基于距离比协调度模型的甘肃省生态与经济系统协调性评判

张 静

（1.兰州财经大学 统计学院；2.兰州财经大学 甘肃经济发展数量分析研究中心，甘肃 兰州 730020）

基于距离比协调度模型的甘肃省生态与经济系统协调性评判

张 静1，2

（1.兰州财经大学 统计学院；2.兰州财经大学 甘肃经济发展数量分析研究中心，甘肃 兰州 730020）

首先利用主成分分析法，以2002—2015年数据为基础得出了甘肃省生态系统与经济系统的综合指标，并通过对现有应用较为广泛的协调度模型的分析，给出了一种新的协调度计算方法，依此对甘肃省生态环境与经济系统的协调度进行了评判。最后采用时间序列预测方法对2016年的系统协调性进行了预测，并针对分析结果提出了相应的政策建议。

主成分分析；系统协调；协调度；生态环境；经济发展

改革开放以来，中国的经济保持持续高速发展的势头，年均GDP增长率平均超过10%，到现在我们的人均收入超过7 500美元，人民的生活水平不断提高。在中国经济高速发展的同时，也带来了一系列的生态破坏、环境污染、水资源短缺、气候变暖等环境问题，生态环境的恶化对经济发展的阻碍作用日益明显。党的十七大首次提出“建设生态文明”，并与经济建设、政治建设、文明建设、社会建设相提并论，将其提高到国家发展战略高度；十七届五中全会上，国家进一步提出“加快建设资源节约型、环境友好型社会，提高生态水平”战略决策；习近平同志在中共中央政治局第六次集体学习时强调指出“要正确处理好经济发展与生态环境保护的关系，牢固树立保护生态环境就是保护生产力、改善生态环境就是发展生产力的理念。实践证明，离开经济发展抓环境保护是缘木求鱼，脱离环境保护搞经济发展是竭泽而渔。要在科学保护的前提下，在环境承载力的范围内，努力促进经济生态化、生态经济化，推动经济发展和环境保护双赢。通过环境保护来保证发展的可持续性，通过经济社会的可持续发展来创造更加优良的生态环境，实现环境保护与经济发展的协调、融合与统一”。这进一步让我们认识到，只有经济发展和环境保护相协调，才能走出一条可持续发展的道路。

甘肃是个农业大省，也是一个资源的束型省份，因此，以全新的角度认识甘肃生态环境安全问题，确保甘肃生态环境与经济发展的协调发展具有重要的现实意义，这是一种科学的发展观，也是甘肃经济未来发展的重要战略选择。

近年来有关协调度和可持续发展的定量研究比较多，方法也各种各样。其中，廖重斌利用子系统间的离差系数提出经济与环境协调发展模型；曾珍香、武玉英等使用DEA方法对可持续发展进行定量分析；段七零运用空间解析几何的内涵，将区域系统所处的一种状态与三维空间中的一个点相对应，通过度量该点到“理想直线”的距离来刻画经济、社会、环境子系统间的协调状态；汤玲在总结了几种常用的协调度方法后给出了基于欧式距离的协调度模型。

通过对文献的阅读及分析发现，在众多貌似不同的协调度模型中，其实有很多模型是相通的。比如，在文献中被引用较多的廖重斌的环境与经济协调度模型，其实质是段七零所给协调度模型的二维情形；而汤玲的基于欧式距离的协调度模型正是廖重斌所给模型的简化的结果。基于对上述几种模型的分析，本文给出一种新的直观简便的方法来对生态环境与经济系统的协调度进行测度，该方法既有对上述几种方法的结合，同时也克服了上述几种方法的不足之处。有其独到之处，亦为本文的创新之处。

一、研究方法

（一）甘肃省生态环境与经济协调发展评价指标体系

遵循构建指标体系的原则，参考不同学者的相关研究成果，同时结合数据的可获取性，构建甘肃省生态环境与经济协调发展评价指标体系。整个指标体系由两部分组成，一是生态环境综合实力评价指标，二是经济综合实力评价指标。

