氧化碳库兹涅茨曲线；非化石能源比重；能源强度；vec模型
摘 要： 人均二氧化碳排放的影响因素基于kaya恒等式可以分解为人均gdp、能源结构和能源强度三个因素。vec模型的实证结果显示我国存在二氧化碳库兹涅茨曲线，即人均二氧化碳排放随我国经济增长先恶化后改善的倒u形曲线，非化石能源比重与能源强度对我国二氧化碳减排影响显著，但方差分解方法显示能源结构因素和能源强度因素对我国二氧化碳排放的抑制作用非常有限。我国“十二五”期间和2020年的节能减排任务艰巨，只有坚持节约发展和清洁发展，才能实现减排目标。
中图分类号： f062.2 文献标志码： a 文章编号： 10012435(2012)01002506
analysis of co2kuznets curve in china based on vecm
liu ying, ren yanyan (school of economics, shandong university, jinan 250100, china)
key words: carbon dioxide kuznets curve; proportion of non-fossil energy; energy intensity; vecm
abstract: the influencing factors of per capita emissions can be decomposed as gdp per capita, energy structure and energy intensity based on kaya identity. the empirical result of vecm shows that ckc，the inverted ushaped curve between emissions and income, holds for china. moreover, both proportion of nonfossil energy and energy intensity are significant on emissions reduction. however, the result of variance decomposition displays that their restraining effects are very limited. in addition, the tasks for energy saving and emissions reduction for twelve fiveyearplan and in 2020 are still arduous. we must insist on conservative and clean development to accomplish our goal.
2009年哥本哈根气候大会召开前，我国提出到2020年单位gdp二氧化碳排放比2005年下降40％至45％，在2011年德班大会上再次重申并表示在2020年后有条件接受量化减排协议，引起了国际社会的关注。Www.11665.CoM由于我国正处在发展经济、改善民生、推进工业化和城市化的关键阶段，二氧化碳减排困难重重。研究二氧化碳排放的影响因素，预测二氧化碳排放的趋势，对于我们制订合理的减排计划、遵守减排承诺至关重要。
根据环境库兹涅茨曲线（environmental kuznets curve, ekc），在经济发展初期，二氧化碳排放将随经济增长而增加，当经济发展到一定阶段排放会随经济增长而逐渐减少，这种倒u形曲线关系被称为二氧化碳库兹涅茨曲线(carbon dioxide kuznets curve, ckc)。jalil 等认为，ckc假说在中国是成立的，能源消费对二氧化碳排放影响显著而对外贸易影响不显著［1］。acaravci等发现除了丹麦和意大利支持ckc假说外，其他国家均不支持［2］。iwata等则发现二氧化碳排放和经济增长之间不是倒u型曲线关系，而是单调递增的线性关系［3］。