基于主成分的省域3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度研究

徐小雅 胡超竹 李翰芳

［收稿日期］2022-0517

［基金項(xiàng)目］國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（11701161）；湖北省教育廳人文社科重點(diǎn)項(xiàng)目（20D043）；湖北工業(yè)大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金（BSQD2020103）；教育部人文社科基金項(xiàng)目（17YJA790098）

［第一作者］徐小雅（1998-），女，湖北宜昌人，湖北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘

［通信作者］李翰芳（1979-），女，湖北麻城人，統(tǒng)計(jì)學(xué)博士，湖北工業(yè)大學(xué)講師，研究方向?yàn)榻y(tǒng)計(jì)建模

［文章編號(hào)］1003-4684（2023）02-0103-04

［摘要］在信息時(shí)代大數(shù)據(jù)發(fā)展迅猛，海量的數(shù)據(jù)使得統(tǒng)計(jì)工作面臨前所未有的挑戰(zhàn)。從經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境三個(gè)宏觀層面出發(fā)，選取2003-2019年我國(guó)30個(gè)省市的各項(xiàng)指標(biāo)，在主成分分析的基礎(chǔ)上構(gòu)建“經(jīng)濟(jì)-能源-環(huán)境”耦合系統(tǒng)（3E系統(tǒng)），探討各個(gè)系統(tǒng)得分的時(shí)空差異，并分析系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度，旨在簡(jiǎn)化宏觀高維數(shù)據(jù)，為宏觀研究提供便利。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：我國(guó)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)在2003-2019年內(nèi)逐年提升，而環(huán)境子系統(tǒng)得分與經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)相反，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)環(huán)境得分停滯不前，甚至有逐年下降的趨勢(shì)，能源子系統(tǒng)各區(qū)域發(fā)展穩(wěn)定；同時(shí)我國(guó)3E系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)性處于高協(xié)調(diào)水平，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)與環(huán)境子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)性是影響3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的最主要原因，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)在環(huán)境子系統(tǒng)與能源子系統(tǒng)間充當(dāng)媒介作用。

［關(guān)鍵詞］3E系統(tǒng)； 區(qū)域發(fā)展； 主成分分析; 耦合協(xié)調(diào)性

［中圖分類號(hào)］X24? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

21世紀(jì)以來全球氣候不斷變暖。伴隨著目前我國(guó)能源利用的效率持續(xù)下降，環(huán)境治理也進(jìn)入了攻堅(jiān)戰(zhàn)，同時(shí)隨著“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的來臨和發(fā)展，將能源和大數(shù)據(jù)融合發(fā)展是解決當(dāng)今能源問題的重要革新力量。我國(guó)政府?dāng)?shù)據(jù)開放平臺(tái)數(shù)量增長(zhǎng)迅速，覆蓋面廣，同時(shí)實(shí)施大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的政策法規(guī)制度體系逐步完善，我國(guó)發(fā)展泛能源大數(shù)據(jù)的必要條件基本成熟。建立以能源為中心并廣泛關(guān)聯(lián)多維度的泛能源大數(shù)據(jù)體系，構(gòu)建統(tǒng)攬環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與能源的智慧系統(tǒng)，可為我國(guó)在新一輪工業(yè)革命中塑造國(guó)家發(fā)展新優(yōu)勢(shì)提供堅(jiān)實(shí)的信息和決策支撐，同時(shí)有利于優(yōu)化大型數(shù)據(jù)中心整體創(chuàng)新布局和加快實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。

1??? 研究現(xiàn)狀

能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境之間的相互關(guān)系一直受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。從不同的視角來看，大致可以將對(duì)能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境耦合系統(tǒng)（3E）的研究分為三類：1）對(duì)區(qū)域內(nèi)的能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)度進(jìn)行評(píng)價(jià)[2，5，7，11]，能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境相輔相成，研究它們之間的協(xié)調(diào)度可為地區(qū)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供政策意見；2）對(duì)現(xiàn)有評(píng)價(jià)3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的模型進(jìn)行改進(jìn)，例如運(yùn)用距離協(xié)調(diào)度模型和加入GM灰色預(yù)測(cè)模型[6]、結(jié)合壓力狀態(tài)響應(yīng)評(píng)價(jià)體系[4]、采用模糊物元理論[1]等；3）外部因素對(duì)3E系統(tǒng)的影響分析，包括節(jié)能減排政策、能源結(jié)構(gòu)、碳排放、技術(shù)創(chuàng)新等方面的影響[3，8-10]。

