城市化、能源消费与经济增长※——基于协整检验与状态空间模型的变参数分析

张优智

城市化、能源消费与经济增长※
——基于协整检验与状态空间模型的变参数分析

张优智

（西安石油大学，陕西西安710065）

采用协整检验、脉冲响应函数分析了我国城市化、能源消费与经济增长之间的动态关系。协整检验发现：我国城市化、能源消费与经济增长之间存在长期的均衡关系；因果关系检验表明：我国经济增长是城市化和能源消费的原因，城市化也是构成能源消费的原因，而城市化和能源消费构成经济增长的原因不显著；进一步基于状态空间模型的可变参数模型研究发现：经济增长对城市化的弹性系数在0.3326～2.0167之间，经济增长对能源消费的弹性系数在0.7413～1.5429之间，城市化与能源消费对经济增长均产生了积极的影响。

城市化；能源消费；经济增长；协整检验；状态空间模型

一、引言

2009年我国国内生产总值为349081.4亿元，是世界第二大经济体、二氧化碳排放第一大国、能源消费第二大国以及煤炭消费第一大国。2010年我国一次能源消费量为32.5亿吨标准煤，是世界能源消费第一大国。城市化率我国在2016年已经达到了57.35%。所以，怎样协调好我国城市化、能源消费与经济增长之间的关系是学界研究的热点问题之一。

城市化和经济增长的研究文献较为典型的有：Krug man(1991)基于新经济地理模型，若市场结构为不完全竞争市场，经济和人口的集中是有益于相互间技术外部性的，进而提高劳动生产率，能够起到促进经济增长的作用[1]。Duranton(2000)认为城市不仅为一国经济增长的发生地，而且为经济增长本身的动力源泉[2]。中国经济增长与宏观稳定课题组（2009）的实证研究表明了世界各国的城市化水平随着其人均GDP的增长而提高了[3]。曾贤林（2013）实证检验了贵州的城市化与经济增长之间的关系，研究发现两者之间存在长期均衡关系[4]。聂华林等（2012）实证研究了我国在1989-2010年间，人口城市化水平对各地经济增长的作用。结果发现：我国城市化对东部地区的经济增长促进作用最为明显，其次是中部地区和东北，对西部地区的促进作用最弱[5]。

关于能源消费和经济增长之间关系的研究经典文献有：Kraft（1978）第一次对美国的能源消费和经济增长间的关系进行了实证研究[6]。但是当学者Akarca与Long(1980)在实证研究中采用时间序列数据也研究美国的能源消费和经济增长间的关系，而区间取值稍短时，研究结论却与Kraft不一致[7]。Dergiades、Martinopoulos和Tsoulfidis（2013）的实证研究发现希腊的能源消费和经济增长之间没有因果关系[8]。Fuinhas和Marques（2012）采用1965-2009年的数据，研究发现：能源消费与经济增长之间的关系在葡萄牙、意大利、希腊、西班牙和土耳其之间为双向因果关系[9]。Yalta（2011）采用1950-2006年间的数据，应用最大熵自助法来研究土耳其能源消费与真实GDP之间的关系[10]。Akkemik和Gooksal（2012）采用1980-2007年79个国家的数据，应用相关计量方法得出了这79国家中，有约70%的国家能源消费与经济增长之间为双向因果关系[11]。李鹏（2013）采用1995-2008年我国各省的数据，应用相关计量方法的研究发现：在我国经济增长为能源消费变动的原因[12]。吴巧生等(2008)应用面板ECM（误差修正模型）实证研究能源消费与我国国内生产总值之间的关系[13]。汪旭晖等(2007)采用协整分析表明了在我国，能源消费和经济增长两个变量之间为单向因果关系[14]。张优智(2012)认为中国能源消费与经济增长是单向因果关系[15]。

通过对现有文献的梳理和分析，可以发现目前的文献还有以下缺陷：（1）目前的文献都是单独来研究能源消费和经济增长之间的关系，或者城市化和经济增长之间的关系，可能导致模型错误设定问题的产生；（2）同时研究城市化、能源消费与经济增长三者关系的文献还比较少，为了不裂割了三个变量之间的内在联系，本文在统一框架下研究了我国城市化、能源消费和经济增长三个变量之间的动态均衡关系。

二、模型的设定和数据的来源

（一）模型设定

在模型中我们假定我国城市化和能源消费影响经济增长的函数关系式可以描述为：gdp=f(ur,ec,m), gdp为我国经济增长，城市化和能源消费用ur、ec分别刻画，m为剔除了我国城市化和能源消费变量以外其它可能会影响到经济增长的因素。

