全球創新周期協同性與影響因素
——基于海外專利族測度的實證研究

鄧興華,梁 正,林洲鈺,谷 瑋

(1.清華大學公共管理學院，北京 100084;2.清華大學中國科技政策研究中心,北京 100084;3.暨南大學管理學院,廣東 廣州 510632;4.對外經濟貿易大學，北京 100029)

世界正在進入新一輪的技術創新與產業周期之中，創新活動的活躍程度不斷上升，以人工智能、生物技術、新材料和信息技術等領域為代表的新興技術的快速發展與應用不斷深化。周期性是技術本身的核心特征之一，技術發明轉化創新，必然會經歷從引入、推廣、普及到過時的系列過程，Verner(1960)提出，技術被各國采用的時機與技術周期的階段密切相關。技術創新面臨著顯著的峰谷現象，需要相當時間的漸進性創新積累引導出突破性創新的發生[1]。只有核心技術的突破，才會帶來系列創新的發生，從而導致經濟社會的全面變革。

近年來，創新活動的周期性特征也得到了學者們越來越多的關注。Matsuyama等提出，當有較多技術剛剛進入成熟期時，企業的技術方案選擇較多，新技術的引入難度加大，相對成本高企，企業會更專注于技術推廣和標準化的競爭，從而減少對新技術的開發；而在各技術接近生命周期時，企業面臨的技術競爭加強，新技術對已有技術的替代收益更大，企業更加集中地進行技術創新[2]。因此，技術創新雖然在具體研究項目上表現出隨機性，但在宏觀趨勢上卻會出現創新的波峰和波谷交替出現的狀況。同時，創新活動的周期性也受到經濟周期波動帶來的創新資源約束波動的影響。在具體的技術領域上，由于不同領域的技術開放的偶然性和技術發展路徑的差異，也會存在分領域的技術活動周期性波動。

由于創新活動周期性的存在，從政府政策與企業行為來看，研判創新周期意義重大。采取順周期的研發投入布局，在創新周期剛剛啟動時加大投入，更有可能掌握技術競爭的主動權。同時，隨著研發全球化與技術流動的加劇，在全球范圍內準確預判和把握創新周期的發展，更是企業和國家把握全球競爭優勢的重要手段。

在這一背景下，有關戰略研究和政策部門需要對重點技術的技術周期有所把握，也需要在宏觀層面掌握各國和各領域的創新活動周期變化，并分析了解其背后的關聯因素。為此，本文以創新周期性視角解剖了各國的創新活動，對技術創新的短期波動和長期趨勢進行了有效區分，發現了中國創新活動強勁的長期增長趨勢和相對較大的波動性特征。同時，本文進一步分析了各國創新周期協同性為特征的國際科技活動關聯，并觀察到了中國創新活動的周期性滯后和可能的跟隨性特征。本文進一步識別出了國際人才流動和技術結構趨同，以及對外開放水平提高三大因素對各國間創新周期協同性提高的重要影響，并提出了對應的政策建議。

1 經濟周期協同性和創新周期的提出

運用周期協同性視角分析全球化情境下各國經濟活動的關聯是當前學術研究的熱點之一，隨著長期經濟增長和經濟周期的平穩性成為各國政府的核心政策目標之一，經濟波動的周期化特征越發成為各國政策關注的重點，隨著全球化帶來的經濟周期的跨國傳播與聯動更是研究的重中之重。

現有研究中對經濟周期的國際協同和國內聯動的系列表現和機制研究較多，其中Calderon等指出了各國間的貿易關聯會提高各國的經濟周期協同性[3]，潘文卿等運用中國的數據，采用增加值貿易的核算方法來替代貿易關聯的度量，也得到了中國經濟周期與主要貿易伙伴聯動較密的結論[4]。還有研究分別從雙邊貿易壁壘、金融一體化水平以及垂直分工水平等角度分析了相關因素對兩國間經濟周期的影響，發現經濟周期協同性與雙邊經濟因素關系密切，雙邊一體化水平越高，經濟聯動性越強[5-7]。除了跨國的周期協同效應外，黃玖立等討論了中國省際經濟周期協同特征[8]。這些研究為從宏觀變量的周期性活動的角度提供了參考，也為全球化背景下討論跨區域的經濟活動的關聯性提供了思路。但是目前為止，在實證上運用相關方法來討論創新活動的國內外區域聯動問題的文獻仍較少，創新研究中對周期性的關注尚不足，張耀輝等與潘方卉等討論了中國財政科技投入周期和經濟周期的聯動關系，發現了政府引導的創新活動在經濟周期中的主導作用，形成了從投入領域開展創新活動周期性研究的基礎[9-10]。而對于創新產出的周期性分析，特別是全球視野下的創新周期活動尚未有深入的討論。

