航空氣象服務的公共產品經濟學分析

張強 于潔

（1 中國民用航空華北地區空中交通管理局氣象中心，北京 100621；2 中國氣象局交通氣象重點實驗室，南京 210008）

0 引言

航空運輸業是工業化國家經濟的重要組成部分，是推動經濟增長和可持續發展不可或缺的工具。航空運輸業也是貿易物流、科學文化和旅游觀光等經濟文化活動增長的重要驅動力。商業飛行發展至今產生了顯著的經濟和社會效益。我國幅員遼闊、人口眾多，地形地貌復雜多樣，公路、鐵路等地面交通網基礎設施依然有限，尤其是在云貴高原、青藏高原和新疆、內蒙古等地區，航空運輸在經濟發展中發揮了尤為重要的作用。據國際航空運輸行動組織測算，2014年航空運輸業的直接經濟收益為6644億美元，間接衍生的商業收益約為2.7萬億美元，約占全球國內生產總值（GDP）的3.5%[1]。

針對航空運行提供全球合作框架的國際民航組織（ICAO）和世界氣象組織（WMO）通過一系列計劃的實施收集和匯總全球的天氣和氣候數據信息在其成員之間交換共享，包括為全球空中導航提供安全可靠的數據信息和制度安排。目前的航空氣象服務在不同的國家和地區具有不同的組織形式。我國航空氣象服務主要由民用航空部門負責，航空運行所需要的機場、空域、航路的天氣預報和飛行氣象情報服務由民航氣象部門承擔，其主體由中國民航局的各級氣象部門或隸屬各機場航務部門的氣象臺、站提供服務，此外還有一部分社會組織和實體公司經營的商業氣象服務。

1 航空氣象服務及產品的市場應用概述

據WMO評估，交通運輸部門的民航和海運尤其依賴準確的氣象信息，而航空運輸對天氣最為敏感，同時天氣信息的使用對航空運輸業的經濟效益提升也非?？捎^[2]。據統計，在空中交通流量大的樞紐區域近3/4的重大航空交通延誤和天氣有關，近一半的飛行事故發生在惡劣的天氣狀況下。除了常規的天氣信息之外，還有其他一些與氣象條件間接相關的特殊事件，如火山爆發時火山灰云的擴散對航空飛行有非常嚴重的危害；空間天氣、地磁暴和氣候變化可能會導致極端天氣事件，也會影響航空的安全飛行。同時從環境角度也需要關注航空造成的噪聲、空氣污染以及產生巨大的碳排放對人類社會的影響。

天氣信息在飛機跨越不同地理位置間安全飛行中發揮著重要作用。使用天氣信息的首要目的就是趨利避害，一些災害性天氣對航空飛行活動影響較大，如何合理使用天氣信息把天氣對飛行的負面影響降至最低是業務管理的一項重要工作，比如航空公司通過使用高空風要素預報產品制作飛行計劃，優選航路等。

航空氣象信息包括天氣觀測、天氣分析、天氣預報、天氣警報和短時臨近天氣預報和警報，此外還有中長期天氣、氣候數據及分析等；服務包括氣象報告服務、氣象觀測服務和信息通信服務等多項內容。這些服務整體打包或用戶選用其中一部分，主要取決于氣象因素對信息需求方業務運行的重要性和緊迫性。目前為航空運輸提供的氣象服務主要包括常規服務和定制服務兩種形式，定制服務可以根據航空公司運營人的規章和需求以商定的成本和形式提供。航空氣象部門提供的航空氣象信息按照使用情況也可分為兩類，包括飛行計劃服務和飛行中的信息及咨詢服務。用于飛行計劃的航空氣象信息一般包括機場天氣報告（SA）、機場天氣預報（TAF）、重要氣象情報（SIGMET）和高空風和溫度預告圖等氣象產品，另外一類就是為終端區、航路航線和飛行情報區的天氣預報、天氣警報，以及向空中交通管制部門、航空公司和機場運行等提供的氣象咨詢建議等[3]。隨著地空數據鏈、衛星通信技術的發展，近幾年來飛行中的信息及咨詢服務在商業公司和航空氣象部門的推動下向駕駛艙實時傳送天氣信息也逐步開展了起來。

航空氣象部門用于氣象服務的通信是指向最終用戶，為航空公司運營人和飛行員發送完整的天氣信息。由于天氣的瞬息萬變，任何氣象要素都在不斷的發生變化，某些天氣事件的強度也難以精確測量，如大氣湍流（顛簸）、火山灰和機場風切變等。因此航空氣象業務的發展需要社會多個組織實體密切聯合起來共同提供及時、準確的信息，尤其是涉及到國際跨區域飛行活動的數據信息。這些信息通過使用多種形式發布，目前基于自動化系統、地空數據鏈、互聯網、衛星通信、電子郵件和飛機通信尋址與報告系統（ACARS）電報等向飛行員提供。傳統的通過人工分發紙質的氣象信息和“面對面”人工服務講解方式也正在被新的技術手段逐步替代，比如駕駛艙內 iPad 電子飛行包的推進使用。

