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1、城市化进程中人口变动对气候变化的影响机制：理论框架与协整检验姚从容【专题名称】生态环境与保护【专 题 号】N2【复印期号】2013年03期【原文出处】城市发展研究(京)2012年10期第8691，103页【英文标题】Mechanism of Population Change on Climate Change in the Urbanization Process: Theoretical Framework and Co-integration Test【作者简介】姚从容(1977-)，女，经济学博士，南开大学经济学院人口与发展研究所副教授，研究方向：环境经济学，主要研究方向：区域与城市规
2、划(天津)。【内容提要】21世纪人类正面临着气候变化与人口城市化的双重挑战，城市化带动的人口大规模空间集聚，以及现代化生产方式和生活方式对传统方式的替代，使得城市人均碳排放量迅速增加，导致城市热岛效应加剧，局地气候变化显著。论文在Kaya恒等式和STIRPAT模型的基础上，利用协整的方法发现在19782008年间，我国碳排放量与人口规模、城市化水平、产业结构、人均GDP和单位GDP碳排放强度之间存在着长期均衡关系。其中，对碳排放影响最显著的是单位GDP碳强度和人均GDP，其次是人口规模和城市化水平，只有产业结构变动对碳排放的影响是反方向的。寻找适合本国国情的低碳城市化发展模式将成为世界各国面临
3、的重要议题，尤其是对于中国这样一个经济快速发展的人口大国，工业化和城市化是不可阻挡的发展潮流，如何实现人口城市化与减缓气候化的双赢已迫在眉睫。Climate change and population urbanization are dual challenges for human being in the 21st century. As a result of urbanization, per capital carbon emission is increasing rapidly in the urban, which lead to heat island effect and
4、 climate change in the part of regions. Based on the Kaya equation and STIRPAT model, this paper uses the co-integration test, examining the long-time impacts of population urbanization on carbon emission in China. The results show that per capital GDP and per GDP carbon emission, population size, t
5、he level of urbanization, and structure of industry were all important factors determining carbon emission from 1978 to 2008. Seeking the low-carbon urbanization development model should be a serious issue for many countries in the world, especially for the developing country, industrialization and
6、urbanization become impassable trends in the future. Therefore, how to accomplish the win-win situation of population urbanization and climate change mitigation has proved to be an important issue for developing countries.【关 键 词】城市化/人口变动/气候变化/影响机制/协整检验urbanization/population dynamics/climate change/
7、effect mechanism/co-integration testEE222UU1问题的提出21世纪人类正面临着气候变化与人口城市化的双重挑战。在未来几十年里，全球平均气温将以每10年0.20.3的速度上升，如果全球变暖超过2，将使物种、社会和生态系统的适应能力受到严峻考验(Smith，2009)。而最近的科学证据表明，海洋冰层消失、格陵兰和南极冰原融化、海平面上升，以及永久冻土和山地冰川融化的速度比IPCC(2007)第四次评估报告完成时所预计的还要快。尽管科学上的不确定性经常被用作待收集到更多证据后再采取行动控制气候变化的理由，但是，最近这些令人吃惊的现象也说明后果可能比预料的更糟，
