区域自然资源-经济复合系统可持续发展预警指标体系构建

孙雪莲

（新疆大学a.经济与管理学院b.科学技术学院,乌鲁木齐 830046）

区域自然资源-经济复合系统可持续发展预警指标体系构建

孙雪莲a,b

（新疆大学a.经济与管理学院b.科学技术学院,乌鲁木齐 830046）

以新疆为例，从系统基本健康状况、系统运行效率、系统适应力及其他系统的影响四个维度出发考虑警情，构建初始预警指标体系。并利用主基底方法，在保证原始变量信息损失尽可能小的前提下，排除初始指标体系中存在的大量冗余信息，对初始指标体系进行了简化，克服了变量之间的多重相关性。

指标体系；可持续发展；主基底

0 引言

改革开放至今，中国经济保持了持续的快速增长，1978～2010年GDP平均增长率达到9.89%，经济发展取得了巨大成就。但是粗放的经济增长方式，导致了自然资源的大量消耗，经济发展所面临的自然资源约束越来越强。在此背景下，将自然资源系统与经济系统看成是一个复合系统，从预警的角度，研究该复合系统的可持续发展问题，具有重要的实践与理论意义。

对于可持续发展指标体系的构建，相关研究已经取得了丰富的研究成果，但是还需要进一步的完善。首先，由于不同区域的发展特点不同，针对不同区域特点，应加强区域可持续发展指标体系的研究。同时，要更加关注指标体系的系统性，简明性，对指标的筛选应加强定量分析方法与定性分析方法的结合应用，现有的指标体系的构建方法大多欠缺定量分析，指标体系过于庞杂，往往会存在大量冗余信息，导致难以实际操作。从预警角度建立可持续发展指标体系的研究虽然很好地关注了区域层面，但是研究对象却大多集中在单一系统、单一资源上，对于自然资源与经济系统的复合系统进行关注的研究文献不多。

本文借鉴文献[1]的研究结论，以系统为视角，构建区域“自然资源-经济”复合系统可持续发展的预警指标体系，将定性分析与定量分析相结合，对指标体系的冗余信息进行了删除，确保了指标体系的简明性与可操作性。

1 初始指标体系的构建

1.1 指标体系的设计思路

从动态观点看，可持续发展能力是复合系统的一种运行状态。系统具备层次结构性，“自然资源-经济”复合系统可以分成自然资源子系统（自然资源子系统，又可以进一步分为资源子系统与环境子系统。）和经济子系统。要描述两个子系统的可持续发展能力，提出预警，就需要寻找和选择一批变量（指标），来表述系统的元素以及元素之间相关关系的特性。在系统论中，称这些变量为状态变量，能够正确区分和描述这些状态，就算把握了系统。严格意义上说，无论是自然资源子系统还是经济子系统，其系统的复杂性都决定了他们的状态变量是N维，乃至无穷维的。为了简化研究系统，对状态变量往往选取起主导影响作用的变量，尽可能的去构建完备变量集。

本文以系统的需求为目标导向构建预警指标体系。一个系统要想生存和可持续发展，必须与它的生存环境相互协调。因此，从系统所处的外在环境入手，针对系统的四个主要需求构建指标体系。本文以新疆为例，从系统生存基本健康状况、系统运行效率、系统适应力及其他系统的影响四个维度考虑警情，通过参照大量权威研究文献，采用定性化方法对指标进行了高频筛选，构建了初始区域“自然资源-经济”复合系统可持续发展预警指标体系（见下表），并选取了2000～2009年10年的数据，进一步对该指标体系进行了定量化筛选，排除了指标体系的冗余信息。统计数据主要来自2001～2011年的《新疆统计年鉴》、《新疆50年》、《中国统计年鉴》、《中国林业统计年鉴》，个别缺省数据，采用了平均值法进行补充。

1.2 有关指标的测算说明

1.2.1 水资源负载指数测算说明

水资源负载指数反映水资源的利用程度，可以对今后水资源开发的难易程度提出预警，在干旱和半干旱地区多利用区域降水、人口和农业灌溉面积这3个数据与水资源量值间的关系来表示。但是在新疆经济跨越式发展的背景下，农业灌溉面积并不能完全反映地区水资源的实际利用情况，本文参照文献[1]，采用国内生产总值代替农业灌溉面积指标。将水资源负载指数定义为衡量区域水资源对人口，经济规模的负载程度的指标。计算公式如下：

其中，C为水资源负载指数；P为人口数量(万人)，G为国内生产总值（亿元）；W为水资源总量（亿立方米）；K为与降水有关的系数。K的具体取值如下：

R为降水量，单位为mm。

根据上述水资源负载指数的计算理论，可以计算得出新疆2000～2009年的水资源负载指数，见下表：

全国尺度水资源负载指数分级评价标准见表3：

由计算结果可以看出，新疆水资源的负载指数呈上升趋势。2003年以后，新疆水资源开发利用程度属于第三级别，即开发条件中等。

1.2.2 二氧化碳排放量的测算说明

二氧化碳排放主要来自化石燃料燃烧及水泥制造等生产过程，根据世行报告，化石燃料燃烧的碳排放占到总排放量的70%以上。本文根据新疆能源消费的特点，参照文献[4],选择煤炭、石油、天然气这三种消耗量较大的一次能源为基准来核算。

根据国家发改委能源研究所的推荐值，原煤的二氧化碳排放因子定为2.4567吨二氧化碳/吨标准煤；根据IPCC(2006)文件提供的二氧化碳排放系数，原油的二氧化碳排放因子定为2.145吨二氧化碳/吨标准煤，天然气的排放因子为1.642吨二氧化碳/吨标准煤。原煤、原油和天然气的折标煤系数分别为0.7143吨标准煤/吨、1.4286吨标准煤/吨、13.300吨标准煤/万立方米。原煤、石油、天然气的消费数据来自历年新疆统计年鉴。计算得新疆2000～2009年的二氧化碳排放量为：

