中美日三国海港集装箱吞吐量增长规律研究

朱小檬，栾维新，朱义胜

(大连海事大学 a.马克思主义学院; b.交通运输管理学院; c.信息科学技术学院，辽宁大连　116026)

中美日三国海港集装箱吞吐量增长规律研究

朱小檬a，栾维新b，朱义胜c

(大连海事大学 a.马克思主义学院; b.交通运输管理学院; c.信息科学技术学院，辽宁大连116026)

摘要：分析中国、美国和日本三国海港集装箱吞吐量的增长规律，比较拉动三国GDP增长“三大要素”的作用，提出中美日三国海港集装箱吞吐量增量与GDP增量的微分关联模型，给出三国海港集装箱吞吐量增量相对GDP增量的偏微分方程，利用最小二乘法计算微分关联模型的偏导数，揭示贸易伙伴经济发展对海港集装箱吞吐量的相互作用，为研究中国和世界海港集装箱吞吐量的增长规律提供新方法。

关键词:微分关联模型；海港集装箱吞吐量；国内生产总值；要素流动

一、引言

交通运输是国民经济和社会发展的基础。集装箱运输是交通运输现代化的重要形式。在不同的经济发展阶段，交通运输业在国民经济中的拉动作用不尽相同，交通运输能力过度超前会形成设施闲置，交通运输能力不足又会影响经济发展。研究海港集装箱吞吐量的增长规律及其产生的原因，对我国港口布局和规划，对综合交通体系建设具有重要意义。

在全球经济一体化环境下，以国际直接投资(foreign direct investment，FDI)为代表的要素流动正在改变各国原有的要素禀赋结构[1]，使得世界经济紧密地联系在一起，国际贸易不再是一国要素禀赋结构的体现,而是世界各经济体共同合作发展的结果。海港集装箱运输是国际贸易的主要方式。本文分析中国、美国和日本三国海港集装箱吞吐量增长规律，比较拉动三国经济“三大要素”的作用，并提出关联中美日三国海港集装箱吞吐量增量与其GDP增量的微分模型，为研究中国和世界海港集装箱吞吐量增长规律提供参考。

二、中美日三国海港集装箱吞吐量状况

1.中国海港集装箱运输状况

中国海港集装箱运输起步于20世纪80年代，随着中国改革开放事业的发展和对外贸易规模的逐年扩大，中国的集装箱运输得以飞速发展。据2006年统计[2]，中国已有50多个港口从事集装箱运输业务，具有万吨级以上集装箱专用泊位的港口16个，集装箱专用泊位60个。随着2001年中国加入世界贸易组织，作为全球制造加工业基地，中国集装箱港口的规模得到进一步扩大。根据世界银行统计数据*参见世界银行网站http://data.worldbank.org.cn/indicator/NY.GDP.MKTP.CD.，到了2013年，我国海港集装箱吞吐量已达1.74亿标准箱(TEU)，成为世界海港集装箱运输第一大国；上海港集装箱吞吐量超过3361.7万TEU*参见中国港口集装箱网http://www.portcontainer.com/index.do?command=viewPage&jspName=/default.jsp.，成为世界第一大集装箱港口。图1所示是中国海港集装箱吞吐量与中国GDP关系曲线，中国GDP除了其在2.26万亿美元(2005年)和4.99万亿美元(2009年)时，其海港集装箱吞吐量产生了2个下跌，其余阶段中国海港集装箱吞吐量随着中国GDP的增长而呈单调增长，利用HP滤波器[3]获得的光滑的关系曲线的趋势分量如浅色线所示。随着中国集装箱运输业的发展，中国远洋运输公司(COSCO)和中国海运公司等已逐渐成为世界上最重要的集装箱运输公司。

图1　中国海港集装箱吞吐量和GDP的关系

2.美国海港集装箱运输状况

美国是世界上最大的发达国家，也是集装箱运输的发轫国。根据美国港口管理协会网站文献[4]，美国1957年就开展了海港集装箱运输业务，1970年开展集装箱运输业务的港口有20多个，到了90年代，开展集装箱运输业务的港口增加到50多个。1970年美国港口集装箱吞吐量不到300万TEU，到2013年达到4425万TEU。美国集装箱运输干线港口第一是加州洛杉矶港，2013年其集装箱吞吐量为566.8万TEU，其次是加州长滩港496.4万TEU，第三是纽约-新泽西港420.0万TEU。图2所示是美国海港集装箱吞吐量相对其GDP关系曲线，其显示在美国GDP为10.6万亿美元(2001年)和14.4万亿美元(2009年)时，美国海港集装箱吞吐量有2个衰退，曲线在此处不光滑。尽管美国海港集装箱吞吐量相对GDP曲线有不光滑处，但海港集装箱吞吐量相对GDP的增长趋势是明显的，图2浅色线代表的是美国海港集装箱吞吐量相对GDP曲线的趋势分量。

