中国经济增长与环境污染之间关系的理论解释与贝叶斯回归分析，本文主要内容关键词为：环境污染论文,中国经济增长论文,理论论文,关系论文,贝叶斯论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
[中图分类号]F120 [文献标志码]A [文章编号]1007-5097(2010)09-0056-05
一、引言
经济增长与环境之间的关系近年来逐渐成为经济学的一个重要课题。长久以来，一直存在一种观点：即经济增长与环境保护之间存在冲突。但是最近环境与资源经济学的研究发现：有证据表明从长远来看收入增长并不必然导致环境压力增加。另外我国也开始重视可持续发展的问题，而可持续发展的关键是技术进步、知识与人力资本积累可以在多大程度上正面影响自然资源与人造资本之间的可替代性。
20世纪70年代初期著名的罗马俱乐部就已提出“增长极限说”(meadows，1972)[1]，即认为经济增长受到可利用资源的约束而不可能长期持续，因而为了达到保护环境的目的必须人为地降低经济发展速度。然而也有学者对“经济发展必然导致环境恶化的观点”提出质疑，例如Beckerman(1992)[2]，认为促进经济增长本身就是保护环境资源的有效手段。Kuznets(1955)[3]提出收入分配与经济发展之间可能存在“倒U型曲线”，即所谓库茨涅茨曲线，在经济发展初期人均收入的提高将会导致环境的恶化，但是如果经济发展超越了某一临界点，人均收入的进一步提高反而会有助于降低环境污染。这一观点影响极大，毕竟实际证据最有力，虽然说从本质上讲实证分析也仅仅是不完全归纳，但是无论从理论还是从实际效果来看受控实验在自然科学领域取得了巨大的成功，在社会科学领域尽管很难营构受控实验，只能接受观察数据，但是统计与计量经济分析证明在一定条件下，多元回归分析可以产生其他变量都不变的类似受控实验的分析。Grossman和Krueger(1995)[4]首次利用简化回归模型对66个国家和地区的多种污染物进行了研究，发现大多数污染物的污染水平与人均收入之间存在倒U型关系，环境改善的转折点出现在人均GDP 400—5000美元(1985年美元价格)之间。Panayotou(1995)[5]提出污染与收入的驼峰型EKC曲线。Rees(1994)[6]对污染避难所假说(认为富国输出污染到穷国)进行了评论，Antweiler et al.(2001)[7]提出了要素禀赋假说认为：高污染的生产一般是资本密集的，资本密集的生产主要是在发达国家，即污染随收入增加而增加。两种污染物之间的替代，即一种被规制导致另外一种新型污染物，所谓叠代EKC。接着许多学者运用时间序列、横截面、或面板数据(Pool or Panel)对是否存在库茨涅茨曲线进行检验。Lieb(2003)对有关EKC的经验研究进行了综述。环境质量变化也影响经济增长，从现有文献来看，环境影响经济增长的机制可分为三类，一是将环境质量视为等同于物质资本作用于于生产函数，来考察最优增长条件下的资源投入，如Lopez(1994)，Bovenberg(1996)[8]；二是从人们对环境的需求方面分析环境需求变化对经济增长的影响，将污染流量或存量纳入消费者的效用函数考察跨期优化；三是同时分析环境对产出与效用的影响，这类模型由于既有环境对生产的影响，又有对消费的影响，从而可以产生倒U型曲线，如Selden与Song(1994)[9]。
对环境库茨涅茨曲线进行解释的理论框架分三类。一是生产技术变迁理论，Stokey(1998)[10]提出在初始收入较低时，有污染但是生产率较高的技术被采用，因为消费的边际效用大于污染的边际负效用，由于消费的边际效用递减而污染的边际负效用递增，在过了临界点后，较清洁的但是生产力也较低的技术被采用。Jones和Manuelli(2001)也采用了类似的技术。第二类模型则集中于规模报酬递增的污染治理技术，Selden和 Song(1995)[11]认为污染治理初始为零，一旦经济发展造成较多的消费与环境损害时就开始增加(通过资本积累)，Chimeli与Braden(2002)也提出类似机制，开始时资本积累比污染治理重要，导致经济增长，随后污染治理变得比较重要，资源集中于污染治理，导致增长减速。