本文在上述研究的基礎上，將經濟總產出波動分析的經濟周期視角擴展到以創新產出度量的創新周期視角，開展創新周期的分解和國際協同性的研究。Matsuyama等和Kleinknecht(2016)均考慮了創新產出在時空上的集聚效應，提出創新活動的產出波動也是經濟發展中的重要周期性特征，對判斷一國創新活動和技術發展有著重要影響[2,11]。而在科技全球化的背景下，企業的研發活動會更多地顯示出全球布局[12]，以專利全球化帶來的創新周期的國際協同性更加明顯。因此對創新周期進行度量和分解，解析中國在內的主要創新經濟體的周期活動，準確把握長期趨勢和階段性周期波動，對中國適應全球技術創新趨勢，建設創新型國家有著重要作用。

2 創新產出周期的分解方法與協同性分析

度量各國的創新周期和相關波動，首先要找到可靠的創新產出指標。專利是學界普遍認可的技術創新的主要表征之一，但是在專利的國際比較上，由于各國的專利授權標準不統一，專利質量的異質性成為跨國創新產出比較的重要障礙。因此，我們選擇了海外專利族作為各國有效創新產出的度量工具。通過使用世界知識產權組織WIPO公布的1980—2015年包括190余個國家的海外申請的專利族數作為各國的有效創新指標，來表示各國的主要創新產出。由于各國的數據可得性差異，我們以78個國家1980—2012年的數據作為主要分析對象。所有數據均可在世界知識產權組織統計中心下載。

我們使用這一數據出于兩方面考慮，首先，企業會對真正具備價值的專利進行全球化申請，尋求海外保護，而跨國申請的專利往往有同樣的東道國和審核標準，因此使用海外專利能夠更好地比較各國的高水平創新產出。其次，由于專利的區域性保護特征，簡單計數可能會高估在多個國家申請高質量專利代表的技術數量，因此我們使用了專利族的概念，WIPO中，專利族是指同一項技術在不同國家申請的相近專利的合集，其定義來自于歐洲專利局全球專利數據庫PATSTAT。使用專利族計數，可以準確地識別技術件數，避免不同水平的技術創新由于申請保護的國家不同而造成專利數的差異。因此，這一數據是目前能夠最好地識別以專利產出為代表的創新周期活動的指標，并且由于相關專利數據的長時間性而能夠更好地估計各國創新周期的變動情況。

我們使用宏觀經濟周期研究中最常用的HP濾波法來分解創新周期性波動和長期趨勢。HP(Hodrick-Prescott)濾波法是Hodrick和Prescott(1997)提出的在宏觀經濟中分解長期趨勢和短期波動的主要方法，能將宏觀時間序列轉化識別為長期趨勢和短期周期性變動兩種變化，從而為決策者了解相關波動的變化提供參考。其分解原理如下所示：

假設有序列yt，其中t=1,2,...,T，表示一個時間序列的對數，yt是由一個趨勢項τ和一個周期項c組成的，并有t=τt+ct+?t。給定足夠的正值λ，則可以有下列求解問題：

其中第一項為偏離長期趨勢項的平方和的加總項，即是對周期項估計的最小化。第二項為λ乘子乘以長期趨勢項的二階差分的最小化，表示估計中對長期增長波動的最小化權重，不同的λ取值適用于不同的周期數據，我們在此使用年度數據的默認值。

