基于VAR模型的新疆经济发展与环境污染的实证分析

(新疆财经大学统计与数据科学学院 新疆 乌鲁木齐 830012)

一、引言

随着社会的发展，经济水平的不断提高，人民的生产模式由传统的手工业向工业再向绿色工业转变，同时伴随着能源的消耗以及环境的破坏，环境质量变化的同时也将对经济发展造成影响，对企业的生产成本，产业结构升级，能源资源消耗、投资成本等经济活动起到消极影响，从而影响经济的稳定发展，因此人们也越来越关注经济与生态环境之间的和谐发展。

目前，已有学者提出了环境与经济的“倒U”型曲线[1]，随着研究的发展，描述经济增长与环境污染之间关系的环境库兹涅茨曲线也受到广大研究人员的广泛应用[2]。目前，我国国内用EKC(环境库兹涅茨曲线)的也有很多，秦雪以我国海洋经济为研究对象，表明我国的海洋经济不完全符合EKC曲线的“倒U”型曲线，部分海域呈现“N型”，“倒N”型等形式[3]。宋建林利用EKC对京津冀地区的经济与环境进行分析，研究表明不符合“倒U”型的EKC曲线，得出我国要改善企业结构，提高技术水平，从而促进经济与环境的和谐发展[4]。在以上研究基础上，选取1990-2017年28年内新疆经济与描述生态环境的污染物排放变量，构建时间序列的VAR模型并进行实证研究，对新疆的经济及生态环境的和谐发展提出较合理的意见。

二、新疆经济发展与环境污染的现状分析

随着新疆经济的发展，截止到2017年，疆内人均GDP已经上升到44941元每人，但随着经济的不断进步，各种环境污染物的排放也呈现上升趋势。如图1，我们可以看到，从1990年至2017年，废水排放、废气排放以及固体废物的排放量整体呈现一种上升的状态，工业废水以及固体废物的排放从2013年起有下降的趋势，工业废气的排放量也从2014年22846.46亿标平方米的高值开始减小，这也表明我国的一些对于环境治理的政策取得了一些成果。从总体趋势上看，三废的排放量与经济水平的走势大致趋向于一致。

图1 新疆人均GDP与“三废”排放指标

三、指标选取及模型建立

(一)数据及指标的选取

选取1990至2017年的新疆人均居民收入作为描述新疆经济发展的指标，以新疆省工业废气排放量、废水排放量以及工业固体废物排放量为环境污染情况的描述指标。为了时间序列的平稳性，消除可能出现的异方差，我们需要对指标进行对数化处理，用LNAGDP表示人均居民收入，用LNGAS，LNWAT及LNSOL分别代表废气、废水、固体废物的排放量的变量。以上数据来自于《新疆统计年鉴》及《中国环境统计年鉴》。

(二)研究方法

1.VAR模型

向量自回归模型由西姆斯(Sims)提出，用于预测和分析随机扰动项对系统的冲击，模型将所有的内生变量作为整体变量的滞后项来构造模型，模型表达可以写出如下形式：

Yt=A1Yt-1+A2Yt-2+…+ApYt-p+B0X1+…+BqXt-q+εt

其中，Yt为k维内生变量，Ai表示的是一个维度为k×k的待估参数i的矩阵，Xt-r为外生变量或滞后的外生变量，p为最大的内生变量滞后阶数，r为外生滞后阶数。

2.协整检验

协整检验是对回归方程的残差进行ADF检验，如果残差是平稳的，则方程的两个变量间存在协整关系。

假设有两个序列x1t和x2t满足下列条件:

(1)序列x1t、x2t是c阶单整的，即xit～I(c),i=1,2。

(2)存在a=(a1,a2)为非零向量，使得a1x1t+a2x2t～I(c-b)，其中 0 < b < c，则称这两个序列满足(c，b)阶协整的条件，且称向量a=(a1,a2)是协整向量。

Johanson 协整检验允许多个协整关系的存在，用法较为广泛。有两种Johanson 检验：基于迹(trace)或者基于特征值(Eigen value)。基本步骤为：先对变量进行ADF检验，确保单整水平至少为I(1)，然后选择最优的滞后期数，再根据系统确定的情况(如是否包含截距项、斜率项等)来确定协整向量的数目。

四、实证分析

(一)平稳性检验

在建立向量自回归模型之前，我们要保持数据的平稳性，因此对数据进行平稳性检验，本文使用的是ADF检验。从表1中可以看出，取对数后的LNAGDP、LNGAS、LNWAT及LNSOL的在5%的显著性水平下的ADF值均大于临界值，故各原始变量的平稳性都处于非平稳状态，对各变量分别进行一阶差分并作ADF检验，结果显示各一阶差分后的变量在5%的水平下呈现平稳状态。

