基于主成分分析法的北京市經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境污染關系研究

王默玉 慶亞敏 翟清云

摘要

本文以北京市2003-2016年的環(huán)境污染、經(jīng)濟增長的部分指標數(shù)據(jù)為例，基于主成分分析法財經(jīng)濟要素進行分析，并研究了經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境變化之間的關系通過總體上來看，北京市經(jīng)濟增長與環(huán)境污染大體上呈“N型”，說明當經(jīng)濟處于較高發(fā)展水平時，它會反過來抑制環(huán)境的繼續(xù)惡化。

【關鍵詞】環(huán)境污染 經(jīng)濟增長 主成分分析

1 引言

經(jīng)濟與環(huán)境如何協(xié)同發(fā)展一直是我們面臨的重大難題。改革開放以來，北京市的經(jīng)濟發(fā)展速度遙遙領先于其他各省，近15年來經(jīng)濟總量不斷翻番，其人均地區(qū)生產(chǎn)總值已經(jīng)到達中上等發(fā)達國家的水平。在此過程中，工業(yè)廢水廢氣排放量與日俱增，環(huán)境質(zhì)量持續(xù)下降，2016、2017年北京市空氣質(zhì)量不達標天數(shù)均超過60%，霧霾天氣頻發(fā)。由此可見，北京市環(huán)境污染情況亟待改善，我們應該正視北京經(jīng)濟增長與環(huán)境污染的關系，探索環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和與經(jīng)濟發(fā)展之間的平衡發(fā)展之路。

20世紀90年代，國外眾多研究人員致力于經(jīng)濟增長與環(huán)境污染之間關系的研究。他們認為，經(jīng)濟增長與環(huán)境污染之間存在著倒"U”的關系，這就是影響至今的環(huán)境庫茲涅茨曲線。即經(jīng)濟發(fā)展起步階段，經(jīng)濟增長會造成環(huán)境質(zhì)量下降，而當經(jīng)濟增長到較高水平時，環(huán)境污染情況又有所下降。但是，環(huán)境庫茲涅茨曲線并不適用于所有經(jīng)濟體，周亞敏、黃蘇萍通過對北京市1985-2007年環(huán)境污染和經(jīng)濟發(fā)展情況的研究表明，庫茲涅茨曲線并不符合北京市環(huán)境污染與經(jīng)濟發(fā)展的關系。因此，本文利用北京市2003-2016年的數(shù)據(jù)，基于主成分分析法構建環(huán)境污染綜合評價指標，利用格蘭杰因果分析和脈沖響應分析探究北京市經(jīng)濟增長于環(huán)境污染之間的作用關系，以期對北京市的經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境改善提出有價值的建議。

2 數(shù)據(jù)、變量與模型

2.1 環(huán)境污染與經(jīng)濟增長指標的選取和來源

如表1所示，本文選取多個指標來綜合評價環(huán)境污染情況，以提高數(shù)據(jù)分析的準確度。選取污染物排放量指標來度量環(huán)境污染情況，排放量指標選取包括工業(yè)廢水排放總量、二氧化硫排放總量、工業(yè)氮氧化物排放總量、工業(yè)二氧化硫排放量、工業(yè)煙（粉）塵排放量和工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量六個指標。用地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）來衡量該地區(qū)的經(jīng)濟水平。數(shù)據(jù)來源于2003-2016年的《北京市統(tǒng)計年鑒））、《環(huán)境統(tǒng)計年報》和《全國環(huán)境統(tǒng)計公報》。對于數(shù)據(jù)的處理和模型構建借助于Pass和Eviews8.0。

從圖1和圖2可以看出，北京市2003-2005年，6個排放量指標基本保持穩(wěn)定。2006-2010年工業(yè)廢水排放量、二氧化硫排放量、工業(yè)煙（粉）塵排放量、工業(yè)二氧化硫排放量在小幅下降后又逐步上升。2011-2016年，6個排放量指標數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)下降趨勢，其中二氧化硫排放量、工業(yè)煙（粉）塵排放量下降幅度較大。圖3可看出，北京市2003-2016年地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）逐年上升，該地區(qū)經(jīng)濟穩(wěn)健增長?？梢?，2010年后，在經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，北京市將環(huán)境保護作為工作重心之一，控制自然資源的無度開發(fā)和使用，嚴控廢水廢氣的排放，可見績效斐然。

