碳排放与经济增长的协调性分析

张型芳，罗宏，吕连宏

中国环境科学研究院环境与经济研究室，北京 100012



碳排放与经济增长的协调性分析

张型芳，罗宏*，吕连宏

中国环境科学研究院环境与经济研究室，北京 100012

针对碳排放和经济增长的协调性关系，基于环境库兹涅茨曲线(EKC)假说和脱钩理论，选取中国、美国、印度、俄罗斯、日本、德国、韩国、沙特阿拉伯、加拿大、英国10个主要碳排放国家的年度数据进行实证研究。碳排放与经济增长的协调性分析结果表明：欧盟等国协调性较好，中、印等发展中国家需要加强。EKC与脱钩理论在度量低碳方面是统一的(2种方法下考察碳强度得到的弹性和结论基本一致)，在构建低碳指标长、短期目标时，可分别参考EKC回归系数(β)和Tapio脱钩弹性系数(e)；在促进低碳经济发展方面，发展中国家可借鉴欧盟等国经验，力求较低碳排放和较高经济增长之间的协调发展。

碳排放；经济增长；环境库兹涅茨曲线；脱钩理论

随着世界经济的飞速发展，CO2排放量节节攀升，全球变暖加剧。全球GDP从1990年的309 344亿美元增至2014年的580 583亿美元(以2005年价格水平计，全文同)，年增速达2.6%；全球CO2排放量从1990年的222亿t增至2011年的346.5亿t，年增速达2.1%。《京都议定书》(Kyoto Protocol)作为《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)的补充条款于2005年正式生效，各国明确了应限制以CO2为代表的温室气体排放。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)于2014年5月发布《第五次评估报告》(AR5)，确认了人类活动导致的温室气体排放是引起全球变暖的主因，并提出要实现在21世纪末控制升温2 ℃以内的目标，为此需及早实施全球减排路径。2014年11月，中美两国发表了《中美气候变化联合声明》；2015年6月，各国向联合国提交了2020年后气候行动方案的国家自主减排贡献(INDC)；2015年12月，巴黎大会达成历史性减排协议。发展低碳经济上升到国家发展战略[1]和人类可持续发展的高度，碳减排和经济增长的关系引起热议和关注。笔者分析比较了世界主要碳排放国碳排放与经济增长的协调性，以期为碳减排与经济增长的协调发展方面提供参考和建议。

1 理论研究与数据来源

1.1 理论研究

自1992年世界银行《世界发展报告》提出“发展与环境”的主题以来，对环境质量与经济发展的学术研究逐渐增多，污染物排放与经济增长关系研究的影响得以扩大[2]。Stern[3]对CO2排放与经济发展二者关系进行了研究，指出全球变暖会威胁全球经济发展，应尽早实施碳减排，收益大于成本，其研究引起了国际社会广泛关注和学术界热议。在经济增长与碳排放关系的研究领域，理论研究多以2003年英国能源白皮书《我们能源的未来：创建低碳经济》[4]中提出的低碳经济理论为基础，提倡通过更少的资源耗费和环境污染获取更多的经济产出；实证研究应用较为广泛的两大理论是环境库兹涅茨曲线(environmental Kuznets curve，EKC)假说和脱钩(decoupling)理论。

经济学家Kuznets在1955年分析人均收入水平与分配公平程度之间关系时提出了库兹涅茨曲线，指出收入不均现象随着经济增长先升后降，呈倒U型曲线关系[5]；经济学家Grossman等[6]针对北美自由贸易区墨西哥的环境影响，实证研究了环境质量与人均收入之间的关系，指出了环境污染随着人均收入的提高先上升后下降，呈倒U型；Grossman等[7]利用回归模型对4类污染物的面板数据进行实证研究，结果也支持倒U型EKC；Panayotou[8]将这种环境质量与人均收入间的倒U型关系称为EKC。基于EKC，李波等[9]做了我国农业碳排放强度与人均GDP的EKC检验，发现倒U型关系明显；Ahmed等[10]实证研究了巴基斯坦的碳排放；Sinha等[11]分析了印度能源主导型增长与CO2排放的因果关系。EKC可清晰直观地描述环境质量变化与人均收入的关系。对环境与经济之间关系的深入探讨丰富了EKC的理论解释，Grossman等[6]提出了规模效应、技术进步和结构效应；何为等[12]从环境质量需求、环境规制、环保投资等角度解释了EKC。关于EKC的各项实证研究，结论各异，有些支持倒U型，有些则出现N型、单调上升型等多种情形[13]。有学者指出，EKC理论的缺陷在于假定收入是外生变量，未考虑经济-环境系统的内生互动[14-15]。

