河北省碳排放与经济增长间关系的EKC存在性验证及STIRPAT实证分析*

李艳红

内容提要：本文利用1982至2014年河北省碳排放与经济增长的数据，验证两者之间EKC曲线关系的存在性。由于受到20世纪90年代末金融危机和区域产业转移的影响，曲线具有一定的特殊性。继而对样本进行了调整再回归，结果显示河北省人均碳排放与人均GDP之间存在 “倒U”型曲线，拐点为人均GDP达到30216元。在基础上，建立了STIRPAT模型，分析结果表明产业结构和能源结构调整是河北省实现经济可持续发展的根本途径。

一 研究背景

人为碳排放是全球变暖和气候不稳定的一个重要原因。2014年中国二氧化碳排放量近10亿吨，占到全球碳排放总量的29%。为此，我国越来越重视减少碳排放的问题，我国政府提出到2020年单位GDP的碳排放要降低40%以上的目标。河北省作为传统工业大省和能源消费大省，能源消费引起的碳排放量近几十年来持续增长，据测算2015年河北省能源消费引起的碳排放量达到了20912.1万吨标准煤，比1980年的2243.73万吨标准煤增长了8倍。能源消费增长带动经济增长的同时，也导致河北省环境问题日益突出。从2010年至2014年，全年空气质量达到和好于二级的天数由337天下降到152天，重度污染及以上天数平均为80天。①《河北经济年鉴2015》，河北省统计局 （http：／／www.hetj.gov.cn／）。河北省已经成为全国大气污染最严重的省份，然而随着城镇化和工业化进程的加快，能源需求将持续增长，碳排放量也会持续增加，实现碳减排困难重重。因此，理解和分析河北省碳排放与经济增长的关系，以及其影响因素显得尤为重要。

近十几年，学术界对环境与经济发展间关系的研究越来越集中在碳排放和经济增长之间关系的曲线形式分析上。环境库兹涅茨曲线即EKC（Environmental Kuznets Curve）为碳排放与经济增长关系的研究提供了一种有效的分析工具。但长期以来，对于碳排放与经济增长之间是否存在“倒U”型曲线关系还存在争议。Holtz－Eakin和Galeotti等人②Holtz－Eakin D.，Selden T.M.，“Stoking the Fires？CO2 Emissions and Economic Growth”，Journal of Public Economics，57（1），1992.认为，人均碳排放与人均GDP之间存在 “倒U”型曲线关系。但在分析拐点时两者的认识不同，前者认为拐点在35428美元至80000美元之间，后者计算的拐点在13260美元。这种差异主要是由于这几位学者在分析碳排放与GDP关系时，所选取的研究对象不同导致的。也有学者如Richmond和Kaufmann等③Richmond A.K.，Kaufmann R.K.，“Is there a Turning Point in the Relationship Between Income and Energy Use and Carbon Emissions？”，Ecological Economics，56（2），2006.认为经济增长与碳排放之间不存在 “倒U”曲线关系，两者之间是线性关系或者N型曲线关系。

