基于主成分分析法的北京市经济发展与环境污染关系研究

王默玉 庆亚敏 翟清云

摘要

本文以北京市2003-2016年的环境污染、经济增长的部分指标数据为例，基于主成分分析法财经济要素进行分析，并研究了经济发展与环境变化之间的关系通过总体上来看，北京市经济增长与环境污染大体上呈“N型”，说明当经济处于较高发展水平时，它会反过来抑制环境的继续恶化。

【关键词】环境污染 经济增长 主成分分析

1 引言

经济与环境如何协同发展一直是我们面临的重大难题。改革开放以来，北京市的经济发展速度遥遥领先于其他各省，近15年来经济总量不断翻番，其人均地区生产总值已经到达中上等发达国家的水平。在此过程中，工业废水废气排放量与日俱增，环境质量持续下降，2016、2017年北京市空气质量不达标天数均超过60%，雾霾天气频发。由此可见，北京市环境污染情况亟待改善，我们应该正视北京经济增长与环境污染的关系，探索环境可持续发展和与经济发展之间的平衡发展之路。

20世纪90年代，国外众多研究人员致力于经济增长与环境污染之间关系的研究。他们认为，经济增长与环境污染之间存在着倒"U”的关系，这就是影响至今的环境库兹涅茨曲线。即经济发展起步阶段，经济增长会造成环境质量下降，而当经济增长到较高水平时，环境污染情况又有所下降。但是，环境库兹涅茨曲线并不适用于所有经济体，周亚敏、黄苏萍通过对北京市1985-2007年环境污染和经济发展情况的研究表明，库兹涅茨曲线并不符合北京市环境污染与经济发展的关系。因此，本文利用北京市2003-2016年的数据，基于主成分分析法构建环境污染综合评价指标，利用格兰杰因果分析和脉冲响应分析探究北京市经济增长于环境污染之间的作用关系，以期对北京市的经济发展和环境改善提出有价值的建议。

2 数据、变量与模型

2.1 环境污染与经济增长指标的选取和来源

如表1所示，本文选取多个指标来综合评价环境污染情况，以提高数据分析的准确度。选取污染物排放量指标来度量环境污染情况，排放量指标选取包括工业废水排放总量、二氧化硫排放总量、工业氮氧化物排放总量、工业二氧化硫排放量、工业烟（粉）尘排放量和工业固体废物产生量六个指标。用地区生产总值（GDP）来衡量该地区的经济水平。数据来源于2003-2016年的《北京市统计年鉴））、《环境统计年报》和《全国环境统计公报》。对于数据的处理和模型构建借助于Pass和Eviews8.0。

从图1和图2可以看出，北京市2003-2005年，6个排放量指标基本保持稳定。2006-2010年工业废水排放量、二氧化硫排放量、工业烟（粉）尘排放量、工业二氧化硫排放量在小幅下降后又逐步上升。2011-2016年，6个排放量指标数据均呈现下降趋势，其中二氧化硫排放量、工业烟（粉）尘排放量下降幅度较大。图3可看出，北京市2003-2016年地区生产总值（GDP）逐年上升，该地区经济稳健增长。可见，2010年后，在经济快速发展的同时，北京市将环境保护作为工作重心之一，控制自然资源的无度开发和使用，严控废水废气的排放，可见绩效斐然。

2.2 运用主成分分析法对环境污染进行综合评价

1933年，Hotelling首次提出主成分分析的概念。它是通过提取出较少的几项互不干扰的综合性指标来最大限度的反映出原来较多指标所反映出的信息，这样一个降维的思想大大降低了运算维度，保证信息量的同时大大提高了计算速度。运用Pass软件对环境污染水平进行主成分分析，结果见表2。

如图4所示，第一个主成分到第四个主成分的线段斜率较大，而到第四个主成分后直线趋于平滑。因此，选取3-4个主成分都是较为合适的，结合表2环境污染指标主成分分析结果可知，前四个主成分的累计贡献率超过85%的标准，达到0.993441592%，因此取前四个主成分作为环境污染的评估量。我们将前四个主成分的累计贡献率定义为1，由其方差贡献率求出新的各成分指标的权重值T1、T2、T3、T4，并计算前四主成分的得分矩阵Y_ij（i=1，2…，14;j=1，2，3，4）。Y_ij表示第i个年份第j个指标的单项评价值。根据多指标加权综合评价模型：

由上式计算可得环境污染的综合评价值Fi，结果见表3。表3显示，2003-2016年我国环境污染综合得分处于波动上升的状态，在2010年有小幅回落之后又持续上升，即整体环境污染状况不容乐观，处于逐步恶化的趋势。本文用己测算出的环境污染综合评价得分代表北京环境污染状况。

从Pass主成分分析结果中看到环境污染综合指标有小于零的情况，但实际生产中，环境污染排放量不可能为负值，因此，需要将结果中數据整体向上平移固定的单位。最终得到的北京市2003-2016年环境污染综合指标变化趋势图如图5所示。

分析图5可以看出，2003-2016年北京市的环境污染状况大体经历三个阶段。第一个阶段是2003-2005年，该时期的北京市经济发展速度较慢，工厂数量较少，污染物排放量仍处在较低水平，因此，其环境污染现象还未见端倪。第二阶段是2006-2010年，这一阶段北京市环境污染与经济的关系曲线呈倒“U”型，符合环境库兹涅茨曲线。2008年是一个明显的拐点，北京奥运会拉动了北京经济高速发展，使其开始迈向了国际大都市的行列，但绿色奥运的理念也让大众开始注重北京市的环境状态，北京市借助已有的经济的实力和技术去有效的改善和保护环境，因此，2008-2010年环境污染综合指标呈下降趋势，可见效果明显。

3 结论

以上研究表明在经济发展到一定水平，以及加深对环境的认知之后，我们可以采取一定的技术手段来改善环境。回顾实际，北京市于2005年成立可持续发展促进会，北京市开始利用科学发展推动实施可持续发展战略，呼吁人类从高速增长的传统工业发展模式逐步过渡到可持续发展模式，积极探索一条人与自然相和谐的发展道路。因此，到2010年可持续发展之路初见成效，科技的发展开始有助于环境的改善。第三阶段是2010年之后，环境污染综合指标持续上升，这表明北京市环境在改善之后又出现了恶化的现象。这是由于北京市人口越来越多，资源短缺的现象初见端倪，环境与生态也遭到严重坏。尤其是大型工厂的数量猛增导致废气和废水排放量加大，环境不断恶化。可见，北京市目前的环境状况依然不容乐观，我们要在发展经济的同时，注重环境的保护，坚持走生态经济之路，建设生态文明大首都。

参考文献

[1]Usama Al-Mulali，BehnazSaboori，IlhanOzturk.Investigating theenvironmental Kuznets curvehypothesis in Vietnam[J].EnergyPolicy，2015，76.

[2]周亚敏，黄苏萍.经济增长与环境污染的关系研究——以北京市为例基于区域面板数据的实证分析[J].国际贸易问题，2010（01）：80-85

[3]纪建悦，于晓黎，方景清.能源消耗对环境污染的冲击响应模式分析——基于青岛市的实证研究[J].科技管理研究，2009（10）：162-164.