碳减排领域的脱钩是指经济增长对化石能源的依赖逐步降低，实现经济发展与碳排放逐渐脱钩。碳排放增速小于经济增速可定义为脱钩。脱钩理论常见的模型有OECD脱钩模型和Tapio脱钩模型。碳排放脱钩理论最早见于2002年经济合作与发展组织(OECD)的《由经济增长带来环境压力的脱钩指标》报告[16]，是描述减弱经济增长与资源消耗或环境污染之间联系的理论，可用于衡量国家环境经济政策的有效性。OECD脱钩模型中，建立了基于驱动力-压力-状态-反应(DPSR)的指标体系，将脱钩指标(DI)定义为环境压力变量(EP)与经济驱动力变量(DF)比值的期末值(EPt/DFt)与期初值(EP0/DF0)之比：

DI=(EPt/DFt)/(EP0/DF0)

脱钩因子=1-脱钩指数

Tapio[17]在研究欧洲经济发展与碳排放的关系时，参考了经济增长-交通运输量-碳排放因果关系链(把交通运输量作为中间变量)，用脱钩指标进行分析，并在计算脱钩指标的方法上进行创新，引进了弹性的概念。碳排放与经济增长的脱钩指标记为e(CO2,GDP)，计算公式为：

e(CO2,GDP)=[(△CO2/CO2)/(△VV)]×
[(△VV)/(△GDP/GDP)]

即碳排放和交通运输量的脱钩指标乘以交通运输量和经济增长的脱钩指标，式中V为交通运输量。基于脱钩理论，彭佳雯等[18]分析了我国经济增长与能源碳排放的脱钩关系及其发展的时空演变趋势；孙耀华等[19]实证研究了中国各省区经济发展与碳排放的脱钩关系；杨嵘等[20]研究了我国西部地区碳排放与经济增长的脱钩关系及驱动因素；Lu等[21]实证研究了中国台湾、德国、日本和韩国公路运输中的碳排放脱钩；Andreoni等[22]实证分析了意大利的CO2排放与经济增长的脱钩情况。

目前在碳排放与经济增长的关系研究方面，一类是基于EKC[23]，通过实证考察CO2环境库兹涅茨曲线形状是否符合倒U型，重点研究何时达到拐点[24]；另一类是从脱钩理论出发，考察碳排放脱钩指标并重点分析脱钩弹性[25]。鲜有将二者结合起来，互相验证分析低碳经济的协调发展状况。

随着碳排放与经济发展关系探讨的深入，对碳排放与经济增长的协调性的讨论和关注逐渐增多[26]。笔者将协调性定义为兼顾较低的碳排放和较高的经济增长，认为用越少的人均CO2排放量支撑越高的人均GDP增长，则代表协调性表现越好。从碳排放与经济发展的协调性入手，将EKC与脱钩理论联系起来进行实证研究，对比分析主要碳排放国家在低碳与经济增长协调性方面的表现，以期对发展中国家(如我国)低碳经济的发展提供参考和借鉴。

1.2 数据来源

从实证的角度探讨CO2排放与经济增长的关系，选取中国、美国、印度、俄罗斯、日本、德国、韩国、沙特阿拉伯、加拿大、英国10个主要碳排放国的样本，数据跨度为1990—2011年(2012年起各国碳排放数据暂缺)。在选择样本国家时，首先应考虑碳排放总量较大，对全球碳排放有重要影响的国家；其次应考虑碳排放和经济发展方面对比分析的需要，在经济发展方面(发达国家到发展中国家)和低碳水平方面(高碳、高能源消耗国家到人均碳排放较低的国家)都要可区分。