縱觀國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究，大多集中在時(shí)間及空間上，這些研究的基礎(chǔ)離不開穩(wěn)定的3E耦合系統(tǒng)，而耦合協(xié)調(diào)度取決于3E系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)部所含數(shù)據(jù)信息越多，3E系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度解釋程度越高，而這方面的研究較為缺乏。另外，3E系統(tǒng)面臨著3個(gè)主要問題，第一是高維數(shù)據(jù)處理，第二是數(shù)據(jù)收集難度，第三是缺失值的處理。故筆者從這三個(gè)角度出發(fā)，在基于大數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，構(gòu)建更為科學(xué)、合理的3E系統(tǒng)耦合模型，為3E系統(tǒng)的擴(kuò)展研究打下穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

2??? 評(píng)價(jià)方法及數(shù)據(jù)來源

2.1??? 基于主成分分析法的3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的評(píng)價(jià)模型

由于筆者擬從大數(shù)據(jù)的角度構(gòu)建3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，各二元子系統(tǒng)內(nèi)部所含的信息數(shù)據(jù)增多，指標(biāo)之間的相關(guān)性也隨之增強(qiáng)，故提出通過使用主成分分析法建立綜合發(fā)展水平模型，使用主成分分析法降維后的指標(biāo)繼續(xù)構(gòu)造3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)模型，來有效避免指標(biāo)之間內(nèi)在影響與主觀因素引起的不必要的系統(tǒng)偏差和高維數(shù)據(jù)帶來的維數(shù)災(zāi)難。

2.1.1??? 3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建旨在全面地了解我國(guó)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，進(jìn)而系統(tǒng)地表征三者的協(xié)調(diào)狀況，因此遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性和可操作性等指標(biāo)構(gòu)建原則，建立如下 3E 系統(tǒng)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，如圖1所示。

構(gòu)建的體系中，能源系統(tǒng)有26個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（表1），經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)有20個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（表2），環(huán)境系統(tǒng)有18個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（表3）。

其中能源子系統(tǒng)描述了當(dāng)前自然界能源狀況，同時(shí)也考慮了人類活動(dòng)對(duì)能源資源的影響；經(jīng)濟(jì)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)綠色永續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，若經(jīng)濟(jì)發(fā)展不穩(wěn)定，能源技術(shù)改革就難以實(shí)現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)也將舉步維艱，故經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)刻畫了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展行為；環(huán)境子系統(tǒng)既考慮了自然環(huán)境，也將人類活動(dòng)的城市環(huán)境考慮在內(nèi)，同時(shí)也涵蓋了環(huán)境治理保護(hù)。

2.1.2??? 3E系統(tǒng)綜合發(fā)展水平模型??? 3E系統(tǒng)綜合發(fā)展水平模型能夠?qū)⑵鋬?nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平進(jìn)行量化處理，從而完成對(duì)相對(duì)抽象的能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境3E概念的定量描述。同時(shí)由于原始數(shù)據(jù)樣本指標(biāo)中存在不同維度的計(jì)量單位，因此在用主成分分析法構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)綜合發(fā)展水平模型前，先對(duì)原數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理而消除樣本量綱對(duì)模型計(jì)算結(jié)果的影響，獲得合理、正確的計(jì)算結(jié)果。構(gòu)建如下3E系統(tǒng)綜合發(fā)展水平模型：

f（A）=ZA×TAf（B）=ZB×TBf（C）=ZC×TC（1）

其中：

TA=pA??? λA，TB=pB??? λB，TC=pC??? λC

式中，f（A）、f（B）、f（C）分別為能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境子系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平模型；ZA、ZB、ZC分別表示為能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化之后的數(shù)據(jù)；TA、TB、TC分別表示能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境子系統(tǒng)的綜合權(quán)重，綜合權(quán)重由累計(jì)貢獻(xiàn)率λ和因子載荷矩陣p求得。

