重和第三產業比重組成；經濟增量指標由GDP增長率、社會消費品零售總額增長率和投資增長率組成。經濟質量指標由人均消費品水平和單位GDP能耗組成，用Y表示。數據主要來源于甘肅省統計年鑒。指標如表1所示。

表1 經濟與生態環境綜合實力評價指標表

（二）生態環境與經濟綜合實力指數計算方法——主成分分析法

進行協調發展評價的前提是通過計算獲得生態環境與經濟各自的綜合實力指數。而在計算綜合實力時所面臨的指標有很多，且這些指標之間往往有一定的相關性，因此有可能用較少的綜合指標來代替原來指標，這種方法稱為主成分分析。下面是主成分分析的步驟。

（1）為了消除變量之間在數量級上或量綱上的不同，而需要把原始數據標準化處理。一般地，如果有n個樣品，每個樣品有p個指標，且n＞p，其數據矩陣 X=（xij）n×p，i=1，2，…，n；j=1，2，…，p。原始數據的標準化值為：

（2）求標準化數據的相關陣。由于標準化后的數據Zij的均值為0，方差為1，這樣的數據協方差陣與相關陣R完全一樣，以R為出發點，設相關系數矩陣為：

則其元素為：

（3）對應于實對稱相關系數矩陣R，求特征方程|R-λI|= 0的 p個非負的特征值 λ1＞λ2＞…＞λp≥0以及對應于特征值λi的特征向量Ui=（u1i，u2i，…，upi）。則第i個主成分的線性組合為。

（4）確定和解釋主成分。計算主成分的累積貢獻率，選取m個主成分，使得選取的m個主成分所占信息能替代所有原始變量信息的80%以上，即：

（三）協調性評價模型及判別標準

廖重斌的環境與經濟協調度模型考察的是環境綜合指標f（X）與經濟綜合指標g（Y）之間的離差程度，認為兩者之間的離差系數越小則它們的協調性越好，即是希望：

越小越好。其中S為標準差。

上式不難證明，當f（X）=g（Y）時兩者的離差系數達到最小，故把直線f（X）=g（Y）稱為“理想直線”，而此時環境系統與經濟系統處于“完全協調狀態”。若用平面中的任意一點P表示系統所處的任意一種狀態，自然的可用點P到“理想直線”的距離大小d1表示系統狀態偏離“完全協調狀態”的程度，由點到直線的距離公式易得：

這個結果實際上正是段七零所給協調度模型的二維情形，但段七零的協調度的取值沒能限定在[0，1]區間。湯鈴的協調度模型也是基于距離測度的，但其各子系統的理想值等于另一子系統發展度的實際值，這只適合子系統為兩個時的情形。

為使協調度的取值限定在[0，1]區間，并與其它大多模型計算結果的值大小代表意義一致，本文構造協調度模型如下：

其中，d1為P點到直線f（X）=g（Y）的實際距離，d2為P點到直線f（X）=g（Y）的可能最大距離。

式中Ct為協調度，Ct能反映出生態環境與經濟發展水平進行組合協調的數量程度，由模型可以看出，0≤Ct≤1，值越大，協調狀態越佳。反之則越不協調。根據模型，設定協調度等級及其劃分標準。

表2 協調度等級及其劃分標準

協調度模型雖然簡單，卻綜合了生態環境與經濟的協調狀況以及兩者的綜合發展水平，因而具有簡便但不粗糙、簡單卻又概括和綜合的特點。

二、甘肅省生態環境與經濟協調發展的綜合評價

綜合評價以2002—2015年甘肅省生態環境與經濟發展的原始數據為依據，生態環境和經濟綜合實力指數計算采用主成分分析法，生態環境與經濟協調度計算，評估對象甘肅省，評估時間從2002—2015年。

（一）利用主成分分析法計算綜合評價指標

通過SPSS16.0軟件,從原始數據出發，對甘肅省生態環境與經濟發展進行主成分分析。得到結果為：

1.生態環境系統第一主成分貢獻率為63%、第二主成分貢獻率為18%，二者的累積貢獻率為81%，故可取前兩個主成分、對生態環境進行綜合評價

計算甘肅省生態環境綜合實力指數：

表3 甘肅省生態環境綜合實力指數

根據表3，做出其對應的變化折線圖（見圖1），從圖中所看，甘肅省生態環境綜合實力指數整體上以上升為主，但分階段來看，2002—2010年生態環境發展速度較為緩慢，2006—2010年正好是十一五甘肅省經濟步入工業化中期輕重工業并舉的階段，要大力實施“邊開發、邊保護”、“邊治理、邊保護”、開發、治理與保護并重的戰略政策，生態環境發展水平較為平緩。而2010—2015年綜合指標上升較快，這主要得益于2008年國家奧運會的舉行以及2009年12月國務院批準了《甘肅省循環經濟發展總體規劃》，把甘肅省整體列為全國唯一一個循環示范區。經過幾年的努力甘肅省已初步形達到產業結構不斷優化、節能減排成效明顯、資源再生綜合利用水平明顯提升的目標。全省GDP能耗和單位工業增加能耗大幅下降；全省萬元GDP取水量從2010年的328立方米下降至2015年的168立方米；2015全省工業固體廢物處置量 2 653萬噸，比2010年增加1 502萬噸；全省工業固體廢物綜合利用率達77.12%，比2010年提高 30.84個百分點；截止 2015年底省城蘭州空氣優良天數達到313天，已歷史性的退出10大污染城市。這表明甘肅省生態建設已初見成效，生態環境惡化已得到初步遏制。