本文所用数据均源于世界银行WDI(world development indicators)数据库[27]，数据可信度和每项指标的算法可参阅世界银行(WB)网站相关说明。所用变量主要为人均GDP和人均CO2排放2项，其中，人均CO2排放数据源自美国田纳西州橡树岭国家实验室CO2信息分析中心，人均GDP数据源自WB和OECD国民账户数据文件。

2 基于EKC的实证分析

2.1 EKC模型构建

EKC可以直观描述环境变量与经济发展的关系，一般以人均收入或人均GDP等表征经济发展的指标作为横坐标，以污染量或污染浓度等表征环境质量的指标作为纵坐标。

EKC假说一般可建模为：

y=b0+b1×x+b2×x2+b3×x3+ε

(1)

式中：b0为截距项；b1、b2、b3分别为一次方、二次方、三次方项的系数；ε为误差扰动项。当b2=b3=0时，x与y呈线性关系(y=b0+b1×x+ε)，b1>0时为正向线性关系，b1<0时为负向线性关系；当b3=0时，x与y呈二次曲线关系，b1>0且b2<0时为典型的倒U型；当b1、b2、b3都不等于0时，x与y呈三次曲线关系，为N型或S型。

在选取变量时，考虑了相关性和解释力，并参照了EKC的思路，将人均GDP和人均CO2排放量取对数(ln GDP和ln CO2)后分别作为自变量(解释变量，x)和因变量(被解释变量，y)。已有研究表明，经济增长是CO2排放的最主要影响因素[28]，经济增长对CO2排放长期多是单向影响[29]，经济量作为解释变量放在x轴为宜。

2.2 回归分析

2.2.1 模型回归系数分析

EKC模型的双对数拟合回归方程为：

ln CO2=a+b×ln GDP

(2)

式中b为回归系数，其与经济学中弹性的含义相同，表示人均GDP增长1%，引起人均CO2排放平均增长为b%。b标准化后即得到回归标准化系数(β)，β消除了因变量和自变量所取单位的影响，其绝对值的大小直接反映了自变量对因变量的影响程度，正负号表示影响方向。具体情况如表1所示。

表1 EKC线性关系回归结果

由表1可以看出，β显著为正的国家有中国、印度、韩国，这些国家人均GDP与人均CO2排放的正相关性较强，经济增长对碳排放的贡献较大；β显著为负的国家有德国和英国，英国是工业化开始较早的国家，已进入后工业化时期，经济结构中高碳、高能耗的产业已相对较少，低碳经济实践较为成功，实现了较低碳排放与较高经济增长的协调；德国得益于欧盟发达的碳交易体系和有力的低碳技术支撑，低碳经济发展较为成熟。

利用SPSS软件进行回归分析[30]，得到回归结果可分为一次、二次、三次曲线关系。10个样本国家的EKC回归曲线如图1～图3所示。

图1 中国、印度、韩国、德国、英国的CO2环境库兹涅茨曲线Fig.1 CO2 environmental Kuznets curve in China, India, Korea, Germany and the United Kingdom

图2 美国、加拿大、日本的CO2环境库兹涅茨曲线Fig.2 CO2 environmental Kuznets curve in the United States, Canada and Japan

图3 俄罗斯、沙特阿拉伯的CO2环境库兹涅茨曲线Fig.3 CO2 environmental Kuznets curve in Russia and Saudi Arabia

从图1～图3可以看出，随着人均GDP的增长，中国、印度、韩国的人均CO2排放呈直线上升趋势；德国、英国呈直线下降趋势；美国、加拿大、日本呈典型的倒U型，但各国拐点不同，日本的拐点显示其在较低的人均CO2排放下实现了较高的人均GDP，说明日本低碳经济协调性发展优于美国和加拿大；俄罗斯、沙特阿拉伯分别呈波动状态的N型和S型。