2.1.3??? 3E系統(tǒng)綜合耦合協(xié)調(diào)度模型經(jīng)濟(jì)和環(huán)境系統(tǒng)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)能有效反映耦合機(jī)制。耦合度被用來衡量系統(tǒng)間相互作用與影響的程度大小，通常來說它越大越好，說明系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)程度好。故根據(jù)2.1.2中所構(gòu)建的綜合發(fā)展水平模型，構(gòu)建出如下3E系統(tǒng)綜合耦合協(xié)調(diào)度模型：

D=??? O×V（2）

其中：

O=f（A）·f（B）·f（C）f（A）+f（B）+f（C）3313

V=13f（A）+13f（B）+13f（C）

式中，D表示系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度（D∈0，1），O表示系統(tǒng)耦合度，V表示能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境各系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，f（A）、f（B）、f（C）由式（1）所求。

2.1.4??? 3E系統(tǒng)內(nèi)部耦合協(xié)調(diào)度模型為了進(jìn)一步探索3E系統(tǒng)之間耦合與協(xié)調(diào)關(guān)系，明確對(duì)3E系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度產(chǎn)生變化的關(guān)鍵因素，考慮3E系統(tǒng)中的每個(gè)子系統(tǒng)兩兩之間的協(xié)調(diào)情況，構(gòu)建如下3E系統(tǒng)內(nèi)部耦合協(xié)調(diào)度模型：

DAB=??? OAB×VABDAC=??? OAC×VACDBC=??? OBC×VBC（3）

其中：

OAB=f（A）·f（B）f（A）+f（B）2212OAC=f（A）·f（C）f（A）+f（C）2212OBC=f（B）·f（C）f（B）+f（C）2212；

VAB=12f（A）+12f（B）VAC=12f（A）+12f（C）VBC=12f（B）+12f（C）

式中DAB、DAC、DBC為能源子系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)與環(huán)境子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)與環(huán)境子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度模型（DAB∈［0，1］、DAC∈［0，1］、DBC∈［0，1］）；OAB、OAC、OBC分別為三個(gè)子系統(tǒng)間兩兩的耦合度（OAB∈［0，1］，OAC∈［0，1］，OBC∈［0，1］）。

2.2??? 數(shù)據(jù)來源及處理

選取2003-2019年我國(guó)30個(gè)省市的64個(gè)具有代表性的指標(biāo)進(jìn)行3E系統(tǒng)建模，數(shù)據(jù)來源于2003年-2019年的《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)金融統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》以及各省統(tǒng)計(jì)年鑒，數(shù)據(jù)中包含的缺失值使用多重回歸進(jìn)行插補(bǔ)。

3??? 研究結(jié)果與分析

3.1??? 3E體系綜合指標(biāo)

基于前文構(gòu)建的指標(biāo)體系，使用R軟件（R 4.1.3）分別對(duì)經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境指標(biāo)體系進(jìn)行主成分分析，首先對(duì)三個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行 KMO與球形檢驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)表4中經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境KMO值分為0.888、0.755、0.706，接近于1，這說明三個(gè)系統(tǒng)各自內(nèi)部變量之間的相關(guān)程度很強(qiáng)，變量間存在多重共線性，適合做因子分析。另外球形檢驗(yàn)的P值接近于0，說明各變量間不相互獨(dú)立，因此可以進(jìn)行后續(xù)分析（詳細(xì)分析以經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)為例）。

通過檢驗(yàn)后，求出非特征根并提取出主成分。如表5所示，其中4個(gè)因子的特征值大于1且累積貢獻(xiàn)率達(dá)到89.39%，這說明這4個(gè)因子能夠大致解釋經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中的所有信息。為此，選取這4個(gè)因子表示經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平。

