基于STIRPAT模型的新疆環境壓力影響因素分析
——以能源消耗為例

楊 姣，董 曄

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院，新疆 烏魯木齊 830054；2.新疆師范大學 商學院，新疆 烏魯木齊 830017)

0 引 言

隨著人口總量的增加，工業化以及城鎮化的不斷推進，能源消耗不斷增加，環境承受壓力不斷加大。能源消耗以及環境問題在經濟的發展中備受關注，新疆在經濟發展的同時，能源消耗以及隨著而來的環境問題日益突出[1]。新疆在長期的發展過程中，能源消費、產業結構與經濟增長有著穩定的關系，這與我國總體經濟發展情況相類似[2-5]。人類生活、工業生產所帶來的能源消耗、環境污染成為必須要考慮與解決的問題，降低能源消費、減少環境壓力對區域發展的可持續性有積極作用。IPAT及其擴展模型如STIRPAT模型在能源消耗、環境壓力等方面的應用越來越廣泛[6]。

國內外學者利用STIRPAT模型在環境方面作了大量的研究，其應用越來越廣泛[7-10]。路冉等在關于城市土地擴張驅動力研究問題上，利用STIRPAT模型分析了影響土地擴張的主要驅動力及其影響程度[11-13]。在研究不同因素如交通運輸、水利工程、建筑等對碳排放的影響方面，劉興華等利用STIRPAT模型分析了其影響碳排放的強度并在優化其結構類型方面做了相關研究[14-16]。在區域廢水排放、水環境污染的驅動力因素的研究中，史芳等基于STIRPAT模型，利用回歸分析方法對影響水環境的各因素影響程度進行分析[17-18]。汪菲等利用STIRPAT模型分析人口、人均GDP、技術進步等對能源消費碳排放的影響，不同區域其影響因素的影響程度不同[19-21]。劉書玲等從政府出臺的環境制度、法規以及財政支出方面出發，利用STIRPAT模型分析得到環境規制對碳排放起到先促進后抑制的影響，政府一般預算支出對碳排放的影響很大[22-23]。

綜上所述，學者利用STIRPAT模型從不同的角度分析了影響能源、環境污染的各因素及其影響程度。關于STIRPAT模型在環境壓力的影響因素分析上，利用普通最小二乘法回歸、嶺回歸等分析方法，為本文研究提供研究途徑與方法參考。因此，本文在以往學者的研究基礎上，以能源消耗作為環境壓力指標研究影響新疆環境壓力的各影響因素及其影響程度。基于新疆近些年能源消耗情況，在STIRPAT模型的基礎上，利用lasso回歸方法研究新疆能源消耗的主要影響因素及其影響程度，并提出相關政策建議，對新疆經濟可持續性發展有重要意義。

1 研究方法及數據來源

1.1 新疆能源消耗分析

2001年以來，新疆經濟得到了快速的發展，GDP增長率多年均在10%以上。經濟快速發展的同時，能源消耗量逐年增長。能源消耗總量以及占全國比重詳見圖1。

如圖1所示，2001～2018年，能源消費總量由3 496.44萬噸標準煤增加到18 783.036萬噸標準煤。新疆能源消耗總量總體呈現上升趨勢，上升速度經歷緩慢-急速-緩慢的過程。能源消耗占全國的比重均在2%以上，總體呈現增長趨勢，在近十年間比重增長較快，2018年能源消耗占比達到4.05%。

2001～2018年，新疆的能源消耗增長率如圖2所示。

圖2 2001～2018年新疆的能源消耗增長率Fig.2 Growth rate of energy consumption in Xinjiang from 2001 to 2018

由圖2可知，2001～2018年期間新疆的能源消耗增長率一直保持正的增長率。2003～2005年間、2010～2013年間增長率均在10%以上，其中2013年增長率達到峰值20.7%。2001～2018年間，增長率最低的年份為2015年，其增長率為0.07%，2015～2018年增長率均保持在10%以下。總體來看，新疆的能源消耗總量還是處在一個較高的水平。

