綠色民航發(fā)展的三方演化博弈研究

文 軍, 熊一夫

(中國民用航空飛行學(xué)院 機(jī)場學(xué)院, 四川 廣漢 618307)

航空業(yè)是全球溫室氣體排放的重要來源之一,對氣候變化產(chǎn)生了顯著影響。綠色民航是一個(gè)涵蓋了環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展原則的概念,旨在通過減少碳排放、使用可再生能源、采用節(jié)能技術(shù)和強(qiáng)化環(huán)境管理減少民航業(yè)對環(huán)境的負(fù)面影響,并提高其社會和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。發(fā)展綠色民航是減少航空業(yè)碳排放的主要措施,有助于應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn),減少碳足跡。綠色民航推動(dòng)航空業(yè)發(fā)展、改善資源利用效率,機(jī)場企業(yè)可以通過改善能源效率、推廣可再生能源和使用低碳技術(shù)等手段,減少機(jī)場和民航運(yùn)輸企業(yè)運(yùn)行的碳排放,兩者的綠色改造對于應(yīng)對氣候變化具有重要意義。中國民航局出臺《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》《綠色機(jī)場規(guī)劃導(dǎo)則》(2018)等文件對綠色機(jī)場建設(shè)做出了相應(yīng)要求。民航運(yùn)輸企業(yè)可以通過采用更節(jié)能的飛機(jī)、優(yōu)化航線規(guī)劃和提高航空公司運(yùn)營效率等措施,減少能源消耗和溫室氣體排放。但是由于綠色民航技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用通常需要巨額投資,并且在初期階段可能面臨高昂的成本,僅僅依靠機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)難以推動(dòng)綠色民航的發(fā)展,所以需要政府出臺支持綠色民航發(fā)展的相關(guān)政策,為機(jī)場和民航運(yùn)輸企業(yè)提供激勵(lì)和指導(dǎo)。

王凡俊等[1]從建筑產(chǎn)業(yè)鏈的角度考慮,運(yùn)用演化博弈理論對目前裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈中三大主體(政府、開發(fā)商、制造商)的行為進(jìn)行分析。田利軍等[2]分析了我國民航節(jié)能減排現(xiàn)狀和國內(nèi)外局勢對民航發(fā)展的影響,提出相應(yīng)的應(yīng)對策略。李占五[7]認(rèn)為我國民航業(yè)應(yīng)主動(dòng)應(yīng)對節(jié)能減排挑戰(zhàn),積極發(fā)展綠色民航。耿宏等[4]基于DEA模型構(gòu)建航空公司碳減排效率評價(jià)模型,分析碳減排效率,評價(jià)公司能源效率發(fā)展趨勢。章連標(biāo)等[5]認(rèn)為綠色技術(shù)創(chuàng)新在溫室氣體減排和氣候變化應(yīng)對中發(fā)揮著促進(jìn)作用,以民航業(yè)為研究對象,采用實(shí)驗(yàn)研究的方法,檢驗(yàn)綠色發(fā)展政策對綠色技術(shù)創(chuàng)新的影響。Kumar等[6]將最好最壞法(best-worst method,BWM)和多準(zhǔn)則妥協(xié)解排序法(vise kriterijumski optimizacioni racun,VIKOR)方法混合用于計(jì)算不同標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重并相應(yīng)地對機(jī)場進(jìn)行排名,探索機(jī)場綠色績效評估標(biāo)準(zhǔn)等。王任大和李海峰[7]針對大數(shù)據(jù)技術(shù)對于網(wǎng)絡(luò)謠言管理的作用,綜合不同情境下三方博弈演化的結(jié)果條件,對現(xiàn)實(shí)中推進(jìn)社交平臺大數(shù)據(jù)建設(shè)給出合理建議。王偉等[8]構(gòu)建了包含政府、港口企業(yè)、承運(yùn)商三方的演化博弈模型,研究了三方在綠色港口建設(shè)方面的決策行為演化規(guī)律,分析了港口企業(yè)與承運(yùn)商“綠色改造”的驅(qū)動(dòng)因素。邵筱宇等[9]結(jié)合安徽電力現(xiàn)貨市場試結(jié)算日的實(shí)際數(shù)據(jù),分析市場主體交易策略的主要特征及未來各主體的博弈策略選擇。通過整理已有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),目前國內(nèi)對于綠色民航的研究主要集中在具體技術(shù)的應(yīng)用和整體評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建,而針對政府、機(jī)場、民航運(yùn)輸企業(yè)的博弈研究較少。