8、气候变化威胁着所有国家，已成为人类在新世纪面临的最为复杂的挑战之一(世界银行，2010)。城市是人口和经济活动的高度集中地，也是碳排放的高度密集区，其温室气体排放量约占全球的78%(Stern，2006)。城市化带动经济发展以及人口大规模集聚，导致温室气体和污染物排放成倍增加，城市人口的人均能源消费约为农村人口的3.54倍(何晓萍等，2009)。联合国(2010)预测，20092050年全球人口将从68亿增加到91亿，而居住在城市的人口将从2007年34亿增加到2050年63亿，即未来40年城市人口接近增加1倍。作为世界最大的发展中国家，中国正处于快速工业化和城市化发展阶段，人口持续增长、大规
9、模空间集聚以及经济活动方式的巨大变化带来的气候效应也正在逐渐显现。麦肯锡全球研究所(2008)预测，2025年中国将有约10亿人居住在城市，城市GDP比例将由2007年的75%增加到2020年的90%左右。人口城市化在促进经济增长的同时，也改变了人们的生产方式、居住方式、交通方式和消费观念，城市人口对现代建筑和舒适交通的依赖，不仅增加了化石燃料的消耗，而且增加了温室气体的排放，进而加剧了气候变化与全球变暖。人口从乡村迁往城市的过程，也是从一个低碳消费群体转变为高碳消费群体的过程。城市化带来的生活方式和生产方式的变动成为导致气候变化的关键因素。人口因素不但对降低温室气体排放具有重要影响，而且也对
10、气候变化带来的严重后果意义重大，但同时，人口与气候变化关系又是一个非常缺乏研究的领域(蒋耒文，2010)。本文以Kaya恒等式和STIRPAT模型为基础，通过研究城市化进程中人口变动对碳排放的影响机制，分析人口规模、城市化、经济增长、产业结构及GDP碳强度变动所导致的碳排放变化，测度人口城市化产生的气候效应。2文献综述国内外学者对城市化产生的气候效应展开了大量研究。Karl(1990)对美国城市和乡村观测站进行了全面比较，发现城市增温和人口之间存在明显的非线性关系；Parikh和Shukla(1995)利用发展中国家面板数据研究了城市化进程中的能源利用问题，并针对如何避免城市化阶段温室气体过量
11、排放的问题提出政策建议；Chung U.(2004)研究证明，城市化和工业化是造成韩国近50年平均气温升高的主要因素；Lantz(2006)对加拿大19702000年5个地区面板数据的研究发现，人口总量与排放呈倒U型变化。同时，也有相反的观点，如Tim Dyson(2005)研究表明人口增长、迁移和城市化对于全球变暖和气候变化具有重要影响，然而更为关键的因素是经济发展过程中化石能源的消耗，例如19502000年，全球人口增加了140%，但同期化石能源消费却上升了400%。因此，对于未来长期的气候变化，经济发展模式比人口转变更为关键。近年来的研究表明，人口规模增长、结构变化和家庭户规模缩小对世界
12、各国温室气体的排放都有重要影响，其中，人口老龄化是影响发达国家温室气体排放的重要因素，而人口城市化对于发展中国家具有更重要的意义(Dalton et al., 2008)。David Satterthwaite(2009)通过研究19802005年世界各国碳排放与人口增长及人口城镇化的关系，发现人口城镇化对于碳排放具有显著影响，但是人口总量增长并非全球温室气体排放增长的主要驱动力，因为人口增长速度最快的地区同时也是人均温室气体排放最低的地区。因此，简单控制人口增长的措施不能达到减缓全球气候变化的目的。林伯强(2009)通过对Kaya恒等式的分解，发现经济增长、收入增加和能源强度是影响中国碳排放
13、的显著影响因素。此外，城市化率对排放的影响受各国的经济发展水平、能源消费结构、人均能源消耗、城乡差距等因素的制约(魏一鸣等，2008)。经济增长、人口变动、能源强度和能源消费碳强度是影响碳排放的重要因素。徐国泉等(2006)通过建立中国人均碳排放的因素分解模型，发现经济发展对人均碳排放增长的贡献率呈指数增长，而能源效率和能源结构对抑制人均碳排放的贡献率呈倒U。中国目前正处于城市化和工业化阶段，其能源消费特征是增长快和能源需求刚性。林伯强、刘希颖(2010)利用协整的方法研究了19782008年影响中国碳排放的主要因素，发现人均GDP和能源消费碳强度是影响碳排放最主要的因素，其他依次是能源消费碳
14、强度和城市化，它们每变动1个百分点，分别会带动碳排放总量同方向变动0.95、0.94、0.71和0.22个百分点。李国志、李宗植(2010)运用中国30个省份19952007年数据，分析了人口、经济和技术对排放的影响，发现人口对排放的影响呈现明显的双向性。王锋(2010)运用对数平均Divisia指数分解法，发现19952007年间影响中国排放量的正向驱动因素为人均GDP、交通工具数量、人口规模、经济结构和家庭年均收入，负向驱动因素为生产部门能源强度、交通工具平均运输线路长度和居民生活能源强度。王钦池(2011)通过比较世界人口规模大于100万的62个国家和地区碳排放与人口要素之间的非线性关系
15、，发现不同经济发展水平下的人口增长对碳排放的影响强度不同，发达国家碳排放对人口增长的弹性系数明显大于发展中国家；同时，人口老龄化、家庭规模和城市化等人口因素对碳排放的影响都具有不确定性，既可能正相关，也可能负相关。3城市化进程中人口变动对碳排放的影响机制：一个理论框架本文将人口变动对气候变化的影响机制分为三个层面：人口规模变动产生的气候效应、人口分布变动产生的气候效应和人口结构变动产生的气候效应。人口增长对气候变化的传导机制，可以简单地表现为人均碳排放不变条件下，人口规模增加导致的碳排放总量增长。人口城市化带动的人口大规模空间集聚，以及现代化生活方式对传统生活方式的替代，使得城市人口排放的温室