图2　美国海港集装箱吞吐量和GDP的关系

3.日本海港集装箱运输状况

日本是世界第三大经济体，是高度发达的工业化国家和FDI的最大输出国之一，日本向发展中国家输出货币资本、技术、品牌、专利、经营管理方法、营销网络、高端人才等生产要素，利用发展中国家的土地、自然资源以及劳动力等生产要素发展经济。近年来，日本经济呈现饱和状态，其GDP增长率低迷，时有负增长出现。日本港口集装箱吞吐量规模不大，全国的海港集装箱吞吐量相当中国青岛港一港的吞吐量。日本集装箱吞吐量相对GDP的变化规律如图3所示。该曲线与中国和美国集装箱吞吐量的变化规律有很大区别：日本GDP在4万亿美元至6万亿美元之间反复变化，其海港集装箱吞吐量也在1300万TEU到2000万TEU区间振荡，其海港集装箱吞吐量和GDP的关系呈现复杂的折线。日本海港集装箱吞吐量与GDP关系的复杂曲线给研究世界集装箱吞吐量发展规律带来困难。

图3　日本海港集装箱吞吐量和GDP的关系

三、拉动中美日三国GDP的“三大要素”

中美日三国海港集装箱吞吐量增长规律首先取决于各国经济自身发展状况。美国是世界最大的发达国家，日本是发展起来的赶超国，中国是世界最大的发展中国家。三个国家处于不同的工业化发展阶段，自然禀赋、经济增长模式和在全球经济一体化链条中的位置也大不相同。根据世界银行统计数据，中国GDP在2009年已经超过日本，成为世界第二大经济体。2013年美国GDP是中国的1.81倍，中国GDP是日本的1.87倍。中美日三国GDP增长曲线如图4所示。

图4　中美日三国GDP增长曲线

1.拉动三国GDP的“三大要素”

支出法国内生产总值的“三大要素”是指最终消费、资本形成总额和货物与服务净出口。支出法国内生产总值的计算公式如下[4]：

(1)

式中：下标k代表年份；C代表最终消费，最终消费包括居民消费和政府消费；I代表资本形成总额；X代表货物与服务出口额，M代表货物与服务进口额，净出口等于货物与服务出口减去货物与服务进口。改写式(1)得到“三大要素”在国内生产总值的占比关系：

(2)

式中：Ck/GDPk代表最终消费在GDP的占比；Ik/GDPk代表资本形成总额在GDP的占比；(Xk-Mk)/GDPk代表货物与服务净出口在GDP的占比。根据世界银行发布的数据，中美日三国资本形成总额在其GDP的占比如图5所示，其中2013年资本形成总额在其GDP的占比中国为47.5%，美国为18.5%，而日本为21.5%。

图5　中美日三国资本形成总额在其GDP的占比

中美日三国货物与服务净出口在其GDP的占比都将趋于平衡。2013年中国货物与服务净出口在其GDP的占比为2.8%，而美国和日本为-3.0%左右。中美日三国货物与服务净出口在其GDP的占比变化规律如图6所示。

图6　中美日三国货物与服务净出口在其GDP的占比

依据图5和图6，由式(2)计算出最终消费在GDP的占比，如图7所示。2013年中国的最终消费在GDP的占比为48%左右，而美国和日本的最终消费在GDP的占比为80%以上。可以说美国和日本的GDP主要是由最终消费来拉动，而中国的GDP增长主要还是由资本形成总额来驱动的。

图7　中美日三国最终消费在其GDP的占比

2.美日是全球最大的FDI输出国

联合国贸发会议(UNCTAD)《2014年世界投资报告》[5]显示，美国和日本是全球最大的FDI流出国，2013年美国FDI流出为3380亿美元，日本FDI流出为1360亿美元，2012年和2013年日本FDI的流入几乎为0。虽然中国近年来也增加了FDI流出，但中国还是FDI流入国。中美日三国FDI流入和流出量如图8所示。

图8　中美日三国FDI流入和流出

FDI流入和流出影响了一个国家(地区)的经济增长模式和在世界经济一体化链条中的位置。在改革开放的30年间，FDI的流入驱动中国GDP高速增长，解决了新增劳动力就业的问题，同时生产了大量用于交换的商品，使中国成为世界加工厂。美国和日本是以FDI为代表生产要素流出国，发达国家通过要素流动已经将生产转移至发展中国家，其工业制成品的出口能力逐渐下降。图9所示为中美日三国服务和贸易进出口总额在GDP的占比。

