STIRPAT 模型下能源碳排放影響因素與碳排放趨勢情景分析
——基于中國黑龍江省的實(shí)證研究

彭云艷PENG Yun-yan；孫永波SUN Yong-bo；黃健龍HUANG Jian-long

（黑龍江科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，哈爾濱 150027）

0 引言

過去的50 年中，工業(yè)排放的CO2顯著增加，引發(fā)的溫室效應(yīng)，危害人類健康與社會經(jīng)濟(jì)。2021 年，我國提出力爭2030 年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060 年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”，構(gòu)建以新能源為主體的新型經(jīng)濟(jì)體系。黑龍江省作為東北省份老工業(yè)基地，其工業(yè)所產(chǎn)生碳排放占有巨大的份額，短時間內(nèi)還改變不了以礦產(chǎn)資源為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化依然有待改進(jìn)，同時，黑龍江省作為農(nóng)業(yè)大省，其所產(chǎn)生碳排放量也占有重大的份額，改善能源結(jié)構(gòu)，減少碳排放量，促進(jìn)黑龍江經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展問題亟需解決。

1 國內(nèi)外相關(guān)研究梳理

對于碳排放的研究可以上溯到20 世紀(jì)90 年代，York和Dietz,Rosa 等人（1994）首次基于IPAT 模型提出了其隨機(jī)特殊形式STIRPAT 模型，目前該方法已普遍應(yīng)用于碳排放的研究。Fisher-Vanden Karen 等應(yīng)用一種新的指數(shù)分解技術(shù)應(yīng)用于多地區(qū)多部門可計算的一般均衡模型來量化地影響碳排放增長的五個因素，闡明了當(dāng)應(yīng)對全球碳排放稅的征收時這些因素變化的相對重要性。Muhammad Shahbaz 等人使用1970-2014 年的時間序列和面板數(shù)據(jù)分析了25 個來自亞洲、美洲北部、歐洲西部和大洋洲的發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的全球化和二氧化碳排放之間存在因果關(guān)系。Madaleno 等人以歐洲各國為研究對象，研究表明化石燃料消耗、能源強(qiáng)度、石油進(jìn)口強(qiáng)度、石油依賴和人口等因素會對碳排放強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。Martinez 等人對西班牙能源強(qiáng)度比率趨勢變化進(jìn)行分析，確定了溫室氣體排放趨勢的主要驅(qū)動因素，并區(qū)分了“戰(zhàn)略性”和“非戰(zhàn)略性”的驅(qū)動因素。

國內(nèi)對碳排放影響因素以及碳排放趨勢研究相對于西方發(fā)達(dá)國家比較晚，學(xué)者們從國家、省區(qū)和行業(yè)角度評估了不同碳排放影響因素對環(huán)境的影響（寧論辰等、李建豹等），目前主流的研究方法和手段有：IPAT 模型及其衍生的STIRPAT 模型、環(huán)境庫茨涅茨曲線、灰色預(yù)測模型和系統(tǒng)動力學(xué)等。通過對文獻(xiàn)的梳理，我們發(fā)現(xiàn)，對于黑龍江省區(qū)域碳排放的研究相對較少，碳排放影響因素的研究有待進(jìn)一步深入。

2 STITPAT 模型構(gòu)建與指標(biāo)的選取

2.1 STITPAT 模型的構(gòu)建

STIRPAT 模型是YORKR 和DIETZT 等在IPAT 恒等式的基礎(chǔ)上提出的隨機(jī)特殊形式，考慮了人口、財富和技術(shù)因素各自變動時對環(huán)境的單獨(dú)影響，消除了同比例變動問題的影響。該模型是目前研究碳排放峰值最常用的方法，并且具有很好的拓展性，故本文采用STIRPAT 拓展模型對黑龍江省的碳排放影響因素和碳排放峰值進(jìn)行研究。模型基本形式為：

式中：I、P、A、T—環(huán)境壓力、人口因素、財富因素和技術(shù)水平；a—模型系數(shù)；b、c、d—人 口、財富和技術(shù)的彈性系數(shù)；u—誤差項(xiàng)。

對模型取對數(shù)，公式（1）變?yōu)椋?/p>

由于黑龍江省是我國的老工業(yè)基地，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)有別于其他地區(qū)，因此結(jié)構(gòu)性的差別是否會影響碳排放量，有待研究。故本文在STRPAT 的拓展模型上引入結(jié)構(gòu)性指標(biāo)S 進(jìn)行具體研究。此處將方程轉(zhuǎn)化為線形方程，兩邊分別取對數(shù)，模型擴(kuò)展為：