国内学者对于经济增长与碳排放的研究起步较晚，多数学者是以中国总体数据为研究对象，实证分析碳排放量与GDP之间 “倒U”曲线关系的存在性。苏为华、张崇辉采用聚类分析，利用省际面板数据进行了分析，结果显示收入差距过大会导致EKC曲线拐点的前移。赵爱文、李东采用1953年至2010年的人均碳排放与人均GDP数据，回归结果表明存在N型的EKC曲线。林伯强、付加锋①林伯强、蒋竺均：《中国二氧化碳的环境库兹涅茨曲线预测及影响因素分析》，《管理世界》2009年第4期。通过我国全国单位GDP二氧化碳排放和人均GDP的时间序列回归得到，两者之间存在 “倒U”型关系；刘扬等②刘扬、陈助锋：《基于IPAT方程的典型发达国家经济增长与碳排放关系研究》，《生态经济》2009年第11期。以全国人均碳排放量和人均GDP数据为基础，发现碳排放强度、碳排放总量、人均碳排放量与经济增长之间都存在 “倒 U”曲线关系。这些研究都以全国数据为研究对象，而由于每个省份的实际情况的差异，以全国数据回归的结论无法直接用于具体省份的实际分析。也有部分学者③张丽峰：《北京碳排放与经济增长间关系的实证研究》，《技术经济》2013年第1期。以具体省份为研究目标，但多数是以京津或者珠三角、长三角地区省市为主，对于河北省的EKC曲线的验证分析却很少。随着京津冀一体化进程的加快，河北省在促进环渤海地区的可持续发展中的重要作用日益突出，对河北省的碳排放进行实证分析的必要性逐渐凸显。武红等④武红、谷树忠等：《河北省能源消费、碳排放与经济增长的关系》，《资源科学》2011年第10期。主要计算了河北省各类一次能源的碳排放量，以及河北省从1982到2009年间的脱钩指数，但是他们并没有具体分析两者之间是否存在 “倒U”型关系。崔和瑞等和王亚楠⑤郭轲、王立群等：《河北省能源消费与经济增长关系的实证分析——基于京津冀协同发展视角》，《资源开发与市场》2015年第9期。分别以1980年至2011年数据，验证两者之间存在协整关系和正的二次曲线关系，但两者之间 “倒U”型曲线的具体形式，以及经济发展的阶段性对曲线的影响并没有进行分析。

本文以河北省碳排放量和经济增长为研究对象，首先以1982年至2014年的数据验证两者之间 “倒U”型关系的存在性；其次计算河北省碳排放系数和脱钩指数，分析碳排放与经济发展阶段的关联性。在这些分析的基础上，针对河北省环境与经济协调发展的战略提出政策建议。

二 河北省碳排放与经济增长间的EKC存在性验证

本文选用的样本期为1982年至2014年，经济增长指标使用河北省人均GDP来表示，为保证数据的可比性，人均GDP数据以1978年的不变价进行了调整。由于碳排放量我国尚未进行系统的统计，因此本文采用碳排放系数乘以各类能源消费量来计算。

（一）变量的选取与数据的处理

以2003年国家发展和改革委员会能源研究所发布的 《中国可持续发展能源暨碳排放情景分析》中各类能源的碳排放系数为基准，煤炭、石油和天然气的碳排放系数分别为0.7476tc／tce，0.5825 tc／tce，0.4435 tc／tce。河北省人均 GDP、人口数，以及各类能源消费量的数据均来源于《河北经济年鉴2015》，模型中使用的数据亦是根据以上统计数据计算整理得出。

图1 1980—2014年间河北省人均碳排放量与人均GDP数据散点图

（二）碳排放与经济增长的EKC曲线回归结果

根据Shafik建模的做法，采用对数二次方程模型为基础，以人均碳排放量为被解释变量，以人均收入作为解释变量建立模型，形式如下：

其中Ct为第t年的人均碳排放量；Yt为第t年人均GDP；α0、α1和α2为随机误差项，是待估参数。如果回归结果显示α1＞0，α2＜0，那么可以推定河北省的碳排放与经济增长之间 “倒U”型关系存在。以河北省1982年至2014年的人均碳排放量和人均GDP数据，用Eviews 6软件对模型进行参数估计，结果如下：