图9　中美日三国服务和贸易出口额在GDP的占比

以上分析说明了产生中美日三国海港集装箱吞吐量增长规律差别的主要原因还是本国经济发展状况。海港集装箱运输是国际贸易的主要方式，在当前世界经济一体化的环境下，国际贸易不再是一国要素禀赋结构的体现，而是世界各经济体共同合作发展的结果。为了揭示贸易伙伴经济发展对海港集装箱吞吐量增长的相互作用，本文提出海港集装箱吞吐量与GDP的微分关联模型。

四、海港集装箱吞吐量与GDP的微分关联模型

半个世纪以来，世界经济不断向全球经济一体化方向发展，各国经济更紧密地联系在一起。作为国际贸易主要方式的海港集装箱运输的发展不仅取决于属地的自然禀赋、工业化发展阶段、经济增长模式和在全球经济一体化链条中的位置，而且取决于世界经济环境和主要贸易伙伴经济发展状况。

为了研究中美日三国经济对三国海港集装箱吞吐量变化的影响，根据世界银行发布的数据，选择适当的区间，使宏观经济序列在每个采样点都有一个确定值与之对应。为此，笔者下载了2000年至2013年中国、日本和美国海港集装箱吞吐量(单位：TEU)。为了避免汇率变化对国家间统计数据的影响，笔者下载了2000年至2014年中国、日本和美国GDP增长率(百分比)。为了减少后续计算带来的困难，笔者分别对两组数据进行了归一化处理，具体做法是：把中国、日本和美国海港集装箱吞吐量除以其2000年海港集装箱吞吐量，得到各国归一化集装箱吞吐量。假定各国2000年GDP为1.0，依据GDP增长率(百分比)数据换算出三国GDP对2000年的归一化数据。归一化的时间序列一般是不光滑离散时间函数，采用HP滤波器，适当选取HP滤波器的选择因子λ，将GDP和海港集装箱序列进行滤波，滤除其波动分量，使它们的趋势分量变成光滑的时间函数。光滑的时间函数依然是离散的，但利用插值运算，理论上可以获得采样点间任意点的数值，可把光滑的趋势分量看成连续时间函数来处理。

分别用Tc、Tj和Ta表示中国、日本和美国海港集装箱吞吐量趋势分量，用Gc、Gj和Ga表示中国、日本和美国GDP趋势分量。这些函数一般是复杂的非线性函数，很难用公式表达它们之间的关系。如果中国、日本和美国海港集装箱吞吐量的趋势分量可以看成是中国、日本和美国GDP趋势分量的连续函数，记做

(3)

如果式(3)可微，则有

(4)

分别对三国GDP和海港集装箱吞吐量的时间序列进行HP滤波，获得中美日三国GDP和海港集装箱吞吐量的趋势分量；然后进行差分运算(在Matlab运用diff来实现)，求出其增量。中美日三国GDP增量和海港集装箱吞吐量增量的趋势分量如图10所示。对于图10光滑曲线上采样点的偏导数，可以利用最小二乘法来确定。

图10　中美日三国GDP增加值和其海港集装箱吞吐量增加值的趋势分量

为确定图10光滑曲线上采样点处偏导数，定义ΔT=[ΔTc,ΔTj,ΔTa]，ΔG=[ΔGc,ΔGj,ΔGa]，选取三国海港集装箱吞吐量增量和GDP增量前13行(2001—2013年)，构成两个13行3列矩阵ΔT、ΔG，式(4)可以简写成

(5)

符号p′代表矩阵p的转置运算，其中

(6)

对于式(6)偏导数的平均值可以用超定方程的解或者在Eviews平台上利用多项式拟合的方法来确定。两种方法的本质都是采用最小二乘法，因此结果是一样的。多项式拟合过程，可以灵活地观察到拟合的优度，以及各元素的t统计量。据此，可以增加或删除p矩阵的元素。最小二乘法确定超定方程的解[6]为

(7)

对于n维偏微分矩阵式(6)需要n年的数据确定其元素，选择不同时间，获得的结果有所不同。近期连续ΔG、ΔT值所确定的偏导数能较准确地预测下一时刻的发展趋势和结果。随着世界网络技术、大数据和云计算的发展，人们可以获得更多的贸易伙伴，更多参数的年度、季度和月度数据。更多相关数据更短的时域间隔，将会使微分关联矩阵式(4)的效果更加明显。

1.中美日三国海港集装箱吞吐量增量与GDP增量的微分关联矩阵

利用2010年至2014年数据得到中美日三国海港集装箱吞吐量增量与GDP增量的微分关联矩阵的平均偏导数矩阵：

(8)