16、气体和污染物在迅速增加，增加了能源消耗和环境压力，进而导致城市空气质量下降、热岛效应加剧。城市化带动的生产方式变动，不仅表现为产业布局和产业结构变动，而且体现在人们的消费观念、产品结构需求变动所导致的能源强度和能源消费碳强度发生变化；城市化带动生活方式变动，主要体现在居住方式、交通工具、生育意愿及死亡模式等方面，其产生的气候效应，或者通过人口规模变动导致碳排放总量变动，或者通过人均碳排放增加导致碳排放量增长。人口结构变动主要体现为人口老龄化和家庭模式变动对气候变化的影响。人口老龄化已成为全球性的人口发展趋势，目前，世界上几乎所有发达国家的人口年龄结构都已转变为老年型人口，许多发展中国家正在或即
17、将转变为老年型人口。人口老龄化会导致家庭规模变小、劳动人口年龄结构老化、能源消费碳强度和人均碳排放增加等；而家庭规模小型化则意味着家庭户数量的增加和家庭户规模的减小，从而导致人均碳排放增加。图1城市化进程中人口变动对气候变化的影响机制第一部分：人口规模变动产生的气候效应。在有限的生态承载力条件下，人口规模持续增加，带来最直接影响是产生的及其他温室气体总量增加。近年来，国内外学者的研究表明，人口规模对排放量的弹性系数在0.981.65之间(Dietz and Rosa，1997；Shi，2003；York，Rosa and Dietz, 2003；Cole and Neumayer，2004；M
18、atthew，2004；ONeill，2009)。Knapp(1996)通过分析全球碳排放量和人口的因果关系，发现人口增长是全球排放量增长的原因，但两者之间不存在长期协整关系。魏一鸣、刘兰翠等(2008)研究表明，19752003年，人口总量对低收入国家碳排放量的解释作用最大，其次是高收入国家和较低的中等收入国家，对较高的中等收入国家解释作用最小。因此，对于低收入国家，减缓人口增长对于减排的意义相对较大。第二部分：人口分布变动产生的气候效应。从长期看，气候变化在很大程度上决定着人口的历史分布，人口地域分布及空间结构也主要是受自然环境条件和经济发展水平的影响。然而，随着经济发展和社会进步，气候变
19、化对人口分布变动的直接影响越来越弱，而人口迁移和流动对气候变化的影响却越来越显著。工业革命以后，城市化带动经济发展以及人口大规模集聚，导致温室气体和污染物排放成倍增加。伴随着工业化和城市化进程，人均能源消费和排放会随之增长，GDP与排放强度呈现较高水平。工业化基本完成以后，人均能源消费和排放增长会趋于缓慢，技术进步、国际贸易和产业结构转型也会促使排放强度逐渐降低。第三部分：人口结构变动产生的气候效应。人口结构是一个国家或地区各种自然和社会的人口特征的分布状况，主要包括人口自然结构和社会结构，其中，年龄结构和性别结构是受到普遍关注的人口自然结构，婚姻结构和家庭结构是被重点探究的人口社会结构。在本
20、文所构建的分析框架中，重点探讨人口年龄结构变动和家庭结构变动所产生的气候影响。魏一鸣等(2008)实证研究发现，1564岁人口占总人口的比例，对高收入国家和较高的中等收入国家是负向影响，但对较低的中低收入国家是正向影响，这一方面与居民的环保意识、能源效率和节能技术水平有关，另一方面也反映出人口对碳排放量的影响除受客观条件约束之外，还受主观意识的影响，即人类行为对碳排放量有很大的影响。生育率下降导致的人口老龄化会导致家庭规模变小、能源消耗的经济效益降低、温室气体排放量增加，而随着家庭规模的减小，又通常伴随着较低的生育率和较高的经济增长，从而显著增加温室气体排放的总量(United Nations
21、 Population Fund，2009)。4基本模型与数据来源Ehrlich和Holdren(1971)首次运用I-PAT模型表征人类对环境影响因素的复杂性、交错性和动态性，认为人类对环境的影响取决于人口的数量、人们资源使用的规模，以及在生产和消费过程中资源的使用效率和环境安全程度。York、Dieta和Rosa(2003)在此基础上，提出I-PAT模型的随机形式STIRPAT(Stochastic Impacts by Regression on Population，Affluence and Technology)，以此检验人口、经济和技术因素对碳排放的弹性系数。Kaya(1989)
22、提出了Kaya恒等式，通过因式分解方法建立了温室气体排放与人口规模、经济发展水平和能源效率的相互关系。若用GHG表示温室气体排放量，POP表示人口规模，GDP代表国内生产总值，TOE代表能源消费总量，则Kaya恒等式可用下式表示：其中，碳排放量(QC)：化石能源是温室气体排放的主要来源，并且全球能源消费结构中大多以化石能源消费为主，本文采用的碳排放总量数据来源于国际能源署(International Energy Agency，IEA)按行业统计的化石能源排放量。人口指标：选择人口规模(PP)和城市化水平(RU)表征人口总量变动和结构变动，数据来源于历年中国统计年鉴。经济发展指标：人均GDP(