隨后我們獲取得到4個(gè)成分中各個(gè)變量的得分，根據(jù)各個(gè)成分的方差百分比得到最終的經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)發(fā)展水平。由4個(gè)成分的特征值（11.35，2.828，1.762，1.044）和4個(gè)成分的得分可以由式（1）得到經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的綜合得分公式：

f（B）=0.6683α1·XB+0.1665α2·XB+0.1037α3·XB+0.0615α4·XB（4）

式中，

α1=（0.0834，-0.338，0.709，0.887，0.337，0.66，0.956，0.885，0.881，0.906，0.738，0.824，0.769，0.737，0.53，0.942，0.858，0.82，0.69），

α1由經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)主成分1的系數(shù)構(gòu)成，同理可以得到α2、α3和α4，分別由經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的主成分2、主成分3和主成分4的系數(shù)構(gòu)成；XB為經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)所有的指標(biāo)變量。

由式（4）可以計(jì)算出各年份經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的綜合得分，結(jié)果如表6所示。

同理重復(fù)以上步驟可由能源子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)的得分表構(gòu)建如下環(huán)境與能源綜合得分公式：

f（A）=0.3296β1·XA+0.2671β2·XA+0.1121β3·XA+0.0875β4·XA+0.082β5·XA+0.0684β6·XA+0.0532β7·XA（5）

f（C）=0.4303γ1·XC+0.2752γ2·XC+0.1841γ3·XC+0.1104γ4·XC（6）

式中XA和XC分別為能源子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)中的所有指標(biāo)變量，βi（i=1，2，…，7）對(duì)應(yīng)能源子系統(tǒng)得分表中對(duì)應(yīng)主成分i的系數(shù)，γi（i=1，2，3，4）對(duì)應(yīng)環(huán)境子系統(tǒng)得分表中對(duì)應(yīng)主成分i的系數(shù)。根據(jù)式（5）和式（6）分別計(jì)算出相應(yīng)的綜合得分，如表7所示。

能源綜合得分于2010年首達(dá)正值，環(huán)境綜合得分和經(jīng)濟(jì)綜合得分均于2011年首變?yōu)檎?。為了更好的了解得分的變化情況，根據(jù)表6中的數(shù)據(jù)繪制出三個(gè)系統(tǒng)的得分走勢(shì)圖，如圖2所示。

通過觀察環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、能源三部分綜合發(fā)展得分的逐年變化，發(fā)現(xiàn)它們都整體呈上升趨勢(shì)，且趨勢(shì)較為明顯。同時(shí)，得分增速排序?yàn)椋航?jīng)濟(jì)綜合得分>環(huán)境綜合得分>能源綜合得分。在研究的初始年份2003年，三項(xiàng)指標(biāo)的排序?yàn)椋耗茉?環(huán)境>經(jīng)濟(jì)。但研究的最后一年，即2019年，三項(xiàng)指標(biāo)的排序?yàn)椋航?jīng)濟(jì)>環(huán)境>能源。

為使數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)結(jié)果更加直觀，且相對(duì)來說經(jīng)濟(jì)綜合得分的上升趨勢(shì)更迅猛，故選擇用地圖形式分析2003年、2008年、2015年、2019年經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的時(shí)間變化情況（圖3）。

圖3??? 2003年、2008年、2015年、2019年經(jīng)濟(jì)得分時(shí)空演化

通過2003年經(jīng)濟(jì)得分時(shí)空演化圖，顯而易見沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)得分相較于內(nèi)陸城市高，特別是廣東省、山東省、江蘇省、浙江省、上海市這些東南且沿海區(qū)域。甘肅、云南、貴州、廣西四塊省域得分處于最末尾，中西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后。與2003年相比較，2008年存在部分省市的得分層級(jí)變化，表現(xiàn)在該區(qū)域的顏色變化上。經(jīng)過五年的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)得分升高到上一層級(jí)的區(qū)域有：內(nèi)蒙古、廣西、四川、寧夏、湖南等等。經(jīng)濟(jì)得分下降的區(qū)域有：青海、吉林、湖北、陜西等等。除未收集到數(shù)據(jù)的西藏、香港、澳門、臺(tái)灣這些區(qū)域，可以認(rèn)為其余區(qū)域的經(jīng)濟(jì)均在穩(wěn)中向好的發(fā)展。綜合全國(guó)范圍內(nèi)各區(qū)域的發(fā)展水平變化來看，在2003-2019年期間，東部的綜合發(fā)展指數(shù)得分最高，西部的綜合發(fā)展指數(shù)得分最低。其中東南部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較為平穩(wěn)，東北部地區(qū)尤其是黑龍江省，經(jīng)濟(jì)得分呈下降趨勢(shì)。西北部地區(qū)經(jīng)濟(jì)得分波動(dòng)不大，大部分地區(qū)都穩(wěn)中向好。中部地區(qū)作為連接樞紐，其綜合發(fā)展指數(shù)得分也處于中間位置，其中部分地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平稍有下降，后有上升并恢復(fù)平穩(wěn)，但整體呈上升趨勢(shì)。

