不同國(guó)家城市化中期階段與碳排放關(guān)系研究

曾德珩，王 霞

(重慶大學(xué) 建設(shè)管理與房地產(chǎn)學(xué)院，重慶 400044)

2009 年9 月，聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約第5 次會(huì)議在丹麥哥本哈根召開(kāi)，中國(guó)政府提出2020 年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005 年下降40%～45%的減排目標(biāo)。在中國(guó)快速城市化與工業(yè)化的背景下，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)承載著巨大的壓力與挑戰(zhàn)。截至2011 年底，中國(guó)城市化率已達(dá)到51.3%，城鎮(zhèn)人口6.9 億，城市的“能源消耗”和“碳排放”達(dá)到全國(guó)總消耗和總排放的85%。

對(duì)于碳排放與城市化進(jìn)程之間存在怎樣的作用機(jī)制，城市化發(fā)展到哪個(gè)階段會(huì)出現(xiàn)碳排放的峰值等問(wèn)題，一直是氣候變化研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。因此，本研究利用1800 年以來(lái)的世界主要國(guó)家的城市化與碳排放數(shù)據(jù)，論證城市化中期階段與碳排放的聯(lián)系，為進(jìn)一步的研究與決策提供借鑒。

一、文獻(xiàn)綜述

對(duì)于世界不同地區(qū)城市化與碳排放的關(guān)系，特別是人口、社會(huì)發(fā)展階段與能源結(jié)構(gòu)在其中的作用，學(xué)者從不同角度進(jìn)行了大量研究。Mishra［1］運(yùn)用1980-2005 年太平洋島嶼國(guó)家的面板數(shù)據(jù)研究顯示，“在短期內(nèi)城市化是能源消費(fèi)的格蘭杰原因”。Halicioglu［2］使用1968-2005 年土耳其的數(shù)據(jù)研究認(rèn)為“長(zhǎng)期中城市化、GDP 和能源價(jià)格是能源消費(fèi)的格蘭杰原因，但在短期中未通過(guò)格蘭杰因果檢驗(yàn)”。Inma Martinez Zarzos［3］則更為直接地討論了城市化與碳排放的關(guān)系，他利用人口預(yù)測(cè)模型，采用Dietz＆Rosa 的計(jì)算公式，以1975-2005 年不同收入水平國(guó)家的GDP、人口數(shù)量等為變量，發(fā)現(xiàn)城市化與碳排放的彈性系數(shù)在不同國(guó)家是不同的，發(fā)展中國(guó)家受到碳排放的沖擊更大，其彈性系數(shù)達(dá)到0.72，而發(fā)達(dá)國(guó)家則較小，甚至是負(fù)數(shù)。當(dāng)城市化率較低時(shí)城市化率與排放量具有正相關(guān)性，當(dāng)城市化率較高時(shí)表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)性，且這個(gè)分界點(diǎn)在城市化率60%左右。而薛冰［4］等則以1970-2007 年112 個(gè)國(guó)家的面板數(shù)據(jù)為對(duì)象，認(rèn)為城市化率40%是人均碳排放實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)的拐點(diǎn)。

作為新興經(jīng)濟(jì)體的中國(guó)，其碳排放與城市化的關(guān)系同樣引人關(guān)注，包括對(duì)中國(guó)不同地區(qū)在同一時(shí)間段內(nèi)二者的關(guān)系，以及同一城市在某一時(shí)間序列中二者的變化讓許多研究者感興趣。Shobhakar［5］通過(guò)對(duì)1985-2006年的數(shù)據(jù)分析，歸納了中國(guó)城市化對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)率。Zhang 等則采用更長(zhǎng)時(shí)間段，即1960-2007 年的數(shù)據(jù)，利用VCR 與ECM 模型，證明中國(guó)的碳排放與固定資產(chǎn)投資、城市人口正相關(guān)，與GDP 增長(zhǎng)符合單向格蘭杰因果關(guān)系。Zhang［6-7］等研究者在對(duì)不同時(shí)期中國(guó)30 個(gè)省區(qū)的類似研究中，發(fā)現(xiàn)中國(guó)東西部地區(qū)由于發(fā)展階段的不同，其增長(zhǎng)相同GDP 的碳排放存在差異。對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院將中國(guó)城市化進(jìn)程中的碳排放基本劃分為4 個(gè)階段:第一階段，碳排放強(qiáng)度不斷上升階段;第二階段，碳排放強(qiáng)度高峰到人均碳排放量高峰階段;第三階段，人均碳排放量高峰到碳排放總量高峰階段;第四階段，碳排放總量穩(wěn)定下降階段［8］。