盡管這些年來我國民航系統各級氣象部門在航空氣象服務、專業服務和定制氣象服務的供給等方面做了積極的嘗試探索，但由于航空氣象服務運行機制本身存在的問題致使航空氣象服務供應與用戶需求的差距日益擴大，航空氣象服務產品加工制作結構單一、缺乏特色、成本較高、效率低下，許多本應由市場提供的服務項目沒有完全走向市場，商業化航空氣象服務體系未建立起來，航空氣象服務市場目前尚未形成基本規模。

2 航空氣象服務的供給與需求分析

與我們熟知的日常氣象業務相比較，航空氣象服務并非嚴格意義上純的公共產品，或者可以說是一種準公共產品，更接近俱樂部產品，其具有俱樂部會員私人產品的基本特征，所提供的產品及服務在一定范圍之內又具有非排他性和非競爭性，在一定程度上也具有準公共產品的特征，其受益范圍相對較小又具有特定的行業規定。在國際民航運輸體系中航空氣象服務在很大程度上更接近一種排他性的“競爭性消費”，航空運輸使用者需為此項服務付費。航空氣象服務的效用取決于消費者使用的數量和質量，在航空氣象業務開始創建產品及服務初期的成本較高，而后期的參與者所支付成本要低廉得多。

市場上一般判斷此類產品或服務的生產是否達到有效率的水平需要比較產品的邊際成本和邊際收益，如果邊際成本等于邊際收益，產品的生產就是有效的，否則就是無效率的[4]。但在實際中由于存在“搭便車”行為，充分競爭的市場往往不能夠解決公共產品的供給不足問題，一些使用者不愿負擔生產的成本，而更愿意依賴他人生產以便自己不花任何代價消費使用?！按畋丬噯栴}”往往會導致市場機制失靈，使市場無法達到效率，最終會導致航空氣象服務和產品的供給不足從而損害社會整體效益，而競爭性消費是完全競爭市場經濟能夠實現帕累托效率的一個充分條件。因此諸如航空氣象信息及服務此類商品具有的公共產品特征，市場機制會造成信息商品的生產及供給不足，即私人市場提供的信息商品數量將小于最優值。鑒于資源配置的帕累托效率的公共產品理論，為了使信息及服務商品的公共產權安排更有效就需要政府進行干預，干預的形式一般有兩種：1）政府自己充當信息及服務生產者；2）對私人信息生產者給予適當的補貼和資助。在這種產權安排下，信息商品一般采取統一定價，或在統一定價的基礎上適當調整。

在全球范圍而言也是類似，在地域上受到限制的各國氣象部門提供的基本氣象信息可以看作是“國家公共產品”，從區域和國家及地區之間相互交換的飛行氣象情報其“知識和信息”具有很強的“全球公共產品”的特征。這種航空氣象服務被任何一個用戶使用而不會降低對其他用戶的可利用性。由于公共產品的消費中存在私人產品消費中所不存在的“搭便車問題”，即個人或單個公司不愿出資負擔公共產品生產的成本，依靠市場機制提供公共產品往往會導致公共產品的數量遠遠低于社會需要的數量[5-6]。目前存在的問題就是促進航空氣象服務的基礎設施和業務運行的費用在很大程度上會很容易被忽視。

2.1 航空氣象服務和產品的最優供給分析

以航班運行為例對航空氣象產品的使用進行分析。對于非純公共物品，俱樂部成員的效用受到三個因素影響：私人產品消費量，俱樂部產品消費量，俱樂部的擁擠程度[6]。任何一個社會成員都力求個人效用最大，為此他首先得決定是否加入俱樂部。而一旦加入俱樂部后，他還得決定對俱樂部有合適的利用率。如何利用俱樂部又取決于俱樂部產品種類、產品數量、成員人數和所繳納的會費。當每個社會成員實現最大個人效用時，就實現了俱樂部內外同時達到均衡，屬于有效率的運營。以下分兩種情況進行比較。

1）航空氣象服務和產品的邊際生產成本和邊際使用成本均為0（圖1a）。即每增加一個航班的使用不影響其他消費者使用，此時邊際成本曲線和橫軸重疊。

圖1 航空氣象服務的供需關系（a）邊際生產成本和邊際使用成本均為0；（b）邊際生產成本為0，邊際使用成本不為0Fig. 1 Supply and demand shifts for aviation weather services(a) The marginal cost of production and the marginal use cost both equal zero; (b) The marginal cost of production equals zero，while the marginal use cost doesn't equalzero

