经济系统、社会系统与资源环境系统的耦合分析

曹万林

(周口师范学院经济与管理学院,河南 周口 466001)

经济系统、社会系统与资源环境系统的耦合分析

曹万林

(周口师范学院经济与管理学院,河南 周口 466001)

通过耦合协调度模型的构建,分析我国2000—2011年基于循环经济特征的经济系统、社会系统与资源环境系统的耦合情况。结果发现,三系统的耦合度与耦合协调度变动趋势基本一致,经历了初级失调—轻度失调—初级失调—中级协调—良好协调—优质协调—绝对协调的先下降后上升的发展趋势,但随后由于环境污染的加剧又有所回落。要求政府在加快经济发展的同时注意循环技术的开发和利用,加大新能源建设的投资力度,减少对资源的无度索取和对环境的肆意破坏。

经济系统;社会系统;资源环境系统;耦合协调度

英国权威杂志《经济学人》认为,中国经济投资过度增长,投资额占GDP为40%～45%,过高的投资使得任何一个经济体都难以承受。改革开放30多年,中国经济虽然增长了6倍多,但资源消耗却增长了几十倍。如果考虑到生态成本的付出,中国经济有可能为负增长,这样的经济增长既无法持久,也会对世界和子孙后代造成威胁。环境的不断恶化制约了中国经济的发展,面对日益严峻的生态环境危机,中国政府提出了“全面、协调、可持续发展”的战略思想,并制定了一系列的政策法规(如《关于加快发展循环经济的若干意见》等)促进环境与经济发展的举措。我国的经济发展与资源环境有没有协调的可能,相互之间有没有耦合的趋势?社会的发展对资源环境是否也有影响,二者有怎样的协调关系?本文结合循环经济这一客观背景,分析经济系统、社会系统与资源环境系统的耦合机理,构建耦合模型研究三系统的耦合现状。

一、耦合概念及系统耦合机理

(一)耦合的概念

耦合最初是一个物理概念,是指两个系统中的两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合和相互影响。随着时间或空间的变化,进行着物理量的交换,从一侧向另一侧传输能量,以达到相互影响、相互依赖、相互协调、相互促进的动态关联。概括地说,耦合就是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度。后来耦合概念被引入到社会科学领域的研究之中,是指经济系统和社会系统各变量通过协同作用,相互影响、相互依赖,使得系统由无序转向有序,对协同作用的定量描述指标称为耦合度。我国对系统耦合概念的应用主要集中在区域生态环境与人类活动和经济系统的耦合关系,后来的研究揭示了低碳经济发展与环境资源系统的耦合状态[1]。

(二)经济、社会、资源环境系统的耦合机理

经济系统包括第一产业、第二产业、第三产业三大产业及生产、消费、流通三个环节。经济系统是人类为自身谋求福利的系统,同时也是与资源环境系统发生关系的重要媒介。经济活动是人类向资源环境系统索取资源同时排放污染物的过程。我国经济的快速发展背后是资源的大量消耗、环境污染的日趋严重,给资源环境系统带来了极大的压力。反过来,由资源的大量消耗带来资源短缺与环境恶化也给经济的进一步发展带来了压力和挑战,人类迫切要求改变这种现状。资源的短缺与环境问题的恶化促使人类社会更加关注资源的可持续利用和环境的治理与保护,加大治理环境问题的速度和力度。而循环经济和低碳经济的提出增加了资源的可利用程度,在减量化、再利用、资源化原则的指导下提升了资源的利用效率,通过技术的不断创新加大对新能源的开发和利用力度,减少了污染物的排放,提高了经济的发展效率,有效改善了生态环境,减轻了资源环境的压力,促进了经济系统与资源环境系统的耦合协调。环境资源系统的有效改善可以进一步促进循环低碳经济的纵深发展。循环经济的发展也改善了人们的生态意识,环境保护观念由个人意识上升为社会意识,使得社会系统与资源环境系统的协调发展成为可能。社会系统由人口状况、科技文化、伦理道德、政策法规、社会制度、传统习惯等要素构成。要素的不同组合构成了不同区域的社会环境,也决定了人类的不同行为方式、消费习惯及对自然环境的不同态度。社会发展进程如何关键看社会在人类经济发展与资源环境关系中所处的位置。社会系统在保持人与人之间、人与自然之间的平衡中起着至关重要的作用。经济发展是社会进步的前提和基础,反过来,大规模的经济活动也需要通过高效的社会组织、合理的社会政策、良好的公民意识才能取得应有的经济效果;稳定的经济发展也需要持续的资源和能源供给、良好的工作环境及不断的技术创新作为支撑;经济的提升在促进社会发展的同时,不断提高人类的物质精神生活水平,提升人类对自然环境的意识水平,促进整个人类社会对资源环境系统的保护与改善,最终形成循环经济有效发展-社会生态意识不断提高-资源环境得到有效改善-经济持续高效发展的良性轨道。三系统具体的耦合机理见图1。其中,经济发展、社会进步、资源环境改善都离不开人的要素,人类通过提升自身的科技水平引领科技创新,促进经济发展;通过提升自身的生态意识促进资源环境的保护;通过提升自身的价值取向促进社会的进步。经济的可持续发展离不开对资源的开发利用,资源环境系统也不能无限制地为经济发展提供资源和容纳污染物。很显然,利用价格调节机制(如制定合理的资源价格及征收污染排放费等)可以在一定程度上解决这一难题,促进资源环境与经济的协调发展。经济的发展同样离不开社会系统,经济不能无序发展,需要社会制定合理的政策(如结构调整、转变经济发展方式等)加以引导;社会的进步也离不开经济的发展,人类物质与精神需求需要经济的持续提升才能得以满足。资源环境系统也为人类社会的生态需求进步提供必要的资源保障,同时,社会环保意识的增强也为人类社会与资源环境的和谐共生提供了必要的文化保障。