杜婷婷等认为我国不存在ckc曲线，我国的二氧化碳排放与经济增长之间呈现“n”型曲线关系［4］。陆虹运用空间状态模型证明我国人均二氧化碳排放随人均收入上升而持续恶化［5］。国内外学者对于ckc假说难以得到一致的估计结果。国内学者对我国ckc的研究主要集中于二氧化碳排放与收入之间的关系，对收入以外影响二氧化碳排放的其他因素关注较少，缺乏对二氧化碳排放未来趋势方面的预测研究。auci 等将ekc模型分为未调整模型和调整模型，在未调整模型中只有人均gdp一次项和二次项两个解释变量，调整模型在未调整模型的基础上加入了其他影响排放的控制变量，比如国际贸易、收入分配、能源消费、能源结构和产业结构等［6］。很多学者认为调整模型的估计结果比未调整模型有效［6-8］。我们基于kaya恒等式在未调整模型中加入了能源结构因素和能源强度因素两个控制变量，防止模型设定误差，使估计结果更稳健。同时，romero-vila和wagner的研究均表明计量模型的选择对ckc假说的估计结果意义重大［9-10］。我们用vec模型分析人均排放与人均gdp、非化石能源比重和能源强度之间的协整关系，对我国人均排放的趋势进行预测，考察我国政府提出的“十二五”节能减排目标和2020年的减排承诺实现的可能性。
一、模型构建
（一）基于kaya恒等式的人均排放影响因素分解
kaya在1989年ipcc 的研讨会上提出了著名的kaya恒等式：
c=ce×
egdp×
gdpp×p，其中c、e、gdp和p分别代表一国二氧化碳排放总量、一次能源消费量、国内生产总值和人口数量。这种通过构造链式乘积的方法将二氧化碳排放影响因素分解为能源碳排放强度ce、能源强度egdp、人均gdp和人口四个因素。其中能源强度是用单位gdp能耗来衡量的，反映了一国经济对能源的依赖程度，能源碳排放强度ce可以转化成ieie×ciei，其中i表示第i种能源，eie表示第i种能源在一次能源消费中的比重，ciei表示第i种能源的碳排放系数。这样kaya恒等式就可以进一步转化为
cp=ieie×
ciei×
egdp×
gdpp。由于目前还没有成熟的二氧化碳减排技术，各种能源的碳排放系数基本保持不变，因此能源碳排放强度大体上就由能源结构决定［11］。转化后的kaya恒等式意味着人均二氧化碳排放由人均gdp、能源结构和能源强度三个影响因素驱动。
（二）ckc调整模型
基于转化后的kaya恒等式的分析，我们将能源结构因素和能源强度因素作为控制变量加入到未调整的ckc模型，特别地，我们用非化石能源比重代表能源结构因素。建立我国ckc调整模型的对数形式为：
ln(co2)t=β0+β1lnyt+β2(lnyt)2+β3ln(es)t+
β4ln(ei)t+εt （1）
其中co2表示人均二氧化碳排放，y表示人均gdp（按2005年不变价格计算），es表示非化石能源比重，ei表示能源强度，εt为随机扰动项。我们对所有的变量都作对数变化是为了把握其线性趋势。
析
（一）数据来源及描述性分析
人均二氧化碳排放数据来源于美国能源部二氧化碳信息分析中心（carbon dioxide information analysis center，cdiac）。gdp和人口数据来源于宾夕法尼亚大学国际比较中心创立的penn world table
7.0，非化石能源比重和一次能源消费数据来源于世界银行wdi。样本区间为1971-2008年。在此期间我国二氧化碳排放和gdp分别增长了6.8倍和22.8倍，人均二氧化碳排放和人均gdp分别增长了4.0倍和14.2倍，非化石能源比重上升了4.4倍，能源强度下降了77.3%。从图1可知我国的人均排放除了在1996-1999年出现短暂的改善外，从总体上呈现随人均gdp增长而逐年恶化的趋势，而且从2000年开始加速上升。如果ckc假说在我国成立，那么式（1）中β1＞0和β2＜0应同时成立，这就是ckc假说声称的倒u形曲线，而预期人均二氧化碳排放会随着非化石能源比重上升和能源强度下降而下降，即β3＜0而β4＞0。
图1 1971-2008年人均二氧化碳排放与人均gdp散点图
（二） 平稳性检验