通過上述計算，我們能夠將在時間上連續的序列取對數以后分解成對應的長期趨勢項τt和周期項ct。我們應用這一方法來分解包括中國、美、日、英、德、印、巴、韓等主要國家在內的全球創新周期的長期趨勢和周期性波動，結果如圖1所示。

圖1展示了包括中國在內的主要國家的專利創新的長期產出趨勢。從圖上可以比較清晰地看到，中國作為后發國家，從1980年以來經歷了海外高水平專利產出從無到有的歷史過程，始終表現出強勁的增長勢頭，在高水平海外專利族代表的創新產出的長期趨勢上，已經逐次超過了巴西、印度和英國等國家，并正在日益拉近和包括德國、美國和日本在內的發達國家的距離。另一方面，從各國的長期趨勢可以看到，美日的技術領先優勢地位比較明顯，其長期處于高位。韓國與中國一樣是創新能力快速提升的主要國家，在長期趨勢上韓國已經顯著超過了德國，正在向美日看齊。另外，從發展趨勢來看，以美、日、德、英為代表的工業化發達國家都體現出了較為穩定的創新產出趨勢，并且以美、日為代表的發達經濟體的創新產出更是穩中有升，而以中國、巴西和印度為代表的發展中國家和包括韓國在內的新興經濟體，在高水平創新的產出上都表現出快速增長的趨勢，僅在增長速度上有所差別。

圖1 主要國家海外專利族計數的長期創新趨勢

從長期趨勢分解結果來看，中國作為發展中國家的代表，有望較快達到高水平發達國家的創新產出水平，并在2020年前后可能達到和超過包括德國在內的工業化國家的創新產出規模。這為中國建設創新型國家的系列目標實現的可能性提供了實現依據。另一方面，韓國也有較大可能躋身全球創新規模前列國家。此外，印度、巴西等發展中國家雖然創新產出的增速低于中國，但其創新潛力也相當可觀，其中印度有可能在下一個10～20年在高水平的創新產出的總量上也達到英國的水平。通過定義精確可比的創新產出變量的周期性分解，能夠給我們判定全球創新活動的長期趨勢提供重要的啟示。

圖2與圖3展示了我們在各國的創新產出中剔除了長期趨勢后剩下的短期波動情況。其中圖2是分解的原始變量，而圖3是將主要波動進行周期性平滑以后的結果。兩圖都反映了各國創新活動中波動周期的時間長度。首先我們從圖中可以看到，各國的創新產出都表現出了類似的周期性波動特征。首先，各國的創新周期時間大體相同，以中國為例，其兩個創新的高峰之間差距在18年左右，而韓國、印度和日本等國均表現出類似的周期情況。這說明創新周期在時間上屬于中長期周期，相關創新高峰可能需要足夠的時間來醞釀。同時，這一時間長度與中國中長期科技發展規劃長度較為接近，說明了科技規劃時段設置是較為科學的。其次，從周期性特征來看，發展中國家的創新產出波動較大，而發達國家的創新產出波動較小，這反映出發達國家的創新活動更為穩定。再次，無論是創新的高峰期還是創新的低谷期，中國都滯后于其他主要創新經濟體的峰谷期。這可能反映出中國在過往的創新中還存在一定的跟隨性，也可能反映出由于以國家投入為主，中國的創新投入對于主題的選擇和創新領域的變化不夠靈活，因而在主要的研究方向上有一定程度的滯后。此外，2008年的金融危機對各國的創新活動都產生了負面沖擊，但這種沖擊隨著近兩年的創新產出的回升已經基本消化完畢。當前包括中國在內的多個國家都處于一種新的創新活動增加的小周期的起點上。因此，充分利用各國近年來創新活動上升的周期性因素應該成為中國科技政策中的重點參考因素。

圖2 主要國家創新波動特征

圖3 主要國家創新周期性特征(平滑后)

在分解出具體的波動因素后，我們再進一步考慮全球化背景下各國的創新活動波動性協動的影響機制。我們可以看到各國的波動呈現著比較相似的情況，一定程度上呈現出先后關聯的傳導特征，并且這種聯動性隨著時間的變化而逐漸加強。因此，我們使用Duval等使用的周期協同的準相關性來考慮國際的創新周期協同的特點,這一指標能捕捉隨時變化的相關性的方向和幅度,但絕對值可能會大于標準相關系數的[-1,+1]區間。其主要計算方式如下：