2.2 運用主成分分析法對環(huán)境污染進行綜合評價

1933年，Hotelling首次提出主成分分析的概念。它是通過提取出較少的幾項互不干擾的綜合性指標來最大限度的反映出原來較多指標所反映出的信息，這樣一個降維的思想大大降低了運算維度，保證信息量的同時大大提高了計算速度。運用Pass軟件對環(huán)境污染水平進行主成分分析，結果見表2。

如圖4所示，第一個主成分到第四個主成分的線段斜率較大，而到第四個主成分后直線趨于平滑。因此，選取3-4個主成分都是較為合適的，結合表2環(huán)境污染指標主成分分析結果可知，前四個主成分的累計貢獻率超過85%的標準，達到0.993441592%，因此取前四個主成分作為環(huán)境污染的評估量。我們將前四個主成分的累計貢獻率定義為1，由其方差貢獻率求出新的各成分指標的權重值T1、T2、T3、T4，并計算前四主成分的得分矩陣Y_ij（i=1，2…，14;j=1，2，3，4）。Y_ij表示第i個年份第j個指標的單項評價值。根據(jù)多指標加權綜合評價模型：

由上式計算可得環(huán)境污染的綜合評價值Fi，結果見表3。表3顯示，2003-2016年我國環(huán)境污染綜合得分處于波動上升的狀態(tài)，在2010年有小幅回落之后又持續(xù)上升，即整體環(huán)境污染狀況不容樂觀，處于逐步惡化的趨勢。本文用己測算出的環(huán)境污染綜合評價得分代表北京環(huán)境污染狀況。

從Pass主成分分析結果中看到環(huán)境污染綜合指標有小于零的情況，但實際生產(chǎn)中，環(huán)境污染排放量不可能為負值，因此，需要將結果中數(shù)據(jù)整體向上平移固定的單位。最終得到的北京市2003-2016年環(huán)境污染綜合指標變化趨勢圖如圖5所示。

分析圖5可以看出，2003-2016年北京市的環(huán)境污染狀況大體經(jīng)歷三個階段。第一個階段是2003-2005年，該時期的北京市經(jīng)濟發(fā)展速度較慢，工廠數(shù)量較少，污染物排放量仍處在較低水平，因此，其環(huán)境污染現(xiàn)象還未見端倪。第二階段是2006-2010年，這一階段北京市環(huán)境污染與經(jīng)濟的關系曲線呈倒“U”型，符合環(huán)境庫茲涅茨曲線。2008年是一個明顯的拐點，北京奧運會拉動了北京經(jīng)濟高速發(fā)展，使其開始邁向了國際大都市的行列，但綠色奧運的理念也讓大眾開始注重北京市的環(huán)境狀態(tài)，北京市借助已有的經(jīng)濟的實力和技術去有效的改善和保護環(huán)境，因此，2008-2010年環(huán)境污染綜合指標呈下降趨勢，可見效果明顯。

3 結論

以上研究表明在經(jīng)濟發(fā)展到一定水平，以及加深對環(huán)境的認知之后，我們可以采取一定的技術手段來改善環(huán)境?；仡檶嶋H，北京市于2005年成立可持續(xù)發(fā)展促進會，北京市開始利用科學發(fā)展推動實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，呼吁人類從高速增長的傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展模式逐步過渡到可持續(xù)發(fā)展模式，積極探索一條人與自然相和諧的發(fā)展道路。因此，到2010年可持續(xù)發(fā)展之路初見成效，科技的發(fā)展開始有助于環(huán)境的改善。第三階段是2010年之后，環(huán)境污染綜合指標持續(xù)上升，這表明北京市環(huán)境在改善之后又出現(xiàn)了惡化的現(xiàn)象。這是由于北京市人口越來越多，資源短缺的現(xiàn)象初見端倪，環(huán)境與生態(tài)也遭到嚴重壞。尤其是大型工廠的數(shù)量猛增導致廢氣和廢水排放量加大，環(huán)境不斷惡化?？梢?，北京市目前的環(huán)境狀況依然不容樂觀，我們要在發(fā)展經(jīng)濟的同時，注重環(huán)境的保護，堅持走生態(tài)經(jīng)濟之路，建設生態(tài)文明大首都。

參考文獻

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