我们同时采用adf检验和phillips-perron检验（pp检验）两种方法来对各个变量进行单位根检验以保证检验的稳健性。adf和pp两种单位根检验方法均表明人均二氧化碳排放、人均gdp一次项、人均gdp二次项、非化石能源比重和能源强度的自然对数序列是差分后平稳序列即一阶单整序列（i（1），见表1）。
（三）johansen协整检验
以上i（1）序列的矩，如均值、方差和协方差会随时间改变而改变，但这些序列的线性组合序列却可能具有不随时间变化的性质，假如这种平稳的或i（0）的线性组合存在，这些非平稳的时间序列之间被认为具有协整关系，即稳定的长期均衡关系。采用johansen协整检验的迹检验方法可以在1%的显著性水平上拒绝“协整秩为0”的原假设，表明以上i（1）序列之间具有协整关系（见表2）。尽管无法拒绝“最大秩为2”的原假设，但考虑到人均排放与人均gdp、非化石能源比重、能源强度之间如果存在稳定的长期均衡关系，则这种均衡关系必定是唯一的，因此我们将协整秩设为1。
（四）协整方程与误差修正模型
vec模型可以看作是带有协整约束的var模型，既可以考察长期效应，也可以考察短期效应。我们用vec模型来探求人均排放与人均gdp、非化石能源比重和能源强度之间的长期均衡关系，以及各个解释变量的短期波动对人均排放的冲击。人均排放的1阶差分作为被解释变量的误差修正模型为以下形式：
δln(co2)t=α1+β11δln(co2)t-1+β12δlnyt-1)+β13δ(lnyt-1)2+β14δln(es)
)t-1+
β15δln(ei)t-1+λ1ecmt-1+εli
（2）
综合aic信息准则、bic信息准则和样本容量因素确定vec模型对应的var系统滞后阶数为2，此时的vec模型是稳定的，也通过了残差自相关的诊断性检验。
式（2）的解释变量由人均排放1阶差分的滞后项、式（1）中所有解释变量的滞后项和误差修正项组成。β12、β13、β14、β15反映式（1）中解释变量的短期变化对人均排放短期波动的影响。ecmt-1是误差修正项，反映变量之间的长期均衡关系，λ1为误差修正项的系数，表示当人均排放偏离其长期均衡状态时向均衡状态调整的速度。
由表3协整方程系数可知，从长期来看，人均gdp一次项、人均gdp二次项、非化石能源比重和能源强度对人均二氧化碳排放的影响都是显著的。与ckc假说相一致，式（1）中β1符号为正，β2符号为负，人均排放与人均gdp呈现倒u形曲线关系，说明我国人均排放会经历一个随经济增长先恶化而后逐渐趋于改善的过程。同时，与预期相一致，β3符号为负而β4符号为正，说明改善能源结构和降低能源强度将会促进二氧化碳减排，其中非化石能源比重每提高一个百分比，人均排放就可以减少0.239%，能源强度每降低一个百分比，人均排放就可以减少0.883%。在表3的误差修正模型中λ1为0.661，不仅显著且符号也符合预期，预示着当人均排放偏离长期均衡状态时它将以66.1%的速度向均衡状态调整。当发生人均排放的短期冲击时，这个调整速度是非常迅速的。值得注意的是，与ckc假说相反，β12＜0而β13＞0，说明人均排放与人均gdp之间为正u型曲线关系，可见在短期内经济增长对恶化二氧化碳排放的力量比较明显。同时，非化石能源比重和能源强度在短期内对二氧化碳排放没有显著影响。一个可能的解释是非化石能源在一次能源消费中的比重过小且在短期内很难改善，同时能源强度的降低即能源效率的提高在短期内也很难实现，因而无法对二氧化碳减排发挥作用，而在长期，非化石能源比重和能源强度在短期的影响逐渐累积从而对人均排放产生显著影响。
（五） 人均排放的方差分解