3.2??? 3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分析

能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)內(nèi)部關(guān)系復(fù)雜交錯(cuò)的系統(tǒng)，要從多角度去深入分析其相互影響的因素，因此從省級(jí)層面測(cè)算了經(jīng)濟(jì)能源、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、能源環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度和能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境系統(tǒng)綜合的耦合協(xié)調(diào)度，以協(xié)調(diào)度為依據(jù)更深入地研究和掌握能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律，以便在實(shí)踐中采取科學(xué)決策，更好實(shí)現(xiàn)3E系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2.1??? 3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度變化的時(shí)間分析基于上述對(duì)綜合發(fā)展指數(shù)的分析，根據(jù)3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度模型式（2）和式（3）得到了全國(guó)范圍內(nèi)2003—2019年逐年3E系統(tǒng)內(nèi)部及綜合的耦合協(xié)調(diào)度，其結(jié)果如表8所示。

從表8中可以看出我國(guó)3E系統(tǒng)綜合耦合協(xié)調(diào)度D整體在0.9上下波動(dòng)，根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，D>0.8表明我國(guó)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境綜合協(xié)調(diào)水平處于優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)的狀態(tài)，說明我國(guó)能源供需平衡，經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，生態(tài)環(huán)境在可承受范圍內(nèi)得到了更好的改善，能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境子系統(tǒng)之間能夠很好地協(xié)調(diào)發(fā)展。

但是經(jīng)濟(jì)能源、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和能源環(huán)境這三個(gè)二元子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度DAB、DAC和DBC卻在（0.6，0.7）這個(gè)區(qū)間變化，說明經(jīng)濟(jì)能源、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和能源環(huán)境這三個(gè)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度水平處于中度協(xié)調(diào)的狀態(tài)，且整體來看DAB>DBC>DAC，表明在能源和環(huán)境的可接受范圍內(nèi)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展在國(guó)家政策的引導(dǎo)和扶持下，正在尋找新的增長(zhǎng)點(diǎn)和突破口，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)注重節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，因此能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境子系統(tǒng)之間基本能夠較和諧發(fā)展。

能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境綜合協(xié)調(diào)度高，但內(nèi)部協(xié)調(diào)度低，說明系統(tǒng)內(nèi)部具有耦合脆弱性。同時(shí)從時(shí)間變化來看，雖然綜合協(xié)調(diào)度很高，波動(dòng)較小，但是整體還是呈一個(gè)小幅下降的趨勢(shì)，各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度同

樣存在小幅度下降，說明我國(guó)能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境之間的發(fā)展目前雖然很好，但是不能掉以輕心，仍需花費(fèi)時(shí)間精力保持我國(guó)能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的高質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展，減少發(fā)展的脆弱性。

從另一個(gè)角度來看，能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)的綜合得分在逐年升高的同時(shí)又保持了各協(xié)調(diào)度的穩(wěn)定，說明我國(guó)政府在能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境上的出臺(tái)政策和管控力度很到位，有效引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)新常態(tài)發(fā)展，推動(dòng)全面深化改革，個(gè)人和企業(yè)也能夠積極配合國(guó)家的各項(xiàng)行動(dòng)，共同貫徹落實(shí)新發(fā)展理念，以保持能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2.2??? 3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度變化的空間分析與全國(guó)范圍內(nèi)的耦合協(xié)調(diào)性相比，各地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)度差異較大，以福建省、江蘇省、上海市、浙江省、青海省與新疆維吾爾自治區(qū)為例進(jìn)行不同地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)性分析。