綜合以上所述,本文以有限理性假設(shè)為基礎(chǔ),考慮政府、機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)作為主要利益相關(guān)者,從三方博弈的角度出發(fā),構(gòu)建了包含政府、機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)的演化博弈模型。該模型運(yùn)用演化博弈理論來研究這三方之間動(dòng)態(tài)博弈的過程,并建立了政府同時(shí)規(guī)制機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)的博弈框架;同時(shí)引入了補(bǔ)貼和罰金兩種環(huán)保規(guī)制措施,分析了政府政策激勵(lì)對機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)選擇綠色發(fā)展策略的影響,并探討了推動(dòng)機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)主動(dòng)采取“綠色發(fā)展”策略的主要因素。這些研究成果有助于降低環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重復(fù)研究,并為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了有益的決策參考。

1 演化博弈模型構(gòu)建

1.1 基本假設(shè)

將政府、機(jī)場企業(yè)、航空運(yùn)輸公司三方作為推動(dòng)綠色民航發(fā)展建設(shè)的推動(dòng)者與參與者,研究它們之間的決策行為演化策略?；炯僭O(shè)如下。

H1:政府面臨兩種行為策略,即“采取激勵(lì)措施”和“不采取激勵(lì)措施”。機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)也有兩種行為策略,分別是“傳統(tǒng)發(fā)展”和“綠色發(fā)展”。由于信息不完全,各方無法準(zhǔn)確了解彼此的策略選擇和可能的收益,因此無法直接做出完全理性的決策。取而代之的是,它們會通過多次博弈的試探和調(diào)整過程,逐步尋找達(dá)到均衡狀態(tài)的最優(yōu)決策。

H2:政府、機(jī)場企業(yè)、航空運(yùn)輸企業(yè)均為“有限理性”的決策主體,政府的收益更多來自環(huán)境改善后的社會聲譽(yù)增加,這代表長期、隱性可持續(xù)的利益。航空運(yùn)輸企業(yè)和機(jī)場企業(yè)更多關(guān)注的是短期、顯性的經(jīng)濟(jì)利益。

H3:機(jī)場企業(yè)采取“傳統(tǒng)發(fā)展”模式時(shí)的收入與成本分別為R1和C1。若機(jī)場企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”策略,其“綠色發(fā)展”收入成本分別為R2和C2。民航運(yùn)輸企業(yè)采取“傳統(tǒng)發(fā)展”模式時(shí)的收入與成本分別為R3和C3。若民航運(yùn)輸企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”策略,其“綠色發(fā)展”收入成本分別為R4和C4。若機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)同時(shí)選擇“綠色發(fā)展”,會產(chǎn)生戰(zhàn)略協(xié)同,節(jié)約的成本分別為S1和S2。

H4:當(dāng)政府選擇“采取激勵(lì)措施”策略時(shí),可以獲得社會聲譽(yù)W。政府為激勵(lì)民航企業(yè)進(jìn)行“綠色發(fā)展”,對進(jìn)行“綠色發(fā)展”的民航企業(yè)根據(jù)其所承擔(dān)的“綠色發(fā)展”成本C2、C4給予αC2、αC4的補(bǔ)貼(0<α<1)。同時(shí)會對采取“傳統(tǒng)發(fā)展”策略的機(jī)場企業(yè)、民航運(yùn)輸企業(yè)收取罰金P1、P2。政府由于機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)選擇“傳統(tǒng)發(fā)展”策略時(shí),額外產(chǎn)生的生態(tài)治理成本和聲譽(yù)損失分別為E1、E2

H5:政府選擇“采取激勵(lì)措施”策略、機(jī)場企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”策略、民航運(yùn)輸企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”策略的概率分別為X、Y、Z,且XYZ∈[0,1]。參數(shù)說明如表1所示。并基于以上假設(shè)構(gòu)建收益矩陣如表2所示。

表1 基本假設(shè)所用參數(shù)含義

表2 三方演化博弈收益矩陣

表3 均衡點(diǎn)穩(wěn)定性分析

1.2 三方演化博弈模型分析

演化博弈假定博弈主體是有限理性的,“復(fù)制動(dòng)態(tài)”是對有限理性的主體策略調(diào)整過程的動(dòng)態(tài)描述。以下是政府、機(jī)場企業(yè)、民航運(yùn)輸企業(yè)的演化穩(wěn)定策略分析。

U11=yz[W-a(C2+C4)]+z(1-y)(W+P1)+

y(1-z)(-aC2+P2+W)+

(1-z)(1-y)(W+P1+P2);

U12=z(1-y)E1-y(1-z)E2+

(1-z)(1-y)(-E1-E2);