2.2.2 模型拟合效果分析

回归分析得到的R2表明自变量对因变量的解释程度。影响人均CO2排放的因素除了以人均GDP为代表的经济增长因素，还包括产业结构、技术进步、政策支持、低碳技术应用等因素，本文仅分析影响最为显著的经济增长因素，对其他因素暂不做深入研究。

R2代表回归方程的拟合优度。由表1可见，拟合效果较好的国家有印度、中国、韩国，表明ln GDP对ln CO2的解释力较好，这些国家多为新兴工业国家，还未到达工业化后期，产业结构以第二产业为重。如中国和印度仍是发展中大国，工业化进程和经济增长都需要一定的能源消耗支撑，调整产业结构、发展清洁能源、促进低碳经济仍是需要努力的方向。韩国目前在电子产品等产业虽然已跻身发达国家水平，与日本相当；但在能耗与低碳方面却与日本有明显差距，韩国经济增长与碳排放的正相关性仍远高于日本。拟合效果较差的是俄罗斯、沙特阿拉伯，2个国家均属资源型国家，碳排放的数据波动较大。

3 基于脱钩理论的实证分析

3.1 Tapio脱钩模型构建

碳排放的经济增长弹性是衡量碳排放脱钩情况的良好指标，因而也成为度量各地区低碳状况的主要工具而得到广泛应用。在Tapio脱钩模型中，将弹性系数(e)作为主要脱钩指标，表达式为：e(CO2,GDP)=(△CO2/CO2) /(△GDP/GDP)

(3)

根据式(3)，基于1990—2011年各国人均CO2排放量和人均GDP的年度数据，计算了中国、美国、印度、俄罗斯、日本、德国、韩国、沙特阿拉伯、加拿大、英国10个主要碳排放国1991—2011年的Tapio脱钩模型e，结果如表2所示。

表2 Tapio脱钩模型e计算结果汇总

注：—为无人均CO2排放量原始数据来源。

3.2e结果分析

在脱钩理论中针对e的分类考察，可根据△CO2和△GDP的正负以及e的大小细分为很多类型[31]，为简化分析，在此只考察明显脱钩，即以Tapio脱钩模型e小于0为标准，考察强脱钩。

e小于0占比相对较大的国家有英国、德国、沙特阿拉伯、加拿大、美国、日本。其中，英国工业化进程较早；德国在欧盟区引领低碳经济发展；美国、加拿大、日本的碳排放EKC达到拐点开始下降。这些国家的经济发展与碳排放脱钩较为明显是意料之中；沙特阿拉伯有一定特殊性，作为石油王国，该国基于能源消费的碳排放数据波动性较大。

e小于0占比相对较小的国家有俄罗斯、中国、印度、韩国。中国、印度、韩国都是经济增长与碳排放的正相关性较强，二者同方向变化，在脱钩方面做得较差；俄罗斯的数据波动较大，稳定性较差。

碳排放与经济增长之间的协调性意味着兼顾较低的碳排放和较高的经济增长，对应到脱钩指标，在经济正常增长的情况下，e越大则代表协调性表现越差(较低的经济增长对应着较高的碳排放增量)；反之，e越小(较高的经济增长仅对应较低的碳排放增量)甚至越为负数(经济在增长但碳排放却在下降)，脱钩越明显，意味着协调性表现越好，如英国和德国。

4 对比分析及建议

4.1 2种模型适用性

在分析碳排放与经济增长的关系时，EKC假说和Tapio脱钩理论都是最常用的理论。EKC模型本质是回归分析，考察环境变量与经济变量在较长一段时期内(t>20期)的相互作用关系；而Tapio脱钩模型e则较为灵活，可以考察任意一段时期，因而成为度量各地区低碳状况时广泛应用的工具。EKC更适合分析长期趋势，Tapio脱钩理论的e更适合揭示短期碳减排政策的效果。因此，考察二者长期均衡关系可优选EKC理论，考察短期低碳发展状况变化可优选Tapio脱钩理论。

作为应用最广泛的2种理论，二者在度量低碳时都有很好的适用性。碳排放的经济增长弹性是衡量低碳状况的良好指标。在数据允许的情况下，可用EKC的双对数模型考察b(或β)，同时对应地，可与Tapio脱钩理论的e作对比分析。

