城市化與能源強度的非線性關(guān)系研究

摘 要：處于不同發(fā)展水平和不同收入階段的國家，由于經(jīng)濟社會發(fā)展特征不一致，城市化對能源強度的影響也可能不同。采用52個國家1980—2010年的數(shù)據(jù)，利用面板門限回歸計量方法，以人均收入水平為門限變量，檢驗城市化對能源強度的非線性影響，分析表明：城市化與能源強度之間存在顯著的雙門限效應(yīng)，在不同收入水平下兩者之間的關(guān)系存在差異；人均收入水平的提高將降低能源強度，而工業(yè)化水平的提升會提高能源強度；城市化水平的提高將增加能源強度，其中，處于中間收入水平的國家的城市化對能源效率提高的負面影響最低。從我國目前的發(fā)展階段來看，城市化對能源利用效率最大程度的負面影響還有一段“緩沖時期”，應(yīng)轉(zhuǎn)變城市化發(fā)展模式，提高城市化質(zhì)量，充分發(fā)揮城市化的集聚效應(yīng)和規(guī)模經(jīng)濟。

關(guān)鍵詞：城市化；能源強度；能源消費；能源效率；人均收入；人口城市化率；大城市化率；新型城市化；城市化新常態(tài)

中圖分類號：F062.1；F224.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：16748131（2015）03009109

一、引言

城市化表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)人口向非農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)村地域向非農(nóng)村地域、農(nóng)業(yè)活動向非農(nóng)業(yè)活動的一系列轉(zhuǎn)移，是復(fù)雜的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、社會結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)變遷的過程。在最近幾十年，全球城市化進程明顯加快，特別是在發(fā)展中國家。根據(jù)2011年《世界城市化展望》報告，目前全球70億人口有一半居住在城市，并且未來四十年城市人口還將急劇增長，其中亞洲和非洲的城市人口比重將達到86%。城市規(guī)模的不斷擴大必然帶來維持其發(fā)展的大量資源的消耗。根據(jù)IEA2008年的報告，2006年，只占全球二分之一人口的城市消耗了全球約三分之二的能源，并排放了超過70%的二氧化碳。在全球應(yīng)對氣候變化的背景下，城市發(fā)展過程中面臨的資源環(huán)境壓力與日俱增。

城市化發(fā)展引發(fā)的一系列能源和環(huán)境問題已經(jīng)引起許多經(jīng)濟學(xué)家的關(guān)注，其探討的核心在于城市化是否必然引起能源消費和污染排放的增長。理論上講，城市化對能源消費和環(huán)境污染的影響是多方面的。首先，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)角度來看，城市化過程中，能源使用強度低的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)不斷升級，由使用農(nóng)業(yè)機械、消耗大量柴油和電力能源的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)所代替；同時，由于城市化過程常常伴隨著工業(yè)化的深入，各種工業(yè)生產(chǎn)要素在城市中的聚集和工業(yè)增加值的不斷上漲也將消耗更多的能源。其次，從交通和運輸方面來看，由于大量人口離開農(nóng)村進入城市，糧食從生產(chǎn)到消費將增加龐大的運輸過程；另外，工業(yè)生產(chǎn)和消費地區(qū)的分離，也要求城市建立便捷高效的交通運輸體系，這些都增加了交通運輸對能源的需求。最后，從城市化對居民消費的影響看，城市化過程中大規(guī)模的住房、公共交通、綠化、醫(yī)療等公共基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護，需要消耗大量能源；城市居民相對農(nóng)村居民更高的人均收入水平也使他們愿意購買更多能源密集型產(chǎn)品，增加對電力的需求。從上述分析看，似乎城市化一定會加劇能源消費，然而現(xiàn)實中城市化對能源消費的影響要復(fù)雜得多。例如，緊湊城市理論（compact city theory）認為，高密度的城市土地利用能夠有效發(fā)揮基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)，減少私家車使用和長距離運輸，從而起到降低能源消費和二氧化碳排放的作用；最近興起的綠色建筑技術(shù)也能夠降低城市建筑群的能源強度。綜合來看，城市化在增加經(jīng)濟活動、引起生產(chǎn)和消費集中的同時，也能夠發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)，通過資源優(yōu)化配置提高能源使用效率。因此，從理論上講城市化對能源消費和環(huán)境污染的影響并不確定。

