城市規(guī)模城市化率與碳排放關(guān)系論文
一、引言
聯(lián)合國政府間氣候變化委員會(IPCC)最新發(fā)布的第五次氣候變化評估報告認為，人類活動“極其可能”是20 世紀中期以來觀測到的全球氣候變暖的主要原因。城市是人口、建筑、交通、工業(yè)、物流的集中地，其面積只占地球表面面積的2%，人口占總?cè)丝诘?0%，但溫室氣體排放卻占總量的70%。因此，城市化和碳排放關(guān)系引起了廣泛關(guān)注。相關(guān)文獻對城市化和碳排放關(guān)系的研究主要有兩條線索：一是圍繞城市化率和環(huán)境的關(guān)系，考察人口城鄉(xiāng)分布對人均碳排放的影響，二是圍繞城市規(guī)模和環(huán)境的關(guān)系，探尋對環(huán)境最有利的城市規(guī)模。
從城市化率的角度， 多數(shù)文獻認為城市化率與碳排放有較強的相關(guān)關(guān)系。針對中國的研究發(fā)現(xiàn)，城市化水平在碳排放影響因素中處于主導(dǎo)地位。薛冰等利用112 個國家和地區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)， 隨著城市化率上升，人均碳排放量逐步增加。城市化對溫室氣體排放的影響是人口城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)變化所引發(fā)的生產(chǎn)與消費行為變化對碳排放的影響，從這個角度看，城市化帶來了高能耗和相應(yīng)的高碳排放。但是，城市化也可能有利于減少溫室氣體排放。其可能的途徑是：城市化使產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到更合理調(diào)整，資源得到更合理的利用;城市高度集中的人口和經(jīng)濟活動形成能源消費的規(guī)模效應(yīng)，降低人均能源需求; 城市化有利于環(huán)�？萍紕�(chuàng)新，為減少溫室氣體排放提供了可能。王子敏和范從來利用中國的省級面板數(shù)據(jù)， 發(fā)現(xiàn)城市化和能耗之間符合倒N 形曲線， 城市化所導(dǎo)致的能耗由降到升的拐點出現(xiàn)在城市化率為27.3%，能耗由升到降的拐點在城市化率為76.2%。王欽池和王芳也注意到了城市化率和碳排放之間的非線性關(guān)系。
對于城市規(guī)模和碳排放關(guān)系的研究是在最優(yōu)城市規(guī)模理論上發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的最優(yōu)城市規(guī)模理論主要是基于城市成本—收益的理論和經(jīng)驗研究。20 世紀90 年代以來， 最佳城市規(guī)模理論的研究重點從成本收益的經(jīng)濟角度轉(zhuǎn)移到城市規(guī)模和環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系。Capelb 和Canagni 從人均能源使用和污染物排放的角度探討了最優(yōu)城市化規(guī)模問題，認為城市負荷效應(yīng)與城市規(guī)模呈正U 型曲線關(guān)系。王桂新和武俊奎基于中國地級市數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)城市規(guī)模的擴張使得碳排放強度上升。許抄軍認為中國的城市規(guī)模和資源消耗之間的經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜑檎齆 型曲線，最優(yōu)城市規(guī)模為1060 萬人。隨著全球環(huán)境的惡化，過大規(guī)模的城市對環(huán)境的不利影響受到了越來越多的重視。大城市乃至特大城市不斷涌現(xiàn)，給生態(tài)環(huán)境造成了沉重的負擔。