假定用航班數量的簡化模型來判斷航空企業對航空氣象服務或產品的使用，比如使用機場天氣預報（TAF），航空公司所運行的每一個航班都需要使用TAF作為放行評估依據。如圖1a所示，需求是價格的函數，SS是供給曲線，DD是需求曲線，MC是邊際成本，MR是邊際收益，P是成本，Q是航班數量。圖中的需求曲線DD向下傾斜表示航班的運輸量越多分攤到每一個航班的成本就越少。由于TAF的邊際生產成本為0，按照邊際成本定價原則，TAF價格也為0，航空氣象部門相應的經營收益也為0，考慮到航空氣象部門的企業經營固定成本長期在不斷增長，所以此時經營者不但賺不到利潤還將遭受虧損。

假設最初的航班數量為Q0，經過了若干年之后隨著經濟的發展航班數量增加達到了Q*。考慮到氣象部門固定成本的增加幅度跟不上運輸量的增加，企業經營就要考慮收費的可能，持續增長的航班量可能會造成產品按照愿望收費。在市場上航空氣象服務的供給可以看作是一個壟斷廠商，MR是廠商的收益曲線，在DD曲線下方。為了利潤最大化，廠商使邊際收益等于邊際成本，此時價格為P0。由于人員與資金等成本的投入難于滿足社會和行業的需求，有效的服務數量由Q*降低到Q0，△Q0Q*D1的面積為社會凈福利的損失。

為了避免這種福利的損失，這類產品應該由政府免費提供，用增加財政撥款或調撥建設基金的方法籌集資金以彌補廠商生產的固定成本。需要說明的是此模型忽略了最優規模的決定問題，假定是不變的。出于公共產品的最優供給考慮，航空氣象服務的生產成本應該在消費者之間按照利潤收益進行分攤，然而在顯示偏好問題不能很好解決的情況下，產品在實際中仍應該免費提供。

2）航空氣象服務某些產品或服務的邊際生產成本為0，邊際使用成本不為0（圖1b）。

航空氣象服務某些產品的生產成本為0，但隨著航班量的增加會出現俱樂部擁擠現象，也就是邊際成本不為0。如氣象咨詢、人工服務、決策分析（類似于專家診斷）等。由于航班量日益增長，廠商資源受限，難于滿足每一個消費者的需求，便產生了俱樂部擁擠現象，當達到了一定數量之后消費者所承擔的擁擠成本增加了，比如執行航班任務的飛行員等待時間、電話咨詢的等待及數據傳輸的及時性。這時如果不收費就會產生過度消費，當價格為0，此時使用量為Q*，不規則形E1E2Q*的面積代表了消費者獲取的效用不足以彌補其消費所產生的成本，因而導致社會福利的凈損失。為了避免過度消費，當廠商的供給量在短期內無法增加時就需要收費，同樣也是為了避免壟斷引起的社會福利損失，應該由公共部門來提供此類產品并按照邊際擁擠成本收費。圖1b中均衡價格E和航班量Q應為邊際成本線MC和需求曲線DD的交點E1來確定P1，使用量為Q1。考慮到邊際擁擠成本的計算困難以及收費的目的是為了限制過度消費避免社會資源浪費，所以實際的收費價格標準應保證不出現過度擁擠為準。

2.2 航空氣象服務俱樂部規模分析

假定航空氣象服務所產生的總成本F是固定的，而且消費者的偏好和收入也是一樣的。要解決的問題只是俱樂部人員Q多少的問題。俱樂部模型描述了原有成員看到的新增加1名成員所形成的邊際效益和邊際成本。俱樂部的第2名成員給第1名成員帶來的邊際收益是他所負擔的生產總成本F減少一半。第3名成員給前2名成員帶來的邊際收益是節約了成本的1/3[7]。新成員的增加使原有成員不斷從分攤固定成本中獲益，每人為維持航空氣象業務所花費的成本隨著俱樂部成員增加而不斷下降。因成員增加而帶來的邊際收益用MB來表示（圖2）。在成本下降的同時，不能不注意到因成員增加而帶來的擁擠程度上升。這就是俱樂部成員增加帶來的邊際成本。在起初階段擁擠成本可能很低或者是負值，然而隨著使用者數量的增加，擁擠成本不斷上升，使服務提供的秩序日益混亂，成員們無法獲取所需，最終服務提供方不堪負擔而造成俱樂部解散。

圖2 最優航空氣象俱樂部規模的確定Fig. 2 Optimal production of club goods for aviation weather services

圖2中航空氣象部門服務的擁擠成本可以用MC曲線表示。邊際收益MB和MC相交于一點，這是一個均衡點E，此時俱樂部的邊際收益和邊際成本正好處于均衡，即因人員增加帶來的分攤成本下降的收益與因人員增加帶來擁擠程度的成本正好相互抵消，收益正好等于成本。按照一般均衡原則，此時俱樂部的人數N0是最佳規模。

