【正文】 以很少將其納入經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響因素范疇考慮 [1]。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源資源的依求程度不斷提高，某些產(chǎn)業(yè)幾乎完全依賴于能源資源，資源與環(huán)境已成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的制約性因素。經(jīng)濟(jì)發(fā)展不僅體現(xiàn)為絕對數(shù)量的增加，同時(shí)還表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)性的轉(zhuǎn)化。按照劉易斯的 二元經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)理論：“城市化是伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變化的一個(gè)部分，將城市化與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變化分離開來顯得毫無意義” [2]。持續(xù)的經(jīng)濟(jì)增長常常伴隨著城市化過程，含碳能源 (化石燃料 )的消費(fèi)往往帶動(dòng)了城市化的進(jìn)程?？茖W(xué)研究表明 [3]，隨著工業(yè)化、城市化的發(fā)展。含碳能源的消費(fèi)和生物物質(zhì)的燃燒，使大氣中的二氧化碳含量明顯增加，導(dǎo)致全球氣候變暖，溫室效應(yīng)給全球生態(tài)系統(tǒng)和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)帶來巨大影響。 那么城市化與二氧化碳排放量之間是一種什么關(guān)系 ?根據(jù)城市化的規(guī)律，城市化進(jìn)程與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程基本上是一致的，所以反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展與 環(huán)境關(guān)系演化的一般規(guī)律也能在很大程度上反映城市化進(jìn)程與資源消耗、環(huán)境破壞強(qiáng)度的變化之間的相互關(guān)系。本文在已有的理論研究基礎(chǔ)上，通過協(xié)整分析與檢驗(yàn)，旨在探討湖北城市化與含碳能源消費(fèi)所發(fā)生的二氧化碳排放量之間的內(nèi)在機(jī)制以，對湖北省在城市化過程中經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。 1 國內(nèi)外研究進(jìn)展 國外研究進(jìn)展 隨著工業(yè)化與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化水平在不斷提高，隨之而來的城市問題不斷涌現(xiàn)，尤其是資源與環(huán)境的問題表現(xiàn)的尤為突出，資源環(huán)境作為影響經(jīng)濟(jì)增長的因素也越來越為人們所重視。1962年卡遜 [4]在《寂靜的 春天》中解釋了污染對生態(tài)系統(tǒng)的影響，強(qiáng)調(diào)人與自然之間必須建立起 “合作協(xié)調(diào) ”的關(guān)系，這一思想在世界范圍內(nèi)較早地引發(fā)了人類對以往經(jīng)濟(jì)行為的反思。 1968年 “羅馬俱樂部 ”成立 [5]， 1972年在一份重要報(bào)告《增長的極限》中闡明了資源環(huán)境的重要性，提醒人們重新認(rèn)識人與自然、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等許多問題。格魯斯曼 (1995)[6]提出了環(huán)境庫茲涅茨曲線 (EKE)的概念，揭開了研究經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染之間相互關(guān)系的篇章。格魯斯曼采用全球環(huán)境檢驗(yàn)系統(tǒng)的面板數(shù)據(jù)。檢驗(yàn)了人均收入與不同環(huán)境污染指標(biāo)之間 (環(huán)境污染指標(biāo)主要分為城市中的大氣污 染與水體污染兩類，具體包括：城市的大氣污染；河床的氧含量、河床中的排泄物殘?jiān)廴疽约昂哟驳闹亟饘傥廴?)簡化的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，并沒有證據(jù)表明環(huán)境質(zhì)量隨經(jīng)濟(jì)增長而逐漸惡化，相反，對于大多數(shù)的環(huán)境指標(biāo)而言，經(jīng)濟(jì)增長最初會(huì)帶來環(huán)境的惡化，隨后環(huán)境質(zhì)量會(huì)出現(xiàn)提升，經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境質(zhì)量之間存在一種倒 U型的曲線關(guān)系，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對于不同的污染物來說是不同的。 