用方差分解方法可以分析每一个结构冲击对人均排放波动的贡献度，通过计算这个贡献度在总贡献中的比例可以分析每一个结构冲击的相对重要性。由表4可知，除了人均排放本身外，人均gdp（包括一次项和二次项）对解释人均排放的预测方差起到了重要作用，能源结构次之，能源强度起到的作用则非常微弱。在“十一五”期间，我国鼓励开发可再生能源，如风能、太阳能和生物燃料。“十二五”期间，我国将加快推进包括水电、核电等非化石能源发展，积极有序做好风电、太阳能、生物质能等可再生能源的转化利用，这将显著减少煤炭消耗，并弥补石油和天然气资源的不足。在中国科学院提出的能源科技发展规划中，我国将在2050年前后建成可持续能源体系，总量上基本满足经济社会发展的能源需求，结构上对化石能源的依赖度降低到60%以下，可再生能源成为主导能源之一。我国非化石能源在一次能源消费中的比重在1971-1999年间年均增长5.3%，进入21世纪以来，非化石能源建设速度有所加快，年均增长6.4%，但从世界范围看，我国非化石能源在能源结构中的比重是偏低的，以2008年为例，我国非化石能源比重为3.5%，远低于9.1%的世界平均水平，更低于发达国家的一般水平。因此，尽管能源结构因素对减排影响显著，但是非化石能源比重对人均排放预测方差的贡献度最高只有9.4%，现阶段我国能源结构因素对人均排放的抑制作用还很有限，能源强度对人均排放预测方差的贡献度则更小，最高仅为1.9%。我国能源消耗高、效率低、环境压力大，能源强度不仅高于许多发达国家，也高于许多发展中国家。能源强度对二氧化碳减排影响显著，但能源强度的改善、能源效率的提高是个长期而复杂的过程，现阶段改善能源强度对我国二氧化碳排放的抑制作用还没有发挥出来。
（六） 二氧化碳排放预测
用2006年以前的数据来估计vec模型，然后预测2006-2008年三年的数据，并与实际观测值比较，如图2所示，预测都落在了99%的置信区间之内，对人均gdp和能源强度的预测比较准确，对人均排放和非化石能源比重的预测次之。表5给出了用vec模型预测我国“十二五”到2020年期间人均排放、人均gdp、非化石能源比重和
源强度的变化趋势。根据测算，“十二五”期间我国单位gdp二氧化碳排放和单位gdp能耗分别会下降15.5%和12.0%，这和我国提出的降低17%和16%的目标有距离；我们预计2020年我国单位gdp二氧化碳排放比2005年下降39.0%，这与我国政府提出的下降40％至45％的承诺有差距。估计到2020年非化石能源占我国一次能源消费仍不到4%，我国政府提出：“十二五”期间我国非化石能源占一次能源消费的比重要提高到11.4%，到2020年要提高到15%，从预测看，我国的非化石能源建设过慢。过度依赖煤炭等化石能源的发展不仅严重污染环境，也是不可持续的，必须大力发展非化石能源，提高其在一次能源消费中的比重，才能够有效降低二氧化碳排放，保护生态环境，并降低化石能源不可持续供应的风险。
示
运用我国1971-2008年的经济、能源和环境数据来实证分析人均二氧化碳排放的影响因素并对人均排放的趋势预测，得出以下结论与启示：
1. 人均排放、人均gdp、非化石能源比重和能源强度在我国存在稳定的长期均衡关系， 且人均gdp、非化石能源比重和能源强度对人均排放影响显著。
2. ckc假说在我国是成立的，表明我国二氧化碳排放会经历一个随经济发展先恶化再逐渐改善的过程，但是，单纯依靠经济增长自身实现二氧化碳减排是不现实的，发达国家“先污染后治理”的老路在我国行不通。我国目前仍处在二氧化碳排放逐渐恶化的阶段，高投入、高消耗、高排放、难循环、低效率的粗放型增长方式在我国还没有发生根本转变。我国若要以较快的速度实现ckc假说声称的倒u型路径，必须调整能源结构，加快转变经济增长方式，才能使人均排放随经济增长而趋于改善。
3. 人均排放的方差分解方法表明经济增长因素对我国人均排放的解释程度最高，而能源结构因素和能源强度因素对我国二氧化碳排放的抑制作用则非常有限。
4. 经过对vec模型进行预测，基于我国经济增长方式和资源使用现状，我们认为，我国政府实现“十二五”节能减排目标和2020年减排承诺任务非常艰巨。我国必须降低能源强度，提高能源使用效率，同时优化能源结构，加快发展非化石能源。积极应对气候变化，采取低碳型发展方式，不仅是国际潮流，也日趋成为一种国际压力，我们只有在发展方式的转型上增强紧迫感，深化节能减排，坚持节约发展和清洁发展，才能完成预定的减排任务、遵守我国的减排承诺，履行我国作为发展中大国的责任。
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