對于提供可排他性公共產品的技術和偏好聚類，使得在一個給定規模的社會中形成了很多最優構成的俱樂部，那么通過航空公司的自愿結社而形成的氣象俱樂部是這些可排他性公共產品的一種最優配置。在實際工作中，單一產品的俱樂部是極少的而多產品的俱樂部很多，比如一個運動俱樂部，可以提供網球、游泳和其他項目，而不會只提供其中一種。從單純經濟效率來講，直覺上看確實由偏好相同的成員組成的俱樂部更有效率，例如向所有成員收取相同的會費。一旦利用水平差異不容易被確定，會員費設計為利用水平的函數就要復雜得多。此時混合型俱樂部可以實現效率，但單一型的俱樂部卻不能。比如，當航空公司業務需求差異不是體現在利用程度上時，而是體現在何時使用時，為了實現效率，采取非高峰定價和高峰定價是必要的。而且只有混合型俱樂部才能更有效地在全部時間里利用集體物品。這種特征就要求航空氣象管理者在經營方式上需要針對航空特殊群體提供的服務產品更加專業化，從多方面、多角度、全方位地滿足消費者的需求，不斷提升用戶體驗培養消費者的忠誠度，從而提高經營業績和社會效率。

3 航空氣象服務的私人供應與商業化思考

對航空氣象服務的經濟分析是一項很重要的工作，商用飛機在沒有氣象信息的情況下跨洲際遠距離安全飛行是不可想象的。氣象業務全球化歷程延續發展至今，也深刻地改變了航空業的發展軌跡。近些年來民航運輸的高速增長以及安全飛行之所以成為可能，主要是因為人類社會技術的發明創造和商業的發展，天氣信息的現代化發展使在世界各地廣泛的飛行活動成為了可能，也使得飛行活動越來越安全和經濟。在全球市場化的背景下，航空運輸企業需要不斷努力實現利潤盈余以確保經濟上的可持續發展，通常為提高利潤率而采取的做法是削減生產方面的各類成本，其中也包括積極主動的使用高質量的航空氣象信息，在不犧牲安全的前提下降低燃油成本和提高飛機的利用率等多個方面。

從航空氣象服務和產品的供給與需求分析市場價格的一個優勢是，它明確地顯示了用戶對特定類別氣象服務的價值，并愿意為其付費，但是它的適用性受到許多氣象信息的公益性質的限制。在一些情況下市場價格可以用來衡量某些類型的航空氣象用戶的邊際收益，此方法適用于具有競爭性消費和排他性私人物品特征的產品及服務。而對于具有非競爭性消費和非排斥性的公益性質的服務，市場機制不能充分發揮作用而導致的資源配置缺乏效率或資源配置失效導致市場失靈。如果同時具備非競爭性消費和排他性兩個特征，就形成公共產品和私人商品的混合產品，市場價格可能會提供某種程度的收益衡量。如果公共產品占主導地位，特別是航空氣象的基礎設施和常規的天氣預報和預警服務，就會限制市場價格對航空氣象服務估價的適用性。因此航空氣象服務的定價應考慮到航空用戶的氣象產品使用消費量，可以分為常規產品和定制產品兩種類型分別估算。而對于公益性服務的使用，在現有運行基礎之上發展商業化航空氣象服務很有必要。在行業管理上通過在市場經濟評估分析基礎上理順航空氣象公共事業和商業化私人氣象服務的關系，明確二者之間的邊界，提供互補性指導原則或制度供給，既能確保商業化氣象服務實體能有穩定的基本氣象數據源，又使得航空氣象公共事業能夠得到合理的成本補償。逐步建立和發展面向市場的商業化服務實體，允許社會實體部門、行業組織和個人參與商業性航空氣象服務，在市場機制下鼓勵其在競爭中優勝劣汰，促進航空氣象科技進步進而提高氣象服務質量的可持續發展。

和歐美等發達國家相比，我國的航空氣象服務商業化市場尚待去深度開發，針對不同的客戶群體潛在服務內容很多，需要加強航空氣象服務產品和科技產品的應用研究，使商業化服務向深度和專業的方向發展，但需要盡量避免產品服務同質化泛濫導致惡性競爭的不良情形發生，通過市場行為增強航空氣象服務的個性化、多元化和專業化。發展航空氣象服務商業化需要大量掌握航空知識的經營管理人才、技術研發人才和市場營銷人才，加快商業化航空氣象服務隊伍建設是發展氣象服務商業化的根本保證。對于航空氣象管理而言，通過各種途徑尤其是在商業化方面加強對外交流與合作，學習和借鑒國外的氣象服務理念、先進技術和豐富的經營管理經驗。