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）：湖北省城市化與碳排放的協(xié)整分析 3 Shafik bandyopadhyay(1992)[7]發(fā)現(xiàn)在國民收入與各年的森林砍伐數(shù)量之間也存在倒 u型曲線關(guān)系。另外關(guān)于人口與環(huán)境污染之間關(guān)系的實(shí)證研究中，科萊 默 (199 20xx)[8]檢驗(yàn)了美國加利福尼亞州的人口對大氣污染的影響并得出結(jié)論，人口與某些大氣污染源有關(guān)，但并不是與所有的排放氣體均存在相關(guān)關(guān)系。由于研究所關(guān)注的只是單一發(fā)達(dá)國家的一個(gè)州的狀況，他們的研究工作對于全球其他國家或地區(qū)來說還不具有普遍的適用性。 戴爾茨和羅瑟 (1997)[3]關(guān)注了二氧化碳的氣體排放以及能源的使用問題。通過模型，他們發(fā)現(xiàn)，二氧化碳的彈性系數(shù)接近于 l，即人口每增加 1％，二氧化碳的排放量也大致增加 1％。但是他們沒有估計(jì)隨著人口規(guī)模的變化彈性指數(shù)是如何變化的。研究僅以一年的跨國數(shù) 據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。另外，數(shù)學(xué)方法也存有一定的問題，即對時(shí)間序列并沒有進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)，無法排除偽回歸的可能，因此無法得到令人信服的結(jié)論。 國內(nèi)研究進(jìn)展 基于前人的研究成果，國內(nèi)學(xué)者黃金川、方創(chuàng)琳 (20xx)[9]認(rèn)為城市化與生態(tài)環(huán)境存在脅迫與約束的耦合機(jī)制，城市化對生態(tài)環(huán)境的脅迫主要是人口、企業(yè)和交通等活動(dòng)過程中排放的污染形成的，生態(tài)環(huán)境對城市化的約束主要是通過改變?nèi)丝诤唾Y本的流向引起的。 劉耀彬 (20xx)[12]提出，在城市化進(jìn)程中，資源環(huán)境不僅為城市化發(fā)展提供工業(yè)經(jīng)濟(jì)的各種自然要素和能源資源，而且決定 著城市化發(fā)展的基本形態(tài)和自然系統(tǒng)的基本特征。城市化與資源環(huán)境通過相互作用形成復(fù)雜的非線性的多重反饋系統(tǒng)，協(xié)調(diào)是二者關(guān)系調(diào)控的目標(biāo)。 盛廣耀 (20xx)[13]認(rèn)為，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境消耗之間的倒 U型曲線與城市化與資源環(huán)境消耗強(qiáng)度變化曲線在邏輯上是一致的，是同一個(gè)過程的兩種不同表達(dá)。其含義是，一般而言，城市化的速度和規(guī)模在很大程度上影響著資源環(huán)境消耗的強(qiáng)度和數(shù)量，這是城市化與資源環(huán)境消耗關(guān)系的一般規(guī)律。 以往關(guān)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化、能源消耗的研究既包括理論分析也不乏實(shí)證研究，可以看出，有的研究是以世界范圍的數(shù)據(jù) 為主，從兩兩的關(guān)系人手，給出二者相關(guān)程度借以判定二者的關(guān)系，但少有對二者的因果關(guān)系給出分析。國內(nèi)的研究大多從環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度，運(yùn)用諸如人均國內(nèi)生產(chǎn)總值、人均收入等時(shí)間序列數(shù)據(jù)考察二者的關(guān)聯(lián)性，少有從城市發(fā)展水平與碳排放這一角度進(jìn)行定量研究，而且在環(huán)境指標(biāo)的選取上少有考慮含碳能源消費(fèi)發(fā)生的二氧化碳排放量這一指標(biāo)。 本文擬通過綜合城市化各個(gè)指標(biāo)，采用主成分分析法，得出城市化綜合指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合湖北省碳排放量，對變量的時(shí)序進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)后，運(yùn)用 Granger因果檢驗(yàn)方法，分析城市化與二氧化碳排放量之間 的相互關(guān)系。找出二者之間回歸方程，并進(jìn)行檢驗(yàn)。為解決湖北省低碳城市的發(fā)展提出相應(yīng)的建議。 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）：湖北省城市化與碳排放的協(xié)整分析 4 2 研究區(qū)域概況、數(shù)據(jù)來源與研究方法 研究區(qū)域概況 湖北在中國中部、長江中游、洞庭湖以北，北接河南省，東連安徽省，東南和南鄰江西、湖南兩省，西靠重慶市，西北與陜西省為鄰。