史亞東：城市化與能源強度的非線性關(guān)系研究

針對這一不確定的影響，國內(nèi)外已有不少學(xué)者利用不同的計量方法進行了大量實證檢驗。這些研究有基于跨國層面的比較，也有基于一國國內(nèi)的分析，甚至是針對某些城市的檢驗；實證分析所用的數(shù)據(jù)包含截面數(shù)據(jù)、時間序列數(shù)據(jù)和面板數(shù)據(jù)；建立的模型多為可拓展的隨機環(huán)境影響評估模型（STIRPAT model）、環(huán)境庫茲涅茨模型（EKC model）或協(xié)整模型；應(yīng)用的計量方法除了普通的OLS回歸、面板回歸，還有稍復(fù)雜的異質(zhì)面板回歸方法等。主要的相關(guān)研究情況見表1。

縱觀國內(nèi)外相關(guān)文獻可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有文獻大多研究城市化水平對能源消費總量或人均能源消費的影響，較少關(guān)注城市化對能源強度或者說能源效率的影響能源強度是單位GDP的能源使用量，其大小體現(xiàn)了經(jīng)濟對于能源消耗的依賴程度，是評價能源效率最重要的核心指標(biāo)之一。在當(dāng)前應(yīng)對氣候變化、保障國家能源安全的背景下，揭示城市化與能源強度的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機制，對于政策制定者有更大的現(xiàn)實意義和參考價值。 。Sadorsky（2013）和王曉嶺等（2012）雖然也著重研究了城市化對能源強度的影響，但他們的研究假設(shè)兩者的關(guān)系是線性的，并且只是針對發(fā)展中國家和中國，缺乏其他收入水平國家的經(jīng)驗證據(jù)，從而不能科學(xué)地解釋兩者的內(nèi)在聯(lián)系。同時，不少學(xué)者提出城市化對能源消耗的影響要考慮不同的發(fā)展階段和收入水平之間的差距（Pearce，1990；Poumanyvong et al，2010）。然而，現(xiàn)有的跨國層面研究多針對某一收入群體的國家，較少涉及全球范圍的國家；國內(nèi)的研究也多僅針對中國，缺乏國際比較。其中，Poumanyvong et al（2010）的研究雖然針對全球國家，但由于其實證分析中存在眾多缺失數(shù)據(jù)，導(dǎo)致最終的數(shù)據(jù)來源并不一致；并且他們的研究只是把國家分為不同收入水平的群體，仍然認為城市化對能耗的影響是線性的。有鑒于此，本文從能源效率的角度出發(fā)，考慮不同國家發(fā)展階段和收入水平差距的影響，利用跨國數(shù)據(jù)，采用面板門限回歸的計量方法，以人均收入水平為門限變量，實證檢驗城市化與能源強度的非線性關(guān)系。

二、實證計量模型與數(shù)據(jù)說明

1.面板門限回歸模型簡介

現(xiàn)實中的宏觀經(jīng)濟變量無論是在時序中還是變量之間常常呈現(xiàn)出某種非線性關(guān)系，為了捕捉這種非線性關(guān)系，門限回歸模型（Threshold Regression Model）在計量經(jīng)濟學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。門限回歸方法力圖找尋發(fā)生突變的臨界點，其本質(zhì)是將某一觀測值作為門限變量，根據(jù)其大小將樣本進行歸類，再分別回歸后比較回歸系數(shù)的不同。對于門限模型的假設(shè)檢驗包括兩個方面：一是檢驗門限效應(yīng)是否顯著；二是檢驗得到的門限估計值是否是真實值（或者說是否足夠接近真實值），即構(gòu)造門限值的置信區(qū)間。如果在單門限模型的第一個檢驗中拒絕了原假設(shè)，則意味著變量之間存在至少一個非線性轉(zhuǎn)換的臨界值。由于在實際經(jīng)濟運行中確實可能發(fā)生臨界值不止一個的結(jié)構(gòu)突變，因此，還需要引入多門限回歸模型及其相應(yīng)的假設(shè)檢驗。