可見，已有文獻對于城市化和碳排放(環(huán)境質(zhì)量) 關(guān)系的研究是從城市化率或者城市規(guī)模的角度分別展開的。基于城市化率的研究為從宏觀角度認識城市化對環(huán)境的影響提供了有益啟示，基于城市規(guī)模的研究則為認識城市影響環(huán)境的微觀機制提供了依據(jù)。然而，城市化是一個城市規(guī)模不斷擴大和城市化率不斷提高的相互作用過程，僅僅從城市化率或者城市規(guī)模一個角度難以完整揭示城市化過程對碳排放的影響。本文的目的是把城市化對碳排放的影響分解為城市化率和城市規(guī)模兩個因素，從而更全面地認識城市化和環(huán)境的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上從城市規(guī)模和城市化率相互協(xié)調(diào)的角度提出推進城市化的政策建議。
二、模型和數(shù)據(jù)
1.模型設(shè)計
城市規(guī)模和城市化率是衡量城市化進程的兩個基本指標。大量研究證實，城市規(guī)模與能源消費和碳排放有密切關(guān)系，在既定的城市化水平下，城市資源過于分散或者過于集中都會導(dǎo)致效率損失。而城市化率是對城市化總體水平的衡量，可以反映不同規(guī)模城市對碳排放的綜合影響。因此，有必要從城市規(guī)模和城市化率兩個維度考察城市化和碳排放的關(guān)系。假設(shè)某個地區(qū)的總?cè)丝跒閜，有a 和b 兩個代表性城市，規(guī)模分別為sa和sb，城市化率為u。容易理解，城市a 和b 對該地區(qū)人均碳排放量的“貢獻”是城市規(guī)模及其占全國人口總量比例的函數(shù)。
模型的因變量是人均CO2排放量，用以衡量城市化對環(huán)境的影響。自變量包括城市規(guī)模和城市化率。其中，城市化率是城市人口占總?cè)丝诘陌俜直�。根�?jù)數(shù)據(jù)的可得性，采用不同規(guī)模等級的城市人口占城市總?cè)丝诘陌俜直茸鳛楹饬砍鞘幸?guī)模的指標。本文把城市分為5 個規(guī)模等級，分別為1000 萬人以上、500 萬-1000 萬人、100 萬-500 萬人、50 萬-100萬人、50 萬人以下。除了上述自變量外，已有研究認為經(jīng)濟發(fā)展水平、能源利用技術(shù)、人口密度等對碳排放有重要影響，本文把上述變量作為控制變量。經(jīng)濟發(fā)展水平的衡量指標是人均國民收入。考慮到城市化、城市規(guī)模和人均國民收入的相關(guān)性，當僅把人均國民收入的一次項納入模型時，可能把人均GDP和碳排放之間的曲線關(guān)系“轉(zhuǎn)嫁”給城市化因素，從而無法體現(xiàn)城市和碳排放之間的關(guān)系。作為對比，在模型中分別對人均GDP 的一次項和二次項進行回歸。技術(shù)因素用單位GDP 的CO2排放量表示。所有原始數(shù)據(jù)均以自然對數(shù)的形式納入模型。
2.數(shù)據(jù)來源和描述
本文的數(shù)據(jù)來自聯(lián)合國和世界銀行數(shù)據(jù)庫。樣本期為1960—2009 年。其中，城市化相關(guān)數(shù)據(jù)來自聯(lián)合國數(shù)據(jù)庫，其他數(shù)據(jù)來自世界銀行數(shù)據(jù)庫。人均GDP 和人均國民收入以2000 年不變價格美元表示。剔除有缺失值的樣本后，最終包括161 個國家的6361 個觀測值。其中，高收入國家44 個，中等收入國家85 個，低收入國家32 個。
3.模型形式確定
本文使用的是面板數(shù)據(jù)，同時具有截面維度和時序維度的特征，包含了個體、時間和指標三個方向的信息。因此需要對模型設(shè)定形式進行假設(shè)檢驗，以確定其屬于不變截距模型、變截距模型還是變系數(shù)模型。本文考察的是161 個國家的數(shù)據(jù)，各國的碳排放水平和城市化水平、城市規(guī)模都有差異，理論上選擇回歸模型時應(yīng)體現(xiàn)個體差異。樣本期較長(50 年)，時期變更所產(chǎn)生的影響應(yīng)予考慮。因此，構(gòu)建同時含有個體和時期效應(yīng)的雙向效應(yīng)模型是理想的選擇。經(jīng)F 檢驗，證實選擇雙向固定效應(yīng)變截距模型是合適的。