23、PG)和产业结构(SI)，其中，产业结构由第三产业占当年GDP比重表征，数据来源于历年中国统计年鉴；需要说明的是，为了便于国际比较，并且与单位GDP碳排放强度指标保持一致，本文人均GDP数据也来源于国际能源署(IEA，2009)公布的按购买力平价计算的人均GDP，单位为美元，并按2000年不变价格换算。技术指标：单位GDP碳排放强度(GC)，简称GDP碳强度，不仅反映了一个国家或地区的产业结构和经济发展状况，而且反映出当前的技术水平和生产工艺，因此是测度能源效率的重要指标之一。本文运用的单位GDP碳排放强度来源于国际能源署公布的排放量数据，单位为：千克碳/美元，其中GDP数据是以2000年不变
24、价格按购买力平价计算得到。本文样本区间为19782008年，采用的计量分析软件为Eviews 5.0。为了使趋势线性化，消除时间序列中不稳定性和异方差的同时，不改变函数原来的协整关系，对原始数据分别取自然对数，得到序列变量：5协整模型结果分析如果一组非平稳时间序列存在一个平稳的线性组合，即该组合不具有随机趋势，则这组序列就是协整的，该线性组合被称为协整方程，且可被解释为变量之间长期稳定的均衡关系。为了避免时间序列数据的伪回归现象，首先对各变量进行平稳性检验，通过ADF(Augmented Dichey-Fuller)检验和PP(Phillps-Perron)检验，得到所有变量均在1%的显著水平
25、下达到二阶平稳。因此，所有变量符合I(2)，满足构造协整方程组的必要条件，单位根检验结果见表2。本文采用Johansen检验法进行协整检验。Johansen检验是Johansen和Juselius共同提出的一种以VAR模型为基础的检验回归系数的方法，是一种进行多变量协整检验的常用方法。根据MaxEigen统计量的检验结果，在5%的显著性水平下，各变量之间至少存在2个协整关系，考虑在协整关系假定下经过标准化的协整系数，提取一个协整方程如下(括号内为标准差)：协整方程的结果表明，在19782008年间，我国碳排放量与人口规模、城市化水平、产业结构、人均GDP和能源消费碳强度存在着长期均衡关系。上述
26、方程中所有变量均符合其经济意义，且在5%的置信水平下通过t统计量检验，模型整体也具有较高的拟合度。其中，对碳排放影响最显著的是GDP碳强度和人均GDP，它们每变动1个百分点，分别会带动碳排放量同方向变动1.0181和1.0019个百分点；其次是人口规模和城市化水平，它们每变动1个百分点，分别会导致碳排放量同方向变动0.5285和0.3449个百分点；产业结构变动对碳排放的影响是反方向的，即第三产业占GDP比重提高1个百分点，会带来碳排放量下降0.0085个百分点，虽然其系数值较小，但是反映出工业化和城市化进程中，产业结构升级对于减少碳排放的意义是较为显著的。6结论人口城市化和气候变化已成为全球
27、普遍的发展趋势，人口从农村向城市的大规模持续迁移，所带来生产方式和生活方式的巨大变化对气候变化的影响愈加显著。寻找适合本国国情的低碳城市化发展模式将成为世界各国面临的重要议题。本文采用协整的方法，分析了人口增长、城市化、产业结构、人均GDP和单位GDP碳强度变动对碳排放变动产生的影响，得出的研究结论与现有相关文献的结论基本一致，但也存在差异。研究发现GDP碳强度和人均GDP是影响碳排放最主要的因素，其他依次是人口规模、城市化水平和产业结构。因此，人口增长和人类活动是导致全球变暖的主要因素，而城市化带来的生产方式(单位GDP碳强度和产业结构)变动和生活方式(居住方式、交通工具、消费模式和家庭模式
28、)将成为导致气候变化更为关键的因素。本文构建了一个包含人口规模变动、人口分布变动和人口结构变动的城市化进程与气候变化影响机制的理论框架，提出城市化带动的人口大规模空间集聚，以及现代化生活方式对传统生活方式的替代，使得城市排放的温室气体和污染物在迅速增加，增加了能源消耗和环境压力，进而导致城市空气质量下降、局地气候效应显著。但是限于篇幅，只对其中的若干变量进行了实证分析。在后续研究过程中，需要继续关注人口变动在城市化进程中产生的气候效应，如人口老龄化、家庭规模小型化、劳动人口年龄结构老化、劳动力产业结构变动，以及城市家庭人均可支配收入、人均住房建筑面积、人均拥有道路面积、通勤方式等因素对碳排放产
29、生的实际影响，以更加细致的视角探讨城市化带来的生产方式变动和生活方式变动对碳排放产生的长期影响，以期为中国减缓气候变化寻找低碳的人口城市化发展道路。【参考文献】1Smith, J. B., S. H. Schneider, M., et al. Assessing danGerous Climate Change through an Update of the Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC): Reasons for ConcernJ. Proceedings of the National Academy of Science
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