基于sbm模型的我国co2排放效率测度研究-蔡火娣.pdf
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1、2016年第7期 Sci咖dTe滕鬻。ment Res。扪hdoi:103969jissn10007695201607045基于SBM模型的我国C02排放效率测度研究蔡火娣(广东金融学院,广东广州510632)摘要:基于非径向的SBM模型测度了中国各省级行政区CO,排放效率,并分析了Luenberger生产率指标及分解,从技术进步效应、效率追赶及“创新者”区域等角度探索中国各地区的CO,排放效率。主要结论有:2000一2011年间,我国CO:平均排放效率仅为549,效率偏低,相对于效率前沿面存在较大的改善空间;我国东、中、西部三大区域的CO,排放效率发展是不均衡的,东部CO,排放效率显著高于中
2、、西部;全国CO,生产睾MLPI指标平均增长率为062,增长率较低,生产率增长的主要源泉是技术进步而非效率变化。关键词:CO,排放效率;SBM模型;Luenberger生产率指标中图分类号:F061 文献标志码:A 文章编号:100076952016)07024507Research on the Measurement of C02 Emissions Efficiency in China Based Oil SBM ModelCAI Huodi(Guangdong University of Finance,Guangzhou 5 10632,China)Abstract:Based o
3、n the SBM model,this paper measures the efficiency of carbon dioxide emissions in China,then ealculates the productivity index of the carbon emissions and its decomposition,and analyzes the effect of technology progress,efficiency change and the“innovators”regionWe come to the following the main con
4、clusions:The average carbon dioxideemissions of the country is only 549during the period of 2000-201 1which means there is still large room to improverelatively to the frontierThe carbon emission efficiency of the East,Central and West regions is imbalance,and the efficiency in East is significantly
5、 higher than that in Central and WestThe average growth rate of MLPI in China is only 062Obviously,it is relatively lowThe main source of productivity growth is the technological progress rather than thechange of efficiencyKey words:carbon dioxide emissions efficiency;SBM model;Luenberger productivi
6、ty indicator1 相关研究回顾与评述改革开放以来,中国经历了近30年的高速经济发展,同时出现了环境污染和资源浪费等诸多问题,CO,排放总量从1980年的l 448百万t增长到2010年的7 997百万t,因此,研究CO,排放效率,对制定减排措施及提高CO:排放效率具有重要意义。目前关于碳环境效率评价的研究主要有2种:一是传统的单要素碳排放效率测度指标,主要以碳排放总量与单一要素之间的比率关系来表示。二是全要素CO:排放效率,关注各种要素的相互作用。单要素碳排放效率测度指标只考虑碳排放量一种要素,容易高估了碳排放效率,导致碳排放效率测度的偏误。在全要素框架下,近年来国内外不少学者将CO