由圖4可以發(fā)現(xiàn)福建省、江蘇省、上海市、浙江省地區(qū)3E系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性在逐年大幅提高，而青海省與新疆維吾爾自治區(qū)的3E協(xié)調(diào)度發(fā)展緩慢，這說明3E協(xié)調(diào)度依賴高質(zhì)量經(jīng)濟(jì)環(huán)境，經(jīng)濟(jì)發(fā)展能夠驅(qū)動(dòng)能源及環(huán)境發(fā)展，反之能源與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展能夠推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)3E系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

從經(jīng)濟(jì)環(huán)境二元耦合協(xié)調(diào)度來看，經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)區(qū)域的協(xié)調(diào)度在三個(gè)系統(tǒng)中最薄弱，這說明在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也不能忽略對(duì)環(huán)境的發(fā)展，不應(yīng)該讓環(huán)境成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展中犧牲品，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的不協(xié)調(diào)發(fā)展會(huì)增加3E系統(tǒng)的脆弱性與敏感度，導(dǎo)致3E系統(tǒng)發(fā)展不穩(wěn)定。經(jīng)濟(jì)較為落后的地區(qū)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的發(fā)展雖然較為穩(wěn)定，但3E系統(tǒng)也發(fā)展落后，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要環(huán)境的支撐，環(huán)境的維系需要經(jīng)濟(jì)的牽引。

從經(jīng)濟(jì)與能源的協(xié)調(diào)性來看，各區(qū)域的協(xié)調(diào)度都維持在中等水平，能源是一個(gè)地區(qū)發(fā)展的基礎(chǔ)保障，能源與經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定協(xié)調(diào)能夠降低3E系統(tǒng)發(fā)生脆弱性風(fēng)險(xiǎn)，因此保障能源與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。

從環(huán)境與能源的協(xié)調(diào)性來看，各地區(qū)的發(fā)展水平差異不大，且較為穩(wěn)定，能源的開采是影響環(huán)境的重要原因之一，能源的過量開采會(huì)導(dǎo)致地區(qū)環(huán)境系統(tǒng)循環(huán)被打破，增加3E系統(tǒng)耦合的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。

由此看來，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展是影響3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度波動(dòng)的最主要原因，在維系我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，也需要加強(qiáng)環(huán)境與能源系統(tǒng)的建設(shè)，提高污染物處置回收能力、能源的利用率以及環(huán)境的保護(hù)。環(huán)境與能源是3E系統(tǒng)的生態(tài)，而經(jīng)濟(jì)是3E系統(tǒng)的引擎，三者缺一不可。

4??? 結(jié)論與政策建議

4.1??? 結(jié)論

先經(jīng)過主成分分析，分別構(gòu)建了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和能源的發(fā)展指數(shù)，然后再通過3E體系耦合建模，對(duì)我國(guó)各個(gè)省市的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和能源系統(tǒng)在2003-2019年的發(fā)展情況和耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行描述，并且從時(shí)間、空間以及地理區(qū)域這三個(gè)角度進(jìn)行了綜合分析，通過以上研究，得到了如下結(jié)論：

1）我國(guó)3E系統(tǒng)綜合耦合協(xié)調(diào)度D整體在0.9上下波動(dòng)，說明我國(guó)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境綜合協(xié)調(diào)水平處于優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)的狀態(tài)，能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境子系統(tǒng)之間能夠很好的協(xié)調(diào)發(fā)展。能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境系統(tǒng)整體發(fā)展穩(wěn)中求精，積極響應(yīng)國(guó)家政策，從高速發(fā)展轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展。