三、結(jié)果和分析
為了比較不同因素對人均碳排放的影響，在基準模型的基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了不同的模型。模型①和②考察城市化率和城市規(guī)模兩個因素對人均碳排放的影響;模型③和④考察城市規(guī)模對人均碳排放的影響;模型⑤和⑥考察城市化率對人均碳排放的影響。為了考察收入水平對碳排放的非線性影響，模型①③⑤含有人均國民收入的二次項和三次項;模型②④⑥中只含有人均國民收入的一次項。所用軟件為Eviews 7.2，結(jié)果見表2。
1.城市規(guī)模對人均碳排放的影響
模型①和②的結(jié)果均顯示，城市規(guī)模對人均碳排放有顯著影響。以50 萬人以下規(guī)模的城市作為參照組，500-1000 萬以及1000 萬人口以上規(guī)模城市占城市人口比重的回歸系數(shù)均為正值， 這說明500 萬人口以上規(guī)模城市的碳排放壓力大于參照組; 而50-100 萬以及100-500 萬人口規(guī)模城市的回歸系數(shù)為負值， 說明其碳排放壓力小于參照組。進一步對比，人均碳排放壓力最小的是100-500 萬人規(guī)模城市，其次是50-100 萬人規(guī)模城市，1000 萬以上人口規(guī)模城市的碳排放壓力最大。
對比模型①和②以及模型③和④結(jié)果發(fā)現(xiàn)，收入水平以一次項形式還是多次項形式納入模型，城市規(guī)模的回歸系數(shù)的符號沒有變化，但是回歸系數(shù)的大小發(fā)生了變化，人均收入水平以一次項進入模型時的系數(shù)的絕對值大于以三次項形式納入的模型。其原因在于，城市規(guī)模和經(jīng)濟發(fā)展水平有明顯關(guān)系，經(jīng)濟發(fā)展水平越高，城市規(guī)模也越大。當考慮經(jīng)濟水平對碳排放的非線性影響時，城市規(guī)模的系數(shù)反映的是城市規(guī)模本身對碳排放的凈影響。因此，本文主要以有人均國民收入三次項的模型結(jié)果作為分析依據(jù)。
進一步，為了估計對環(huán)境最優(yōu)的城市規(guī)模，取不同規(guī)模等級城市的均值作為城市規(guī)模的近似值。根據(jù)樣本計算得到，50-100 萬的城市平均規(guī)模為68.8萬人，100-500 萬的城市平均規(guī)模為196 萬人，500-1000 萬城市的平均規(guī)模為720 萬人，1000 萬人以上的城市的平均規(guī)模為1650 萬人。規(guī)模在50 萬以下城市的平均規(guī)模取25 萬人。
基于模型①(考慮城市規(guī)模和城市化率兩個因素)和模型③只考慮城市規(guī)模因素)的不同等級城市規(guī)模與碳排放系數(shù)的關(guān)系曲線。結(jié)果顯示，三次曲線的擬合效果優(yōu)于一次和二次曲線。這表明，城市規(guī)模和碳排放呈倒N 型曲線關(guān)系， 人均碳排放量最低的`城市規(guī)模為300 萬人，人均碳排放最高的城市規(guī)模為1300 萬人左右。這與許抄軍的結(jié)果接近。
2. 城市化率對人均碳排放的影響
模型①②⑤⑥的結(jié)果顯示，城市化率對人均碳排放有顯著影響。模型①和②同時把城市化率和城市規(guī)模納入模型，城市化率的二次項的回歸系數(shù)是正值， 這說明城市化率和人均碳排放量的關(guān)系是U型曲線。
3.控制變量對碳排放的影響
所有模型的回歸結(jié)果均顯示，勞動年齡人口比重和碳排放強度與人均碳排放量都顯著正相關(guān)，而人口密度與人均碳排放量顯著負相關(guān)，這與已有文獻是一致的。根據(jù)模型①的結(jié)果，勞動年齡人口比重和碳排放強度每變動1%， 人均碳排放量同向變動0.844%和0.936%。人口密度每變動1%，人均碳排放量反向變動0.279%。
