天津市经济-生态-能源耦合协调关系研究

赵慧卿， 吕广庆

(天津商业大学 经济学院， 天津 300134)

党的十八大与十九大将生态保护上升到战略高度，要求努力实现“资源节约型与环境友好型社会”。可见党和国家在发展经济的同时，对能源与生态非常关注，要求实现经济的高质量发展。近些年来，天津市经济飞速发展，但与此同时，生态破坏与能源消耗过大问题也日益突出。当前，天津市正处在经济转型过程中，在生态保护与能源利用中存在一次能源消费占比大、能源利用率低、工业烟雾排放量大等问题,严重影响其经济高质量发展。因此，准确测度天津市经济与生态、能源的综合发展状况，考察三者之间耦合协调度及相对发展度，分析其经济与生态、能源之间的关系，明确未来努力的方向，对于推动天津市经济高质量发展尤为重要。

一、文献综述

(一)关于综合评价的研究

综合评价主要涉及指标体系的构建、权数的选择和评价方法的选择三个方面。学者们在构建指标体系时,多数依据相关原则或采用德尔菲(Delphi)法进行主观选择,少数采用客观方法选择指标，主要有极小极大离差法、变异系数法、相关系数法、系统聚类法等。

在确定指标权重时,主要有主观赋权法、客观赋权法与组合赋权法。主观赋权多采用层次分析法(AHP)，如李斌的研究[1],但是主观赋权法受人为影响较大，不能体现指标数据的基本特征。客观赋权的方法很多，主要有主成分分析法、熵权法、变异系数法、基尼系数法和反熵法等,如李元栋等人通过主成分分析法确定权重，对矿区经济-生态-能源系统进行评价，并分析它们之间的协调度[2]。该方法能够使问题简化，同时得到的结果更加科学有效，但存在选取的主成分有时对原始变量没有代表性的问题。采用熵权法研究的学者较多，如关伟等人[3]。也有学者采用变异系数法确定权重，如于洋等人基于区域视角并运用变异系数法确定权重，对华北、东北、东部、中南、西南和西北六大区域的经济-能源-环境-科技耦合水平演变特征进行分析[4]。采用基尼系数法和反熵法赋权的文献较少。客观赋权能反映指标的数据信息，但也有缺陷：太依赖指标数值的大小，同时易受样本随机误差的影响，且不能体现评价者对指标的重视程度，人为的可参与性较差。因此，部分学者采用组合赋权法，如李建辉等人利用灰色关联分析法及TOPSIS法对指标进行赋权，对中国经济-能源-环境系统进行综合评价[5]。

在评价方法的选择上，目前国内外常用的有统计综合评价、模糊综合评价、灰色关联评价、群体综合评价、动态综合评价、人工神经网络评价、DEA数据包络分析法等。

(二)关于耦合协调度的研究

现有文献测算耦合协调度所使用的方法大体一致，只是研究视角各不相同。如惠调艳等人研究了西部地区的经济-生态-能源耦合协调关系，发现耦合协调度逐渐上升，但大部分省份仍处于轻度不协调阶段[6]；李新颖分析了江苏省2006—2016年能源、经济、环境之间的耦合协调关系[7]。多数学者的研究主要涉及两个系统之间的耦合协调度问题，如焦念涛等人运用耦合协调模型与空间回归方法，对黄河流域九省区旅游经济与生态环境进行了耦合协调度分析[8]；王新民等人采用耦合协调度模型对天水市旅游经济与生态融合程度进行研究[9]；赵先超等人运用耦合协调度模型对湖南省能源消耗与经济发展进行耦合分析，其结果表明耦合度值呈现先上升后下降的趋势，耦合协调度值呈现总体上升趋势[10]。

通过梳理相关文献后发现，研究经济与生态、经济与能源之间耦合协调度的文献较多，但研究单个地区经济、生态、能源三者之间耦合协调关系的文献不多，运用相对发展度进行子系统测算的更少，研究缺乏针对性、深入性。由此，本文拟合理构建天津市经济-生态-能源系统的评价指标体系，运用反熵法科学合理地设计指标权重，对天津市经济-生态-能源耦合协调度进行时序分析，并采用相对发展度指标对天津市经济与生态、经济与能源两大方面进行分析。

二、评价指标体系及权数确定

(一)指标体系的选择

1.指标体系

根据经济-生态-能源特征，参考相关文献，遵循评价指标的目的性、可操作性、科学性、可获得性、客观性的原则，本文建立了包括3个一级指标(经济、生态、能源)、20个基础指标的指标体系(见表1)。

2.数据说明

本文选取2010—2018年天津市的经济、生态、能源相关数据，指标数据来源于《中国统计年鉴》《天津市统计年鉴》《中国能源统计年鉴》及天津市统计局网站。由于2010年《中国统计年鉴》没有“碳氧化物排放量”指标，所以2010年单位GDP碳氧化物排放量取2011年与2012年数据平均值得出；2016年和2017年“能源弹性系数”缺失，所以2016年能源弹性系数取2014年与2015年数据平均值得出，2017年能源弹性系数取2015年与2018年数据平均值得出；由于2019年《中国能源统计年鉴》尚未发布，所以2018年能源消耗总量数据取2015—2017年数据移动平均值预测得到，进而计算出单位GDP能耗、人均能耗。