表1 ADF检验数据平稳性结果

(二)Johanson 检验

由于所有的原始变量都只含有一个单位根，故我们需要进一步的考察变量之间是否存在协整关系。本文用Johanson 检验来检验变量序列，由于对于协整分析来说，滞后期的长度的选择起到了至关重要的作用，因此我们要先确认VAR模型的滞后阶数，通过LR似然比检验、FPE最终预测误差、AIC信息准则等来选择最优滞后阶数。由表2可知，带*号的参数值为最小值，故要选择*号最多的滞后阶数。经济发展(LNAGDP)与废气排放(LNGAS)的滞后阶数为1，经济发展与废水排放量(LNWAT)的滞后阶数应该为2，经济变量与废气排放(LNSOL)的滞后阶数应该选择为2阶。

表2 VAR滞后阶数的选择

由于三个VAR模型的最优滞后阶数都已经确认，我们就可以运用Johanson 检验来分别检验人均GDP与工业废气排放量、人均GDP与工业废水排放量以及人均GDP与工业固体废物排放量的三个VAR模型之间的协整关系。由于3个模型在5%的显著性水平下，都拒绝了没有协整关系的原假设，而并没有拒绝至多一个协整关系的原假设，故说明人均GDP与工业废气排放量、人均GDP与工业废水排放量以及人均GDP与工业固体废物排放量的三个VAR模型之间均存在长期的均衡关系。

表3 Johanson检验结果

(三)VAR模型的稳定性检验

建立各个变量综合的VAR模型，利用AR根进行稳定性检验，如图2所示，所有的特征根都落在单位圆内，说明VAR模型是稳定的，且模型有效，下一步我们就可以分析新疆人均GDP与各个环境污染指标间的脉冲响应图。

图2 AR根

(四)脉冲响应分析

脉冲响应是说某个变量的随机误差的冲击对所有内生变量当前以及未来的各个时期的影响，横轴代表着冲击发生响应的时期，纵轴代表的是对选取变量的冲击的反应程度，以下图3是新疆人均GDP与工业废气污染变量、工业废水污染变量、工业固体废物污染变量两两之间的冲击响应情况。

从图3可以看出，工业废气排放量、工业废水排放量以及工业固体变量对新疆人均GDP呈现一个拖尾的趋势。人均生产总值给自身一个脉冲响应，并且达到最值0.06左右，随后冲击力度逐渐减弱，直到第五期之后慢慢与零值接近。废气污染物给自身一个负向冲击，在第一期零值之后逐渐减弱，在第二期达到最值-0.02左右，随后开始缓慢增大，到第五期时已经与零值接近，后面几起与零值重合。废水污染给自身一个冲击之后，会发现冲击在第一期达到最值0.1以上，在第二期也达到了最值-0.08左右，在第一期到第八期开始大幅度波动，逐渐逐渐减弱，到第九期逐渐与零值重合。固体物污染第一期零值开始冲击逐渐增大，到第二期达到最值0.07左右，随后冲击逐渐减弱，在第六期往后逐渐趋于零值。废气污染给人均生产总值一个冲击之后，在第一期达到最值0.04，随后开始减弱，到第八期之后逐渐与零值重合。固体污染物给人均生产总值一个冲击之后，在第二期达到最值0.02，第一期到第二期冲击力度增加，第二期到第八期冲击力度刚开始大幅度下降，随后逐渐减弱，在第八期之后趋于零值。废水排放污染对人均生产总值一个冲击之后，在第一期0.04左右上升到第二期的0.07左右，随后冲击力度大幅度减弱到第三期0.01左右，随后开始增加冲击力度，但是在第五期冲击力度为零，第六期上升，第七期下降到零；第一期到第九期之间冲击力度来回波动，刚开始大幅度波动，后面波动逐渐减弱，第七期至第九期波动慢慢平缓，第十期基本与零值重合。综上所述，废气、废水、固体废物的排放对经济增长后期有一定的影响，但相对短期来说影响较弱，相对而言这三个解释变量中工业废水对GDP的未来影响要多一些，废气污染、废水污染及工业废物污染对人均GDP短期时间内都存在正向影响，增加这三个变量会给经济带来一定的增加。同时，目前新疆的生产模式废气排放、废水排放、固体废物排放的增加对经济将保持长期均衡关系。

五、结论

通过以上的模型分析我们可以得到如下结果：

目前新疆的经济生产模式还存在一些问题，属于较为传统的工业型发展经济，传统的高消耗、高污染的经济增长模式已经无法可持续地支持人类对资源和环境的不断消费，经济增长的同时必定带来大量环境的污染，并不符合国际上较为常见的“倒U”型环境——经济发展曲线。由脉冲响应图来看，我们可以发现，工业废气污染物排放量、工业废水污染物的排放量以及工业固体废物的排放量的增加在短期内对经济的影响较弱，但随着时间的推移会引起经济的同等方向的变动并在长期内处于均衡状态。一个地区要想进行长期的经济发展，必须要实现实现绿色生态环境与经济增长的协调双赢的局面，因此，对于新疆目前的经济发展，要想实现经济与环境的绿色协调发展，还需要对产业结构进行优化，增大科技创新力度，节能减排，建立绿色生态与循环经济的工业发展模式，实现科技含量高、污染排放少、经济效益高的新型生产方式。