生态环境实力评价指标方面，有生态环境破坏与污染，主要包括：工业废水排放量、工业废气排放量、工业固体废物产生量，工业废水中COD的排放量、工业二氧化硫排放量、工业粉尘排放量、工业固定废物产生量、工业三废排放在很大程度上成为导致环境污染的重要原因；而三废治理指标则是生态环境保护与治理的指标，主要包括：工业废水达标率、工业固体废物利用率；生态环境质量指标用森林覆盖率，上述指标全部用X表示。经济综合实力评价指标则通过经济实力、经济结构、经济增量以及经济质量四个方面进行综合表达。经济实力指标由人均GDP、地方财政收入、固定资产总投资和人均净出口额组成；经济结构指标由第二产业比重和第三产业比重组成；经济增量指标由GDP增长率、社会消费品零售总额增长率和投资增长率组成。经济质量指标由人均消费品水平和单位GDP能耗组成，用Y表示。数据主要来源于甘肃省统计年鉴。指标如表1所示。

表1 经济与生态环境综合实力评价指标表

（二）生态环境与经济综合实力指数计算方法——主成分分析法

进行协调发展评价的前提是通过计算获得生态环境与经济各自的综合实力指数。而在计算综合实力时所面临的指标有很多，且这些指标之间往往有一定的相关性，因此有可能用较少的综合指标来代替原来指标，这种方法称为主成分分析。下面是主成分分析的步骤。

（1）为了消除变量之间在数量级上或量纲上的不同，而需要把原始数据标准化处理。一般地，如果有n个样品，每个样品有p个指标，且n＞p，其数据矩阵 X=（xij）n×p，i=1，2，…，n；j=1，2，…，p。原始数据的标准化值为：

（2）求标准化数据的相关阵。由于标准化后的数据Zij的均值为0，方差为1，这样的数据协方差阵与相关阵R完全一样，以R为出发点，设相关系数矩阵为：

则其元素为：

（3）对应于实对称相关系数矩阵R，求特征方程|R-λI|= 0的 p个非负的特征值 λ1＞λ2＞…＞λp≥0以及对应于特征值λi的特征向量Ui=（u1i，u2i，…，upi）。则第i个主成分的线性组合为。

（4）确定和解释主成分。计算主成分的累积贡献率，选取m个主成分，使得选取的m个主成分所占信息能替代所有原始变量信息的80%以上，即：

（三）协调性评价模型及判别标准

廖重斌的环境与经济协调度模型考察的是环境综合指标f（X）与经济综合指标g（Y）之间的离差程度，认为两者之间的离差系数越小则它们的协调性越好，即是希望：

越小越好。其中S为标准差。

上式不难证明，当f（X）=g（Y）时两者的离差系数达到最小，故把直线f（X）=g（Y）称为“理想直线”，而此时环境系统与经济系统处于“完全协调状态”。若用平面中的任意一点P表示系统所处的任意一种状态，自然的可用点P到“理想直线”的距离大小d1表示系统状态偏离“完全协调状态”的程度，由点到直线的距离公式易得：

这个结果实际上正是段七零所给协调度模型的二维情形，但段七零的协调度的取值没能限定在[0，1]区间。汤铃的协调度模型也是基于距离测度的，但其各子系统的理想值等于另一子系统发展度的实际值，这只适合子系统为两个时的情形。

为使协调度的取值限定在[0，1]区间，并与其它大多模型计算结果的值大小代表意义一致，本文构造协调度模型如下：

其中，d1为P点到直线f（X）=g（Y）的实际距离，d2为P点到直线f（X）=g（Y）的可能最大距离。

式中Ct为协调度，Ct能反映出生态环境与经济发展水平进行组合协调的数量程度，由模型可以看出，0≤Ct≤1，值越大，协调状态越佳。反之则越不协调。根据模型，设定协调度等级及其划分标准。

表2 协调度等级及其划分标准

协调度模型虽然简单，却综合了生态环境与经济的协调状况以及两者的综合发展水平，因而具有简便但不粗糙、简单却又概括和综合的特点。

二、甘肃省生态环境与经济协调发展的综合评价

综合评价以2002—2015年甘肃省生态环境与经济发展的原始数据为依据，生态环境和经济综合实力指数计算采用主成分分析法，生态环境与经济协调度计算，评估对象甘肃省，评估时间从2002—2015年。