7、,纳入到DEA模型中得到全要素碳环境效率,并以此展开相关研究。Zaim等_。借助DEA构建了碳排放效率指数,测算评价了OECD国家的碳排放效率,并估算了碳排放规制对OECD国家产出可能造成的损失。Zofio等1评价了OECD的制造业碳排放效率,并利用非期望产出的弱可处置性原理分析碳规制的影响。Hailu等p o采用DEA方法测算了加拿大造纸工业的环境效率。Zhou等H l构建了基于松弛变量的环境效率测度数据包络模型,并测度了30个OECD国家1998-2002年的碳排放效率。王群伟等5。利用传统距离函数测度了我国20012007年的全要素CO:排放效率。李涛等1借助非意愿变量Ruggiero三
8、阶段模型实现了综合技术效率的分离,测算了1998-2008年中国29个省级行政区真正意义上的碳排放效率。目前大多数文献中,除李涛等16 o的研究之外,研究时都是将CO:纳入生产模型而将估计的整体环收稿日期:20150528,修回日期:20150913基金项目:全国统计科学研究计划项目“产业投入关联外移的测算及其影响效应研究”(2013LYl38)项目来源:广东金融学院校级课题“我国低碳发展水平的统计测度研究”(13XJ0308)万方数据蔡火娣:基于SBM模型的我国CO:排放效率测度研究境效率作为CO:排放效率。该环境效率实质上包含了CO,和其他投入要素在内的综合技术效率,并未单独估算真正意义上
9、的CO:排放效率,将其作为CO,排放效率指标有一定局限性。而且,大多文献测算碳排放效率的方法都运用径向的、角度的DEA模型。鉴于此,本文尝试在如下方面对已有研究进行拓展:(1)从研究角度而言,重点关注测度我国各地区生产过程的CO:排放效率而非整体环境效率,因此本文的CO:排放效率测度是在整体环境效率的基础上分离出来的具体CO:排放效率。(2)构建非径向的Luenberger生产率指标并分解,从技术进步效应、效率追赶及“创新者”区域等角度探索中国省区CO:排放效率。2研究方法为了将碳排放纳入到我们分析的生产框架,首先根据Fiire等一。提出的环境技术思想,构造一个既包含期望产出,又包含非期望产出
10、的生产可能集。假设每个国家有种投人要素艽,生产出M种期望产出Y,同时有,j砷非期望产出b,则环境生产技术的生产可能性集可表示为:P(戈)=(Y,b):戈能生产(Y,b),X尺: (1)其中,生产可能性集合满足闭集和凸性要求,投入和期望产出满足强可处置性,非期望产出具有弱可处置性和零结合性。随着Fare等1提出区分好产出和坏产出的DEA测度模型,Watanabe等8 J、Zhou等19。、Mandal等0。进一步拓展和改进了包含坏产出的DEA测度模型。21 非径向测度模型SBM模型传统的CCR或BBC模型衡量的是径向(射线)效率,此2种模型假设投入或产出同比例调整(缩减或扩张),然而,这2项假设
11、在某些情况下并不适用,例如劳动和资本可能存在替代效应,欲等比例缩减劳动和资本的投入量显然这不符合事实;而且,径向模型对无效率的测量没有包含松弛变量的问题,当存在投入过度或产出不足时,径向的DEA效率测度会高估决策单元的效率,而且传统的CCR或BBC模型的需要选择基于投入角度或者基于产出角度,容易忽视投入或产出的某一个方面,从而导致效率测量的偏误。鉴于此,Tone 1j提出了以松弛变量为衡量基础的DEA模型简称SBM模型(Slacksbased Model)。不同于传统的CCR或BBC模型的角度选择,SBM模型将2种导向纳入到同一个模型中来,以松弛量为衡量基础,考虑到所有变量投入和产出可能存在的
12、改进空间,修正了传统模型径向(射线)衡量和角度选择之缺陷,最终效率测量值体现在目标函数中,取值在0和1之间。除此,SBM模型改正了加性模型(也是以松弛变量为基础,不用考虑方向性问题)的单位不变性之不足。根据Tonej和Fukuyama等2 3的研究,我们定义包含坏产出的SBM方向性距离函数为:上五+上f等蓝+1s;。xr丘,v咄,6 r乒,tgig,暑s,:max:兰二二二婆三!也“tz&:+S:=x0V一砉z:=ymz:6:+S=6:pV戮吐z舢珊 (2)s:10,V嗡s:主o,可掰:s;o可f其中:(戈“,Y“,泸),是各省份的投入和产出向量;(g。,g,96)表示好产出扩张、投入和坏产出