2.實證模型的構(gòu)建

本文主要研究城市化對能源強度的影響，采取Jones（1991）和Sadorsky（2013）的做法，模型中的解釋變量為人均收入（y）、人口城市化率（ur）以及工業(yè)化率（ind），被解釋變量為人均能源強度（en）。以單門限回歸模型為例，建立對數(shù)化的計量模型（1）：

lnenit=ci+αlnyit+βlnindit+

θ1lnuritI（lnyit≤γ）+θ2lnuritI（lnyit≤γ）+εit（1）

按照緊湊城市理論，高密度的城市土地利用可以充分發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)，因此人口密度較高的大城市有可能會有更高的能源使用效率。為了考察這一點，我們引入人口密度更高的大城市化率指標(biāo)（urb）代替人口城市化率指標(biāo)，得到模型（2）：

lnenit=ci+α lnyit+βlnindit+

θ1lnurbitI（lnyit≤γ）+θ2lnurbitI（lnyit-1>γ）+εit（2）

3.樣本選擇與數(shù)據(jù)說明

本文中所有數(shù)據(jù)均來自世界銀行發(fā)展指數(shù)數(shù)據(jù)庫（WDI）。其中，人均收入為按購買力平價折算為2005年國際美元不變價的人均GDP水平（GDP per capita，ppp，constant 2005 international $），人口城市化率為居住在城市的人口比重，大城市化率為居住在人口超過100萬大城市的人口比重，工業(yè)化率為工業(yè)增加值占GDP的比重，能源強度為以2005年不變價計算的每1 000美元GDP等價于原油的能源使用量（energy use per $1 000 GDP，constant 2005 ppp）。WDI數(shù)據(jù)庫涵蓋了213個國家自1960年開始的813個宏觀經(jīng)濟指標(biāo)，但許多國家在某些年份的數(shù)據(jù)存在缺失值，而本文計量模型又要求平衡面板數(shù)據(jù)，因此，在盡量擴大研究國家范圍的原則下，最終確定的樣本空間是1980—2010年52個國家的相關(guān)數(shù)據(jù)樣本國家選取的標(biāo)準(zhǔn)是該國家最近幾十年相關(guān)數(shù)據(jù)都沒有缺失值；考慮到世界銀行最新數(shù)據(jù)只更新到2010年，為最大限度地擴展國家范圍，同時又能展現(xiàn)時間趨勢性，最終劃定研究的時間區(qū)間為1980—2010年。 。具體的國家名單以及相關(guān)變量的描述性統(tǒng)計性指標(biāo)見表2和表3。

三、實證結(jié)果與分析

1.門限效應(yīng)檢驗

為了檢驗城市化對能源強度的影響是否因收入水平不同而出現(xiàn)階段性差異，我們對模型（1）和模型（2）分別進行了原假設(shè)為沒有門限、單個門限、雙門限以及三門限的實證檢驗。表4列出了模型（1）和模型（2）在各假設(shè)檢驗中的F值、通過自舉法（bootstrap）得到的P值以及在10%、5%、1%顯著水平下對應(yīng)的臨界值。從中可見，無論是人口城市化率還是大城市化率，城市化對能源強度都存在顯著的門限效應(yīng)。具體來說，上述兩個計量模型在單門限檢驗中P值都很小，說明在1%顯著水平下拒絕了沒有門限的原假設(shè)，模型存在顯著的門限效應(yīng)；在雙門限的檢驗中，模型（1）檢驗得到的P值為0.01，模型（2）的P值更小，說明兩者在1%的顯著水平下都應(yīng)當(dāng)拒絕原假設(shè)，即都具備顯著的雙門限效應(yīng)；而在三門限的檢驗中，無論是人口城市化率還是大城市化率的檢驗結(jié)果在統(tǒng)計上都不顯著。因此我們可以判定城市化對能源強度確實存在非線性影響，并且存在兩個門限值。

圖1和圖2給出了以人口城市化率為解釋變量時雙門限模型中置信區(qū)間的構(gòu)造，使似然比函數(shù)等于0的對數(shù)人均收入水平即是門限值，相應(yīng)的95%置信區(qū)間是似然比函數(shù)位于虛線以下的部分。由圖1可以看到，在第一個門限值6.10之后，似然比函數(shù)在9.2附近又有一次突降，這也暗示了在此附近應(yīng)當(dāng)還有第二個門限。表5給出了模型（1）和模型（2）在雙門限模型中估計的門限值估計方法是先固定在單門限模型中得到的第一個門限值，搜尋第二個門限，得到第二個門限值；然后固定第二個門限值，再返回修正第一個門限值。 ，括號內(nèi)是相應(yīng)的99%顯著水平下的置信區(qū)間。由表5可見，模型（1）的門限值與模型（2）的門限值非常接近，分別為6.10、9.72和6.35、9.72，可見，在不同人均收入水平下城市化對能源強度的影響存在顯著差異，并且這種差異的突變點在人口城市化率和大城市化率的對比中幾乎是確定的。