(1)

圖4 中國與主要國家間的創新周期關聯性

表1是不同時段的中國創新產出周期波動與主要國家的創新產出的準相關系數均值。我們可以看到，從20世紀80年代以來，中國與主要創新經濟體間的關聯性都在逐步提高，其中與德國、日本等傳統上技術往來比較密切的國家的創新周期一直保持著較強的相關性，而與美、英等發達國家的創新活動周期的相關性也快速增長。

圖4展示了中國與主要國家間的創新周期的年度關聯，其中顯示中國的創新周期的國際關聯性有兩個階段性特征，第一階段是與全球主要創新經濟體的周期大幅負相關(20世紀90年代之前)，到相關性滯后(20世紀90年代中期)，第二階段是從2002年入世以來的正相關，中國與其他國家的創新活動的關聯性越來越緊密。這一方面顯現出當前全球化的層次日益深化，另一方面也反映出中國在入世以后，創新活動與全球化的關系日益密切，在創新周期上與主要創新經濟體實現了同步推進。

表1 中國與主要創新經濟體間的創新產出波動關聯性均值

3 創新周期協同性影響因素的實證分析

兩國的創新周期協同，是兩國技術產出同步的重要表現和結果，也反映著兩國的科技合作空間。需要進一步分析各國間創新周期協同性的主要因素，以考察哪些領域國際化進程推進了中國創新活動的全球化，進而影響到中國創新周期的全球化聯動情況。我們使用討論雙邊經濟關系的標準實證模型——引力模型來討論這一問題。我們使用如下的實證模型：

QCORRInnovatoinijt=αit+ajt+at+β0+β1ln(Distij)+β2Borderij+β3ComLangij+β4ComLegalij+β5IncomeDistijt+β6BITijt+β7RTAijt+β8lnTradeijt+β9InventorFlowijt+β11TechStructureSimilarijt+εijt

(2)

引力模型是在研究雙邊活動中最常見的模型之一，也有大量的文獻研究形成了雙邊活動的主要影響因素，本文從探索這些影響因素的可能存在影響出發，因此在模型中我們盡可能多的囊括了雙邊經濟中可能影響雙邊創新活動的因素，包括雙邊的地理歷史因素，雙邊經貿相關因素以及兩國間的創新合作的緊密程度等。為了控制計量的規范性和減少遺漏變量的可能性，我們控制了兩國各自的國家X時間的固定效應。這種固定效應控制了各國自身的宏觀變化趨勢，包括一國的GDP增長和人口增長等。從而為影響兩國創新周期協同性的雙邊影響因素提供標準化的模式。

表2 影響因素分組

如表2所示，在控制系列固定效應之后，可能影響兩國間創新周期的雙邊因素可分為地理制度因素、經濟關聯因素和技術交流因素。因為兩國間的地理和制度的相鄰性、經濟的往來和技術交流以及相似水平都有可能影響兩國的創新周期的協同性。而在未來中國的科技創新的國際開放戰略中，綜合考慮上述三個方面，能夠對技術跟隨的對象國和合作方選擇有著重要意義。