回归结果显示，模型的拟合优度值为0.977，F值为638，总体回归显著。但从解释变量的t值来看，常数项和人均 GDP回归系数不显著，无法通过显著性检验。这个结果可以有两种解释：第一种解释是在样本区间内河北省碳排放与经济增长之间并不存在明显的 “倒U”型关系；第二种解释是河北省的碳排放与经济增长之间存在 “倒U”型关系，但由于某些特殊因素的影响，导致曲线出现异常变化区间，如果剔除这些影响，两者之间仍可证明其 “倒U”型曲线关系存在。接下来需要对这两种结论进行验证，绘制人均碳排放量与人均GDP的散点图 （见图1），可以观察到该曲线基本呈现二次项系数为负的二次曲线形式，但中间出现了明显偏离曲线的小部分区间。具体来看，这小部分区间位于20世纪90年代末。这段时期主要的经济事件是亚洲金融危机的爆发，其影响波及我国各个地区，导致各地区能源消费明显下降，碳排放量也相应减少。受此影响，河北省人均碳排放量与人均GDP的曲线呈现贴近横轴并略向下凸的趋势。接着进入21世纪，受到北京产业转移的影响，河北省承接了100多家从北京转移出来的一般制造性企业，这些企业多数是高能耗、高污染的工业企业，如汽车制造、钢铁企业、电厂等，能源需求急速增加，进一步导致碳排放量迅速增长。通过以上分析可以看出，整个曲线实际上被分割成两部分，以1995年为界限开始出现断层。1995年之前河北省虽然是一个名副其实的大省，但并不是经济强省，经济发展战略始终处于调整阶段，直到1995年正式确定了 “环京津、环渤海”的 “两环开放带动战略”，承接北京和天津部分工业企业的产业转移，河北省的经济开始步入快速发展的阶段，而正因如此其经济依赖能源实现快速增长和减少碳排放量的矛盾日益突出。这一点可以通过脱钩指数变化得到印证。

表1 1983年至2014年河北省脱钩指数

从表1的河北省历年来的脱钩指数可以看出，在1996年之前河北省的碳排放与经济增长除三个年份是扩张连接以外，其余为弱脱钩状态，但从1996年起，连续三年脱钩指数突降，均低于0.1，几乎处于脱钩状态。这段时期正是亚洲金融危机对河北省经济产生冲击，进而影响碳排放量出现了一个突变阶段。还有一个阶段是从2000年开始，连续六年脱钩指数表现为扩张连接，甚至是强连接。这段时期正是河北省承接北京部分工业企业的转移，加速发展的时期。然而这部分承接的产业多数是能源依赖性加强的企业，因此河北省经济获得快速发展的同时，碳排放量也在迅速增加。从2000年至2005年，河北省不变价GDP的平均增长率为10.45%，经济发展速度十分可观，然而同时碳排放总量平均增长率达到了12.16%，碳排放量的增长速度更是惊人。

通过以上分析可以看出，河北省人均碳排放与人均GDP的关系曲线较为复杂，需要对其回归样本进行调整，本文以1995年至2014年的数据对模型再次进行回归，结果如下：

模型的拟合优度和F值都很高。从各解释变量t值也可以判断变量的系数均可以通过显著性检验。并且模型的α1＝3.5343＞0，α2＝－0.1713＜0，说明在这段样本期内，碳排放与经济增长之间存在明显的 “倒U”型关系。可以看出，由于受到阶段性政策因素和经济环境变动的影响，河北省人均碳排放与人均GDP之间的关系较为复杂，但两者之间的 “倒U”型关系确实存在。在 “倒U”型曲线验证存在的基础上，进一步计算曲线拐点：

当河北省人均GDP小于30216元 （以1978年不变价）时，碳排放量随着经济增长而增加；当人均 GDP大于30216元 （以1978年不变价）时，碳排放量将随着经济增长而降低。通过以上分析可以看出，河北省的碳排放与经济增长之间 “倒U”型关系确实存在，但仍处于曲线的上升阶段，经济增长仍需要大量消耗能源。目前来看，虽然两者之间的 “倒U”型关系无法改变，但曲线的拐点可以通过人为干预而发生变化。河北省可以通过大量引进、开发和使用低碳技术，提高碳生产率水平，同时促进新型能源的开发和利用；合理调整产业结构，积极发展第三产业。在一系列政策措施促进下，可以实现不牺牲经济发展的同时，促使碳排放与经济增长间EKC曲线拐点的前移。

三 河北省碳排放影响因素的STIRPAT模型分析

“倒U”曲线关系仅仅描述了碳排放与经济增长的单向影响关系，一个地区碳排放除了受到经济增长影响以外，还会有其他因素的作用。本文使用Dietz提出的STIRPAT模型分析河北省碳排放的影响因素。STIRPAT模型是在IPAT模型基础上发展起来的一种随机模型，用来分析人类驱动力对于环境压力的影响情况。模型基本形式为：