（一）利用主成分分析法计算综合评价指标

通过SPSS16.0软件,从原始数据出发，对甘肃省生态环境与经济发展进行主成分分析。得到结果为：

1.生态环境系统第一主成分贡献率为63%、第二主成分贡献率为18%，二者的累积贡献率为81%，故可取前两个主成分、对生态环境进行综合评价

计算甘肃省生态环境综合实力指数：

表3 甘肃省生态环境综合实力指数

根据表3，做出其对应的变化折线图（见图1），从图中所看，甘肃省生态环境综合实力指数整体上以上升为主，但分阶段来看，2002—2010年生态环境发展速度较为缓慢，2006—2010年正好是十一五甘肃省经济步入工业化中期轻重工业并举的阶段，要大力实施“边开发、边保护”、“边治理、边保护”、开发、治理与保护并重的战略政策，生态环境发展水平较为平缓。而2010—2015年综合指标上升较快，这主要得益于2008年国家奥运会的举行以及2009年12月国务院批准了《甘肃省循环经济发展总体规划》，把甘肃省整体列为全国唯一一个循环示范区。经过几年的努力甘肃省已初步形达到产业结构不断优化、节能减排成效明显、资源再生综合利用水平明显提升的目标。全省GDP能耗和单位工业增加能耗大幅下降；全省万元GDP取水量从2010年的328立方米下降至2015年的168立方米；2015全省工业固体废物处置量 2 653万吨，比2010年增加1 502万吨；全省工业固体废物综合利用率达77.12%，比2010年提高 30.84个百分点；截止 2015年底省城兰州空气优良天数达到313天，已历史性的退出10大污染城市。这表明甘肃省生态建设已初见成效，生态环境恶化已得到初步遏制。

图1 甘肃省生态环境综合实力指数折线图

2.经济系统第一主成分贡献率为71.6%、第二主成分贡献率为14.4%，二者的累积贡献率为86%，故可取前两个主成分、对经济发展系统进行综合评价

计算甘肃省经济发展综合实力指数：

从图2中来看，2002—2015年经济发展规模总体呈上升态势，这与甘肃实际经济发展较为一致。

改革开放以来，中央确定了以经济建设为中心，甘肃省经济总量呈上升态势。2015年全省实现生产总值6 790.30亿元，比上年增长8.1%；全省规模以上工业企业实现工业增加值1 662亿元，比上年增长9.0%；消费总水平比上年上涨1.6%；人均可支配收入23 767元，比上年增长9.0%。甘肃省第三产业比重逐年提升，2015年达到48.8%，较上年通过4.8个百分点、战略性新兴产业增加值占生产总值的比重达到12.1%。

表4 甘肃省经济发展水平综合实力指数

图2 甘肃省经济发展水平综合实力指数

（二）甘肃省2002—2015年生态环境与经济发展综合分析

根据经济综合实力指数、生态环境实力指数，并结合协调度的计算公式，可以得到甘肃省2002—2015年生态环境与经济系统协调度系数。

表5 甘肃省生态环境与经济发展协调度

图3 甘肃省2002—2015年生态系统与经济系统协调度折线图

2002—2011年基本都处在失调衰退的范围，2012—2013年在濒临失调范围，只有到了2014—2015年才达到中级协调的程度。在2002—2004年之间，经济发展速度较为缓慢，经济发展对生态环境的变化相对不大明显，二者的协调性逐年上升。但2005—2009年相对而言，经济发展速较快，甘肃省经济发展主要依赖于其丰富的自然资源，产业发展以“高消耗”、“高污染”的重工业为主，对生态环境的影响较为明显，使得生态环境与经济系统的协调度呈现下降趋势。2010—2015年底，随着甘肃省循环经济示范区建设的“收官”，生态环境有了明显的改善，由于生态环境的良好发展，带动了甘肃经济的良好趋势，使得生态环境与经济系统初步达到协调发展程度。从整体而言，甘肃生态环境与经济系统的协调发展形势还是非常严峻、不容乐观的。

三、甘肃省生态环境与经济发展协调度系数预测

（一）三次指数平滑预测方法介绍

指数平滑预测方法主要针对数据量少的时间序列的短期预测。三次指数平滑预测法是根据一次指数平滑值、二次指数平滑值及三次指数平滑值的结果建立模型进行预测的方法。其参数估计方法不同得到不同的预测模型。本文使用的布朗三次指数平滑预测法。其模型为：