图1 三系统耦合作用机理图

二、三系统耦合的实证分析

(一)指标选取及数据处理

1.指标选取

耦合指标的选取应遵循兼顾独立系统的显著性及系统间的胁迫约束性两大原则[1]。本文在遵循上述原则的基础上,同时考虑到数据的可得性来选取指标。对经济系统要考虑到循环经济的发展特征,不仅要选取反映经济发展水平的经济总量、经济效率、收入水平、经济结构,还要根据循环经济的3R原则(减量化、再利用、再循环)选取减量化、再利用、低碳发展潜力等领域层指标。各系统指标选取见表1。

2.数据处理

首先需对指标进行赋权。考虑到三个系统都是包括多层次、多指标、主观性较强的复杂体系,因此,本文采用层次分析法进行分析。根据Saaty 1-9标注法,把两指标的重要程度分为同样重要、一指标比另一指标稍微重要、稍微有优势、比较重要、比较有优势、十分重要、十分有优势、绝对重要、绝对有优势9个等级。通过对指标进行两两比较确定同一层次中各指标的相对重要性,构建判断矩阵,并根据判断矩阵的一致性结果分析判断矩阵是否有效。若无效,需重新构建判断矩阵。本文利用5位专家对各指标相对性进行两两比较,然后运用AHP决策分析软件Yaahp v6.0将专家的比较结果输入软件,并设立一致性检验条件CR＜0.05,根据软件输出结果最终确定各指标权重。指标权重的最终确定结果见表1。

表1 三系统指标选取

3.数据的收集与标准化处理

由于我国统计年鉴的统计口径有一定的变化,部分指标的数据获得较为困难,如《中国统计年鉴》没有统计2000年之前的人均造林面积。因此,本文只选取我国2000-2011年的数据进行分析。为减少个别数据缺失对分析结果可能造成的影响,缺失数据采用增长率替代法进行弥补。

由于所选指标具有不同的量纲及数量级,无法直接进行分析,因此,需对数据进行标准化处理,以消除量纲不同带来的影响。对各指标进行极差法标准化处理,具体转换公式如下：

式中t表示年份,Mtij表示第i个系统第j个指标第t年的标准化数据,xtij表示第i个系统第j个指标第t年的原始数据,min、max分别表示原始数据的最小值和最大值。

(二)实证分析

1.耦合模型的构建

(1)耦合度模型构建。变异系数或称离散系数能够反映变量数值的离散程度,表示变量均值与标准差的比率。变异系数大,说明变量数值的离散大;变异系数小,说明变量数值的离散程度小。对于两个系统之间的耦合关系同样可以用变异系数来表示,变异系数大两系统的耦合程度小,变异系数小两系统的耦合程度就大。

我们用zti表示第i个系统第t年的综合性指标,则zti=,其中Mtim表示第i个系统第m个指标第t年的标准化数据,aim表示第i个系统中第m个指标的权重,m表示第i个系统中指标的个数。则两个系统之间的离差系数可以表示为：