表3 創新周期協同性的主要決定因素

注：***、**、*分別代表在1%、5%和10%水平上顯著，括號內是異方差調整后的穩健標準誤。

表3展示了我們實證的基本結果。其中(1)～(4)欄分別是按照我們前述討論的幾種因素的不同影響。(1)列和(2)列顯示，在只考慮地理和制度的因素時，雙邊的距離會顯著降低兩國的創新周期的協同度，而兩國間的制度起源相似性則可能會起到正向作用。但在我們進一步增加控制其他因素時，這一作用變得不再顯著。同時，兩國的經濟水平差距始終有穩健的負向影響，說明發展水平接近的國家間在同層面的創新產出可能更為類似。另一方面，我們沒有觀察到區域貿易協定對創新周期聯動的正面影響，這意味著全球價值鏈的分工和市場開放與產業開放的生產一體化水平的提高并不能直接帶來兩國間科技創新活動的聯動。但是實證分析呈現出兩國間技術交流對于兩國創新活動協同的決定性影響，(4)列顯示出，雙邊關系的多數作用都是通過發明人的流動性和創新結構的相似性這兩個效應中介產生的。即在我們加入這兩個變量之后，地理和制度因素不再顯著。同時兩國間的創新結構的相似性，以及兩國間的發明人流動的水平，對雙邊創新周期的協同性有著非常顯著的正向作用，這說明高端創新人員的流動和創新結構上的提高可以顯著提升兩國創新的產出。這也印證了創新周期的協同性本質還是科技活動的往來和聯動，經濟活動的影響更多是通過影響雙邊科技交流和創新方向的趨同來實現的。

綜上，實證檢驗的結論可以簡要總結如下：①地理因素對創新周期協同有負面影響，但不是創新周期協同的不可逾越的阻礙因素，其主要是阻礙了科研人員的跨國流動和科技方攻關方向的趨同。②提高發達國家科技人員流入水平，在學科和領域布局上完善創新結構可以有效提高中國創新周期與發達國家創新周期的協同性。③對外開放政策帶來的分工效應對創新活動可能沒有直接存在負面影響。

這些實證結果能夠協助我們更好的理解表1中中國與各發達國家的創新周期關聯性向負相關轉向越來越緊密的正向關的過程。首先，相鄰國家間的信息共享和互動有利于兩國間在創新技術、信息、人員上的共同協作，因此地理制度的負面影響確實可能存在，中國與歐盟、美國等早先的創新周期的負相關，一定程度也是距離效應可能帶來的。但是我們進一步看到，這種效應核心中介是兩國間的科研人員往來和創新結構的相似性，這意味著只要兩國間有充分的人員交流和類似的學科布局和技術領域設置，兩國間地理上的技術創新周期的差異是完全可以克服的。中國自改革開放以來(表1所示創新周期關聯第二階段)，科技經費投入不斷提升，科研布局不斷深化，人員開放交流，既有向發達國家學習的過程，也有學成回國產生技術溢出效應的過程，因此在這一階段，中國創新周期就逐漸和發達國家趨同了，并在加入WTO之后由于更開放的國際創新環境進一步強化。另外我們也需要注意的是，如果考慮到創新周期的協同意味著兩國間的科技合作的可能性和協調性時，發展水平和語言因素還是中國開展技術創新國際合作的重要因素，技術創新一定程度上要與一國的發展水平有關。這意味著繼續培養掌握國際技術語言，能夠開展與包括印、巴在內的發展中國家的創新合作也對中國的技術創新有著重要的影響。最后，我們可以看到投資貿易的一體化并不會給后發國家追趕發達國家的技術創新步伐提供太多的助力，甚至還有一定的負面影響。這是由于后發國家的技術創新的追趕特征和經濟一體化的分工鎖定效應的內在沖突決定的。因此要繼續提升中國的創新水平，就要在繼續推動對外開放的條件下注重特定產業的創新與趕超，要實現在特定領域的技術創新的周期領先于發達國家，才能夠更好地把握創新對發展的重要作用。

4 結論與啟示

本文從周期協同性視角，利用世界知識產權組織(WIPO)公布的各國的海外專利族數據作為各國的創新技術產出度量，在克服各國創新產出可比性不足的問題的基礎上，識別出中國和世界主要創新經濟體的高水平創新產出的長期趨勢及其創新波動的周期現象，并進一步運用周期協同性分析視角，對影響各國間創新周期協同性的主要因素進行了分析，得到以下結論和啟示：

(1)中國在高水平創新產出的長期趨勢上正在快速接近日、美、韓、德等發達經濟體，并有望在未來若干年內實現有效趕超，實現建設創新型國家的相關目標。這反映出中國在高質量創新上的強大增長動力，也說明創新由量向質的轉化趨勢。本文使用的分析工具可以清晰看到中國與日、美、德的現有差距和明晰的追趕前景。