其中系数：

m表示预测的超前期数

三次指数平滑预测模型是非线性平滑模型，它表现时序的一种曲线变化趋势，故适合本文中的生态环境与经济发展协调度系数的预测。

（二）甘肃省生态环境与经济系统协调度预测

由图3可见甘肃省生态环境与经济系统协调度系数的时序图为非线性趋势，故可采用布朗三次指数平滑预测法进行预测。本文取2002—2015年数据对2016年的生态环境与经济系统协调度进行预测，超前期数m=1，参数α=0.25可得2003—2016年生态环境与经济系统协调度的预测值。由图形对比可见拟合效果较好。

表6 甘肃省生态环境与经济系统协调度系数的预测值

图4 甘肃省生态环境与经济系统协调度系数的实际值与预测值

四、结论

生态环境问题是当今社会的热点问题也是制约当前经济发展的主要因素之一，本文在对相关可持续发展的指标及相关成果研究的基础上，建立了一套生态环境经济指标体系，并构建了环境与经济系统协调度模型，应用该指标体采用多元统计分析法、协调度模型等技术与方法对甘肃省2002—2015年经济、生态环境以及生态环境与经济系统协调发展综合评价分析，然后采用时间序列预测方法对2016年的系统协调度进行预测，并对定量评价结果进行了分析。结果表明：这十多年间甘肃经济发展指数、生态环境指数从整体来讲有所上升，尤其在近两年来，生态环境得到了明显的改善、经济与环境系统已初步达到协调发展，然而距离我国发达省份仍有一定的距离。部分地区环境质量还不尽如意。更为突出的是，甘肃作为资源型省份产业结构单一，产业结构还比较偏重石化、有色冶金、建材等高耗能、高污染等产业，重工业占比较高，传统产业占比达70%，行业分布广而不强，散而不精，甘肃整体经济总量在全国排名靠后。新兴产业发展动力不强、服务业、旅游业发展尚低于全国水平，转型步伐比较缓慢。因此，需进一步采取措施，将生态改善与经济发展相结合。

第一，坚持生态文明建设同经济、政治、文化、社会建设同步推进，各级政府及市民应践行绿色发展理念，加强生态环境保护的意识，推动形成绿色发展方式和生活方式。第二，促进产业转型升级，大力发展战略性新兴产业，抑制和淘汰部分产能过剩的行业。大力发展现代服务业与生态物流业。充分利用甘肃丰富的旅游资源发展生态旅游产业。第三，依托已有的循环经济工业园区大力发展循环经济产业。

[1]廖重斌，1992.环境与经济协调发展的定量评判及其分类体系——以珠江三角洲城市群为例[J].热带地理（2）：172-173.

[2]曾珍香，武玉英，2008.DEA方法在可持续发展评价中的应用[J].系统工程理论与实践（8）：114-118.

[3]段七零，2010.江苏省县域经济—社会—环境系统协调性的定量评价[J].经济地理（5）：830.

[4]许涤龙，2010.两型社会建设中经济与环境的协调度评价[J].统计与决策（18）.

[5]汤铃，2010.基于距离协调度模型的系统协调发展定量评价方法[J].系统工程理论与实践（4）：599-600.

[6]刘丽英，2013.基于PCA和DEA方法的北京市可持续发展能力的评价研究[J].数理统计与管理（2）：203-205.

[7]高铁梅.计量经济分析方法与建模[M].北京：清华大学出版社，2009：319-354.

[8]刘婷婷，张华，2011.主成分分析与经验正交函数分解比较[J].统计与决策（16）：159-160.

[9]何健，李超，2005.基于DEA聚类分析的中国各地区资源、环境与经济协调发展研究[J].中国软科学（2）：144-148.

[10]朱李鸣，2000.区域经济与科技协调发展水平的评价指标体系研究[J].数量经济与技术研究（8）：7-9.

（责任编辑：C 校对：R）

F127.42；F224.0

A

1004-2768（2017）02-0044-04

2016-12-05

甘肃省科技厅软科学资助项目（1504ZKCA013-4）

张静（1965-），女，兰州财经大学统计学院、兰州财经大学甘肃经济发展数量分析研究中心副教授，研究方向：应用数理统计、区域可持续发展。