John与Pecchenino(1994)[12]应用OLG模型提出经济从没有环境治理的角点解转向污染治理为正，从而经济增长、环境质量提高。Brock与Taylor(2004)拓展了索洛模型以包括污染排放、污染治理以及污染存量，假设一个适当的外部技术进步率，从而EKC可能导致向平衡增长路径的过渡。Andreoni和Levinson(2001)则集中于治理污染的技术的特征，假定治污技术规模报酬递增，会产生倒U型污染-收入曲线。这一方法很特别，它不需要动态、经济增长的前定模式、多重均衡、不可拟污染、甚至不需要外部性。EKC仅仅来自于有污染的经济活动与治污技术函数交互作用。第三类模型强调经济产业结构的变迁，de Groot(1999)。但是，其作用机制只适用于发展中国家而不使用于发达国家，因为产业变迁在近些年较小。此外，多数研究都强调了对于环境质量需求的高收入弹性。McConnell(1997)认为高收入弹性对于EKC形成有益，但是其实它既不充分也不必要。Lieb(2002)得出不是收入弹性是否大于一(奢侈品)多重要，关键是它是否为正。经验研究表明环境质量的收入弹性小于一(Kristrom与Riera，1996)。对
本文提出了一个解释环境库茨涅茨曲线机制的静态与动态模型，与传统实证分析不同的是，我们使用了贝叶斯马尔可夫链蒙特卡罗回归，并得出了有意义的分析结果。
二、一个解释环境库茨涅茨曲线的理论模型
我们建立了一个简单的动态模型：(1)偏好清洁环境；(2)治理污染收益递增；(3)Ak生产函数。我们分析了转折点的决定因素，分析结果表明本模型同多数经济增长与环境的经验规律相容。
(一)一个具有启发性的静态模型
U=U(C，P)
P=C-B(C，E)
设B(0，E)=B(C，0)=0，预算约束为Y=C+E，为了分析简单，设U(C，P)=C-P，B(C，E)=CαEβ，设α+β＞1(治污技术规模报酬递增，为关键假设)。
显然，只要α+β＞1，即规模报酬递增，则库茨涅茨曲线存在。
(二)动态模型
污染作为消费活动的副产品，我们考虑流量污染，家庭可以花费资源用于治理污染，治污技术规模报酬递增，此假设为产生EKC的关键假设。假定最终产品同质，生产技术规模报酬不变(AK生产函数)，家庭将资本租给企业以获取收入，产出与要素生产均为完全竞争。我们考虑两类外部性，因此竞争均衡解与社会计划解不同，首先分析中央计划解，接着分析竞争均衡解，最后分析最优税收政策的决定。
由一阶条件求得拐点：
我们建立了一个具有由污染与环境努力外部性导致的市场失灵的动态EKC模型，模型用于分析转折点收入水平的决定因素，以及用以减轻环境污染的公共政策的有效性，主要结论总结如下：(1)转折点受到治污技术规模报酬导致程度以及对清洁环境偏好的强烈影响，此外，污染与环境努力的外部性也有一定影响。(2)除了经验EKC假说，动态EKC模型与现有环境与经济增长的的经验研究是相容的，而且也符合著名的卡尔多特征事实。
三、经济增长与环境关系的贝叶斯回归分析
(一)理论背景
对统计和经济模型进行的贝叶斯分析与经典(频率论)分析有很大的差别，首先，在经典分析中，一个事件的频率是它相对频率的极限。其次，我们把模型中的参数看作未知的固定数。在经典分析中无偏估计十分有用，因为根据大数定律，样本估计的均值会收敛到真实值。贝叶斯分析从不同的角度看待这些问题，一般来说，概率反映出在某一事件中研究者的信念，参数是服从概率分布的随机变量。
马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法是一种从某个目标分布中得到样本的模拟技术。其基本思想是先确定一个转换核，从某个初始值开始迭代多次，得到我们想要从中抽样的目标分布的极限分布。应用最广泛的是吉布斯抽样和MH抽样算法。MH抽样算法是一个一般的模拟过程，使我们可以从无法追踪的分布中进行抽样，这种算法有两种一般的应用：在有截断分布或只用部分核可追踪的分布的吉布斯抽样中抽取分块样本；在无法得到吉布斯抽样分块结构的问题中进行抽样。