其中I，P，A，T分别表示环境压力、人口数量，以及富裕程度和技术影响；a、b、c、d是模型的回归系数，e为随机误差项。为了分析碳排放的影响因素，解释变量分别选取了经济增长、能源消耗强度、能源消耗结构。经济增长使用人均GDP指标，能源消耗强度使用单位GDP的能源消耗量来计算，能源消费结构主要使用煤炭消费占能源消费总量的比重来衡量。数据均来自于 《河北省经济年鉴2015》，人均 GDP数据折算为1978年的不变价，样本期为1982年至2014年。STIRPAT模型的基本形式为：

其中C表示河北省人均碳排放量，Y为1978年不变价的人均GDP，S表示能源消费结构，N为能源消耗强度。为了避免 “虚假回归”问题，首先对这几个时间序列进行单位根检验。ADF检验结果表明，四个时间序列的原序列均为非平稳，再对其一阶差分序列进行ADF检验，结果均表现为平稳。

表2 时间序列单位根检验结果

进一步使用协整检验，结果表明，变量间存在协整关系。因此，方程回归结果如下：

模型回归结果表明，各解释变量系数均具有显著性。根据河北省碳排放的STIRPAT模型回归结果的每个变量的估计系数，可以得出如下结论：

结论1，河北省人均碳排放量与人均GDP呈正相关。从回归结果可以看出，在所有的解释变量中，人均GDP的回归系数是最大的，这表明经济增长对碳排放的影响最为显著。从模型回归结果可以看出，河北省人均GDP每增加1个百分点，人均碳排放量将增加0.9916个百分点。河北省作为一个工业大省，重工业占工业总产值的比重很高，是经济增长的主要动力。2014年，河北省全省规模以上工业企业共14972家，完成工业总产值4.7675万亿元，其中重工业产值达到3.6733万亿元，占到工业总产值的77%，明显高于全国72%的平均水平。重工业对能源需求非常大，2000年，河北省能源消费合计为1.119亿吨标准煤，2013年、2014年分别增长到2.97亿吨、2.93亿吨标准煤，平均增长率达到了7.11%。碳排放量2000年为8.19亿吨标准煤，2013年、2014年则分别达到了2.13亿吨和2.09亿吨标准煤①相关数据参见 《河北经济年鉴2015》。，占全国第一。能源消耗的迅猛增长和工业尤其是重工业的快速发展，都加大了河北省环境污染治理的压力。工业的发展是河北省经济增长的主要动力，这个事实短期内无法改变，但这并不意味着河北省只能对碳排放和环境污染听之任之，如果能提高工业发展所依赖的能源的利用效率，仍可以对环境改善做出有益的贡献。

结论2，河北省人均碳排放量与能源消耗强度呈正相关。能源消耗强度越高，说明能源利用效率越低，人均碳排放量越大。从1980年至2014年总体趋势来看，河北省能源消耗强度呈下降态势，单位产值能耗由1980年的28.4721吨／万元下降到2014年7.9590吨／万元，这说明河北省的能源利用效率在向提高的方向努力，但是从产业角度看，河北省是工业大省，河北省工业能源消费量占能源消费总量的比重基本维持在70%以上，工业在河北省是能源消费的主要方向，河北省工业的能耗效率改变也直接影响河北省整体的能源消耗效率的变动趋势。从2005年至2014年间，河北省工业单位产值能耗由10.7吨标准煤降低到6.6吨标准煤，总体在下降，但仍远高于其周边的经济发达城市 （北京工业万元产值能耗2000年为2.792吨标准煤，2010年为0.926吨标准煤）②同上。。