13、缩减的取值为正的方向向量;(S:,S:,s:)代表投人、好产出和坏产出的松弛向量,由于线性规模的约束条件为等式以及松弛向量前的不同正负号,(sx。,s:,s:)表示投入过多、污染过度排放以及好产出生产不足的量;松弛向量和方向向量测度单位是相同的,q6因此松弛比率是标准化的,可以相加起来。目标g。函数表达的是投入无效率和产出无效率平均值的和最大化。和传统的方向性距离函数一样,SBM方向性距离函数是一个表示联合无效率水平的指标,其值越大表示无效率水平越大,则决策单元的效率水平实则越低。本文关注CO:排放效率,而非考虑碳排放约束的整体环境效率,需要测算真正意义上的CO:排放效率,因此参考Cooper
14、等3。的研究思路,在原SBM中分离构建坏产出的无效率测度指标为:b舾。:等 (3)歌因此,对应的坏产出效率值为:b1 。 (4)6= 一 6 (4)gi22 考虑坏产出的全要素生产率指数测度继Caves等4 o提出的Malmquist TFP指数之后,Chung等5。将其扩展为可以包含测度环境污染物的ML指数。Chambers等Ll纠发展了一种新的基于差值的生产率测度方法,称为Luenberger生产率指标(简称LPI)。这个指标与基于比值的Malmquist指数主要有以下不同:一是不需要预先选定测度角度,可以同时考虑投入的减少和产出的增加;而ML指数(M指数)均需对测度的角度进行选择,即选择
15、基于投入导万方数据蔡火娣:基于SBM模型的我国CO。排放效率测度研究 247向还是基于产出导向的测度方法。二是这个指标具有可加性,与具有相加结构的方向距离函数相适应。Boussemart等7 3对M生产率指数和Luenberger生产率指标基于理论和实证两个角度进行了比较,认为Luenberger生产率指标是M和ML指数的一般化,而基于差分的Luenberger生产率指标在未来的研究中更有意义。本文根据Chambers等6。定义的Luenberger生产率指标,结合考虑污染物的SBM方向距离函数,将Luenberger生产率指标表述为:1MLPI,“=(LPC+LPC“1)= (5)二1亨(x
16、,Y,b;g)一亨(z”1,Y”1,b“1;g)+S+1(石,Y,b;g)一鸯。+1(戈+1,Y+1,b+1;g)按照Chambers等州的研究思路,Luenberger生产率指标能够做类似于Mahnquist指数的分解,分解为效率变化指标(LEC)和技术变化指标(LTC),即:LEC,“=3(戈,Y,b;g)一雪“(z,Y,b;g) (6)Lrc;“=专“(戈,Y,b;g)一S(戈。,Y,b;g)+厶专+1(石+1,Y+1,b+1;g)雪+1(z+1,Y+1,b“1;g)MLPI,“=理c:“+粥 (7)其中舰驴t“、LTCI“、LECI+1的值大于(小于)零分别表示生产率增长(下降)、技术
17、进步(退步)、效率改善(恶化)。3指标选取及数据处理按照上述理论方法,本文选取了2000-201 1年中国各省级行政区的GRP、资本存量、劳动力、能源投入和CO:排放量共5个指标,其中投入变量为资本存量、能源投入、劳动力3个变量,产出变量包括期望产出(地区GRP)和非期望产出(CO:排放量)2个变量。本文的数据范围包括中国除西藏和港澳台地区的30个省级行政区。各变量的原始数据来源于历年的中国统计年鉴和中国能源统计年鉴。各指标的具体情况如下:(1)地区GRP。选取了各省级行政区历年GRP数据,并根据历年GRP平减指数将其平减到2000年的价格水平。(2)CO:排放量。由于统计数据的缺失,目前我国
18、官方还没有统一公布的CO:排放数据。国家温室气体排放清单指南(IPCC)评估报告主张,化石燃料燃烧是CO:排放量的主要来源,所以本文采用能源消费量估算法来估算不同部门或地区的CO:碳排放量。计算公式如下:Tt n nC02=王C02,。:王Ei71。=乏E。NCViCEF。COF:(4412) (8)其中,E。为第i种能源消费量,77i为第i种能源的CO:排放系数,NCV、CEF、COF分别为能源的平均低位发热量、碳排放因子和碳氧化率。(3)资本投入。资本存量的估算最常用的方法是“永续盘存法”。根据张军等引的研究,我们选择了固定资本形成总额作为当年投资指标,并利用其方法构造了1952-201
