河南省碳排放与经济增长分析-基于EKC 模型和Tapio 脱钩模型

0引言与文献综述经济快速发展的同时带来了严重的环境污染问题。随着能源的大量使用，许多国家尤其是发展中国家和一些新兴的工业化国家大大增加了以二氧化碳为代表的温室气体排放。碳排放问题一直以来都是世界所关注的热点领域，出于国际上节能减排的可持续发展需要，我国也在积极承担环境保护的责任与义务。我国已提出在2030年之前实现碳达峰，完成碳排放与经济增长的彻底脱钩。河南省作为中部地区的人口大省以及能源大省，在节能减排方面承接着国家战略规划目标实现的严峻任务。该背景下，本文围绕河南省碳排放与经济增长进行了一系列的实证分析，以期提供相关参考。对碳排放与经济增长的关系研究主要分为定性分析和定量分析，定性分析中最为流行的是环境库兹涅茨曲线(EKC)的相关研究。美国经济学家Grossman和Kruecer[1]最早提出关于环境污染与人均收入的理论，后来经过Panayoyou[2]的发展，借用了库兹涅茨的倒“U”型曲线，形成了环境库兹涅茨曲线。该曲线揭示了环境污染与GDP之间的动态关系，认为碳排放会随着经济增长呈现出先增后减的趋势，即倒“U”型走势。国内学者也对两者的关系进行了大量研究:一些学者讨论了全国碳排放与经济增长的关系[3-4]；还有研究者从区域异质性的视角来讨论EKC曲线[5]；此外，也有许多省域层面的研究[6-7]。定量分析的研究主要是指运用对脱钩理论动态地分析两者之间的关系，在环境领域，“脱钩”被用来形容经济增长与资源消耗或环境污染耦合关系的破裂。Tapio[8]在研究欧洲交通运输、温室气体排放与经济增长的脱钩关系时首次提出了以弹性分析为特点的Tapio模型，得到了广泛的应用。1河南省2001—2020碳排放概况本文采用IPCC(政府间气候变化专门委员会)在《2006年国家温室气体排放清单指南》中所推荐的碳排放估算方法进行测算，具体测算公式为:其中CE表示总碳排放量(万吨碳)；Ei表示能源i的消费量(万吨标准煤)；Ci表示能源i对应的碳排放系数(万吨碳/万吨标准煤)。本文选取煤炭、石油、天然气和电力四种化石能源为代表进行测算，能源碳排放系数使用IPCC公布的系数。以2001—2020年为区间，得到四种化石能源每年的能源消耗量，计算得到碳排放总量(见表1)，数据来源于《河南省统计年鉴2021》。表12001—2020河南省碳排放总量2河南省碳排放与经济增长的EKC分析2.1模型构建与变量说明EKC主要呈现出倒“U”型，但是根据各地情况不同，也会出现线性关系、“N”型、倒“N”型等形式，模型设定如下:式中CE和GDP分别代表碳排放量和地区生产总值；时间区间为2001—2020(t＝2001，2002，…，2020)；β0为截距项，β1、β2、β3为待估参数；β1、β2、β3的值与正负反映出碳排放与经济增长的不同相关关系与曲线形式；εt表示随机扰动项。2.2实证分析——碳排放与经济增长的EKC模型2.2.1单位根检验为了避免时间序列数据出现伪回归的现象，首先对两个变量进行单位根检验。检验前对两个变量取对数处理以消除异方差等问题，记为lnCE和lnGDP，对其进行ADF检验，滞后阶数根据SIC准则确定。检验结果见表2。可以看出，原始序列lnCE和lnGDP以及一阶差分后的序列ΔlnCE和ΔlnGDP均为不平稳序列；而经过二阶差分后的序列Δ2lnCE和Δ2lnGDP为平稳性变量。由此序列lnCE和lnGDP均为二阶单整I(2)序列，满足后续协整分析的条件。表2单位根检验结果2.2.2协整检验lnCE和lnGDP的单整阶数相同，满足协整分析的前提，为了分析两者之间的长期均衡关系，进行协整检验。本文运用E-G两步法，首先对上述两个变量进行最小二乘回归(OLS)估计，然后生成残差序列，对该残差序列进行单位根检验，结果如表3所示。