2.雙門限模型估計結(jié)果

表6列出了本文對城市化與能源強度關(guān)系檢驗的實證結(jié)果。其中，第1列和第2列分別為模型（1）

和模型（2）的面板固定效應(yīng)估計結(jié)果，第3列和第4列分別為模型（1）和模型（2）的面板非線性雙門限估計結(jié)果。從各項回歸結(jié)果看，所有解釋變量的系數(shù)都非常顯著（1%的顯著水平下）。其中，人均收入水平在各個回歸模型中的系數(shù)都顯著為負，說明人均收入對能源強度的影響是反向的，即隨著人均收入水平的提高，單位GDP的能源使用量趨于下降。人均收入對能源強度的彈性系數(shù)變化區(qū)間較小，在-0.420到-0.492之間，這與Sadorsky（2013）

的研究結(jié)果非常接近Sadorsky（2013）針對發(fā)展中國家的研究表明人均收入對能源強度的彈性系數(shù)在-0.499到-0.434之間。 。另外，在各回歸模型中，以工業(yè)增加值占GDP比重表示的工業(yè)化水平的系數(shù)顯著為正，表明工業(yè)化水平提高將引起能源強度上升，這可能與工業(yè)活動要比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)消耗更多能源相關(guān)。工業(yè)化水平對能源強度的彈性系數(shù)變化區(qū)間也較小，在0.109到0.198之間，并且兩個在雙門限回歸模型中，這兩個系數(shù)的估計值十分接近。

人口城市化率對能源強度的回歸系數(shù)無論在線性模型還是非線性模型中都顯著為正，表明隨著城市化水平提高能源強度有所上升。值得注意的是，在雙門限回歸模型中，根據(jù)估計的兩個門限值，城市化的影響系數(shù)被劃分為三個區(qū)間：在對數(shù)人均收入水平小于6.10時，城市化對能源強度的彈性系數(shù)較高，為0.433；當(dāng)對數(shù)人均收入水平大于6.10但小于9.72時，城市化的彈性系數(shù)下降為0.283；當(dāng)對數(shù)人均收入水平大于9.72時，這一系數(shù)又上升為0.347。從整體上看，城市化對能源強度的影響在不同發(fā)展階段并不一致，表現(xiàn)為其彈性系數(shù)隨著人均收入水平的提高先下降后又上升，或者說，城市化對能源強度的正向作用在較低和較高的收入水平階段更大一些。模型（2）式的估計結(jié)果與模型（1）相似：大城市化率對能源強度的彈性系數(shù)在各估計模型中都顯著為正；在雙門限回歸模型中，大城市化率的彈性系數(shù)隨著人均收入水平的提高也呈現(xiàn)從由高到低再升高的趨勢。通過查看對數(shù)人均收入在6.1到9.72之間的國家名單可以發(fā)現(xiàn)，這些國家基本上都是發(fā)展中國家。根據(jù)上述估計結(jié)果，城市化對能源強度影響的彈性系數(shù)在此階段最小，意味著目前這些發(fā)展中國家的城市化可能給能源效率帶來的負面效應(yīng)最低。

綜合來看，人均收入水平的提高能夠降低能源強度，并且其影響最大，反映出技術(shù)進步所帶來的能耗降低效應(yīng)；工業(yè)活動的增加引致了大量的能源消耗，它對能源強度的影響是正向的，但影響程度相對較??；城市化對能源強度的影響是正向的，但不同的收入水平（發(fā)展階段）其影響強度不一。大部分發(fā)展中國家目前正處于城市化對能源效率的負面影響程度最低的階段，并且只要人均收入水平提高的正向影響足夠大，完全可以抵消城市化所帶來的能源消費負面效應(yīng)。

四、結(jié)論與政策啟示

從全球范圍來看，城市化發(fā)展的勁頭依然強勁，尤其是在非洲和亞洲的發(fā)展中國家，城市化還將迎來新的高潮。然而，城市化發(fā)展往往面臨環(huán)境污染和資源消耗的雙重壓力，特別是在全球應(yīng)對氣候變化的背景下，城市化發(fā)展會對能源消耗產(chǎn)生什么樣的影響，將會直接影響各國政府的相關(guān)決策。