对gdp=f(ur,ec,m)该函数式求全微分，结果如下：

为了刻画出相对变化率，对上式两边同除以gdp，有如下结果：

（二）变量与数据来源

本文用Lngdpi表示我国第i年的人均GDP（用商品零售价格指数进行调整）的自然对数，可以代表经济增长变量，其一阶差分序列是Lngdpi。同理我们用Lneci来表示我国第i年的人均能源消费量的自然对数，可以代表能源消费变量，其一阶差分序列是Lnuri。本文与目前大多数文献的做法相一致，我们用城镇人口占总人口的比重来刻画我国城市化水平，用Lnuri表示第i年我国的城市化水平的自然对数，其一阶差分序列是Lnuri。本文中使用的数据主要来源于《新中国六十年统计资料汇编》、《中国统计年鉴（2012）》以及《中国能源统计年鉴（2012）》。

三、实证分析

（一）ADF检验

我们运用EViews6.0软件对经济增长、城市化、能源消费变量，即Lngdp、Lnur、Lnec的单位根进行ADF检验，检验的结果如表1所示。从表1我们可以看出，我国城市化、能源消费与经济增长变量经过一阶差分后已经没有了单位根，为平稳时间序列，可以有Lnuri～I(1)，Lneci～I(1)，Lngdpi～I(1)。又因城市化、能源消费与经济增长三个变量均为一阶单整变量，满足了协整检验的前提。我们对其进行Johansen检验。从表2检验结果可以发现：我国城市化、能源消费与经济增长三个变量之间存在着一个协整关系，并且存在着稳定的长期关系。

表1 Lngdp、Lnur和LnecADF检验

表2 Johansen协整检验

我国城市化、能源消费与经济增长变量之间的协整回归方程：Lngdp=-4.7878+1.9551Lnur+0.7707Lnec, R2=，=0.9943，F=2514.816,DW=0.3141。因协整回归方程的DW值是0.3141，这与2还有很大的差距，表明了这个回归方程有自相关问题。需要对回归方程应用广义差分法来消除其自相关性，我们经过多次的检验，发现其存在着二阶序列相关。采用广义差分法调整后的协整回归方程如下所示：

Lngdp（1980-2011）=-4.9793+2.0011Lnur+0.7742 Lnec+[AR(1)=1.2537]+[AR(2)=-0.5251]，R2=0.9987，F=4974.692，DW=2.2440。

通过这个方程，我们发现我国城市化、能源消费每增加1%，分别引起经济增长（国内生产总值）增加2.0011%和0.7742%，可见我国城市化对经济增长的促进作用比能源消费更为显著。方程的残差通过了ADF检验（见表3），反映了Lngdp、Lnur、Lnec之间存在长期均衡关系。

表3残差序列的ADF检验

（二）格兰杰因果关系检验

我们应用Granger因果关系检验来进一步检验Lngdp、Lnur、Lnec之间的关系，深入探讨三个变量之间是否存在因果关系以及因果关系的方向。

表4 Grange r因果关系检验表

我们从表4可以看到，我国经济增长为城市化和能源消费的原因，同时城市化也是构成能源消费的原因，但是我国城市化与能源消费构成经济增长的原因不显著。这表明了我国还需要进一步提高城市化的质量，同时也要注意提高能源利用效率，这样才能有效地促进我国的经济增长和提高经济增长的质量。

（三）脉冲响应函数

图1脉冲响应函数曲线

图1为我国城市化、能源消费与经济增长变量之间的脉冲响应函数曲线。从图1我们可以看到：我国经济增长对城市化、能源消费新息的一个标准差扰动的响应呈现出比较稳定的响应，并且持续时间也比较长。说明了三个变量之间存在着紧密的联系。

四、基于状态空间模型的变参数分析

为了进一步厘清我国城市化、能源消费与经济增长之间的关系，我们需要构建城市化和能源消费对经济增长的可变参数状态空间模型，可以运用Kalman Filtering（卡尔曼滤波）方法对状态空间模型的弹性系数进行测算，我国城市化、能源消费、经济增长之间的状态空间模型刻画如下：

测量方程：Lngdpt=π+αtLnurt+βtLnect+μt

我们可以把可变参数模型界定如下：

我们采用计量软件对状态空间模型的分析结果见表5。从表5可以看出，模型的系数值通过了相关检验。这表明我国城市化与能源消费对经济增长的可变参数状态空间模型的形式选择正确。通过图2也可以看出，我国经济增长对城市化的弹性系数在0.3326～2.0167之间，而我国经济增长对能源消费的弹性系数在0.7413～1.5429之间。

