天津市碳排放与经济增长是否存在倒“U”型关系——基于Topic脱钩理论的再验证

◎文/吴爱东 齐孟杰

天津市碳排放与经济增长是否存在倒“U”型关系
——基于Topic脱钩理论的再验证

◎文/吴爱东 齐孟杰

本文利用天津市1995—2013年度工业能源消耗数据，通过构建Topic脱钩理论模型进行了深入研究，结果表明天津市工业碳排放与经济增长之间不存在倒“U”型关系，而是存在着一种倒“N”型的曲线关系，且目前处于第二个转折点附近。碳排放与经济增长之间的脱钩状态在1996—1999年是强脱钩，2000年、2002年和2010年这三年是增长连结状态，其他年份则为弱脱钩，说明了天津市经济发展的增长速度快于碳排放的增长速度，经济发展形势较好，但还需要通过一系列的措施促进天津市经济可持续发展。

环境库兹涅茨曲线；经济增长；碳排放量；Topic脱钩理论

一、引言

京津冀地区是我国经济发展中一个比较重要的增长极，该地区的可持续发展有助于带动环渤海区域的发展。然而在快速的工业化与城市化进程中，京津冀地区经济发展不均衡、重复建设以及频繁发生的雾霾现象暴露出环境质量与经济增长之间的两难问题日益突出。一方面由于对自然资源的过度开采以及工业污染物排放的持续增加，经济增长的同时环境质量却急剧下降；另一方面资源耗竭、环境恶化反过来又成为经济增长的桎梏。因此，协调好经济增长和环境保护之间的关系已成为当务之急。

基于目前京津冀地区严峻的环境形势，国家制定了京津冀协同发展的方针，促进三地的优势互补，摆脱三地发展的不均衡，早日实现京津冀地区经济发展与环境质量 （碳排放）的脱钩发展。天津市作为北方重要的港口城市也是北方重要的工业城市，“十二五”期间天津经济快速持续发展，在全国的经济地位不断提升。但产业结构存在一定程度的失衡，面临着发展瓶颈，2014年天津三次产业比例为1.3∶49.4∶49.3。天津工业增加值占GDP比重为49.4%，远远高于北京、上海的17%和31%，而在服务业方面，京沪的比重均超过了60%，而天津只有50%左右。天津的工业以重化工为主，对于环境的影响较大，环境污染问题也变得尤为突出。同时天津面临着产业结构转型升级问题，因此研究天津市工业能源消耗与经济增长之间的关系具有较强的现实意义，可以为促进天津市的产业结构转型和可持续发展提供经验数据参考。

在国外的研究文献中，Grossman，Krueger用人均收入变化的三类效应来解释库兹涅茨曲线（EKC）的存在：经济发展意味着更大规模的经济活动与资源需求量，因而对环境产生负面的规模效应；同时经济发展又通过技术进步效应以及结构效应减少环境污染物的排放，改善了环境质量。Selden和Song考察了四种重要的空气污染物 （SO2、CO2、NO和SPM）排放问题，发现它们与收入之间都存在着倒U型的关系。Usama Al-mulali，Choong Weng-Wai等通过研究96个国家人均收入与生态足迹之间的关系，得出EKC倒U型曲线假说只存在于中高收入国家。SahbiFarhani et al分析了1990—2010年中东和北非10个国家的人均收入和环境退化之间的关系，结果表明两者存在倒U型曲线关系。

国内学者对环境污染与经济发展之间的倒U型关系的存在性也进行了广泛的研究。杨林，高宏霞利用我国2000—2010年的数据构建了综合污染指数指标，验证了我国EKC曲线的存在性，并通过静态和动态的实证分析得出：存在一种内在机理使EKC存在倒U型关系。陈文华，刘康兵利用1990—2001年上海市空气质量指标数据，发现就多项指标而言，环境库兹涅茨曲线假说成立，并且证实不同的环境指标对应于不同的转折点。包群等则选取了6类环境污染指标，研究它们与经济增长之间的关系，发现倒U型曲线关系取决于污染指标以及估计方法的选取。大部分研究将环境压力作为外生变量引入生产函数，而往往忽视了环境在生产过程中的重要性，且环境污染与经济增长之间的关系也会受到其他因素的影响，因此忽视这些因素的影响会使结果产生偏误，黄茂兴，林寿富构建了考虑污染损害和环境管理等要素的五部门内生增长模型，将环境污染作为一种要素纳入到了生产函数中。

基于现有的研究成果，本文通过研究工业碳排放与经济增长的关系，且利用Topic脱钩模型对两者脱钩关系的时间演变趋势进行分析，进而对天津环境质量与经济增长的关系进行再分析。