Metropolis-Hastings算法伪代码：
(1)对
，M任意设一个值；
(2)令j=1；
(二)相关变量及原始数据来源
1.污染。在研究环境与经济增长关系的文献中，较多的采用三.类变量来度量环境质量：污染集中度(空气质量，水资源质量等)、污染物排放量、资源开采量，本文采用了常用的污染物排放量。污染物排放量又分为三类：气体污染排放物、液体污染排放物及固体废弃物，出于初步研究的考虑，本文仅仅选取了人均
排放量。数据根据相关各期《中国环境年鉴》、《中国统计年鉴》整理计算而得。
2.收入用人均收入指标度量。数据来自《新中国55年统计资料汇编》，消除了通货膨胀的影响，基期为1952年。
3.物质资本存量。运用永续盘存法计算得出各年资本存量，
，当年投资取自《中国国内生产总值核算历史资料1952-2004》的资本形成总额，折旧率取9.6％，初始资本存量为初期资本形成额除以10％。
(三)模型
如果环境库茨涅茨曲线不存在，则政策含义明显：为了拯救环境，经济增长必须停止；如果EKC存在，则政策含义：从长期来看，提高环境之道为提高收入(经济增长)。环境污染与单位资本收入之间的非线性关系通常设为简化式：
对于模型我们采用贝叶斯回归分析，目的是观察关键参数是否与经典回归分析的差异，在计算后验分布积分时采用MCMC技术。具有不同误差结构的回归模型设为：
图4 参数的后验密度函数
由于我们采用的观测数据为1981-2000年的人均GDP及污染排放数据，显然样本容量不是很大，在宏观时间序列数据中都存在这一现象，因此在国际上统计与计量分析都倾向于转向贝叶斯分析，由于贝叶斯回归的小样本特性好、也不象OLS对于遗漏变量等模型设定偏误非常敏感，而且渐进特性也较好。因此我们为了验证经济增长与环境之间的长期中的相容关系，选择了贝叶斯回归，各个超参数的先验分布设定考虑了前人的实证分析结果，而其后验分布从图4来看，先验分布设定是恰当的。而从图3来看，参数收敛性较好，参数后验分布的计算传统上一直受到维数的诅咒，但是由于现代计算机技术的飞速发展，我们可以使用蒙特卡罗抽样，利用大规模样本进行统计推断，得出参数的后验均值、标准差、中位数等数字特征。从表1来看，环境污染与人均GDP的平方项之间负相关，而与人均GDP正相关，这表明了一个与图1类似的图形，即在短期内环境保护与人均GDP(经济发展)冲突，而在长期内环境保护与经济发展相容(收入水平提高，同时环境改善)，其转折点可以求出：即人均GDP为3447.917时，人均污染到达峰值，并开始下降，环境开始改善，对应中国的实际观测数据可知，在1994年中国的人均污染达到转折点，从此环境改善与经济增长相容，即实现了可持续发展。由于我们使用的是贝叶斯回归，不象最小二乘多元回归一样必须考虑由遗漏变量、模型误设等导致的解释变量的内生性问题，否则回归结果就是有偏且不一致的，从而必须求助于工具变量或随机化准实验，贝叶斯回归对于模型设定偏误不敏感，因此我们有理由相信所得的分析结果比较可信。从而验证了前面提出的理论模型的分析结果：经济增长在长期内与环境保护相容，可持续发展是可能的。
四、结论
总结我们的估计，得出如下结论：在现有证据来看，经济增长与环境质量之间在短期内存在冲突；但是在长期内则是相容的，即保护环境不仅不会拖累经济增长，反而会有利于经济的可持续发展。最后，我们给出如下建议：一方面是数据问题，即数据的数量与质量有待改善；另一方面涉及理论模型设定，环境-经济系统是一个复杂的系统，其相互作用还受许多其他因素的影响，如：人口、地理、贸易、技术、制度、收入分配与政策激励等。在以后的研究中，我们可以进一步融入更多变量，分析他们与环境以及经济发展之间的相互作用，通过数值模拟以及回归模型我们发现这些控制参数在何种程度上改变了经济增长与环境污染关系曲线的细节，具体表现在转折点的高低、转折点出现的早晚和长期内的波动，这些有助于针对性地采取相应政策，促进经济增长与环境的相容性，实现可持续发展。