2.2 指標(biāo)的選取

本文借鑒前人的研究成果，選取人口規(guī)模、城鎮(zhèn)化率、人均GDP、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，這四項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)來源于2001-2020 年《黑龍江省統(tǒng)計年鑒》；二氧化碳排放量來源于中國碳核算數(shù)據(jù)庫；化石能源消耗量由《中國能源統(tǒng)計年鑒》中黑龍江省能源平衡表整理得到；碳排放強(qiáng)度和能源強(qiáng)度數(shù)據(jù)分別根據(jù)黑龍江省地區(qū)能源碳排放量、化石能源消耗量與地區(qū)實(shí)際GDP 總值計算所得；能源結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)由黑龍江省原煤消耗量占化石能源消耗總量計算所得，見表1。

表1 模型變量說明

因?yàn)楸疚乃x取的變量指標(biāo)相對較少，為了盡可能保留重要變量的信息，以及規(guī)避面板數(shù)據(jù)自身存在的多重共線性干擾，所以本文采用嶺回歸方法對數(shù)據(jù)重新進(jìn)行回歸，運(yùn)用SPSSPRO 平臺進(jìn)行嶺回歸方程的結(jié)果估計。根據(jù)SPSSPRO 平臺所做方差擴(kuò)大因子法確定K＝0.107 時，系數(shù)逐步趨于穩(wěn)定，R2為0.964，擬合程度較好，但lnP1、lnT 和lnIS 的p 值卻遠(yuǎn)大于0.1，沒有通過0.05 水平下的顯著性檢驗(yàn)；不同變量的組合進(jìn)行嶺回歸結(jié)果也不盡相同，所以再次進(jìn)行變量組合進(jìn)行嶺回歸，以城鎮(zhèn)化率、人均GDP、能源強(qiáng)度和能源結(jié)構(gòu)作為自變量，二氧化碳為因變量，根據(jù)方差擴(kuò)大因子法確定當(dāng)K＝0.186 時，系數(shù)逐步趨于穩(wěn)定，擬合優(yōu)度R2＝0.955，但是所得結(jié)果lnP2 大于0.05，沒有在0.05 的顯著水平通過檢驗(yàn)，而STIRPAT 模型中的P為人口因素，城鎮(zhèn)化率歸于人口因素當(dāng)中，為了盡可能保留住城鎮(zhèn)化率指標(biāo)以嵌合模型，重新進(jìn)行變量組合進(jìn)行嶺回歸，在拓展STIRPAT 模型中結(jié)構(gòu)因素，把能源結(jié)構(gòu)換成產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，即以城鎮(zhèn)化率、人均GDP、能源強(qiáng)度和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)作為自變量，二氧化碳排放量作為因變量進(jìn)行再一次的嶺回歸，最終所得結(jié)果：當(dāng)K＝0.108 時，系數(shù)逐步趨于穩(wěn)定，R2為0.952，擬合效果很好，且常數(shù)項(xiàng)和各變量都在0.05 的顯著水平通過了檢驗(yàn)，說明回歸系數(shù)符合現(xiàn)實(shí)意義檢驗(yàn)。城鎮(zhèn)化率、人均GDP、能源強(qiáng)度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)STIRPAT 拓展模型的人口、財富、技術(shù)和結(jié)構(gòu)四個方面。最終所得嶺回歸非標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)方程，即為拓展STIRPAT 模型的線形方程：

3 黑龍江省未來碳排放趨勢分析與情景假設(shè)

3.1 預(yù)測模型

基于嶺回歸分析結(jié)果可以對黑龍江省未來的二氧化碳排放量趨勢進(jìn)行預(yù)測，確定其基本公式為：

將黑龍江省2000-2019 年的各變量數(shù)據(jù)代入公式（5），得到模型測算的方程擬合數(shù)據(jù)與實(shí)際二氧化碳排放量結(jié)果進(jìn)行比較，誤差絕對值平均為5.63%，說明預(yù)測模型具有一定的實(shí)證意義。

3.2 發(fā)展情景假設(shè)

通過對STIRPAT 模型中的各變量進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，可以設(shè)置不同的發(fā)展情景。本文將每個變量設(shè)置為“低速”“中速”“高速”發(fā)展模式三種情景，參數(shù)設(shè)置為固定變化值。再將不同的參數(shù)值代入預(yù)測模型（5）當(dāng)中，就可以對黑龍江省未來的二氧化碳排放量趨勢進(jìn)行分析。設(shè)置基準(zhǔn)年為2019 年，（部分有2020 年數(shù)據(jù)以2020 年為基準(zhǔn)年），預(yù)測2020-2050 年黑龍江省碳排放趨勢，以政府每一個五年規(guī)劃期為一個發(fā)展階段。分別為：第一階段：2020-2025；第二階段：2026-2030 年；第三階段：2031-2036 年；第四階段：2036-2040 年；第五階段：2040-2050 年。根據(jù)黑龍江省現(xiàn)實(shí)情況，情景參數(shù)設(shè)置如表2。