表1 天津市经济-生态-能源系统评价指标体系

在数据标准化处理之前需要判断指标的正逆性(见表1)，正向指标越大越好，逆向指标越小越好。常用的去量纲方法有标准化法、极值处理法与功效系数法,本文采用极值处理法。

正向指标采用如下公式:

(1)

逆向指标采用如下公式：

(2)

(二)指标权数的确定

运用客观赋权法中较为少用的反熵法对指标进行赋权。反熵法一方面能够规避极端情况下的指标失效情况，另一方面也能够把指标间的差别体现出来，能够在样本容量有限的情况下，减少人为赋权所造成的主观错误。具体计算步骤如下：

(3)

(4)

根据式(3)(4)计算出第j个指标的反熵值Rj，以此来确定第j个指标的客观权重wj，计算公式为：

(5)

三、耦合协调度与相对发展度方法的运用

(一)耦合度计算

“耦合”一词最早来源于物理学，近年来，这一概念被广泛应用于其他学科，泛指两个或两个以上的子系统之间通过各种相互作用而彼此影响以至联合起来的现象。耦合度是用来描述子系统彼此相互影响的程度强弱，其基本计算公式为：

(6)

式(6)中,Ui(i=1,2,…，n)为各个子系统的综合评价值，Cn为子系统间的耦合度，Cn∈[0,1]，Cn越大，说明子系统间耦合程度越好，否则越差。本文将天津市各一级指标(经济、生态、能源)分别看作一个子系统，则三者的耦合度为：

(7)

式(7)中,J、S、N分别为经济、生态、能源系统的综合评估值。

借鉴王琦等人的区间划分[11]，把耦合度分为4个阶段(见表2)。

表2 耦合度阶段划分

(二)耦合协调度计算

耦合协调度测算子系统之间的耦合协调程度，是判断子系统耦合协调是否优良的客观标准。具体公式为：

(8)

T=α1×J+α2×S+α3×N

(9)

式(8)(9)中,D为耦合协调度，其值越大，表明系统间耦合协调关系越强；T为综合协调指数，α1、α2、α3为待定系数，本文认为经济、生态与能源需要同等对待，故α1、α2、α3取值均为1/3。借鉴廖重斌的划分标准[12]，把耦合协调度划分为10个阶段(见表3)。

表3 耦合协调度阶段划分

(三)相对发展度计算

耦合协调度模型可以准确评判天津市经济、生态、能源三者之间的耦合协调水平，但难以评价其中两者之间的关系。为了探究天津市经济与生态、经济与能源之间的相对发展程度，本文引入相对发展度指标，分别求得生态保护与经济发展(λ1)、能源利用与经济发展(λ2)的相对发展度，公式如下：

(10)

相对发展度分为3个区间，呈现出不同的特征(见表4)。

表4 子系统间相对发展度特征

四、天津市经济-生态-能源耦合协调关系计算结果及分析

(一)子系统综合评价时序分析

采用上述综合评价方法，计算得出天津市经济、生态、能源综合评价值(见表5)，得到变动趋势(见图1)。

表5 子系统综合评价值

从图1可以看出，2010—2018年天津市经济、生态、能源三个系统综合评价值总体来说均呈现上升态势，年均分别上升24.54%、17.06%、19.11%，表明天津市综合发展能力持续提升，经济向高质量发展转变。其中，经济子系统发展较为平稳，持续向好，波动幅度不大，仅在2017年稍微回落，原因是经济转型发展带来的小幅度震荡；生态子系统评价值出现短期波动，呈现“上升-下降-上升”趋势。2013和2014年生态子系统评价值偏低的原因主要是“单位GDP碳氧化物排放量”“空气质量达到或好于二级的天数”“建成区绿化覆盖率”指标得分较低，说明推行生态保护政策在这段时间受阻，需要在以后发展中坚定不移地提高生态保护力度；能源子系统综合评价值在2011和2012年出现较大回落，主要原因是能源使用量较其他年份多，且能源利用效率相对较差。但随后几年，能源子系统评价值上升明显，说明天津市在能源节约利用方面有了很大改善。但目前天津市发展仍然面临能源利用效率低下与生态建设缓慢等问题，这从2010—2018年三个子系统平均得分可以看出。生态子系统年均得分0.42，能源子系统年均得分0.39，均明显低于经济子系统年均得分0.57，且差距较大。未来天津市在发展经济的同时，必须高度重视能源与生态环境的保护，使经济向更高质量发展。