二、环境库茨涅兹模型的演进过程

Munasinghe在进行与环境质量有一定关联的成本与利润的基本比较静态分析中，提供了EKC曲线产生的一种有趣的概念理解：EKC曲线是由边际成本和边际利润两曲线的交汇点产生的。在Dasgupta et al研究的基础上，本文研究发现了环境库兹涅茨曲线在实际中的演进过程：在工业化的开始阶段，更多的优先权偏向于物质产出，而且相比于清洁的空气和水资源，基于公共性选择，人们更希望有多的就业机会和收入来源，政府也把更多的政策和福利倾向于促进就业和经济增长上，优先发展经济的动机会带来要素配置的扭曲，使得环境污染的水平急速增加，也导致了自然资源的过度利用和污染物的排放。资源的开采利用和污染物的排放也反过来带来了更严重的环境压力，由于条件的限制，忽视了经济增长引起的环境问题；到了工业化的后期阶段，收入的增加足以引起了人们对环境的重视，管理体系更加有效，产业结构也不断高级化，由此又带来了环境问题的不断改善。

三、数据来源与模型构建

（一）数据变量的选取分析

对国内外环境库兹涅茨曲线研究的文献进行汇总梳理可以发现，有关EKC的文献主要集中于对SO2、NOx等排放量与人均收入之间关系的研究，以Nicholas Apergis为代表的研究则侧重于排放量的研究，本文试图借助于国家统计局 《中国工业统计年鉴》提供的1995—2013年度工业能源消耗的相关数据对工业碳排放与经济增长之间的关系进行有关EKC假说的实证研究。本文经济增长的指标用人均GDP衡量，数据由历年《中国统计年鉴》整理、计算而得，通过消除通货膨胀对经济发展的影响而得到实际人均GDP①。

天津作为一个重要的工业城市，对环境质量产生重要影响的污染物主要来源于工业废水、废气以及固体废弃物，加之近几年雾霾的严峻形势，本文拟选取工业碳排放量作为环境质量的指数指标。国内对于碳排放量并没有进行相关统计，因此需要首先计算天津市工业碳排放量。碳排放量的计算方法主要有投入产出法、生命周期法和因素分解法。结合吕明元等利用的近似条件下的碳排放能源转换系数折算法，由于数据的不可得性，本文的工业碳排放来源不包括具体温室气体。

（二）工业碳排放的模型构建与相关数据汇总

工业各部门行业碳排放量估计公式如下：

式中Cx为工业24个行业的碳排放量；c=0.7476为碳与标准煤的转化系数；Eit为t时期第x个工业行业对第i种能源的终端消费量；Iit为t时期第x种工业行业消耗的i能源折标准煤系数。

（三）碳排放与人均GDP关系的模型选取与构建

鉴于对于碳排放与经济增长之间关系的研究，是否符合环境库茨涅兹倒U型曲线的关系，需要通过统计结果分析得出。对国内外研究环境库茨涅茨曲线的相关文献进行整理和分析，在张亚军研究的基础上，本文从模型可能性的角度，通过建立以下这些模型进行实证分析和比较。

式（3）中：Et为第t年的碳排放量；Yt为第t年的人均国内生产总值（GDP）；α0、β1、β2和β3为待估计参数；μt为随机误差项。

（四）脱钩模型构建

脱钩理论最早于20世纪中期被提出，“脱钩”是指物质消耗（TEC）增长的速度小于经济的增长速度，也就是能源的消耗相对量减少。同时王虹，王建强等一些学者发现当物质消耗下降了一段时间后（脱钩），又会随着经济的发展而进入上升状态，这样的阶段称为“复钩”。

Topic在对1970—2001年欧洲经济发展与碳排放之间的关系进行研究时，提出脱钩弹性公式：

目前对于脱钩体系的划分有两种分法：一种是将脱钩状态分为六种状况：强脱钩、弱脱钩、扩张性脱钩、强负脱钩、弱负脱钩和衰退性脱钩；另一种是将脱钩状态分为八种即在上述六种状况之外，增加增长连接和衰退连接两种状态，也是本文将要利用的状态。

四、碳排放与经济增长之间关系的实证分析

这一部分拟先建立1995—2013年天津市人均碳排放、经济增长与经济增长率的走势图，对人均碳排放与经济增长进行比较分析，从而得到两者大致的关系；然后再通过上述模型得到的实证结果对碳排放与经济增长之间的关系进行验证。

（一）天津市人均GDP与碳排放量的比较分析

附表（2）和表（3）（详见附录）分别给出了天津市工业能源消耗的人均碳排放量与人均GDP，由实际地区生产总值计算得到经济增长率，下面将三者的变化趋势分别表示在下面图形中。