表2 不同情景模式下參數(shù)設(shè)置

3.3 發(fā)展情景分析

結(jié)合具體參數(shù)數(shù)值進(jìn)行情景組合，具體見表3，并根據(jù)此進(jìn)行合理趨勢預(yù)測，如圖1 所示。

圖1 不同情景下黑龍江省二氧化碳排放量趨勢預(yù)測

表3 發(fā)展情景組合

在情景2 中，當(dāng)城鎮(zhèn)化率、人均GDP 高速增長，能源強(qiáng)度低速下降和第二產(chǎn)業(yè)高速下降時，二氧化碳排放量增長速度最慢。而情景8 中，當(dāng)城鎮(zhèn)化率和人均GDP 高速增長，能源強(qiáng)度高速下降和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低速降低時，二氧化碳排放量增長速度最快。對比情景2、4 和情景6、8，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)城鎮(zhèn)化率和人均GDP 保持低速增長時，二氧化碳排放量將大幅度降低，說明城鎮(zhèn)化率和人均GDP 是影響未來黑龍江省二氧化碳排放量增長的主要因素。對比情景1、2 和情景8、9，當(dāng)城鎮(zhèn)化率、人均GDP 和能源強(qiáng)度變化保持一致時，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較高速度下降，二氧化碳排放量增長速度就慢，反之就快。因此，合理保持較高的第二產(chǎn)業(yè)降低速度，可以大幅度降低二氧化碳排放量。對比情景1、3和情景2、4，情景6、8 和情景7、9，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)城鎮(zhèn)化率、人均GDP 和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化保持一致時，能預(yù)測強(qiáng)度高速下降，二氧化碳排放量增長速度就變得相對快，反之相對慢。因此可以看出，過快的能源強(qiáng)度降低速度，反而對二氧化碳排放量降低起到反作用，能源強(qiáng)度的下降已經(jīng)保持一個比較低的下降速度。

綜合以上分析，為了控制黑龍江省二氧化碳排放量，需要控制城鎮(zhèn)化率過快的擴(kuò)張速度以及人均GDP 的快速增長，避免低質(zhì)量發(fā)展模式的形成；其二，進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)創(chuàng)新，不能過快地降低能源強(qiáng)度，而是保持穩(wěn)定適中的降低，這也意味著黑龍江經(jīng)濟(jì)發(fā)展還需要依賴適度的能源強(qiáng)度，短期內(nèi)仍不可改變；其三，要優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，需要保持較高的第二產(chǎn)業(yè)占比降低速度，這也從反面看出來第三產(chǎn)業(yè)的增長，降低了第二產(chǎn)業(yè)占比，說明未來黑龍江經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型需要提升第三產(chǎn)業(yè)占比。

4 建議與結(jié)論

黑龍江省目前的二氧化碳排放趨勢和能源強(qiáng)度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)表明，未來黑龍江省的二氧化碳排放量仍會繼續(xù)增加，黑龍江要發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，需要承擔(dān)起相應(yīng)的減排任務(wù)，配合國家政策，實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。因此，提出以下建議：①要控制城鎮(zhèn)化的過速擴(kuò)張。黑龍江省在不斷推進(jìn)城鎮(zhèn)化水平上升過程中，要保持穩(wěn)定適中的速度，確保城鎮(zhèn)化水平合理地上升。②保持合理的經(jīng)濟(jì)增長速度。要不斷推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，對高碳產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行低碳產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，淘汰落后產(chǎn)能，大力發(fā)展新型可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)。③提高能源利用的技術(shù)水平。提高能源的利用效率能夠有效降低能源消費(fèi)總量從而降低能源強(qiáng)度水平。提高能源利用效率的同時，在當(dāng)前階段，不能過快地降低能源強(qiáng)度，需要在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)下適當(dāng)依賴能源消費(fèi)量，適度地降低能源消耗，結(jié)合能源結(jié)構(gòu)工作穩(wěn)步推進(jìn)。④優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。構(gòu)建與不斷完善新型低碳產(chǎn)業(yè)鏈，并且不斷發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，改變當(dāng)前第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展乏力的現(xiàn)狀，逐步發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，形成可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略模式。

本文采用STIRPAT 模型和嶺回歸分析黑龍江省能源二氧化碳排放影響因素，并運(yùn)用情景分析預(yù)測不同情景下的黑龍江省2020-2050 年的能源二氧化碳排放量趨勢，得出以下結(jié)論：黑龍江省能源二氧化碳排放影響因素按系數(shù)即作用大小排序依次為：城鎮(zhèn)化率、人均GDP、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源強(qiáng)度；城鎮(zhèn)化率和人均GDP 是二氧化碳排放量的主要驅(qū)動因素，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)完善可以有效降低二氧化碳排放量，能源強(qiáng)度對二氧化碳排放量的抑制作用不明顯。本文不足之處在于：因?yàn)橹笜?biāo)選取的不同，研究結(jié)論可能存在一定的偏差；對于黑龍江省二氧化碳排放趨勢的分析并沒有出現(xiàn)碳達(dá)峰情況，原因可能存在隱含變量的缺失，如黑龍江呈人口不斷下降的趨勢；對指標(biāo)之間是否存在線性關(guān)系以及是否高度相關(guān)未進(jìn)行高度分析。