2）從空間和地理分布上來看，我國(guó)整體的發(fā)展水平有明顯的上升，每個(gè)地理區(qū)域之間的差異也在慢慢降低，但是地理區(qū)域的差異依舊存在，而且呈現(xiàn)東部地區(qū)＞中部地區(qū)＞西部地區(qū)。從發(fā)展指數(shù)上來看，東部地區(qū)的發(fā)展呈現(xiàn)平穩(wěn)上升的趨勢(shì)，而中部地區(qū)和西部地區(qū)上升的速度比較快，但同時(shí)其環(huán)境系統(tǒng)的指數(shù)比較低、波動(dòng)大，說明其環(huán)境破壞比較嚴(yán)重，而東部地區(qū)的環(huán)境系數(shù)變化不大，波動(dòng)比較小。

3）能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境綜合協(xié)調(diào)度高，但內(nèi)部協(xié)調(diào)度低，說明系統(tǒng)內(nèi)部具有耦合脆弱性。同時(shí)從時(shí)間變化來看，雖然綜合協(xié)調(diào)度很高，波動(dòng)較小，但是整體還是呈一個(gè)小幅下降的趨勢(shì)，各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度同樣存在小幅度下降。在空間上，全國(guó)范圍的區(qū)域耦合協(xié)調(diào)度表現(xiàn)為：東部地區(qū)＞中部地區(qū)＞西部地區(qū)。其中東部地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)度在時(shí)間上變化不大，發(fā)展比較穩(wěn)定，波動(dòng)比較小；西部地區(qū)和中部地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)度在時(shí)間上變化比較大，沒有明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

4.2??? 政策建議

1）提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展的效率，降低對(duì)環(huán)境的破壞。從上述研究可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)從2003-2019年每年都有大幅度的提升，但是消耗過高，發(fā)展過程中帶來的高污染對(duì)環(huán)境系統(tǒng)造成了很嚴(yán)重的破壞。所以，應(yīng)該加大投資力度，改善工業(yè)上的技術(shù)，推進(jìn)供給側(cè)改革，將節(jié)能減排進(jìn)行到底，從而改善我國(guó)整體的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，大幅度減少環(huán)境系統(tǒng)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的危害。如：減少大氣中二氧化碳的排放；提升對(duì)廢水回收的利用率；將垃圾分類進(jìn)行到底；加大對(duì)水資源的保護(hù)和利用；提高廢棄物排放的標(biāo)準(zhǔn)，從根源上實(shí)現(xiàn)對(duì)土地的保護(hù)。

2）完善對(duì)環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)，加大對(duì)企業(yè)和個(gè)人的監(jiān)管。第一步，要完善對(duì)應(yīng)的環(huán)保政策，加大對(duì)企業(yè)和個(gè)人的監(jiān)管，加強(qiáng)環(huán)保的治理過程。所以，必須要完善一些污染排放量比較大的企業(yè)減排的法律法規(guī)，讓企業(yè)為自己的行為買單，為節(jié)能減排工作提供有力的法律保護(hù)。第二步，要加快對(duì)重污染地區(qū)的修復(fù)和治理，從而恢復(fù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。加大對(duì)重污染地區(qū)環(huán)保資金的投入，改善已經(jīng)被污染的地區(qū)，將經(jīng)濟(jì)區(qū)域和生態(tài)區(qū)域加以區(qū)分，加大對(duì)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，同時(shí)應(yīng)擴(kuò)大對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的宣傳，加強(qiáng)人民群眾生態(tài)保護(hù)的意識(shí)。第三步，應(yīng)該意識(shí)到每個(gè)區(qū)域環(huán)境污染問題的復(fù)雜性，東部地區(qū)和西部地區(qū)存在很大的差異，不應(yīng)該采用“一刀切”的方式，應(yīng)做到具體問題具體分析，分清每個(gè)地區(qū)發(fā)展的主次矛盾，根據(jù)每個(gè)地區(qū)的具體情況制定相應(yīng)的環(huán)保政策。