从图1发现，天津市从1995年开始，实际人均地区生产总值处于稳步上升的趋势，2013年到了将近一万元的大关，图2经济增长率从1995年以来基本都保持了两位数的增长，虽然到了2013年我国经济不再以两位数的增长势头前行，但天津市仍然保持着高速的增长，而高速增长的根源在于固定资产投资以及天津本身雄厚的工业基础。然而在经济高速发展的同时，对环境的污染也在逐年加剧。

结合图1和图3可以发现，人均碳排放量在1999年之前，曲线处于下降的趋势，说明随着经济增长，天津市的工业碳排放量是处于减少的态势，经济发展质量良好；到了1999年以后，人均碳排放的曲线走势是趋于向上的，说明了1999年以后工业碳排放量是伴随着经济增长而增加的，随着这几年严峻的环境形势，天津市加大了对落后产能的淘汰和僵尸企业的整顿，大力发展清洁能源，缓解了环境的污染程度，也即从图3可以看出，从2012年以后，天津市人均碳排放量处于下降趋势。

表1 Topic脱钩指标体系

（二）碳排放与经济增长关系

的实证分析

通过回归分析，模型（3）的回归

结果如下：

对工业排放与人均GDP关系的实证结果进行线性目的分析，结果表明对数三次型的结果拟合度达到0.980608，从而反映对数三次型的拟合度较好，同时每个变量均通过了t显著性检验。通过对方程（3）中所列模型进行回归，从所得结果的显著性以及自相关性角度进行比较分析，且考虑到指标水平选取零值或者负值在实际研究中的不适当性，故本文采用对数三次型的实证模型作为碳排放与人均GDP的回归方程，具体的结果如下：

观察模型（4）中解释变量的系数，β1=-82.46753<0，β2=7.943357>0，β3=-0.253002<0，因此解释变量与被解释变量之间并不是期的倒“U”型的曲线关系，而是一种不常见的倒“N”型的关系，即在期初开始阶段，碳排放量开始随着经济的增长而降低，经过某一个拐点以后，随着经济的增长碳排放量会增加，再过了另外的拐点之后，碳排放随着经济的增长又呈下降的趋势，这样的曲线关系与对图2与图3的分析结果相一致，也即工业碳排放与经济增长之间存在着倒“N”型关系。

图1 1995—2013年度天津市实际人均GDP变化趋势

图2 1995—2013年天津市地区经济增长率

图3 1995—2013年天津市人均碳排放变化趋势

（三）碳排放与经济增长之间关系的脱钩模型分析

利用上文Tapio脱钩体系计算方法，对1996—2013年CO2排放量与经济增长的相关数据进行分析，得到我们需要的计算结果，结果如下表：

通过图3可以得出：就脱钩状态而言，1996—1999年度天津市工业CO2排放量与经济增长之间处于强脱钩状态，表明这四年天津市经济发展形势比较好，经济增长的速度大于碳排放的增长速度；然后从1999年之后，2000年，2002年，和2010年这三年碳排放与经济增长之间处于增长连结状态，此时经济增长与碳排放的增长速度保持一致，经济增长的同时环境也受到了影响；除了这三年，其他年份经济增长与碳排放呈弱脱钩状态，碳排放的增长速度慢于经济增长的速度。

从图4中还可以看出，脱钩弹性明显具有三个波峰，分别对应着2000年，2002年和2010年，与前面的分析结果一致，此时经济发展状况有待改善；从1995年以来，经济发展和碳排放的增长率处于平稳状态，且基本上碳排放增长率的曲线处于经济增长率的下面，说明经济增长的速度快于碳排放的增长速度，说明天津市从1996年（包括1995年）以来整体经济形势向好，经济的发展对环境的影响处于可控范围内。

从1996年到1999年的几年间，经济增长率一直处于下降的趋势，1999年甚至出现了罕见的个位数增长。由于1997年爆发了亚洲金融危机，作为一个重要的沿海开放城市，天津市不可避免受到了此次金融危机的冲击，也可以看到这几年增长率的曲线变动处于坐标轴的下方，说明了1997年亚洲金融危机对天津市的工业行业产生了影响，使得企业对能源的消耗降低，带来了碳排放量的下降。从1999年开始，经济增长率曲线基本处于平稳增长的状态，碳排放增长率曲线也处于坐标轴以上，说明亚洲金融危机之后，天津市的经济明显回暖，特别是滨海新区作为国家第一个综合改革创新区，对天津经济的高速发展起到了重要的促进作用，工业的发展也增强了对能源的消耗，促进了工业碳排放。到了2003年，碳排放的增长率下降到了2%的水平，而经济仍然平稳增长，达到了14.2%，碳脱钩弾性曲线则处于一个低谷，说明了当年的经济增长速度远远大于碳排放的增长速度，天津市的经济发展质量得到了一定的提高。