政府行為策略的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為

x(1-x)[(-aC4z-aC2-E1-P1)y+

(-P2-E2)z+W+P2+E1+E2+P1]。

分別對三方演化博弈不同主體穩(wěn)定路徑進(jìn)行具體分析。

若y≠y*,令F(x)=0,得x=0和x=1是x的兩個(gè)穩(wěn)定點(diǎn),即政府選擇“采取激勵(lì)措施”或者“不采取激勵(lì)措施”,只要沒有出現(xiàn)使政府改變策略的突變因素,則政府會穩(wěn)定的選擇是否采取激勵(lì)。

對F(x)求導(dǎo)可得:

(-P2-E2)z+W+P2+E1+E2+P1]。

顯然有-aC4z-aC2-E1-P1<0。

圖1 政府相位

由圖1(b)可知此時(shí),x=0為演化穩(wěn)定策略點(diǎn),此時(shí)政府不會采取激勵(lì)措施。

由圖1(c)可知此時(shí)x=1為演化穩(wěn)定策略點(diǎn),此時(shí)政府會采取激勵(lì)措施。

同理機(jī)場企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”的期望收益為

U21=xz[R2-(1-a)C2-S)+

x(1-z)(R2-(1-a)C2]+

z(1-x)(R2-C2)+(1-z)(1-x)(R2-C2)。

機(jī)場企業(yè)選擇“傳統(tǒng)發(fā)展”的期望收益為

U22=xz(R1-C1-P1)+x(1-z)(R1-C1-P1)+

z(1-x)(R1-C1)+(1-x)(1-z)(R1-C1),

機(jī)場企業(yè)的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為

y(1-y)[(aC2-S1z+P1)x+C1-C2-R1+R2]。

這意味著所有的水平都是穩(wěn)定狀態(tài),即無論機(jī)場企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”還是“傳統(tǒng)發(fā)展”的比例如何,其策略都不會隨著時(shí)間的變化發(fā)生改變。

圖2 機(jī)場企業(yè)相位

由圖2(b)可知此時(shí),y=1是演化穩(wěn)定點(diǎn),此時(shí)機(jī)場企業(yè)會選擇“綠色發(fā)展”策略。

由圖2(c)可知此時(shí),y=0是演化穩(wěn)定點(diǎn),此時(shí)機(jī)場企業(yè)選擇“傳統(tǒng)發(fā)展”策略。

民航運(yùn)輸企業(yè)選擇綠色發(fā)展的期望收益為

U31=xy[R4-(1-a)C4-S2]+

x(1-y)[R4-(1-a)C4]+

y(1-x)(R4-C4)+(1-x)(1-y)(R4-C4)。

民航運(yùn)輸企業(yè)選擇傳統(tǒng)發(fā)展的期望收益為

U32=xy(R3-C3-P2)+x(1-y)(R3-C3-P2)+

y(1-x)(R3-C3)+(1-y)(1-x)(R3-C3),

z(1-z)[(aC4-yS2+P2)x+C3-C4-R3+R4]。

對F(z)求導(dǎo)可得

C3-C4-R3+R4]。

其相位圖如圖3(a)所示。

圖3 民航運(yùn)輸企業(yè)演化策略相位

由圖3(b)可知此時(shí)z=0是演化穩(wěn)定點(diǎn),民航企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”策略。

由圖3(c)可知此時(shí),z=1是演化穩(wěn)定點(diǎn),民航企業(yè)選擇“傳統(tǒng)發(fā)展”策略。

1.3 三方演化穩(wěn)定性分析

1.3.1 穩(wěn)定點(diǎn)

政府、機(jī)場企業(yè)、民航企業(yè)之間的博弈可以用由F(x)、F(y)、F(z)三者組成的微分方程表示,得到系統(tǒng)的演化穩(wěn)定策略,用J表示:

a11=(1-2x)[(-αC4z-αC2-E1-P1)y+

(-P2-E2)z+

W+P1+P2+E1+E2],

a12=x(x-1)(αC4z+αC2+E1+P1),

a13=x(x-1)(αC4y+E2+P2),

a21=y(y-1)(αC2-S1z+P1),

a22=(1-2y)[C1-C2-R1+R2+

x(αC2-S1z+P1)],

a23=S1xy(y-1),

a31=z(1-z)(αC4-S2y+P2),

a32=z(1-z)(-xS2),

a33=(1-2z)[(αC4-S2y+P2)x+

C3-C4-R3+R4]。

政府、機(jī)場企業(yè)、民航企業(yè)之間的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為0,可得到8個(gè)均衡解。在博弈論中,ESS(evolutionarily stable strategy)點(diǎn)是指能夠穩(wěn)定存在下去的策略,求解可得三者的均衡解分別為E1(0,0,0)、E2(1,0,0)、E3(0,1,0)、E4(0,0,1)、E5(1,1,0)、E6(1,0,1)、E7(0,1,1)、E8(1,1,1)。由均衡點(diǎn)條件得,特征值為負(fù),所以不考慮E1、E3、E4點(diǎn)。