3）加大協(xié)調(diào)每個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)系，彌補(bǔ)每個(gè)區(qū)域的發(fā)展漏洞。應(yīng)該認(rèn)清每個(gè)區(qū)域的協(xié)調(diào)類型和短板，我國(guó)各省之間聯(lián)系緊密，各區(qū)域的發(fā)展存在一定的關(guān)聯(lián)性，所以在區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展進(jìn)程中，各省不僅要注重經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)和能源系統(tǒng)自身的協(xié)調(diào)發(fā)展，還應(yīng)當(dāng)做到友好互鄰，加大合作力度，做到共同協(xié)調(diào)發(fā)展。同時(shí)區(qū)域發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期而又復(fù)雜的過程，涉及到的利益群體眾多，涉及到的范圍也比較廣，不僅關(guān)系到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和能源的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，同時(shí)也受到自然因素、人口和城市發(fā)展的約束，所以協(xié)調(diào)發(fā)展的同時(shí)還應(yīng)將自然因素、人口和城市發(fā)展的因素考慮在內(nèi)，實(shí)現(xiàn)全方位的發(fā)展。

［參考文獻(xiàn)］

［1］安貴鑫，姚帥.基于熵權(quán)模糊物元模型的山東省3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)研究[J].河南科學(xué)，2015，33（12）：2211-2216.

[2]陳黎明，王穎，田建芳.中國(guó)省域能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)性實(shí)證研究[J].財(cái)經(jīng)理論與實(shí)踐，2015，36（01）：105-110.

[3]羅福周，張諾楠.中國(guó)省際能源利用經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)的時(shí)空耦合協(xié)調(diào)度分析[J].環(huán)境污染與防治，2020，42（07）：884-889.

[4]劉引鴿，王少雄.基于熵權(quán)P-S-R模型陜西省3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)度綜合評(píng)價(jià)[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2018，44（06）：42-49.

[5]王鋒，傅利芳，秦豫徽.省域“能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境”（3E）系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的時(shí)空差異與趨勢(shì)預(yù)測(cè)[J].山西財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（06）：15-27.

[6]嚴(yán)雨男，劉玉邦.基于距離協(xié)調(diào)度和GM模型的四川3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)研究[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2020，50（24）：241-250.

[7]楊志清.河南省能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境（3E）系統(tǒng)綠色發(fā)展評(píng)價(jià)與分析[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，55（01）：180-190.

[8]趙迪. 節(jié)能減排政策對(duì)我國(guó)能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境系統(tǒng)的影響效果[D].北京：華北電力大學(xué)，2017.

[9]趙濤，于晨霞，潘輝.低碳城市3E1S系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度研究[J].統(tǒng)計(jì)與決策，2019，35（22）：131-135.

[10] KHAN A，MUHAMMAD F，CHENGGANG Y，et al. The impression of technological innovations and natural resources in energy-growth-environment nexus：A new look into BRICS economies[J]. Science of The Total Environment，2020，727：138265.

[11] URIBE-TORIL J，RUIZ-REAL J L，MILN-GARCA J，et al. Energy，economy，and environment：A worldwide research update [J].Energies，2019（12）：1120.

An Empirical Study on Coupling Coordination Degree of Provincial 3ESystem Based on Principal Component Analysis

XU Xiaoya， HU Chaozhu， LI Hanfang

（School of Science， Hubei Univ. of Tech.， Wuhan 430068， China）

Abstract：With the rapid development of big data in the information age， the massive data make statistical work face unprecedented challenges. Starting from the three macro levels of economy， energy and environment， this paper selects various indicators of 30 provinces and cities in my country from 2003 to 2019， and builds an "economy energy environment" coupling system （3E system） on the basis of principal component analysis. The spatial and temporal differences in the scores of each system are discussed， and the coupling coordination degree of the system is analyzed， aiming to simplify macroscopic high dimensional data and facilitate macroscopic research. The research results show that： our country's economic subsystem has improved year by year from 2003 to 2019， while the score of environmental subsystem is opposite to that of economic subsystem. The environmental score of economically developed areas is stagnant， or even has a downward trend year by year， and the development of energy subsystem in each region is stable. At the same time， the coupling coordination of the country's 3E system is at a high level of coordination. The coupling coordination between the economic subsystem and the environmental subsystem is the most important factor affecting the coordination of the 3E system. The economic subsystem acts as a medium between the environmental subsystem and the energy subsystem effect.

Keywords：3e system; regional development; principal component analysis

［責(zé)任編校： 閆品］