以上研究中，研究者多傾向于選擇同一時(shí)段內(nèi)的不同國(guó)家或地區(qū)來(lái)進(jìn)行比較，但在這一時(shí)間段內(nèi)的國(guó)家與地區(qū)卻并不處于相同發(fā)展階段，所以造成諸多研究結(jié)果往往與EKC 假說(shuō)①EKC 假設(shè)又稱環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線，該假說(shuō)沒(méi)有給出明確的時(shí)間長(zhǎng)度或者階段劃分的標(biāo)準(zhǔn)，而是反映在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)，某些經(jīng)濟(jì)、社會(huì)要素經(jīng)歷不同階段的發(fā)展軌跡，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的動(dòng)態(tài)影響過(guò)程的總結(jié)，即在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最初階段，環(huán)境污染上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定拐點(diǎn)后，則隨之下降。的倒U 形曲線相悖。對(duì)此，Chimeli［9］認(rèn)為更好的研究途徑是采用時(shí)間序列的方法，采用計(jì)量與定性分析的方式對(duì)各個(gè)國(guó)家或地區(qū)的歷史經(jīng)驗(yàn)單獨(dú)檢驗(yàn)，或?qū)ν话l(fā)展階段橫向比較，才會(huì)更接近于EKC 的假設(shè)狀態(tài)。對(duì)此，本次研究選擇對(duì)中國(guó)等國(guó)家的相同城市化階段進(jìn)行比較研究，在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度考察不同國(guó)家在加速城市化階段與碳排放之間的關(guān)系。

二、數(shù)據(jù)來(lái)源與分析

(一)數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究利用美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室二氧化碳信息分析中心(Carbon Dioxide Information Analysis Center，CDIAC)提供的1850-2006 年世界各國(guó)化石燃料CO2排放數(shù)據(jù)，并以聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)2006 年提供的技術(shù)報(bào)告和方法指南，計(jì)算2006 年以后的碳排放數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充。城市化數(shù)據(jù)來(lái)源于聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)事務(wù)部(Department of Economic and Social Affairs，DESA)，結(jié)合美國(guó)人口調(diào)查局與Populstat 人口統(tǒng)計(jì)網(wǎng)，并對(duì)1900 年前缺失的數(shù)據(jù)作拉格朗日插值處理得出。

(二)碳排放指標(biāo)的選取

為分析中期城市化與碳排放的關(guān)系，主要選擇碳排放總量與人均碳排放量指標(biāo)來(lái)衡量CO2的變化。碳排放總量是指某國(guó)或某一地區(qū)所有人為的二氧化碳排放源和碳匯。人均排放量是指一國(guó)人口(生產(chǎn)和消費(fèi))活動(dòng)排放的二氧化碳總量除以該國(guó)人口。本文中碳排放相關(guān)數(shù)據(jù)均為單純的碳分子的數(shù)值，即等于二氧化碳重量的12/44。另外，未選擇排放強(qiáng)度指標(biāo)(即單位GDP 的碳排放量)的原因在于，相比于前兩個(gè)指標(biāo)的絕對(duì)性，碳排放強(qiáng)度指標(biāo)受到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、匯率、一次能源品種構(gòu)成等多方面的影響，不同國(guó)家之間有很大的不可比性［10］，難以完全反映不同國(guó)家在經(jīng)濟(jì)效益與碳排放關(guān)系上的差異。