1.3.2 穩(wěn)定點(diǎn)分析

E2(1,0,0):當(dāng)W>-E1-E2-P1-P2,C2+R1>C1+P1+R2+αC2,C4+R3>C3+P3+R4+αC4時(shí),E2為演化穩(wěn)定策略。此時(shí)盡管機(jī)場企業(yè)、民航運(yùn)輸企業(yè)采取“傳統(tǒng)發(fā)展”策略,由于此時(shí)較高的環(huán)境治理成本和罰金大于獲得的聲譽(yù),政府依然選擇“采取激勵(lì)措施”的策略。對于機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè),由于選擇“綠色發(fā)展”策略時(shí)的收益加上罰金也無法覆蓋補(bǔ)貼過后的額外成本,機(jī)場和民航運(yùn)輸企業(yè)此時(shí)不會選擇“綠色發(fā)展”。

E5(1,1,0):當(dāng)P2+W+E>αC2,C1+P1+R2+αC2>C2+R1,C4+S2>C3+P2+R4+αC4時(shí)E5為演化穩(wěn)定策略。由于政府可以獲得聲譽(yù)和罰金收益、環(huán)境治理成本大于給付與企業(yè)的激勵(lì),此時(shí)政府會選擇“采取激勵(lì)措施”的策略。機(jī)場企業(yè)補(bǔ)貼過后的收益大于因采取“綠色發(fā)展”策略產(chǎn)生的額外的成本,機(jī)場企業(yè)會選擇“綠色發(fā)展”策略;而民航運(yùn)輸企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”策略時(shí)的收益加上罰金和協(xié)同收益也無法覆蓋補(bǔ)貼過后的額外成本,民航運(yùn)輸企業(yè)此時(shí)會選擇“傳統(tǒng)發(fā)展”策略。

E6(1,0,1): 當(dāng)P2+W+E>αC4,C3+S1>C1+P2+R3+αC4,C4+R3>C3+P3+αC4+R4時(shí),E6為演化穩(wěn)定策略。政府選擇“采取激勵(lì)措施”的策略,民航運(yùn)輸企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”策略,機(jī)場企業(yè)此時(shí)會選擇“傳統(tǒng)發(fā)展”策略。與情景2類似,此時(shí)機(jī)場的“綠色發(fā)展”成本較高。

E7(0,1,1): 當(dāng)αC2+αC4>W,C1+R2>C2+R1,C3+R4>C4+R3時(shí),E7為演化穩(wěn)定策略。由于政府獲得的聲譽(yù)小于給付與企業(yè)的激勵(lì),此時(shí)政府會選擇“不采取激勵(lì)措施”的策略。對于機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè),即使政府未采取激勵(lì)措施,但由于機(jī)場企業(yè)、民航運(yùn)輸企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”策略時(shí)的增加的收益加上罰金和協(xié)同收益也無法覆蓋補(bǔ)貼過后的額外成本,民航運(yùn)輸企業(yè)此時(shí)會選擇“傳統(tǒng)發(fā)展”策略。

E8(1,1,1): 當(dāng)W>αC2+αC4,C2+P2+R3+αC2+S1>C2+R1,C3+S2+R4+αC4>C4+R3時(shí),E8為演化穩(wěn)定策略。此時(shí)由于政府的聲譽(yù)收益大于給付與企業(yè)的激勵(lì),政府會選擇“采取激勵(lì)措施”的策略;機(jī)場企業(yè)、民航運(yùn)輸企業(yè)補(bǔ)貼過后的收益大于因采取“綠色發(fā)展”策略產(chǎn)生的額外的成本,均會選擇“綠色發(fā)展”策略。

2 仿真分析

結(jié)合現(xiàn)實(shí)實(shí)際情況,E8(1,1,1)是比較合適的選擇,即政府選擇“采取激勵(lì)措施”策略,機(jī)場企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”策略,民航運(yùn)輸企業(yè)選擇“綠色發(fā)展”策略。

保持其他參數(shù)不變,研究政府懲罰和補(bǔ)貼系數(shù)變化來分析其對機(jī)場企業(yè),民航運(yùn)輸企業(yè)的演化均衡的影響。賦值如下:C1=3,C2=5,C3=7,C4=12,R1=6,R2=7,R3=10,R4=12,W=2,S=1.2,S2=2.5,P1=1.5,P2=2.2,E1=3,E2=5。