式中w*t(i,j)表示第i个系统变量和第j个系统变量之间的离差系数,其中,i,j=1,2,3,i取1表示经济系统,i取2表示社会系统,i取3表示资源环境系统,i≠3。s为两系统变量之间的协方差,(zti+ztj)/2表示两系统变量的均值。使c*t(i,j)取得极小值的充要条件是取得极大值。所以,我们可以定义

为系统之间的耦合度,其中b为调节系数,一般取2≤b≤5[2]。为了增加不同年份之间耦合度的区分度,这里取b= 5。wt(i,j)能够反映第i个系统和第j个系统协调程度,其取值范围在0～1之间,越接近于1,说明两系统的耦合性越高,反之,耦合性就越差。

对三系统的耦合性,可以先计算两系统之间的耦合度,再进行另一系统与该耦合度的耦合性分析。最后可利用加权平均得到三系统的耦合度公式。具体计算公式如下：

(2)耦合协调度模型构建。耦合度wt(i,j)、wt(k/i,j)、wt(i/j,k)、wt(j/i,k)、wt(i,j,k)作为反映系统之间相互协调的一个重要指标,能够有效地反映两系统之间、一系统与其他两系统之间、三系统之间的协调程度。但某些情况上述耦合度指标并不能真实地反映两系统或三系统的协调程度。如两个经济体的耦合度相同,但两个经济体对应的系统的发展水平并不一定相同,一个经济体的某两个系统可能是处于高水平的协调状态,另一个经济体对应的这两个系统可能是处于低水平的协调状态,因此,有必要对上述耦合度进一步深化。本文根据黄瑞芬等[1]的两系统耦合协调度公式,提出两系统、一系统与其他两系统、三系统耦合协调度公式。

两系统耦合协调度公式：

式中α、β表示系统i和系统j的权重,一般取α=β= 0.5。

一系统与其他两系统的耦合协调度公式：

式中α表示系统k的权重,β表示系统i和系统j耦合度的权重,一般取α=β=0.5。

三系统的耦合协调度公式：

式中α表示系统i和系统j耦合度的权重,β表示系统i和系统k耦合度的权重,γ表示系统j和系统k耦合度的权重,这里取α=β=γ=1/3。

与耦合度模型相比,三系统耦合协调度模型具有更高的稳定性及更广的适用范围,不但可用于同一城市(或区域)不同时期的多个系统之间的耦合评价,也可用于同一时期不同区域之间多系统之间的耦合分析,因此,三系统耦合协调度的应用范围更广,可操作性更强。

(3)系统耦合类型评判标准的确定。三系统的协调发展是人类社会可持续发展的前提,在制定三系统耦合发展评判标准时,要充分考虑到经济、社会、资源的可持续性,细化耦合协调度的评判标准,以更加准确的反映经济发展水平、社会进步程度与资源环境的可持续性。参照谢京华等[2]提出的科技创新能力与科技服务业发展耦合判断标准和基本类型,结合Saaty的1～9标注法,即把两指标的重要程度分为同样重要、稍微重要、稍微有优势、比较重要、比较有优势、十分重要、十分有优势、绝对重要、绝对有优势9个等级,本研究也把协调类型细分为9个等级。三系统耦合协调类型的评判标准见表2。

表2 三系统耦合协调类型评判标准

2.系统耦合度与耦合协调度的计算与评判

对收集的数据进行标准化处理,并对各系统进行加权综合后得到各子系统的综合指标zti,然后运用式5-11对我国2000-2011年的经济发展、社会进步、资源环境水平进行耦合度及耦合协调度分析。分析结果见表3至表6。

表3 三系统耦合度

表4 三系统两两耦合协调度及评判类型

表5 一系统与其他两系统耦合协调度及评判类型

表6 三系统耦合协调度及评判类型

3.系统耦合结果分析

(1)经济发展、社会进步与资源环境改善的综合指数。基于循环经济特征的经济系统、社会系统与资源环境系统各综合指数见图2。图2中,经济系统与社会系统综合指数的变动趋势基本一致,经济系统和社会系统综合指数分别在2004年和2003年达到最小值,随后二者一直呈上升趋势。资源环境系统综合指数从2000年至2007年变化幅度不大,2009年至2010年有较大的提升幅度,但2011年又有较大的回落,这可能与2011年“三废”的统计口径变大有关。