對(duì)于碳排放總量與強(qiáng)度指標(biāo)的演變，一般認(rèn)為其部分遵循庫(kù)茲涅茲的倒U 形曲線的規(guī)律，即圖1 中S1—S2—S3構(gòu)成的三個(gè)階段［8］，S1為人均碳排放強(qiáng)度高峰期，S2為碳排放總量高峰期，S3為二者同時(shí)下降期。對(duì)于中期城市化中碳排放的發(fā)展趨勢(shì)，是否會(huì)出現(xiàn)指標(biāo)下降拐點(diǎn)，將在下文中分析。

圖1 碳排放指標(biāo)的階段劃分

(三)數(shù)據(jù)分析

1.各國(guó)中期城市化的時(shí)間跨度

由于各國(guó)的中期城市化經(jīng)歷的時(shí)間跨度與所處時(shí)代不同，需要對(duì)其時(shí)間起止點(diǎn)加以說(shuō)明(表1)。從中可以發(fā)現(xiàn)，英、法、德等西歐國(guó)家的中期城市化均歷時(shí)百年以上，較完整地經(jīng)歷了第一次與第二次工業(yè)革命，是一個(gè)長(zhǎng)期積累與發(fā)展的過(guò)程。美國(guó)的中期城市化與第二次工業(yè)革命時(shí)間上一致，而日本則與其戰(zhàn)后工商業(yè)的“黃金十年(1960-1970 年)”基本同步，且耗時(shí)最短。中國(guó)的中期城市化尚在進(jìn)行中，但通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，從城市化率30%到50%的耗時(shí)相對(duì)較短，英法德都在60 年以上，美國(guó)40 年，日本歷時(shí)最短為10 年。

2.中期城市化階段的碳排放指標(biāo)的變化

圖2 給出了各國(guó)城市化中期階段的年碳排放總量與年人均碳排放量，從圖中可以看出以下特點(diǎn)。

城市化中期階段碳排放保持持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，未出現(xiàn)碳排放總量或人均碳排放量的下降拐點(diǎn)，即未達(dá)到上文所提到的倒U 形曲線中的峰值。從年度碳排放總量看，西歐國(guó)家中英國(guó)增長(zhǎng)18.79 倍，法國(guó)增長(zhǎng)22.36 倍，德國(guó)增長(zhǎng)72.74 倍。但由于西歐三國(guó)的碳排放起點(diǎn)低，且城市化中期完整地經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命，所以其增長(zhǎng)倍數(shù)較大，但絕對(duì)數(shù)量比美國(guó)小。美國(guó)城市化中期與二次工業(yè)革命緊密相連，年碳排放總量從0.54PgC 增長(zhǎng)到7.97PgC，雖然僅增長(zhǎng)14.69 倍，但其從1890 年起一直保持年碳排放總量世界第一的位置，直到2007 年被中國(guó)超過(guò)。人均碳排放則從1900 年前后位居世界第一，直到現(xiàn)在。日本城市化中期歷時(shí)最短，碳排放總量增長(zhǎng)9.87 倍。中國(guó)碳排放總量在城市化率接近40%(2002 年)時(shí)，增速明顯加快，在城市化率40%～50%階段，平均增速達(dá)到9.6%，但近年來(lái)增速有逐步放緩的趨勢(shì)。

表1 各國(guó)中期城市化的時(shí)間跨度

對(duì)于碳排放峰值的出現(xiàn)，發(fā)達(dá)國(guó)家是在1980 年后才出現(xiàn)人均碳排放的峰值，然后呈現(xiàn)出緩慢下降的態(tài)勢(shì)，接近1990 年才出現(xiàn)碳排放總量的峰值。而在這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，發(fā)達(dá)國(guó)家均已進(jìn)入城市化后期。因此，在城市化中期階段，碳排放總量與人均碳排放量呈現(xiàn)出雙增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