面積 ，占全國總面積的 ％，居全國第13位。全省設(shè)有武漢 (副省級城市 )、黃石、十堰、荊州、宜昌、襄陽、鄂州、荊門、孝感、黃岡、咸寧、隨州 12個(gè)地級市，仙桃、天門、潛江 3個(gè)省直管縣級市， 1個(gè)恩施土家族苗族自治州和 1個(gè)神農(nóng)架林區(qū) ；城鎮(zhèn)數(shù)量較多，城市化水平略高于全國平均水平。但城市化水平滯后于工業(yè)化，市鎮(zhèn)發(fā)展重?cái)?shù)量輕質(zhì)量，對資源能源的消耗較大，從而導(dǎo)致了城市環(huán)境問題比較突出。 數(shù)據(jù)來源 本文所采用的數(shù)據(jù)主要來源于《湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒》 (199120xx)，其中，城市化主要選取了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、城市建設(shè)三個(gè)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，在細(xì)分為 10 個(gè)具體指標(biāo)，從而構(gòu)成了城市化的復(fù)合指標(biāo)。碳排放主要選取了煤、石油、天然氣三個(gè)指標(biāo)，把三個(gè)指標(biāo)按照標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)煤。 研究方法 本文利用 軟件，采用主成分分析法，對 10 個(gè)影響指 標(biāo)提取主成分，在此基礎(chǔ)上得到城市化的綜合指標(biāo)，然后利用 軟件對城市化與碳排放進(jìn)行協(xié)整分析與因果關(guān)系的檢驗(yàn)，判斷兩者在長期及短期均衡情況下是否具有因果關(guān)系。 主成分分析 主 成分分析是將將多個(gè)變量通過線性變換以選出較少個(gè)數(shù)重要變量的一種 多元統(tǒng)計(jì)分析 方法，其基本思想是將原隨機(jī)變量的協(xié)方差陣變換成對角陣，然后對多維變量系統(tǒng)進(jìn)行降維處理。其基本模型如下 [12]： 1 11 1 1 12 2 1 1 12 21 1 2 22 2 2 2 21 1 2 2V V VV V VV V Vmmmmp p p p p pm m pM a F a F a FM a F a F a FM a F a F a F??????? ? ? ???????? ? ? ? ?????????? ? ? ? ??????? (1) 其中， …Mp表示 p 個(gè)主成分； mFFF .. ??? 表示 m 個(gè)因子變量； ija 為特征向量； …Vp表示貢獻(xiàn)率。 數(shù)據(jù)的無量綱化處理： 對城市的是個(gè)樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，首先需要對評價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理 , 以消除指標(biāo)之間量綱的不一致和數(shù)量級的差異大等現(xiàn)象 , 依據(jù)式 (2)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理 [13]： 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）：湖北省城市化與碳排放的協(xié)整分析 5 ? ? ? ?m in / m a x m inY ij V ij V i V i V i? ? ? (2) 式中 : Vij為第 i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)第 j個(gè)樣本城市的原始數(shù)據(jù)， Vimax 為樣本城市第 i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的最大值， Vimin為樣本城市第 i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的最小值， Xij 為第 i 項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)第 j 個(gè)樣本城市的指標(biāo)效用值。 主成分分析的基本步驟如下： (1)運(yùn)用 進(jìn)行因子分析，驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否適合做因子分析。一般認(rèn)為分析變量的相關(guān)矩陣中相關(guān)系數(shù)多數(shù)大于 ，則適合做因子分析； (2)計(jì)算特征 向量矩陣，根據(jù)初始成分矩陣與主成分初始特征值，利用如下公式： 主成分 M 的特征向量 [14]： /pm pi pa Z t? (3) 式中， pma 為特征向量， piZ 為初始成分矩陣中的新變量， pttt ,..., 21 為 p 個(gè)主成分的初始特征值。 (3)最后，算出綜合得分系數(shù)，為了使所選取 的主成分更具有代表性，在計(jì)算最終得分的時(shí)候再除以主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率，數(shù)學(xué)模型表達(dá)為： F 綜 =? ? ? ?1 2 1 2M M .. .M / V V Vpp? ? ? ? ?? (4) 協(xié)整分析 協(xié)整的概念是 20世紀(jì) 80年代由恩格爾 (Engle)和格蘭杰 (Granger)提出的。協(xié)整的基本思想是，盡管兩個(gè)或者兩個(gè)以上的變量中每個(gè)都是非平穩(wěn)的，但它們的線性組合有可能相互抵消趨勢項(xiàng)的影響，使該組合成為一個(gè)平穩(wěn)的變量。協(xié)整理論為兩個(gè)或兩個(gè)以上非平穩(wěn)變量之間尋找均衡關(guān)系，以及用存在的協(xié)整關(guān)系的 變量建立動(dòng)態(tài)模型奠定了理論基礎(chǔ) [15]。 序列的平穩(wěn)性檢驗(yàn) 在運(yùn)用協(xié)整理論進(jìn)行分析時(shí)，先要檢驗(yàn)被分析的時(shí)間序列變量是否平穩(wěn)，即是否存在單位根。單位根是表示非平穩(wěn)性的一種方式，單位根檢驗(yàn)就是檢驗(yàn)變量是否穩(wěn)定的過程。應(yīng)用較為常見的是DickeyFuller test(DF 檢驗(yàn) )和 Augmented DickeyFuller test (ADF 檢驗(yàn)，即增廣的 DF 檢驗(yàn) )。本文采用 ADF檢驗(yàn)法，是通過在檢驗(yàn)回歸方程 (5)的右邊加入因變量 ty 的滯后差分項(xiàng)來控制高階序列相關(guān) ，即相應(yīng)的 3 種檢驗(yàn)回歸模型如下 [16]： ?? ? ????? li tititt yyy 1 ??? tli ititt yyay ?? ?? ?????? 11 ??? (5) ?? ?? ??????? li tititt yytay 11 ???? 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）：湖北省城市化與碳排放的協(xié)整分析 6 式中， ty 是待檢驗(yàn)的時(shí)間序列， a 是常數(shù)項(xiàng)， t 為時(shí)間趨勢， l 是因變量的滯后階數(shù)， t? 是隨機(jī)誤差項(xiàng)。 ADF 檢驗(yàn)采用 t 統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，但這個(gè) t 統(tǒng)計(jì)量在原假設(shè)下并不服從 t 分布， Mackinnon 進(jìn)行了大量模擬，給出了 3 個(gè)不同檢驗(yàn)回歸模型以及不同樣本下 t 統(tǒng)計(jì)量在 1%、 5%、 10%檢驗(yàn)水平下的臨界值。若檢驗(yàn) t 統(tǒng)計(jì)量小于臨界值，則拒絕原假設(shè)，也就是不存在單位根，是穩(wěn)定的序列；反之則接受。 協(xié)整檢驗(yàn) 協(xié)整反映了不同時(shí)間序列之間的長期均衡的關(guān)系。為了檢驗(yàn)兩個(gè)時(shí)間序列是否協(xié)整， Engle和 Granger 于 1987 年提出了兩步檢驗(yàn)法，稱為 EG 檢驗(yàn)法。該檢驗(yàn)的前提條件是時(shí) 間序列為同階單整，其基本思想是對回歸方程的殘差進(jìn)行單位根檢驗(yàn)，若殘差序列是平穩(wěn)序列，則表明方程的因變量和解釋變量之間存在協(xié)整關(guān)系，否則不存在協(xié)整關(guān)系。 格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn) 在時(shí)間序列情形下，兩個(gè)經(jīng)濟(jì)變量 X、 Y 之間的 格蘭杰 因果關(guān)系定義為：若在包含了變量 X、Y 的過去信息的條件下，對變量 Y 的預(yù)測效果要優(yōu)于只單獨(dú)由 Y 的過去信息對 Y 進(jìn)行的預(yù)測效果，即變量 X 有助于解釋變量 Y 的將 來變化，則認(rèn)為變量 X 是引致變量 Y 的格蘭杰原因。建立如下模型 [17]： 11mmt i t i j t j tijY X Y u??????? ? ??? (6) 11mmt i t i j t j tijX X Y v??????? ? ??? (7) 其中白噪音 ut 和 vt 假定為不相關(guān)的。 假定當(dāng)前 y 與 y 自身以及 x 的過去值有關(guān)，對 x 也假定了類似的行為。 對式 (6)而言，其零假設(shè) H0 ： α1=α2=…=αq=0 。 對式 (7)而言，其零假設(shè) H0 ： δ1=δ1=…=δs=0 。 分四種情形討論： (1)x 是引起 y 變化的原因，即存在由 x 到 y 的單向因果關(guān)系。若式 (6)中滯后的 x 的系數(shù)估計(jì)值在統(tǒng)計(jì)上整體的顯著不為零，同時(shí)式 (7)中滯后的 y 的系數(shù)估計(jì)值在統(tǒng)計(jì)上整體的顯著為零，則稱 x 是引起 y 變化的原因； (2)y 是引起 x 變化的原因，即存在由 y 到 x 的單向因果關(guān)系。若式 (7)中滯后的 y