查MacKinnon专用临界值表可以得到C(0.05)＝-3.5466小于-2.138078，拒绝原假设，残差序列平稳，因此碳排放和GDP之间存在长期稳定的均衡关系。表3残差序列的ADF检验2.2.3格兰杰因果检验接下来，为了探究碳排放量与经济增长之间的关系，在通过单位根检验的基础上对两者的对数序列做格兰杰因果关系检验，结果见表4。可以看出，河南省的经济增长是碳排放的格兰杰原因；而河南省的碳排放不是经济增长的格兰杰原因，碳排放与经济增长之间存在单向的格兰杰因果关系。表4格兰杰因果关系检验结果2.2.4EKC模型分析根据以上的检验结果可以知道lnCE和lnGDP均为二阶单整序列，协整检验证明两者之间存在长期稳定的均衡关系，并且lnGDP是lnCE的单向格兰杰原因，满足EKC模型的条件。为了进一步判断数量关系和具体趋势，本文运用最小二乘法进行回归分析，分别建立两个变量之间的线性、二次型和三次型回归方程，结果如表5所示。从回归结果可以看出，三个方程的p值均小于显著性水平5%，模型显著，但是三次模型调整后的可决系数为0.99，大于线性模型和二次模型，说明三次模型的拟合效果最好，因此选取三次模型作为河南省碳排放和经济增长的分析模型，最终回归方程如下:表5EKC模型估计结果其中β1＞0、β2＜0、β3＞0，说明河南省的碳排放与经济增长之间呈现“N”型曲线。3河南省碳排放与经济增长的脱钩分析3.1脱钩弹性指数构建及说明本文采用彭佳雯等[9]的做法，建立三个脱钩弹性指数，分别为碳排放与GDP的脱钩弹性指数e(CE，GDP)、能源消费与GDP的脱钩弹性指数e(EC，GDP)和碳排放与能源消费的脱钩弹性指数e(CE，EC)，各脱钩弹性指数表达式如下:其中，CE、GDP表示碳排放和经济增长，EC代表能源消费。用碳排放对经济增长的弹性e(CE，GDP)来表示河南省环境污染与经济发展的脱钩状态；接着基于恒等式对该指数进行因果链分解，将其分解为能源消费与经济增长的弹性e(EC，GDP)和碳排放与能源消费的弹性e(CE，EC)。e(EC，GDP)能够反映能源消费在碳排放与经济增长之间起到的中介作用；e(CE，EC)可以视为减排脱钩指标。Tapio定义了八种脱钩状态，如表6所示。表6Tapio模型脱钩状态判断标准3.2结果分析经计算得到的脱钩指数结果如表7所示，除了2001—2005年为扩张性连接状态外，河南省经济增长与碳排放均呈现出弱脱钩的状态。即2001—2005年，GDP增长、碳排放增加，但是由于此时的经济增长较碳排放增加张力不足，所以脱钩关系没有建立，可以看作脱钩与负脱钩之间的过渡状态。进入2005年以后，一直到2020年，中间三个阶段，河南省碳排放与经济增长长时间都处于弱脱钩的状态，即总体上经济增长的同时碳排放也在增加，但是碳排放增加的速度要小于经济增长的速度。其中，2005—2010年的脱钩最为显著，碳排放的GDP弹性达到了0.343，这可能与我国“十一五”时期提出强制性节能减排指标有关，2010年之后，GDP增速持续放缓，同时在省政府对节能减排的一系列文件发放与工作部署之下，碳排放与能源消费的增长率也大幅度下降，到最近的五年期仅为0.6%和1.8%，可以看到河南省的低碳化举措的实行具有明显的成效。表7河南省碳排放、能源消费与经济增长的相关脱钩分析结果4结论本文运用IPCC测算法对河南省2001—2020年河南省工业碳排放进行了测算，运用环境库兹涅茨(EKC)模型和Tapio脱钩模型对河南省碳排放与经济增长之间的关系进行了定性和定量的分析，研究结论如下:第一，运用EKC模型对河南省碳排放与经济增长之间的关系进行定性的实证分析，发现两者之间存在长期稳定的均衡关系，并且有着单向的格兰杰因果关系以及两者之间呈现出“N”型关系。第二，运用Tapio脱钩模型对河南省碳排放与经济增长之间的关系进行定量的测度，结果发现河南省碳排放与经济增长在2000—2005年处于扩张联结状态，而2005—2020