同時(shí)，各國(guó)的碳排放量明顯受到某時(shí)間段政治經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響。如圖2 所示，英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)在1915-1920 年受第一次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)后衰退，1929-1932 年時(shí)受大蕭條，德國(guó)、日本在1945-1948 受第二次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)后衰退，中國(guó)在1998-2000 年受亞洲金融危機(jī)等影響，碳排放指標(biāo)都呈現(xiàn)出急劇下降的趨勢(shì)。但暫時(shí)性影響消退以后，碳排放量會(huì)恢復(fù)到正常水平。

對(duì)于城市化中期碳排放的增速變化，在排除異常時(shí)間段的情況下，英國(guó)與德國(guó)的年碳排放總量增長(zhǎng)速率平穩(wěn)，保持在年1.17%的水平;法國(guó)在城市化率40%以前較慢，增長(zhǎng)速率為年0.66%，后期(1946 年以后)較快，為年2.6%;日本、美國(guó)、中國(guó)增長(zhǎng)速率較快，日本為年6.6%，美國(guó)為9.04%，中國(guó)為9.54%。西歐國(guó)家增長(zhǎng)速率較低與其城市化中期時(shí)間段較長(zhǎng)有直接關(guān)系，而中、日、美三國(guó)的城市化中期歷時(shí)相比西歐國(guó)家較短，也使其增長(zhǎng)速率能保持較高水平。

圖2 城市化中期各國(guó)碳排放歷年變化

三、城市化與碳排放的格蘭杰因果關(guān)系分析

(一)方法選擇

由于時(shí)間序列數(shù)據(jù)往往都是非平穩(wěn)的，如果直接對(duì)非平穩(wěn)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，會(huì)產(chǎn)生“偽回歸”問(wèn)題。第一步需判斷序列的平穩(wěn)，常用的方法是進(jìn)行單位根檢驗(yàn)，來(lái)考察時(shí)間序列是否為單整序列。如果一個(gè)時(shí)間序列均值隨時(shí)間而變化，要么方差隨時(shí)間而變化或二者同時(shí)發(fā)生變化則稱之為非平穩(wěn)時(shí)間序列，如果序列為非平穩(wěn)時(shí)間序列，可通過(guò)差分的方式檢驗(yàn)其是否為單整序列。

其次，進(jìn)行協(xié)整性檢驗(yàn)。如果變量之間存在協(xié)整關(guān)系，進(jìn)行回歸，并保留殘差，同時(shí)對(duì)殘差進(jìn)行單位根檢驗(yàn)，如殘差是單整的則證明二者存在協(xié)整關(guān)系。協(xié)整檢驗(yàn)把時(shí)間序列分析中短期動(dòng)態(tài)模型與長(zhǎng)期均衡模型的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，探求非平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)變量間蘊(yùn)含的長(zhǎng)期均衡關(guān)系，避免了用差分后的序列進(jìn)行建模時(shí)產(chǎn)生的長(zhǎng)期調(diào)整信息丟失的問(wèn)題。本文采用Engle-Granger 兩步檢驗(yàn)法。

最后，對(duì)于通過(guò)協(xié)整檢驗(yàn)檢測(cè)變量的長(zhǎng)期均衡關(guān)系中變量在波動(dòng)中到底孰因孰果的問(wèn)題，采用Granger 因果關(guān)系檢驗(yàn)，目的在于當(dāng)兩個(gè)變量之間暫時(shí)存在先導(dǎo)和滯后關(guān)系時(shí)，是否能從統(tǒng)計(jì)上查明其因果關(guān)系。

(二)結(jié)果分析

在對(duì)6 個(gè)國(guó)家城市化率、年碳排放量與年人均碳排放量取自然對(duì)數(shù)后，根據(jù)上述步驟，運(yùn)用EVIEW5.0 軟件，顯示結(jié)果如下。

第一，平穩(wěn)性檢驗(yàn)。利用單位根(ADF)檢驗(yàn)，在城市化中期階段，6 個(gè)國(guó)家的城市化率與年碳排放量及年人均碳排放量都是I(1)序列，即均為一階單整序列，表明城市化水平與碳排放總量及年人均碳排放量，可能存在長(zhǎng)期穩(wěn)定的比例關(guān)系，且可進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)。