理論上講，城市化對能源消耗的影響是雙面和多重的。一方面，由于城市化所帶來的經(jīng)濟活動的增加會引致能源消費的上升；另一方面，城市化所帶來的規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)和資源優(yōu)化配置也可能降低能源消耗。當(dāng)前國內(nèi)外文獻關(guān)注城市化與能源消費的研究眾多，但對城市化與能源強度關(guān)系的研究較少，而從低碳發(fā)展和保障能源安全的角度出發(fā)，能源強度無疑是政策制定者更為關(guān)心的指標(biāo)。處于不同發(fā)展水平和不同收入階段的國家，其經(jīng)濟社會發(fā)展特征并不一致，城市化對能源強度的影響也可能因此而產(chǎn)生差異。本文采用跨國數(shù)據(jù)，利用面板門限回歸計量方法，以人均收入水平為門限變量，檢驗了城市化對能源強度的非線性影響，分析表明城市化與能源強度之間存在顯著的雙門限效應(yīng)，證實了在不同收入水平下兩者之間的關(guān)系存在差異。人均收入水平的提高將降低能源強度，而工業(yè)化水平的提升會提高能源強度；城市化水平的提高將增加能源強度，其中，處于中間收入水平的國家的城市化對能源效率提高的負面影響最低。在我國積極穩(wěn)妥推進新型城鎮(zhèn)化的戰(zhàn)略背景下，本文上述實證結(jié)果具有諸多政策啟示：

首先，城市作為經(jīng)濟發(fā)展的主要載體，是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的主陣地，是先進技術(shù)和生產(chǎn)力的聚集地。在我國，城市化的發(fā)展更是承擔(dān)起了轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式以及穩(wěn)增長、調(diào)結(jié)構(gòu)的重任而被寄予厚望。本文實證結(jié)果表明，城市化發(fā)展確實伴隨著能源強度的增加，但從我國目前的發(fā)展階段來看，相對其他發(fā)展階段來說這種負面影響是最小的。因此，即便考慮資源環(huán)境約束，把城鎮(zhèn)化作為“提振經(jīng)濟的巨大引擎”“擴大內(nèi)需的最大潛力”的戰(zhàn)略定位也是有積極意義的。

其次，考慮資源環(huán)境承載力，我國在新型城市化推進過程中應(yīng)著重提高城市化質(zhì)量。實證分析表明，雖然城市化水平對能源強度的影響是正向的，但這種影響完全可以因人均收入水平的提高而被抵消。因此，提高人均收入水平，特別是建立合理的資產(chǎn)財富分配體系和相應(yīng)的社會保障制度，可以突破城市化發(fā)展帶來的諸多資源環(huán)境約束，這也是使得城市化真正能夠?qū)崿F(xiàn)拉動內(nèi)需、提振經(jīng)濟的必備條件。

再次，本文實證分析顯示，相比人口城市化率，大城市化率對能源強度的正向影響在各個階段都相對更小。這說明我國長期以來優(yōu)先發(fā)展小城鎮(zhèn)和中小城市的做法亟待改進，這種城市化發(fā)展戰(zhàn)略實際上弱化了城市化效益，沒有充分發(fā)揮城市化的集聚效應(yīng)和規(guī)模經(jīng)濟，不利于資源集約使用，更容易造成環(huán)境污染“遍地開花”難以治理的景象。

最后，在經(jīng)濟新常態(tài)下，我國的城市化發(fā)展也要進入新常態(tài)。我國正處于“三期疊加”的敏感期，經(jīng)濟新常態(tài)意味著“中高速、優(yōu)結(jié)構(gòu)、新動力，多挑戰(zhàn)”。根據(jù)本文的實證結(jié)果，我國的城市化對能源利用效率最大程度的負面影響還有相當(dāng)長的一段“緩沖時期”，利用好這個階段，轉(zhuǎn)變城市化發(fā)展模式，將是順利渡過經(jīng)濟下行期、擴大內(nèi)需、跨越中等收入陷阱等的關(guān)鍵。在經(jīng)濟新常態(tài)下，著重實現(xiàn)“人的城鎮(zhèn)化”，培育城市經(jīng)濟增長的新動力，推動產(chǎn)業(yè)不斷優(yōu)化升級，著力提高城市化發(fā)展的質(zhì)量，將是城市化改革和發(fā)展的新常態(tài)。

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