2001～2018年新疆能源消耗相關影響因素及變化如表1所示。

由表1可知，2001～2018年新疆GDP總量由1 491.60億元增長到12 199.08億元，總人口由1 876.19萬人增加到2 158.63萬人，增加了182.44萬人。人口變化除少數年份之外均增加30萬左右，人均GDP變化除2015年呈負值之外，其他年份均呈現正值且人均GDP變化較大，單位GDP能耗總體呈現下降的變化趨勢。

表1 2001～2018年新疆能源消費因素及其變化

1.2 STIRPAT模型

STIRPAT模型是由York等在IPAT模型的基礎上擴展而來的非線性回歸模型，IPAT模型最早由Ehrlich提出[7,24-25]，其標準模型為：

I=P×A×T

(1)

該模型認為環境壓力I是由人口數量P、富裕程度A以及技術進步T共同作用。該模型中假設了有三個驅動力影響環境壓力，由(1)式可以看出三個影響因素是乘積形式對環境壓力I造成影響，每個因素對環境的影響程度相同，而事實上各因素對環境的影響是不一樣的，因此，IPAT模型是受限制的，故在深入探究環境壓力的各因素時，提出了經修正擴展后的STIRPAT模型，其標準形式為：

I=aPbAcTde

(2)

式(2)中，I、P、A、T所代表的含義與式(1)中各變量相同。a、b、c、d分別為模型系數與各因素的估計參數，e為隨機誤差項。b、c、d參數的引入補償了模型的缺陷，式(2)中可以分析各因素變量對環境壓力的影響。為減少異方差影響，對模型兩側取對數，為研究方便，將相對應參數字母用β表示。式(2)所示模型變為：

lnI=β0+β1lnP+β2lnA+β3lnT+e

(3)

式(3)中，I為新疆環境壓力，用能源消耗量表示，P新疆總人口，A為富裕程度，用人均GDP表示，T為技術進步，用單位GDP的能源消耗表示。β1、β2、β3分別為單位自變量所帶來的因變量變化的彈性系數，e為隨機誤差項。

STIRPAT模型中引入了各影響因素參數，從一個多變量的線性模型通過對數處理得到線性方程，能夠反映出各影響因素的影響程度，而且STIRPAT模型經過拓展也可以添加其他影響因素，可以將更多的相關變量引入模型中。本文是以能源消耗為例研究新疆環境壓力，只使用了STIRPAT模型中最重要的三個決定性因素，并沒有將該模型進行拓展。

1.3 數據來源

本文的能源消耗數據、GDP、人口、來源于《中國統計年鑒》(2002-2019)、《新疆統計年鑒》(2002-2019)以及《新疆維吾爾自治區2019年國民經濟和社會發展統計公報》。

2 實證分析

2.1 STIRPAT模型分析

2.1.1 ADF檢驗

選取時間序列數據，為避免出現“偽回歸”，需要對數據進行平穩性檢驗。利用Eviews10對所選取的所有變量進行單位根檢驗，檢驗結果如表2所示。

表2 ADF單位根檢驗結果

由表2的ADF檢驗結果可知，所有原始變量均是不平穩的，lnI、lnA、lnT經過一階差分后序列變得平穩，lnP經過二階差分后變得平穩，所有變量符合協整檢驗的條件。

2.1.2 協整檢驗

根據表2的檢驗結果，各變量滿足協整檢驗條件，本文利用E-G兩步法進行協整檢驗，檢驗結果圖表3所示。

表3 E-G兩步法協整檢驗結果

由表3可知，調整后的R2為0.99，各變量P檢驗值值均為0，通過協整檢驗。利用Eviews10對各變量進行回歸，將得到的殘差時間序列進行ADF檢驗，如表4所示。

表4 殘差序列ADF檢驗結果

由表4可知，殘差序列的ADF值為-3.401 097，小于5%顯著性水平下對應的值(-3.098 896)，則人口、人均GDP以及單位能耗等變量間存在長期均衡關系，P檢驗值為0.029 4，通過檢驗，可以進行回歸分析。