4.2 2种系数对比

将EKC与脱钩理论同时用于对碳排放与GDP关系的实证分析中，将EKC回归曲线所得β与Tapio的e进行对比分析，发现系数的计算方法和数值范围虽然不同，但是排序时却有比较一致的相似性。表3整合了表1中β与表2中e的信息，并进行排序对比。

表3 系数对比

从表3可以看出，2种系数在度量低碳方面有较好的一致性：英国、德国等国在低碳方面发展较好，甚至做到了显著脱钩；印度、中国、韩国等国，经济增长伴随着较高的碳排放，在低碳经济方面需加强。

4.3 建议

4.3.1 重视低碳经济协调性的度量

随着各国对低碳经济和可持续发展的日益重视，低碳评价指标及其度量方法成为讨论热点[32]，但目前尚无统一国际标准。在碳排放与经济增长关系的研究中，是否符合EKC倒U型存在争议，对脱钩弹性的分解方法也没有统一标准，但碳强度是比较常见、通用的考察指标。本文的实证研究表明，EKC理论与脱钩理论在度量低碳方面是一致有效的，二者考察碳强度得到的系数基本一致，可以有效度量低碳状况。2种方法对比分析后一致发现：中国、印度、韩国的低碳经济发展较差，经济发展高度依赖碳排放；德国、英国等欧盟国家低碳经济发展很好，经济增长与碳排放不存在正相关关系；美国、加拿大、日本的人均CO2排放EKC已达到拐点，经济增长与碳排放已脱钩，日本的拐点在较低的人均CO2排放下实现了较高的人均GDP，其碳排放与经济增长的协调性表现优于美国和加拿大。

碳强度可作为重要指标纳入低碳评价体系。在碳强度的计算方面，长期均衡关系可参考EKC的b(或β)，短期考察低碳状况及政策效果可参考Tapio的e。这样，在政策目标制定及目标评价时，短期目标和长期目标都有了度量的标准和参考指标，量化指标也可以进行横向、纵向对比。

此外，关于低碳度量应有一个完善的评价体系，其有助于促进低碳政策的持续性，在这方面OECD的做法值得借鉴。OECD国家比较重视“脱钩”理论的研究与应用工作，依托一套完善的指标体系(如DPSR)量化脱钩指标(decoupling indicators)，使脱钩状况能够量化且便于测量。政绩考核应改变“唯GDP至上”的旧体系，加入关于低碳发展的考核指标。

4.3.2 促进低碳经济的协调发展

低碳发展已成为世界潮流，但各国在低碳方面发展状况各异。图4给出了20国集团(G20)1990—2011年的人均GDP和人均CO2排放的年度数据。该集团GDP约占全球经济的90%，贸易额约占全球的80%。因此，图4可较好地反映世界主要国家和地区的低碳经济状况。

图4 人均GDP和人均CO2排放量的散点图Fig.4 The scatter plot of GDP per capita and CO2emission per capita

从图4可以看出，中国的人均GDP水平较低(<5 000美元)，人均GDP和人均CO2排放都处于上升阶段，碳排放还未出现拐点；印度、印度尼西亚、巴西、墨西哥、土耳其、阿根廷等国的状况与中国类似，人均GDP较低，且人均CO2排放未出现拐点；韩国的低碳经济状况略好于中国，人均GDP高于中国等发展中国家但低于欧美发达国家，人均CO2排放处于上升阶段，目前未出现拐点。美国、加拿大、澳大利亚的人均CO2排放处于较高水平(>15 t)，碳排放已出现拐点开始下降。俄罗斯、南非、沙特阿拉伯等国的碳排放数据波动较大。德国、英国、日本、欧盟、意大利、法国等国家和地区，人均CO2排放水平较低(5～10 t)，而人均GDP(25 000～45 000美元)较高，实现了低碳经济和谐发展，做到了较低碳排放和较高经济发展的协调。