根据世界银行公布的数据，2014年GDP年增长率中国为7.4%，美国为2.4%，日本为-0.1%，经过HP滤波器滤波的三国2014年GDP增量的趋势分量分别为ΔGc=0.253 61，ΔGj=0.008 875 4，ΔGa=0.031 526，则中美日三国海港集装箱吞吐量的增量为

ΔTc=1.0727ΔGc+3.027ΔGj+

2.8268ΔGa=0.388 04

ΔTj=0.143 12ΔGc+5.2379ΔGj-

2.5533ΔGa=0.002 29

ΔTa=0.056 659ΔGc+1.3341ΔGj-

0.030 956ΔGa=0.025 234

(9)

经过反归一化计算，中国海港集装箱吞吐量2014年增长1590.9万TEU，增长率为9.14%，日本海港集装箱吞吐量增长率为0.149%，美国海港集装箱吞吐量增长率为1.615%。其中中国GDP增长为中国海港集装箱吞吐量产生1063万TEU贡献，日本GDP增长对中国海港集装箱运输产生110.15万TEU贡献，美国GDP增长对中国海港集装箱运输产生365.38万TEU贡献。

由于日本海港集装箱吞吐量规模不大，日本经济发展具有FDI流出国的特点，复杂的日本海港集装箱吞吐量与其GDP的关系给研究世界海港集装箱吞吐量增长规律带来一定的困难。因此下文只研究中美海港集装箱吞吐量增量与GDP增量的微分关联矩阵。

2．中美海港集装箱吞吐量增量与GDP增量的微分关联矩阵

利用归一化2010—2013年中美海港集装箱吞吐量增量与GDP增量数据，通过最小二乘法得到中美海港集装箱吞吐量增量与GDP增量的微分关联矩阵的偏微分的平均值为

(10)

其中中国2014年对2000年归一化GDP的增量ΔGc=0.253 61，美国2014年对2000年归一化GDP的增量ΔGa=0.031 526，给出：

ΔTc=1.0639ΔGc+4.0308ΔGa

ΔTa=0.053 225ΔGc+0.492 71ΔGa

(11)

预计中国2014年归一化海港集装箱吞吐量的增加值ΔTc=0.372 81,2014年中国海港集装箱吞吐量增长率为9.55%，同理美国2014年海港集装箱吞吐量增长率为1.69%。

观察微分关联矩阵(8)和(10)可以总结出美国GDP的增长对中国海港集装箱吞吐量有较大的作用，由前文分析，美国GDP的80%以上是由美国最终消费来拉动的，所以现阶段美国市场状况对中国海港集装箱吞吐量增长有很大的关系。反过来，中国GDP的增长对美国海港集装箱吞吐量的增长影响要小得多。

五、结语

本文分析了中国、美国和日本三国集装箱吞吐量与GDP增长之间的关系，比较了三国“三大要素”拉动GDP增长的作用。在世界经济一体化的环境下，国际贸易不再是一国要素禀赋结构的体现，而是世界各经济体共同合作发展的结果。本文提出了中美日三国海港集装箱吞吐量增量与GDP增量的微分关联模型，说明一国海港集装箱吞吐量不仅取决于该国的自然禀赋、工业化发展阶段、经济增长模式和在全球经济一体化链条中的位置，而且取决于世界经济环境和主要贸易伙伴经济发展状况。微分关联模型给出了三国海港集装箱吞吐量增量相对GDP增量的偏微分方程，利用最小二乘法计算了微分关联模型的偏导数。微分关联矩阵的计算结果揭示了贸易伙伴经济发展对海港集装箱吞吐量增长的相互作用，为研究我国和世界海港集装箱港口的发展规律提供了新方法。

参考文献：

[1]张幼文,等.要素流动——全球化经济原理[M].北京：人民出版社，2013.

[2]韩增林,安筱鹏.集装箱港口发展与布局研究[M].北京：海洋出版社，2006.

[3]朱小檬，朱义胜，栾维新.宏观经济时间序列的频率域特性与HP滤波器平滑参数的选择[J].统计与决策,2012(5):7-11.

[4]朱小檬.沿海港口集装箱吞吐量与国内生产总值关联模型的研究[D].大连:大连海事大学，2014.

[5]UNCTAD.WorldInvestmentReport2014[EB/OL].[2015-11-03].http://unctad.org/en/Pages/DIAE/World%20Investment%20Report/World_Investment_Report.aspx.

[6]易丹辉.数据分析与Eviews应用[M].北京:中国人民大学出版社,2008.

收稿日期：2015-12-10

基金项目：国家自然科学基金资助项目(41371131)

作者简介：朱小檬(1978-)，女，副教授；E-mail:zhulaw@hotmail.com

文章编号：1671-7031(2016)03-0001-06

中图分类号:U695.2+2

文献标志码：A