2.2 回歸分析

基于STIRPAT模型，運用stata16軟件根據式(3)做多元線性回歸，結果如表5所示。

由表5所示的多元回歸結果可以得到回歸方程為：

表5 多元線性回歸結果

lnI=-6.674+0.966lnP+1.001lnA+0.993lnT

(4)

由表5可知，各自變量的系數均接近于1，P>t值均為0，但lnA與lnP的VIF值(變量膨脹因子)均大于10，則變量之間存在多重共線性。為解決多重共線性問題，本文運用lasso回歸。圖3為lasso回歸的系數路徑圖。

圖3 lasso回歸的系數路徑Fig.3 Coefficient path of lasso regression

lasso回歸分析估計結果詳見表6。

表6 lasso回歸分析估計結果

由lasso回歸所得到各變量之間的關系式為：

lnI=-6.917+0.980lnP+1.011lnA+0.933lnT

(5)

由式(5)可以看到，各變量系數均為正值，且接近于1，則影響新疆能源消耗的各因素對其影響程度均較大，人口、人均GDP、技術進步等影響因素對新疆能源消耗均存在正相關關系，其影響程度之間的差異不明顯。人口每增加1%，能源消耗量增加0.996%，人口的增加會造成住房、交通等需求增長，能源消耗也相應增加。人均GDP是對新疆能源消耗影響最大的因素，人均GDP每增加1%，能源消耗量增加1.011%，說明新疆的富裕程度并沒有達到可以降低能源消耗的水平。新疆近些年來經濟發展較快，但經濟發展與能源消耗沒有脫鉤，經濟增長的同時，能源消耗量也在增長。技術進步每增加1%，能源消耗增加0.993%，由此可見技術的進步會增加新疆能源的消耗。新疆在技術創新方面有待提高，要加大綠色低碳技術的發展。

如表6所示，根據交叉驗證的調節參數的最優取值為0.000 817 2，共有3個非零回歸系數。相應的樣本外R2為0.999 9，變異系數平均預測誤差為0.000 035。公式(5)能夠很好的反映整體的擬合結果。

3 結論與建議

3.1 結論

本文概述了2001～2018年新疆的能源消耗變化情況，基于STIRPAT模型，利用lasso回歸方法對2001～2018年新疆能源消耗的影響因素進行分析，得出以下結論：

(1)新疆的能源消耗總量總體上呈現上升趨勢，占全國比重總體也呈增長趨勢。影響能源消耗的各因素中，人口數量與人均GDP基本呈現增長變化趨勢，單位GDP能效總體呈現下降的變化趨勢。

(2)以能源消耗作為環境壓力指標，研究影響新疆環境壓力的各影響因素及其影響程度，結果發現新疆能源消耗受到人口、人均GDP、技術進步等的影響，且這些影響因素與能源消耗之間均呈現正相關關系。各影響因素中，人均GDP對能源消耗的影響程度較其他因素程度較高，但總體差異較小，各影響因素與能源消耗之間的比值關系均接近于1。

3.2 建議

(1)2001～2018年新疆能源消耗量一直呈現上升趨勢，且新疆能源消耗占全國能源消耗比重也一直在上升。新疆經濟的發展與能源消耗之間并沒有脫鉤，經濟的增長依靠能源的消耗，因此，要轉變經濟發展方式，發展綠色經濟，推進產業結構轉型，還要節約能源，發展能源技術。

(2)新疆人口數量相較于其他省市來說并不多，但人口數量的增長對能源的消耗是具有促進作用的，因此，要改變人們的生活方式，引導增強人們保護自然與環境的意識，生活中注重環保，盡可能使用清潔能源。