图4 1996—2013年天津市碳排放与GDP增长率以及脱钩值变化趋势

总体而言，我们可以将天津市的碳排放与经济增长之间的脱钩状况分为两个阶段：

第一个阶段是1996—1999年，这四年经济的平均增长率是16%，碳排放的增长率为-5.1%，处于明显的强脱钩，经济发展的质量比较明显，主要得益于国有企业的改革，利用营改增等一系列政策措施，通过调整产业结构，优化经济结构，促进了经济的良性发展和企业的健康成长。

第二阶段是2000—2013年，这十几年GDP的平均增长率是17.6%，二氧化碳每年的排放增长率是10.1%，在这一阶段GDP与碳排放都保持了两位数的增长，经济状况持续得到了改善，利用国家的一系列政策，包括国家级综合改革创新区—滨海新区的开发，带动了天津经济的发展，滨海新区的开发吸引了一大批大型的企业入驻天津，一方面带来了客观的财政收入，促进了天津经济的持续繁荣，另一方面这些企业又多是重化工企业，对于能源的需求比较多，从而也导致了碳排放的增加，也对环境产生了很大的影响。过多地依赖第二产业的发展，对第三产业的发展存在不足，与京沪深等大城市相比，第三产业所占的比重明显偏低，产业结构有待转型。

五、结论与建议

（一）主要结论

本文利用天津市工业能源消耗的碳排放与经济增长的相关数据，通过碳排放的数据探究了工业发展对能源持续消耗的过程中天津市经济发展的路径。同时通过利用Topic脱钩理论分析了碳排放与经济增长之间的脱钩关系，得到了以下两条结论：

1.天津市工业碳排放与经济增长之间不存在倒“U”型关系，而是存在着一种倒“N”型的曲线关系，即在经济发展的初期阶段，碳排放量是随着经济增长而逐渐减少的，过了某一个临界点后，碳排放量随着经济发展而不断增加，经过第二个临界点后，碳排放与经济增长大致呈负相关的关系。从前面图（1）和图（3）可以大致判断，天津市碳足迹大致处于第二个转折点后的下降阶段，即碳排放随着经济增长而不断减少。由于碳排放还受到除了经济增长的其他因素的影响，比如城市化、贸易开放度和人口集中度等，因此碳排放与经济增长之间关系的第二个转折点可能会往后延迟。

2.分析碳排放与经济增长之间的脱钩关系，得出1996—1999年两者之间处于强脱钩状态，然后除了2000年，2002年和2010年是处于增长连结状态之外，其他年份都是弱脱钩状态。总体而言，天津市经济增长势头向好，经济增长的速度快于碳排放增长的速度，经济发展的质量良好，但还需要进一步优化经济结构。

（二）政策建议

根据对天津市碳排放与经济增长之间关系的实证研究的结果分析，提出以下建议：

1.提高能源利用效率，实现循环经济和低碳经济。

根据天津经济发展所处阶段，加大技术创新力度，提高能源利用效率，促进对石化能源的深度加工和深度利用，发展低碳、循环经济，促进天津经济持续健康发展。

2.调整产业结构，促进产业结构优化升级。

依据天津碳排放与经济增长的关系，合理控制碳排放的增速，调整工业内部结构，重点发展高技术含量、高附加值、低污染的产业；大力发展现代服务业，提高第三产业比重，促进产业结构的合理化和高级化。

3.深化供给侧结构性改革，淘汰落后产能，促进资源合理分配和利用。

依据碳排放与经济增长之间的脱钩关系，进一步深化供给侧改革，淘汰落后产能，合理优化资源，提升天津经济发展的质量和速度，减少碳排放的总量，降低碳排放的速度，促进资源合理分配和利用，保持天津经济增长的良好势头。

注释：

①由于《中国统计年鉴》中的历年国内生产总值是以当年的价格为基准得到的名义国内生产总值，因此需要计算实际国内生产总值。通过利用给定的国内生产总值与当年的国内生产总值指数（上年=100）计算得到实际国内生产总值。同时2013-2000年的常住人口利用已知数据，2000以前的常住人口通过统计年鉴中国内生产总值与人均生产总值的比值得到。

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责任编辑：张丽恒

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1006－1255－（2017）02－0025-08

吴爱东（1965—），天津商业大学。邮编：300134齐孟杰（1992—），天津商业大学。邮编：300134