圖1 甘肅省生態環境綜合實力指數折線圖

2.經濟系統第一主成分貢獻率為71.6%、第二主成分貢獻率為14.4%，二者的累積貢獻率為86%，故可取前兩個主成分、對經濟發展系統進行綜合評價

計算甘肅省經濟發展綜合實力指數：

從圖2中來看，2002—2015年經濟發展規模總體呈上升態勢，這與甘肅實際經濟發展較為一致。

改革開放以來，中央確定了以經濟建設為中心，甘肅省經濟總量呈上升態勢。2015年全省實現生產總值6 790.30億元，比上年增長8.1%；全省規模以上工業企業實現工業增加值1 662億元，比上年增長9.0%；消費總水平比上年上漲1.6%；人均可支配收入23 767元，比上年增長9.0%。甘肅省第三產業比重逐年提升，2015年達到48.8%，較上年通過4.8個百分點、戰略性新興產業增加值占生產總值的比重達到12.1%。

表4 甘肅省經濟發展水平綜合實力指數

圖2 甘肅省經濟發展水平綜合實力指數

（二）甘肅省2002—2015年生態環境與經濟發展綜合分析

根據經濟綜合實力指數、生態環境實力指數，并結合協調度的計算公式，可以得到甘肅省2002—2015年生態環境與經濟系統協調度系數。

表5 甘肅省生態環境與經濟發展協調度

圖3 甘肅省2002—2015年生態系統與經濟系統協調度折線圖

2002—2011年基本都處在失調衰退的范圍，2012—2013年在瀕臨失調范圍，只有到了2014—2015年才達到中級協調的程度。在2002—2004年之間，經濟發展速度較為緩慢，經濟發展對生態環境的變化相對不大明顯，二者的協調性逐年上升。但2005—2009年相對而言，經濟發展速較快，甘肅省經濟發展主要依賴于其豐富的自然資源，產業發展以“高消耗”、“高污染”的重工業為主，對生態環境的影響較為明顯，使得生態環境與經濟系統的協調度呈現下降趨勢。2010—2015年底，隨著甘肅省循環經濟示范區建設的“收官”，生態環境有了明顯的改善，由于生態環境的良好發展，帶動了甘肅經濟的良好趨勢，使得生態環境與經濟系統初步達到協調發展程度。從整體而言，甘肅生態環境與經濟系統的協調發展形勢還是非常嚴峻、不容樂觀的。

三、甘肅省生態環境與經濟發展協調度系數預測

（一）三次指數平滑預測方法介紹

指數平滑預測方法主要針對數據量少的時間序列的短期預測。三次指數平滑預測法是根據一次指數平滑值、二次指數平滑值及三次指數平滑值的結果建立模型進行預測的方法。其參數估計方法不同得到不同的預測模型。本文使用的布朗三次指數平滑預測法。其模型為：

其中系數：

m表示預測的超前期數

三次指數平滑預測模型是非線性平滑模型，它表現時序的一種曲線變化趨勢，故適合本文中的生態環境與經濟發展協調度系數的預測。

（二）甘肅省生態環境與經濟系統協調度預測

由圖3可見甘肅省生態環境與經濟系統協調度系數的時序圖為非線性趨勢，故可采用布朗三次指數平滑預測法進行預測。本文取2002—2015年數據對2016年的生態環境與經濟系統協調度進行預測，超前期數m=1，參數α=0.25可得2003—2016年生態環境與經濟系統協調度的預測值。由圖形對比可見擬合效果較好。

表6 甘肅省生態環境與經濟系統協調度系數的預測值

圖4 甘肅省生態環境與經濟系統協調度系數的實際值與預測值

四、結論

生態環境問題是當今社會的熱點問題也是制約當前經濟發展的主要因素之一，本文在對相關可持續發展的指標及相關成果研究的基礎上，建立了一套生態環境經濟指標體系，并構建了環境與經濟系統協調度模型，應用該指標體采用多元統計分析法、協調度模型等技術與方法對甘肅省2002—2015年經濟、生態環境以及生態環境與經濟系統協調發展綜合評價分析，然后采用時間序列預測方法對2016年的系統協調度進行預測，并對定量評價結果進行了分析。結果表明：這十多年間甘肅經濟發展指數、生態環境指數從整體來講有所上升，尤其在近兩年來，生態環境得到了明顯的改善、經濟與環境系統已初步達到協調發展，然而距離我國發達省份仍有一定的距離。部分地區環境質量還不盡如意。更為突出的是，甘肅作為資源型省份產業結構單一，產業結構還比較偏重石化、有色冶金、建材等高耗能、高污染等產業，重工業占比較高，傳統產業占比達70%，行業分布廣而不強，散而不精，甘肅整體經濟總量在全國排名靠后。新興產業發展動力不強、服務業、旅游業發展尚低于全國水平，轉型步伐比較緩慢。因此，需進一步采取措施，將生態改善與經濟發展相結合。

第一，堅持生態文明建設同經濟、政治、文化、社會建設同步推進，各級政府及市民應踐行綠色發展理念，加強生態環境保護的意識，推動形成綠色發展方式和生活方式。第二，促進產業轉型升級，大力發展戰略性新興產業，抑制和淘汰部分產能過剩的行業。大力發展現代服務業與生態物流業。充分利用甘肅豐富的旅游資源發展生態旅游產業。第三，依托已有的循環經濟工業園區大力發展循環經濟產業。

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（責任編輯：C 校對：R）

F127.42；F224.0

A

1004-2768（2017）02-0044-04

2016-12-05

甘肅省科技廳軟科學資助項目（1504ZKCA013-4）

張靜（1965-），女，蘭州財經大學統計學院、蘭州財經大學甘肅經濟發展數量分析研究中心副教授，研究方向：應用數理統計、區域可持續發展。