基于主成分分析法的北京市經濟發展與環境污染關系研究

王默玉 慶亞敏 翟清云

摘要

本文以北京市2003-2016年的環境污染、經濟增長的部分指標數據為例，基于主成分分析法財經濟要素進行分析，并研究了經濟發展與環境變化之間的關系通過總體上來看，北京市經濟增長與環境污染大體上呈“N型”，說明當經濟處于較高發展水平時，它會反過來抑制環境的繼續惡化。

【關鍵詞】環境污染 經濟增長 主成分分析

1 引言

經濟與環境如何協同發展一直是我們面臨的重大難題。改革開放以來，北京市的經濟發展速度遙遙領先于其他各省，近15年來經濟總量不斷翻番，其人均地區生產總值已經到達中上等發達國家的水平。在此過程中，工業廢水廢氣排放量與日俱增，環境質量持續下降，2016、2017年北京市空氣質量不達標天數均超過60%，霧霾天氣頻發。由此可見，北京市環境污染情況亟待改善，我們應該正視北京經濟增長與環境污染的關系，探索環境可持續發展和與經濟發展之間的平衡發展之路。

20世紀90年代，國外眾多研究人員致力于經濟增長與環境污染之間關系的研究。他們認為，經濟增長與環境污染之間存在著倒"U”的關系，這就是影響至今的環境庫茲涅茨曲線。即經濟發展起步階段，經濟增長會造成環境質量下降，而當經濟增長到較高水平時，環境污染情況又有所下降。但是，環境庫茲涅茨曲線并不適用于所有經濟體，周亞敏、黃蘇萍通過對北京市1985-2007年環境污染和經濟發展情況的研究表明，庫茲涅茨曲線并不符合北京市環境污染與經濟發展的關系。因此，本文利用北京市2003-2016年的數據，基于主成分分析法構建環境污染綜合評價指標，利用格蘭杰因果分析和脈沖響應分析探究北京市經濟增長于環境污染之間的作用關系，以期對北京市的經濟發展和環境改善提出有價值的建議。

2 數據、變量與模型

2.1 環境污染與經濟增長指標的選取和來源

如表1所示，本文選取多個指標來綜合評價環境污染情況，以提高數據分析的準確度。選取污染物排放量指標來度量環境污染情況，排放量指標選取包括工業廢水排放總量、二氧化硫排放總量、工業氮氧化物排放總量、工業二氧化硫排放量、工業煙（粉）塵排放量和工業固體廢物產生量六個指標。用地區生產總值（GDP）來衡量該地區的經濟水平。數據來源于2003-2016年的《北京市統計年鑒））、《環境統計年報》和《全國環境統計公報》。對于數據的處理和模型構建借助于Pass和Eviews8.0。

從圖1和圖2可以看出，北京市2003-2005年，6個排放量指標基本保持穩定。2006-2010年工業廢水排放量、二氧化硫排放量、工業煙（粉）塵排放量、工業二氧化硫排放量在小幅下降后又逐步上升。2011-2016年，6個排放量指標數據均呈現下降趨勢，其中二氧化硫排放量、工業煙（粉）塵排放量下降幅度較大。圖3可看出，北京市2003-2016年地區生產總值（GDP）逐年上升，該地區經濟穩健增長。可見，2010年后，在經濟快速發展的同時，北京市將環境保護作為工作重心之一，控制自然資源的無度開發和使用，嚴控廢水廢氣的排放，可見績效斐然。

2.2 運用主成分分析法對環境污染進行綜合評價

1933年，Hotelling首次提出主成分分析的概念。它是通過提取出較少的幾項互不干擾的綜合性指標來最大限度的反映出原來較多指標所反映出的信息，這樣一個降維的思想大大降低了運算維度，保證信息量的同時大大提高了計算速度。運用Pass軟件對環境污染水平進行主成分分析，結果見表2。

如圖4所示，第一個主成分到第四個主成分的線段斜率較大，而到第四個主成分后直線趨于平滑。因此，選取3-4個主成分都是較為合適的，結合表2環境污染指標主成分分析結果可知，前四個主成分的累計貢獻率超過85%的標準，達到0.993441592%，因此取前四個主成分作為環境污染的評估量。我們將前四個主成分的累計貢獻率定義為1，由其方差貢獻率求出新的各成分指標的權重值T1、T2、T3、T4，并計算前四主成分的得分矩陣Y_ij（i=1，2…，14;j=1，2，3，4）。Y_ij表示第i個年份第j個指標的單項評價值。根據多指標加權綜合評價模型：

由上式計算可得環境污染的綜合評價值Fi，結果見表3。表3顯示，2003-2016年我國環境污染綜合得分處于波動上升的狀態，在2010年有小幅回落之后又持續上升，即整體環境污染狀況不容樂觀，處于逐步惡化的趨勢。本文用己測算出的環境污染綜合評價得分代表北京環境污染狀況。

從Pass主成分分析結果中看到環境污染綜合指標有小于零的情況，但實際生產中，環境污染排放量不可能為負值，因此，需要將結果中數據整體向上平移固定的單位。最終得到的北京市2003-2016年環境污染綜合指標變化趨勢圖如圖5所示。

分析圖5可以看出，2003-2016年北京市的環境污染狀況大體經歷三個階段。第一個階段是2003-2005年，該時期的北京市經濟發展速度較慢，工廠數量較少，污染物排放量仍處在較低水平，因此，其環境污染現象還未見端倪。第二階段是2006-2010年，這一階段北京市環境污染與經濟的關系曲線呈倒“U”型，符合環境庫茲涅茨曲線。2008年是一個明顯的拐點，北京奧運會拉動了北京經濟高速發展，使其開始邁向了國際大都市的行列，但綠色奧運的理念也讓大眾開始注重北京市的環境狀態，北京市借助已有的經濟的實力和技術去有效的改善和保護環境，因此，2008-2010年環境污染綜合指標呈下降趨勢，可見效果明顯。

3 結論

以上研究表明在經濟發展到一定水平，以及加深對環境的認知之后，我們可以采取一定的技術手段來改善環境。回顧實際，北京市于2005年成立可持續發展促進會，北京市開始利用科學發展推動實施可持續發展戰略，呼吁人類從高速增長的傳統工業發展模式逐步過渡到可持續發展模式，積極探索一條人與自然相和諧的發展道路。因此，到2010年可持續發展之路初見成效，科技的發展開始有助于環境的改善。第三階段是2010年之后，環境污染綜合指標持續上升，這表明北京市環境在改善之后又出現了惡化的現象。這是由于北京市人口越來越多，資源短缺的現象初見端倪，環境與生態也遭到嚴重壞。尤其是大型工廠的數量猛增導致廢氣和廢水排放量加大，環境不斷惡化。可見，北京市目前的環境狀況依然不容樂觀，我們要在發展經濟的同時，注重環境的保護，堅持走生態經濟之路，建設生態文明大首都。

參考文獻

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[2]周亞敏，黃蘇萍.經濟增長與環境污染的關系研究——以北京市為例基于區域面板數據的實證分析[J].國際貿易問題，2010（01）：80-85

[3]紀建悅，于曉黎，方景清.能源消耗對環境污染的沖擊響應模式分析——基于青島市的實證研究[J].科技管理研究，2009（10）：162-164.