圖4是當(dāng)政府對機(jī)場企業(yè)懲罰金額P1從1.5增大至2.5時(shí)其演化策略的變化情形。由圖4可知,隨著P1的增加,其演化的速率加快,以更快的速率演化至穩(wěn)定狀態(tài)即政府選擇“采取激勵(lì)政策”,機(jī)場企業(yè)、民航運(yùn)輸企業(yè)均選擇“綠色發(fā)展”。因此,懲罰增加時(shí),機(jī)場企業(yè)的收益減少,會選擇“綠色發(fā)展”。

圖4 政府對機(jī)場企業(yè)懲罰改變時(shí)機(jī)場企業(yè)策略選擇的演化過程

圖5是當(dāng)政府對民航企業(yè)懲罰金額P2增大時(shí)其演化策略的變化情形。由圖5可知,隨著P2的增加,其演化的速率加快,并且從0演化至1,即從傳統(tǒng)發(fā)展模式轉(zhuǎn)向綠色發(fā)展。因此,懲罰可以促進(jìn)民航運(yùn)輸企業(yè)的綠色發(fā)展。

圖5 政府對民航企業(yè)懲罰改變時(shí)民航企業(yè)策略選擇的演化過程

圖6是當(dāng)政府對機(jī)場企業(yè)補(bǔ)貼系數(shù)α增大時(shí)其演化策略的變化情形。由圖6可知,隨著獎(jiǎng)勵(lì)系數(shù)的增加,其演化的速率加快,以更快的速率演化至穩(wěn)定狀態(tài)。因此,獎(jiǎng)勵(lì)系數(shù)增加時(shí),機(jī)場企業(yè)的收益增加,會選擇“綠色發(fā)展”。

圖6 政府對機(jī)場企業(yè)補(bǔ)貼系數(shù)改變時(shí)機(jī)場企業(yè)策略選擇的演化過程

由圖7可知,當(dāng)補(bǔ)貼系數(shù)α=0.2時(shí),民航運(yùn)輸企業(yè)選擇傳統(tǒng)發(fā)展;隨著補(bǔ)貼系數(shù)α增加至0.5時(shí),民航運(yùn)輸企業(yè)的策略概率在傳統(tǒng)發(fā)展與綠色發(fā)展之間波動(dòng),隨著演化時(shí)間的增加,并沒有任何收斂域任何一種策略;隨著補(bǔ)貼系數(shù)α進(jìn)一步增加至0.8時(shí),民航運(yùn)輸企業(yè)的策略選擇的概率仍然在傳統(tǒng)發(fā)展與綠色發(fā)展之間波動(dòng),但波動(dòng)幅度小于α=0.5時(shí)的幅度,且演化軌跡整體偏向于傳統(tǒng)發(fā)展策略。因此,過高的補(bǔ)貼和過低的補(bǔ)貼均不利于民航運(yùn)輸企業(yè)選擇綠色發(fā)展策略,而應(yīng)該根據(jù)企業(yè)不同的實(shí)際情況制定補(bǔ)貼。

圖7 政府對民航企業(yè)補(bǔ)貼系數(shù)改變時(shí)機(jī)場企業(yè)策略選擇的演化過程

3 結(jié)論

本文采用有限理性行為假設(shè),構(gòu)建了一個(gè)由政府、機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)組成的三方演化博弈模型,重點(diǎn)分析政府采取不同激勵(lì)措施及其不同強(qiáng)度對機(jī)場企業(yè)和民航運(yùn)輸企業(yè)綠色發(fā)展所產(chǎn)生的影響。然而,需要指出的是,綠色民航發(fā)展在我國仍處于起步階段,因此相關(guān)的實(shí)際數(shù)據(jù)支持相對較少。同時(shí),一些成本和收益因素可能難以準(zhǔn)確量化,或者目前尚缺乏被廣泛認(rèn)可的量化標(biāo)準(zhǔn)。隨著綠色民航發(fā)展進(jìn)程的逐步推進(jìn),期待能夠獲得更加客觀準(zhǔn)確的研究結(jié)論。綜合考慮研究的方法和局限性,本文不僅提供了有益的分析框架,還為未來更深入的研究提供了方向。隨著相關(guān)數(shù)據(jù)的積累和綠色民航發(fā)展的演進(jìn),期待能夠進(jìn)一步完善這一領(lǐng)域的理論和實(shí)證研究,以更好地支持綠色民航的可持續(xù)發(fā)展。