在寻求可持续发展的进程中，要借鉴欧盟等国家和地区低碳经济发展的经验[33]，打破经济增长一定伴随高能耗及高碳排放的固有观念，相信二者可以协调发展，争取在保持一定经济发展水平的基础上实现低碳、低能耗。低碳发展应该成为一种广为接受的发展理念，渗透到国家的各个层面，引导企业的生产方式和居民的生活方式向低碳经济转变。

5 结论

(1)从人均CO2排放与人均GDP的变化趋势〔即CO2的EKC曲线形状以及Tapio脱钩弹性系数(e)变化〕看可分为4类：1)美国、加拿大、日本的EKC曲线呈倒U型，已出现拐点；e也在逐渐变小，多从正数过渡到负数，这意味着人均CO2排放与人均GDP已脱钩，经济增长不再依赖碳排放的增加。2)德国、英国的EKC曲线目前已呈下降趋势；e多小于0，表现为强脱钩，这意味着人均CO2排放与人均GDP已完全脱钩，碳排放将随着经济增长而逐渐下降。3)俄罗斯、沙特阿拉伯的EKC曲线呈N型和S型波动，无明显规律；e的变化方向不稳定，碳排放仍不稳定，这与2个国家能源消费的不稳定有关。4)中国、印度、韩国的EKC曲线呈减速上升趋势；e多为正数，意味着人均CO2排放与人均GDP没有脱钩，经济增长与碳排放的增加呈现同向正向变化。

(2)从人均CO2排放与人均GDP的水平看可分为4类：1)美国、加拿大处于高碳、高GDP，人均GDP为25 000～45 000美元，人均CO2排放量也高达15～20 t。2)德国、英国处于低碳、高GDP，人均GDP为25 000～45 000美元，人均CO2排放量只有5～10 t。3)俄罗斯、沙特阿拉伯处于高碳、低GDP，俄罗斯和沙特阿拉伯的人均GDP分别为5 000～8 000美元和1 200～17 000美元，但2个国家人均CO2排放量分别高达10～15和10～18 t。4)中国、印度、韩国处于低碳、低GDP，但韩国的GDP相对中、印两国较高，中印两国的碳排放目前增速迅猛。中国、印度的人均GDP为0～5 000美元，人均CO2排放量不足8 t；韩国的人均GDP为10 000～25 000美元，人均CO2排放量为6～12 t。

综上，在较低碳排放与较高经济增长的协调发展方面，德国、英国表现最佳；其次是日本；再次是美国、加拿大；中国、印度、韩国的经济增长与碳排放正向依赖较强；俄罗斯和沙特阿拉伯2个资源大国需重视降低碳排放。

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Coordination analysis on carbon emission and economic growth

ZHANG Xingfang, LUO Hong, LÜ Lianhong

Department of Environment & Economics, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

Aiming at the coordination relationship between carbon emission and economic growth, the annual data of 10 major carbon emitting countries (China, United States, India, Russian Federation, Japan, Germany, Korea, Saudi Arabia, Canada and United Kingdom) have been chosen to conduct an empirical study. The main research results include: The results of coordination analysis on carbon emissions and economic growth in different countries vary a lot. The EU countries share better coordination in low-carbon economy with lower carbon emission per capita and higher GDP per capita. However, some developing countries such as China and India need to be enhanced. EKC hypothesis and decoupling theory are unified measurement of low-carbon(when studying the carbon intensity by these two methods, the consistent elasticity and similar results can be obtained), and the EKC regression coefficientsβand Tapio decoupling elasticityecan be taken advantage of respectively to build low-carbon indicators of long-term and short-term goals. In the respect of promoting low-carbon economy development, developing countries should learn from EU countries in the pursuit of coordination between lower carbon emissions and higher economic growth.

carbon emission; economic growth; environmental Kuznets curve; decoupling theory

2016-10-09

中国环境科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务专项(2016YSKY-018)

张型芳(1992—)，女，硕士研究生，主要从事环境经济学研究，zhangxingfang2008@126.com

*责任作者：罗宏(1964—)，男，研究员，博士，主要从事环境经济与管理研究，luohong@craes.org.com

X24

1674-991X(2017)04-0517-08

10.3969/j.issn.1674-991X.2017.04.071