图1 子系统综合评价值变动趋势

(二)子系统耦合协调度分析

通过式(7)(8)(9)，计算得出天津市经济-生态-能源耦合度及耦合协调度(见表6)。

表6 天津市经济-生态-能源耦合度及耦合协调度

从表6可以看出，2010—2018年天津市经济-生态-能源耦合度均处于高水平阶段，数值维持在0.8～1之间，处于较稳定状态，说明天津市经济-生态-能源耦合度很好。从具体变化来看，2012和2014年耦合度均出现一定程度的下降，但下降幅度较小。2012年耦合度最低，原因是这一年天津市生态子系统综合评价值较高(0.42)，而能源子系统综合评价值最低(0.13)，两者之间相互作用较弱。2014年之后，三者耦合度持续上升，2018年达到0.997，说明天津市逐渐找到了新的经济发展路径，减少了对能源的依赖，逐渐注重对生态的保护，因此在今后发展中要保持这种向好的状态。

从表6还可以看出，2010—2018年天津市经济-生态-能源耦合协调度处于总体上升阶段，说明天津市近几年的经济发展逐渐向资源节约型与环境友好型过渡。从具体变化来看，2010—2011年耦合协调度处于濒临失调阶段，说明在此期间天津市经济发展以生产及消耗大量能源为主，生态环境质量不佳；2012—2013年耦合协调度处于基本协调阶段，2014年则处于初级协调阶段，表明天津市经济发展逐步注重节约能源和提高能源利用效率；2015—2017年耦合协调度持续向好发展，达到中级协调，2018年更是达到良好协调阶段。这与天津市更加注重经济高质量发展目标是分不开的，但与理想的耦合协调水平还有一定的差距，在今后的发展中需要采取更多保护生态与节约能源的措施。

(三)子系统相对发展度分析

进一步计算得出天津市生态保护与经济发展、能源利用与经济发展之间的相对发展度值，由相对发展度值可以判断相对发展特征(见表7、表8)。

表7 天津市生态与经济相对发展度

从表7可以看出，2010—2018年天津市生态保护与经济发展的相对发展度总体呈现先下降后上升的变化趋势，经历了“超前-同步-滞后-同步”的过程，与前文分析的逐步重视生态环境相契合。2010年两者相对发展度最高，为1.37，生态保护超前于经济发展水平。但2011年相对发展度出现大幅下降，生态保护基本同步于经济发展。2013年生态保护开始滞后于经济发展，一直持续到2017年，其中2014年相对发展度最低，仅为0.46。但自2015年开始，相对发展度持续上升，生态保护开始出现好转，到2018年，生态保护基本同步于经济发展水平，说明天津市经济发展方式出现了较大变化。值得注意的是，两者相对发展特征还不太稳定，需要继续寻找经济发展中生态保护方面的短板，逐渐补齐短板，推动天津市绿色经济健康发展。

表8 天津市能源与经济相对发展度

从表8可以看出，2010—2018年天津市能源利用与经济发展的相对发展度波动幅度较大，呈现“降-升-降-升”的变化趋势。2010年两者相对发展度最高，为1.41，能源利用超前于经济发展水平，这主要是因为经济发展质量相对于其他年份较低。但此后，除2015年和2018年能源利用与经济发展基本同步外，其余年份能源利用均滞后于经济发展水平。不过其相对发展度在2012年后总体呈上升趋势，说明能源利用效率逐渐提升，只是在短期可能出现了一些不稳定因素。不能忽视的是，天津市在提高能源利用时仍然存在诸多障碍，如科技水平相对落后、工业企业实现清洁生产成本较高等。在今后发展中需要解决这些问题，坚定不移地走绿色发展道路。

五、结论与建议

从综合评价结果来看，2010—2018年天津市经济、生态、能源三个系统综合评价值总体呈上升态势，综合发展能力持续提升，但生态和能源子系统综合评价值仍明显低于经济子系统，表明天津市在能源利用和生态保护方面还有待提升。从耦合协调度分析来看，2010—2018年天津市经济-生态-能源耦合度均处于高水平阶段，但耦合协调度表现较差，2010—2011年三者之间处于濒临失调状态。尽管随后几年三者之间关系逐渐协调，但水平仍然不高，严重影响其经济高质量发展。从相对发展度结果来看，2010—2018年天津市生态保护与经济发展的相对发展度经历了“超前-同步-滞后-同步”的过程，两者相对发展特征还不太稳定；能源利用与经济发展的相对发展度波动较大，大致在“滞后”和“同步”间交替，总体来说处于上升趋势。

因此，天津市要在经济发展、生态保护与能源利用方面加大协调力度，学习其他地区先进经验；发展经济的同时要统筹规划环境保护与能源利用两个方面，综合运用行政手段、法律手段、经济手段，促使三者向着最优协调方向发展；加大对工业企业清洁设备更新换代的支持力度；加快天津市能源结构和经济结构优化升级；丰富生态文化，提高全民生态环境保护意识；培育生态经济产业群，降低能源消耗，走可持续发展道路。