19、1年的投资品价格指数,从而得到以2000年为不变价格的各地区的实际投资序列数据。接着利用式(9)得到资本存量:K,=,。+(16)K,一, (9)其中,K,为t时期的资本存量,6为折旧率,J,为t时期的实际投资额。利用得到的1952-2010年各省级行政区的投资序列指数数据,通过对现有各个地区的实际投资序列的对数与时间的回归,从而模拟出1900一1951年各地区的投资序列,因此资本存量的计算公式可转换为:t一190lKi=(1-6),+(1一”K1900 (10)式(10)意味着,只要得到1900年的资本存量以及合适的折旧率,就可以得到历年的资本存量。基于1900年的资本存量在1952年时折旧
20、完毕这一事实,我们假设1900年的资本存量为0,关于折旧率的选择,我们认为不同的地区应该有不同的折旧率,所以选择了吴延瑞。19。推荐的各个省际单位不同的折旧率。(4)劳动投入。衡量劳动力投入作用时最好的度量指标是劳动时间,但是由于数据的不可得性,我们使用各省级行政区历年从业人数作为劳动投人指标。(5)能源投入。我们使用各省级行政区各种一次能源消费量总和作为其能源投入指标,并且为了统一口径,将各种能源消费量折算为标准煤参考系数。4实证分析41基于SBM模型的省际CO,排放效率及检验为了探讨效率的区域差异,我们按传统的划分方法把我国划分为东、中、西部三大地区,基于SBM模型,利用GAMS 226编
21、程测算了各地区历年CO,排放效率如表1所示;全国2000-2011年间历年的效率均值,以及东、中、西三大地区的平均效率如图1所示。万方数据248 蔡火娣:基于SBM模型的我国c0:排放效率测度研究由表1可以看出,从全国整体来看,这12年间CO:平均排放效率仅为549,效率偏低,相对于效率前沿面存在较大的改善空间。陈诗一【201指出中国经济高增长是以高投资、高能耗和高污染为代价的。改革开发以来,只占全国GDP 401的工业却消耗了全国679的能源以及占全国比重高达831的CO,排放。就变动趋势而言,不仅全国,或是三大地区,这12年间CO,排放效率处于一个相对平稳的趋势。其中,2005年开始持续略
22、有下降,这可能与该时期整体经济发展以及环境污染有关;2005年之后,该时期中国的重工业化趋势再度显现,房地产和汽车工业快速发展,基础设施投资持续加大,产品出口份额也显著增加。据相关统计资料,2005年我国重工业占工业总产值比重高达69,过度的重工业膨胀导致CO:排放持续增长。从逐年平均具体数值看,理想的CO:排放量大约是实际排放量的的469一572之间,尚存在428一53的多余排放,有待进一步挖掘减排潜力。从各个地区的平均效率来看,排名最高的是北京、上海和广东,其平均效率为1,三者构成了效率生产前沿面;排名最低的是山西,其平均排放效率为0176,与生产前沿面距离非常大。整体来看,CO:排放效率
23、较高的地区集中在东部地区,效率较低的地区则集中在中西部地区,主要有甘肃、宁夏、内蒙古和山西。从各地区的碳排放效率变化趋势来看,北京、上海和广东每一年均处在排放效率生产边界上,天津、海南和青海有部分年份在生产边界上。需要说明的是,这些在生产前沿面上的地区不代表就具有绝对好的CO:排放效率,但是这些地区相对来说具有最好的排放效率。图1 2000-201 1年全国及三大地区平均co,排放效率由图1可以看出,从三大地区来看,CO。排放效率发展是不均衡的,东部的排放效率显著大于中、西部,西部的排放效率略高于中部效率,两者较为接近。东部的平均排放效率为0761,中、西部的平均排放效率分别仅为0423和04
24、29。涂正革21 3指万方数据蔡火娣:基于SBM模型的我国c0:排放效率测度研究 249出,无论从静态还是从动态指标观察,1998-2005年中国东部发达地区工业发展和环境关系较为和谐,而中西部地区就处于相对失衡状况。从变化趋势来看,东部和全国演变趋势类似,于2005年开始持续略有下降,而西部在2005-2007年略有上升,其原因之一估计与西部地区的资源优势有关。为了检验东、中、西三大区域的差异是否显著,我们采用非参数MannWhitney U秩和检验,提出假设如下:H。:区域东、中、西部的CO:排放效率两两不存在差异。H,:区域东、中、西部的CO:排放效率两两存在差异。根据报告的MannWh
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