图2 三系统发展指数(2000-2011)

(2)经济、社会与资源环境的耦合度及耦合协调度。由表3可以看出,2000-2011年经济系统与社会系统的耦合度普遍较高。社会系统与经济、资源环境两系统的耦合度在2003年达到最低值0.0 399,经济系统与社会、资源环境系统的耦合度在2004年较低,为0.0 654。经济、社会与资源环境三系统的耦合度在2004年之前处于下降趋势,2004年达到最低值0.2 533,之后开始回升,见图3。造成上述现象的原因可能在于,2000年之后,国际经济形势好转,我国加大了宏观调控力度以促进经济的发展,一大批高耗能、高污染项目集中涌现,造成污染排放的大幅增加。虽然国家政府高度重视环境污染的问题,并于“十一五”规划中首次提出了节能减排目标,但在“十一五”初期,许多省份对国家的节能减排政策持观望态度,由此导致污染排放不减反增,造成经济系统、社会系统与资源环境系统在“十一五”初期很不协调。

图3 三系统耦合度与耦合协调度(2000-2011)

由表4可以看出,2000—2011年我国经济、社会的耦合协调度经历了由初级协调发展到初级失调再到良好协调、优质协调发展的过程,经济与社会的耦合协调度较好;经济与资源环境的耦合协调度经历了初级协调—轻度失调—严重失调—中级协调—优质协调—绝对协调的过程,变动幅度较为明显,2011年又回到了中级协调阶段。社会与资源环境的耦合协调度在2000—2005年经历了中级协调—轻度失调—初级协调的发展过程,从2006年开始实现中级协调发展,到2010年达到了优质协调发展水平,2011年有所回落,只达到了中级协调发展的水平。

表5列出的是一系统与其他两系统的耦合协调度。经济系统与其他两系统的耦合协调度在2004年达到最低值0.1 791,处于严重失调发展状态,而后才开始回升,并在最近几年达到了优质协调发展状态。社会系统与其他两系统的耦合协调度在2003年达到最低值0.1 433,与之前提到的耦合度所处水平基本一致。资源环境系统与其他两系统的耦合协调度变动幅度较大,但总体来看朝着协调发展的趋势前进。

三个系统的耦合协调度与耦合度的变动趋势基本一致,经历了初级失调—轻度失调—初级失调—中级协调—良好协调—优质协调—绝对协调的先下降后上升的发展趋势,但2011年耦合协调度又有所回落,见图3。即2000—2004年三系统耦合协调度逐年下降,说明资源环境系统与经济、社会系统存在失调关系,也即是在经济增长社会进步的同时污染却在加剧,这一阶段刚好处于环境库兹涅兹曲线的上升期。2004—2010年三系统耦合协调度逐年上升,甚至达到了2010年的绝对协调发展状态,这说明经济增长社会发展的同时污染得到了有效的解决,反映在环境库兹涅兹曲线上正好处于下降阶段。但2010—2011年,三系统的耦合协调度又开始回落,由绝对协调发展降到了良好协调发展,虽然部分原因在于污染源统计口径发生了变化,但也不排除我国发展经济过程中资源大量的消耗所导致的资源短缺严重、环境污染加剧的事实。最近两年我国北方大部分地区雾霾天气逐渐增多的现象是环境污染加剧的最好诠释,给人类敲响了污染治理的警钟。

三、结论

通过对经济、社会、资源环境三系统的耦合协调性分析,发现循环特征的经济系统与其他系统的耦合协调度呈一个先下降后上升的阶段,从而能够很好地解释三系统的协调发展状态。但2011年协调度的回落应该引起我们的注意。政府应在加快经济发展的同时注意循环技术的开发和利用,加大新能源建设的投资力度,减少对资源的过度索取和对环境的肆意破坏。

[1]黄瑞芬,李宁.环渤海经济圈低碳经济发展与环境资源系统耦合的实证分析[J].资源与产业,2013(2)：1-6.

[2]谢京华,林承亮,肖玮.基于灰色关联分析的科技创新能力与科技服务业发展的耦合性研究[C].第七届中国科技政策与管理学术年会论文集,2011.

F20

：A

：1671-9476(2015)03-0103-05

10.13450/j.cnkij.zknu.2015.03.025

2014-03-02

曹万林(1978-),男,河南淮阳人,讲师,博士研究生,研究方向为经济管理与决策。