表1 自然资源-经济复合系统可持续发展预警指标体系

2 对初始指标体系的定量化筛选

本文利用主基底分析方法，对初始指标体系中每个子系统的变量进行了筛选，以剔除重复信息和冗余变量。

3.1 基于主基底分析的变量筛选方法原理[3]

表2 新疆2000～2009年水资源负载指数

表3 水资源负载指数分级评价标准[2]

表3 二氧化碳排放量 (单位：万吨)

基于主基底分析的变量筛选步骤如下：

对于一组秩为s(s≤p)的变量集合 x1,x2,…xp，可以采用“最大方差法”得到它的主基底。

（1）将x1,x2,…xp做标准化处理；

（3）分 别 将 剩 余 变 量 x2,x3,…xp与 z1做Gram-Schmidt变换，得到备选的变量集合

（7）重复以上过程，直至经Gram-Schmidt变换后，得到s个相互正交的向量z1,z2,…zs，其所对应的关联变量为x1,x2,…zk，即为筛选出来简约变量集合。

采用上述方法筛选出来的简约变量集合，可以排除初始变量集合中由于多重相关性导致的冗余信息（即被变成0的那些向量），同时保留了初始变量集合全部的净信息，对初始变量集合最具有代表性。在实际操作中，不必选择全部s个关联变量，通常认为Var(zk)≺0.2时，所携带的净信息含量就已经非常少了，这时可以选择为简约变量集合。可以根据实际需要，灵活地选择0.2或0.2以下的适用数值作为简约变量选择的依据。

2.2 简约指标体系的构建

2.2.1 各子系统的变量筛选首先考察水资源子系统的19个原始变量，其171个相关系数中，有51个相关系数大于等于0.8，接近总数的1/3，可见变量之间存在严重的多重相关性，会干扰系统评价结果的客观性。以下采用基于主基底的变量筛选方法构建简约指标体系。

首先对指标做正向化、标准化处理，其中，对逆向指标采用了取倒数的处理方法，标准化采用了z-score方法，标准化后的样本平均值为0，方差为1。

其次，选择第一个主基底变量z1，由于

所以第一个主基底变量Z1=A18，对应的原始变量为水资源负载指数。

最后，将剩余变量按照主基底分析的程序进行筛选，最终共有8个主基底被保留下来，对应的 关 联 变 量 依 次 为 A18、A10、A16、A9、A15、A8、A11、A19。

主基底变量的方差Var(zi)及所携带的净信息含量比重RNI见下表：

表4 主基底变量的方差及所携带的净信息含量比重

原变量集合的净信息总量为5.2595，筛选出来的简约变量集合所包含的信息总量占净信息总量的97.98%，具有非常好的代表性。筛选后的变量间的相关系数矩阵如表5所示：

表5 筛选后的水资源子系统的指标相关系数

从表5可以看出，筛选后的变量中，相关系数的最高值为0.769，没有强相关的变量存在，不存在干扰评价客观结论的冗余信息。

同理，土地资源系统筛选后的变量为 B1、B5、B8、B9、B11、B12、B13，原变量集合的净信息总量为4.829，筛选出来的简约变量集合所包含的信息总量占净信息总量的98.95%。筛选后的指标体系中，仅有一组变量的相关系数超过0.8。

能源系统筛选后的变量为 C2、C4、C6、C8、C9、C12、C14、C15、C20、C22,净信息含量为100%。筛选后的指标体系中，仅有一组变量的相关系数超过0.8。

环境资源系统筛选后的变量为 D8、D9、D10、D11、D12、D13其累积净信息含量比达到99.09%。筛选后的指标体系中，仅有两组变量强相关，分别为D8与Dg10、Dg9与D10，其他变量均为弱相关。

表6

经济系统筛选后的变量为 E2、E3、E4、E8、E10、E11、E12、E14、E17、E18，净信息含量为100%。

2.2.2 简约指标体系的构建

通过上述指标体系的定量化筛选，构建出新疆“自然资源-经济”复合系统可持续发展能力的预警简约指标体系。见表6。

筛选后的指标体系指标个数减少到了41个，仅为原指标体系的指标个数的45%，极好地排除了冗余信息量，同时对原指标体系也具有很好的代表性。

3 结论

本文以系统的需求为目标导向，从系统基本健康状况、系统运行效率、系统适应力及其他系统的影响四个维度出发考虑警情，通过对权威文献高频指标的筛选，构建出初始区域“自然资源-经济”复合系统可持续发展预警指标体系，并利用主基底方法，对上述指标体系进行了约简，最终得到了一个仅有41个指标的预警指标体系，即保证了对原指标体系净信息量的代表性又很好地排除了冗余信息，为进一步提供客观的预警研究结论奠定了良好基础。

[1]张丹，封志明，刘登伟.基于负载指数的中国水资源三级流域分区开发潜力评价[J].资源科学，2008,30(10).

[2]王惠文.变量多重相关性对主成分分析的危害[J].北京航天航空大学学报，1996,22（1）.

[3]王惠文，仪彬，叶明.基于主基底分析的变量筛选[J].北京航空航天大学学报（自然科学版），2008,34（11）.

[4]South Pacific Applied Geosciences Commission.United Nations Environ⁃ment Programme.Building Resilience in SIDS：the Environmental Vul⁃nerability Index[EB/OL].http：//www.vulnerabilityindex.net/index.htm，2005.

F222

A

1002-6487（2013）14-0021-04

孙雪莲（1980-），女，山东临沂人，博士研究生，讲师，研究方向：可持续发展。

（责任编辑/亦 民）