第二，協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果顯示，從城市化中期的時(shí)間段看，6 個(gè)國(guó)家碳排放及城市化之間均存在協(xié)整關(guān)系。

第三，格蘭杰因果檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從結(jié)果中可以看出，在城市化中期階段，沒(méi)有國(guó)家呈現(xiàn)出城市化與碳排放的雙向因果關(guān)系。在碳排放總量方面，法國(guó)、日本、中國(guó)表現(xiàn)為城市化是碳排放的影響因素，但后者不是前者的原因。英國(guó)存在碳排放總量對(duì)城市化的單向因果關(guān)系，美國(guó)與德國(guó)的碳排放總量與城市化沒(méi)有因果關(guān)系。在年人均碳排放方面，美國(guó)、德國(guó)表現(xiàn)為人均碳排放的增長(zhǎng)是城市化的原因，其他國(guó)家則是相反。

表2 各國(guó)城市化與碳排放格蘭杰因果檢驗(yàn)結(jié)果

四、結(jié)論與展望

第一，中期城市化是碳排放持續(xù)增長(zhǎng)的過(guò)程。無(wú)論各國(guó)中期城市化時(shí)間長(zhǎng)短和增長(zhǎng)量的差異，碳排放量均保持增長(zhǎng)。中期城市化與碳排放之間存在穩(wěn)定的關(guān)系，雖然會(huì)受到短期沖擊的影響，但從長(zhǎng)期看將很快回復(fù)到正常位置。在中國(guó)中期城市化完成以前，實(shí)現(xiàn)總量與人均碳排放的數(shù)量降低，是不符合發(fā)展規(guī)律的，這也是中國(guó)承諾降低碳排放強(qiáng)度，而不是其他碳排放指標(biāo)的原因。

第二，不同國(guó)家在城市化中期階段表現(xiàn)出碳排放與城市化的不同關(guān)系。通過(guò)格蘭杰因果檢驗(yàn)的結(jié)果看出，中期城市化階段，不同國(guó)家不存在單一、精準(zhǔn)的因果關(guān)系，即使是同一地區(qū)的國(guó)家，如英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)同屬于西歐地區(qū)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、資源稟賦等的差異使城市化與碳排放之間的關(guān)系也存在較大不同。

第三，中國(guó)正處于城市化中期階段，中國(guó)的城市化發(fā)展與二氧化碳排放量之間不具有理論上的雙向因果關(guān)系，只存在城市化對(duì)碳排放的單向影響，城市化的發(fā)展對(duì)于碳排放量具有一定的滯后性。主要原因在于中國(guó)城市化的發(fā)展并未實(shí)現(xiàn)與主要碳排放源，即工業(yè)的同步協(xié)調(diào)發(fā)展的狀態(tài)。特別是本文研究的1996 年以來(lái)，雖然由于戶籍制度與行政建制的改變，有大量農(nóng)村人口變?yōu)槌鞘腥丝?，但由于?guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中第二產(chǎn)業(yè)所占比值一直保持在40%以上的水平，所以吸納新增城市人口的工業(yè)所消耗的能源增長(zhǎng)迅速，其速度超過(guò)了城市人口增長(zhǎng)的速度。從其他國(guó)家的發(fā)展歷程看，進(jìn)入城市化40%以后，人均碳排放將呈現(xiàn)更高的排放水平，從而促使總量進(jìn)一步上升，這對(duì)中國(guó)下一步的減排帶來(lái)更大的壓力與挑戰(zhàn)。

本研究由于數(shù)據(jù)來(lái)源的限制，沒(méi)有剔除兩次世界大戰(zhàn)對(duì)6 國(guó)的影響，同時(shí)人均碳排放也并非基于城市人口的人均碳排放，因此并不能完全反映城市化與碳排放之間的關(guān)系，這在一定程度上影響了檢驗(yàn)的結(jié)果。如何將各國(guó)的發(fā)展模式、能源結(jié)構(gòu)、城鄉(xiāng)差距等因素考慮進(jìn)去，將是下一步研究的重點(diǎn)。

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