(2)中國與主要創新型經濟體的創新產出都表現出明顯的周期性特征，其中包括中國在內的發展中國家的創新周期波動較發達國家的波動更大，中國的創新周期滯后于其他發展中國家和新興經濟體國家。這可能部分反映出中國科技領域在選題、方法、技術路線等方面的跟隨、跟蹤等時代性特征和歷史過程。

(3)以發明人為代表的高水平科技人才的國際流動和創新結構深化是有效推動創新周期協同變動的主要推力。創新活動的全球聯動本質上是科技創新活動的趨同和科技人才流動的結果，吸引發達國家關鍵領域的人才是中國把握技術革命周期趨勢的重中之重。要繼續推進創新人才的國際化，通過設立一帶一路聯合實驗室和健全開放、科技人員與青年科學家的配套服務體系等措施，推動各科技領域的全面發展和深化改革，實現和發達國家創新主體的有效對接和全領域的互動。

(4)在當前的全球經濟一體化過程中，發達國家正在推進的創新—生產環節的分工模式對中國技術創新追趕有可能存在不利影響，一定程度會對創新周期的協同性產生負面作用。要準確理解和把握中國作為后發國家在創新周期上的追趕性特征和國際生產一體化的分工內涵的內在矛盾，在把握包容性國際化、堅持對外開放的基礎上推進生產發展和創新驅動發展模式的有機結合。

要實現上述目標，可以繼續強化對相關海外專利產出的識別和監控，通過數據開放和新興技術手段，對包括專利、論文等創新活動數據進行及時分析和研判，及時把握國際科技發展動向和各國差距。引導和鼓勵科技人才的國際交流，營造良好的各國科技人才來華創新創業的機制環境和研究氛圍，吸引一批關鍵領域的國際領域人才，推進科技結構多元化布局，引導設定鼓勵關鍵領域的高水平科技規劃，聚焦優勢資源進行突破攻關，合理利用國際創新周期的潮流和趨勢，從而實現創新型國家和包容性發展的有機結合。

[1]VERNON R.International investment and international trade in the product cycle[J].The quarterly journal of economics，1966,60(2)190-207.

[2]MATSUYAMA K，SUSHKO I，GARDINI L.Globalization and synchronization of innovation cycles[R].Discussion Paper Series from Action IS1104“The EU in the new complex geography of economic systems：models，tools and policy evaluation”，2014.

[3]CALDERON C，CHONG A，STEIN E.Trade intensity and business cycle synchronization：Are developing countries any different[J].Journal of international economics，2007，71(1)：2-21.

[4]潘文卿,婁瑩,李宏彬.價值鏈貿易與經濟周期的聯動:國際規律及中國經驗[J].經濟研究,2015(11):20-33.

[5]CERQUEIRA P A，MARTINS R.Measuring the determinants of business cycle synchronization using a panel approach[J].Economics letters，2009，102(2)：106-108.

[6]DAVIS J S.Financial integration and international business cycle co-movement[J].Journal of monetary economics，2014，64：99-111.

[7]KOSE M A，YI K M.International trade and business cycles：is vertical specialization the missing link[J].The American economic review，2001，91(2)：371-375.

[8]黃玖立,李坤望,黎德福.中國地區實際經濟周期的協同性[J].世界經濟,2011(09):19-41.

[9]張耀輝,丁重.政府主導外生技術創新與經濟周期[J].產經評論,2011(03):25-35.

[10]潘方卉,李翠霞,樊斌.財政科技投入周期與經濟周期協同性的馬爾科夫區制轉移模型[J].中國科技論壇,2015(03):42-47.

[11]KLEINKNECHT A.Innovation patterns in crisis and prosperity：Schumpeter’s long cycle reconsidered[M].Springer，2016.

[12]梁正,薛瀾,朱琴,朱雪祎.研發全球化與本土知識交流:對北京跨國公司研發機構的經驗分析[J].世界經濟,2008(02):3-16.

[13]DUVAL R，LI N，SARAF R，et al.Value-added trade and business cycle synchronization[J].Journal of international economics，2016，99：251-262.