结论3，河北省人均碳排放量与能源消费结构呈正相关。能源消费结构的指标每上升1个百分点，人均碳排放量将上升0.469个百分点。能源消费结构对碳排放的影响主要表现在能源消费结构中不同类型能源碳排放系数存在差异，其中，煤炭的碳排放系数最高，石油、天然气碳排放系数略低，清洁能源如风能、核能、太阳能在燃烧过程中不产生二氧化碳。长期以来，河北省能源消费结构以煤炭为主，碳排放量很大。从1980年至2014年，煤炭消费所占比重均在89%以上，尤其是2001年至2009年期间，更是达到了91%以上。虽然近几年，煤炭消费比重下降到88%左右，但仍高于周边城市和全国的平均水平 （60%左右）。然而，河北省煤炭消费比重过高的局面可能仍会持续一段时期，碳排放量的增长也不会短期内迅速降低。因此，发展清洁能源，利用河北省坝上地区等地区的风能、太阳能丰富的优势，大力发展清洁能源生产，提高清洁能源消费的比重，优化能源消费结构，将成为解决河北省节能减排问题的又一个关键方向。

四 结论与政策建议

本文运用河北省1982年至2014年碳排放与经济增长的相关数据，验证两者之间EKC关系的存在性，并用STIRPAT模型分析了河北省碳排放的主要影响因素。

（一）结论

河北省碳排放与经济增长之间存在 “倒U”型关系。由于受到20世纪90年代末亚洲金融危机和21世纪初地区产业转移的影响，这种 “倒U”型关系呈现出特殊性。经过调整，以1995年至2014年的数据回归的“倒U”曲线拐点位于30216元 （以1978年不变价）。目前河北省正处于“倒U”曲线的上升阶段，通过调整产业结构、能源消费结构、节能减排等可促进拐点的前移。根据STIRPAT模型的回归结果，可以看到河北省碳排放量与经济增长、能源消耗强度以及能源消费结构均呈正相关，其中人均GDP的影响系数最大。

（二）政策建议

（1）转换经济增长方式，加快产业结构调整。河北省作为工业大省，粗放型的经济增长方式必然伴随着高碳排放，因此推动工业转型升级是减少碳排放，缓解环境压力的有效途径之一。但是在这个过程中，“减法”“加法”都要做到：一方面要压缩煤炭、钢铁等高污染行业比重，化解过剩产能。同时要鼓励工业企业通过工艺和技术改造提升对资源和能源的利用效率，实现产品的升级；另一方面推动高新技术产业的发展，提升绿色交通运输、仓储行业等低碳产业的发展。同时加快新能源、新材料产业的建设和发展，通过企业间兼并合作、股权置换等方式实现跨地区重组。大力发展第三产业，通过降低准入门槛，减少行政审批环节等，积极扶植金融、信息产业、计算机软件服务产业、能源服务产业等低能源消耗的企业发展。

（2）加快工业企业技术改造，提高能源利用效率。河北省的重工业发展是经济增长的重要动力。由于重工业比例过高的现状短期内无法彻底改变，因此加快现有工业企业的技术改造，减少二氧化碳和污染物排放可在短期内有效促进环境与经济的协调发展。2014年河北省主要污染物排放 （包括化学需氧量和二氧化硫）排放量为245.9万吨，占京津冀比重78.6%，占全国总量的5.8%。细颗粒物PM2.5平均浓度为102微克／立方米，均高于北京、天津的平均浓度。加快工业企业技术改造势在必行。焦化行业可进一步推进焦炉煤气回收利用和干熄焦技术；钢铁行业可利用余压余热余气进行发电；煤炭行业以改进技术装备，促进煤气综合利用为重点，实施煤炭高效洗选、电机系统节能及矿井水热能利用等。钢铁行业需淘汰落后工艺，改进旧的设施和装备，加强先进科技工业的开发和应用。

（3）优化能源消费结构，加强新能源综合利用。河北省的能源消费中，煤炭所占比重长期高于周边城市和全国平均水平。因此河北省应加快实施燃煤小锅炉淘汰以及锅炉能源置换；实施火电企业脱硫脱硝和其他重工业行业的改造升级，压减小型燃煤机组的使用比例，减少煤炭消费量；充分利用河北省部门地区地热资源、风能和太阳能资源丰富的优势，发展多联供技术，提高清洁能源和可再生能源的消费比重。