收入水平對碳排放的影響相對復(fù)雜。在模型②④⑥中，人均國民收入的一次項與人均碳排放量顯著正相關(guān);在模型①③⑤中，人均國民收入對數(shù)的三次項系數(shù)均為負值，二次項的系數(shù)為正值，因此理論上人均碳排放和人均國民收入之間為倒N 型曲線關(guān)系。
隨著人均收入的增加，人均碳排放是單調(diào)遞增的。對比看，當模型中只含有人均收入的一次項時，人均收入對碳排放的影響明顯大于含有三次項時的影響。上述結(jié)果說明，在非線性假設(shè)下，經(jīng)濟水平對環(huán)境的影響小于線性假設(shè)。這也從一個角度說明，已有文獻在討論經(jīng)濟發(fā)展水平和人均碳排放關(guān)系時， 有的認為二者是倒U 型曲線，有的認為是N 型曲線， 或者是其他形式的曲線，實際上都是涵蓋了城市化和技術(shù)創(chuàng)新等多種因素的綜合結(jié)果，并沒有清晰地表明經(jīng)濟發(fā)展水平(或者消費水平)如何影響碳排放量。
四、基于碳排放約束的最優(yōu)城市化路徑
前面的分析表明， 城市化對碳排放的影響是城市規(guī)模和城市化率兩個因素的綜合效應(yīng)。理論上把城市化水平控制在較低的水平對環(huán)境是有利的，但是現(xiàn)實中城市化還承載著經(jīng)濟和社會發(fā)展的多重功能，因此推進城市化仍然是一個現(xiàn)實的理性選擇。既然城市化對環(huán)境的負面影響難以避免，如何實現(xiàn)城市規(guī)模和城市化水平之間的均衡，從而把城市化對環(huán)境的負面影響控制在最小程度，就具有重要的現(xiàn)實意義。
為了減少人均碳排放量，可行的路徑是把城市規(guī)模擴大，但是其擴大程度是有上限值的，并非城市規(guī)模越大越好。換言之，在既定的城市化狀態(tài)下，城市規(guī)模的擴大是有條件的。顯然，由于城市規(guī)模、城市化率、總?cè)丝谥g是密切相關(guān)的，因此，基于人均碳排放最小化的目標，需要在城市規(guī)模和城市化率之間尋求平衡。
五、總結(jié)和討論
人類活動對氣候變化具有重要影響，這種認識已經(jīng)成為共識。然而， 對于人類最重要的活動之一——城市化影響氣候變化的機制，已有研究尚存在明顯不足。特別的，城市化的環(huán)境效應(yīng)是城市規(guī)模擴大和城市化率提高的綜合結(jié)果，僅以城市化率或者城市規(guī)模都不能完整揭示城市化過程影響環(huán)境的內(nèi)在機制。基于上述背景， 本文利用近半世紀(1960—2009 年)161 個國家的面板數(shù)據(jù)，構(gòu)建雙向固定效應(yīng)模型，把城市化對碳排放的影響分解為城市化率和城市規(guī)模兩個因素，揭示了城市化過程中人口城鄉(xiāng)分布和城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化對環(huán)境的影響。理論上存在對環(huán)境最有利的城市規(guī)模和城市化率，基于碳排放約束的城市化路徑應(yīng)該實現(xiàn)城市規(guī)模和城市化率的相互平衡。
本文的結(jié)論具有重要的現(xiàn)實意義。作為發(fā)展中國家，中國的城鎮(zhèn)化進程遠未完成。中國已經(jīng)明確把城鎮(zhèn)化作為未來經(jīng)濟發(fā)展的主要動力之一。但是對于城鎮(zhèn)化的發(fā)展模式，究竟是優(yōu)先發(fā)展小城鎮(zhèn)還是發(fā)展大城市，長期以來都存在較大分歧。本文的結(jié)論顯示，從減少碳排放的角度，城鎮(zhèn)化發(fā)展不能簡單地說優(yōu)先發(fā)展中小城鎮(zhèn)，或者優(yōu)先發(fā)展大城市，而是應(yīng)該統(tǒng)籌考慮城市規(guī)模和城市化總體水平兩個因素，這為城鎮(zhèn)化發(fā)展提供了一個重要原則。
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