表5可变参数模型参数的估计值及检验

图2城市化与能源消费弹性的动态变化

五、研究结论

本文对我国城市化、能源消费与经济增长的实证分析研究结果如下：

（一）非平稳序列Lngdp、Lnur、Lrec经过一阶差分后为平稳序列，即Lnuri～I(1)，Lneci～I(1)，Lngdpi～I(1)。经过协整检验，我们发现我国城市化、能源消费与经济增长三个变量之间存在着长期的均衡关系。我国城市化与能源消费每增加1%，分别引起经济增长增加2.0011%、0.7742%。城市化对我国经济增长的促进作用比能源消费更为显著。

（二）因果关系检验表明了我国经济增长是城市化和能源消费的原因，同时城市化也是构成能源消费的原因，但是城市化与能源消费构成我国经济增长的原因不显著。

（三）基于状态空间模型的可变参数模型研究结果发现：我国经济增长对城市化的弹性系数在0.3326～2.0167之间，经济增长对能源消费的弹性系数在0.7413～1.5429之间。城市化和能源消费对我国的经济增长均会产生积极影响，但弹性系数呈现出了明显的阶段性特征。

[1]Krugman P．Geography and Trade[M]．MIT Press，1991：20-35．

[2]Duranton，G．Urbanization,urban structure,and growth[M]．Cambridge：Cambridge University Press，2000：290-317．

[3]中国经济增长与宏观稳定课题组.城市化、产业效率与经济增长[J].经济研究，2009，(10)：4-21.

[4]曾贤林.贵州省城市化与经济增长关系的实证分析[J].贵州民族大学学报(哲学社会科学版)，2013，142(6)：15-17.

[5]聂华林，韩燕，钱力.基于面板数据的我国人口城市化与经济增长动态比较研究[J].软科学，2012，26(5)：27-31.

[6]Kraft J．，KraftA．On the relationship between energy and GNP [J]．Journalof Energy and Development，1978，3(2)：401-403．

[7]Akarca A．T．，Long T．V．On the relationship between energy and GNP：a reexamination[J]．Journal of Energy Development，1980，5(2)：326-331．

[8]Dergiades T，Martinopoulos G，Tsoulfiidis L．Energy consumption and economic growth：parametric and non-parametric causality testing for the case of Greece[J]．Energy Economics，2013，36 (3)：686-697．

[9]Fuinhas J A，Marques A C．Energy consumption and economic growth nexus in Portugal，Italy，Greece，Spain and Turkey：an ARDL bounds testapproach（1965-2009）[J]．Energy Economics，2012，34(2)：511-517．

[10]Yalta A T．Analyzing energy consumption and GDP nexus using maximum entropy bootstrap：the case of Turkey[J]．Energy Economics，2011，33(3)：453-460．

[11]Akkemik K A，Gooksal K．Energy consumption-GDP nexus：heterogeneous panel causality analysis[J]．Energy Economics，2012，34 (4)：865-873．

[12]李鹏．能源消费与我国的经济增长-基于动态面板数据的实证分析[J]．经济管理，2013，505(1)：1-10．

[13]吴巧生，陈亮，张炎涛，成金华．中国能源消费与GDP关系的再检验-基于省际面板数据的实证分析[J]．数量经济技术经济研究，2008，(6)：27-40．

[14]汪旭辉，刘勇．中国能源消费与经济增长：基于协整分析和Granger因果检验[J]．资源科学，2007，29(9)：57-62．

[15]张优智．中国能源消费与经济增长关系实证研究[J]．价格月刊，2012，(8)：72-75．

责任编校：徐晓

On Relationship of Urbanization,Energy Consumption and Economic Growth——An EmpiricalStudy Based on Co-integration and State Space Model

ZHANG You-zhi
(Xi'an Shiyou University,Xi'an,Shanxi,710065,China)

The paper analyzes the dynamic relationship of urbanization,energy consumption and economic growth based on co-integration,impulse response function.Co-integration test reveals there is a long-term equilibrium relationship among China's urbanization,energy consumption and economic growth.Granger causality testshows thateconomic growth is the cause ofurbanization and energy consumption;urbanization is also the cause for energy consumption,while urbanization and energy consumption structure do not give significant impetus to economic growth.Further study of variable parameter model based on state space model discovers that economic growth on urbanization elasticity is between 0.3326~2.0167,economic growth on energy consumption elasticity is between 0.7413~1.5429,and urbanization and energy consumption on economic growth have a positive impact.

urbanization;energy consumption;economic growth;co-integration;state space model

F124；F224

A

2095-7955（2017）01-0027-05

陕西省教育厅人文社科专项项目（项目编号：2013JK0106）；西安市社科规划基金项目（项目编号：16J29）；

西安石油大学博士科研启动项目(项目编号：2016BS07)。

2017-01-05

张优智（1977—），西安石油大学经济管理学院副教授，博士。主要研究方向：能源经济。