基于演化博弈的我國船舶排放控制區(qū)（ECA）規(guī)制策略研究

姜 寶，薛海亮，李 劍 （中國海洋大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，山東 青島 266100）

JIANG Bao,XUE Hailiang,LI Jian (College of Economics,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)

0 引言

航運(yùn)業(yè)由于使用了大量富含氮氧化物（NOx）、柴油顆粒物（PM）和硫氧化物（SOx）的石化能源，嚴(yán)重地污染了我國近海海域和沿海城市的大氣環(huán)境。2014年自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)（NRDC）發(fā)布《船舶和港口空氣污染防治白皮書》指出，船舶燃油的含硫量是車用柴油的100至3 500倍，而一艘中型到大型的集裝箱船使用含硫量為3.5%的燃油，并以最大功率的70%負(fù)荷行駛時(shí)，其一天PM2.5排放總量相當(dāng)于我國50萬輛新貨車一天的排放量，約70%的遠(yuǎn)洋船廢氣排放于距離海岸線400公里內(nèi)的海域，而且船舶廢氣可飄散至較遠(yuǎn)的內(nèi)陸地區(qū)。據(jù)上海市環(huán)境監(jiān)測中心的研究結(jié)果顯示，船舶排放已經(jīng)成為上海大氣污染主要來源之一，SO2、NOx、PM2.5的排放分別占到了12.4%、11.6%及5.6%[1]。為減少船舶排放污染，我國于2015年設(shè)立了船舶排放控制區(qū)（Emission Control Area，ECA），主要包括長三角、珠三角和環(huán)渤海水域，要求自2017年1月1日起，船舶在排放區(qū)域內(nèi)核心港口停泊時(shí)使用含硫量低于0.5%的燃油，并于2019年1月1日起，船舶進(jìn)入排放控制區(qū)使用硫含量低于0.5%的燃油。考慮到使用低硫油會(huì)使船公司的運(yùn)營成本增加20%～40%[2]，作為有限理性決策者，船公司往往不會(huì)主動(dòng)遵守排放規(guī)定，故研究政府的監(jiān)管措施有利于促使船公司遵守排放規(guī)定，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)置船舶排放控制區(qū)的環(huán)保目標(biāo)。

1 文獻(xiàn)綜述

由于國外尤其是歐美地區(qū)較早地設(shè)立了船舶排放控制區(qū)，相關(guān)研究也早于國內(nèi)，主要涉及船舶減排措施選擇（Yewen Gu等，2017）[3]、船舶排放控制區(qū)域內(nèi)的速度和路徑優(yōu)化（Psaraftis和Kontovas,2013；Doudnikoff和Lacoste，2014；Kjetil Fagerholt等，2015）[4-6]、船舶排放控制區(qū)域內(nèi)運(yùn)輸方式的選擇（Medda和Lourdes Trujillo，2010）[7]以及設(shè)置船舶排放控制區(qū)的影響（Trang T和Nicole，2012；Young-Tae Chang等，2018）[8-9]幾個(gè)方面，關(guān)于政府如何制定監(jiān)管措施促使船公司遵守排放規(guī)定的研究較少。國內(nèi)關(guān)于船舶排放控制區(qū)的研究仍處于起步階段，多數(shù)學(xué)者從吸取經(jīng)驗(yàn)的角度為我國船舶排放控制區(qū)設(shè)置及監(jiān)管提出了建議，如董雪和董崗（2015）、曹琳琳和董崗（2017）分別介紹了北美和歐盟船舶排放控制區(qū)的監(jiān)管舉措，并為我國提供了相關(guān)政策建議[10-11]。但二者的討論并未考慮到船舶排放控制政策實(shí)施時(shí)，政府和船公司的真實(shí)行為選擇，提供的建議并不一定是有效的、最優(yōu)的。

事實(shí)上，作為有限理性決策者，船公司往往不會(huì)主動(dòng)降低排放，這一點(diǎn)在我國其他環(huán)境規(guī)制政策實(shí)施時(shí)已經(jīng)有所體現(xiàn)，如在碳減排政策實(shí)施過程中，受政府監(jiān)督不力、企業(yè)及公眾環(huán)境意識(shí)淡薄以及追逐短期利潤最大化等影響，主動(dòng)采取碳減排措施的制造企業(yè)數(shù)量較少[12]。政府為督促船公司遵守排放規(guī)定，會(huì)采取一定的監(jiān)管措施，船公司則會(huì)根據(jù)政府的監(jiān)管力度來調(diào)整其應(yīng)對策略，而政府又根據(jù)船公司對目前監(jiān)管措施的反應(yīng)調(diào)整監(jiān)管策略，經(jīng)過多輪博弈后，最終實(shí)現(xiàn)雙方利益最大化。由此可見，在船公司和政府之間存在動(dòng)態(tài)博弈情形。因此，本文構(gòu)建了政府和船公司的演化博弈模型，通過對雙方的博弈過程及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，為我國船舶排放控制政策能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期效果提供政策建議。

2 政府和船公司演化博弈模型的假設(shè)及建立

2.1 模型假設(shè)。在模型中，本文把因環(huán)境改善所獲得的環(huán)境收益和政府因保護(hù)環(huán)境所得到當(dāng)?shù)鼐用瘛⑸鐣?huì)和上級領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)可的收益統(tǒng)稱為政府收益，考慮到部分船公司會(huì)不遵守排放規(guī)定，使政府收益無法實(shí)現(xiàn)最大化，將船公司遵守排放規(guī)定時(shí)政府的收益定義為π1，船公司不遵守排放規(guī)定時(shí)政府的收益為π2，π1＞π2，當(dāng)政府對船舶行為進(jìn)行監(jiān)管時(shí)，需承擔(dān)相應(yīng)的監(jiān)管成本c，并對船公司的違規(guī)行為給予罰款λ。考慮到監(jiān)管成本，政府不會(huì)對區(qū)域內(nèi)的所有船舶進(jìn)行檢查，因此不能發(fā)現(xiàn)所有的違規(guī)行為，只能以概率x（0≤x≤1）發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為，如果政府發(fā)現(xiàn)船舶違規(guī)行為的概率過低，區(qū)域內(nèi)的環(huán)境污染加劇，政府須支付一定的環(huán)境治理成本c。

對于船公司而言，作為有限理性決策者，出于自身利益最大化的考慮往往不會(huì)主動(dòng)遵守排放規(guī)定，使用含硫量低于0.5%或是更低的燃油，但是隨著政府的監(jiān)管，將會(huì)有部分船公司執(zhí)行排放規(guī)定，尤其是大型的國際航運(yùn)公司如馬士基。故本文假設(shè)區(qū)域內(nèi)將會(huì)有概率y的船公司遵守排放規(guī)定，船公司運(yùn)輸單位產(chǎn)品即單位產(chǎn)出的利潤為r，當(dāng)遵守排放規(guī)制要求時(shí)，利潤為r+Δ，其中Δ是船公司因執(zhí)行排放規(guī)定而獲得的單位產(chǎn)出額外利潤即守法利潤，是單位產(chǎn)出額外收益α即守法收益與所付出的單位產(chǎn)出額外成本β即守法成本的差，而α主要是指船公司執(zhí)行排放規(guī)定時(shí)所獲得的經(jīng)濟(jì)收益m以及社會(huì)收益s之和，β則是指船公司使用低硫油或是降硫設(shè)備所額外承擔(dān)的成本。

基于上述假設(shè)，本文構(gòu)建了政府和船公司博弈的收益矩陣（見表1）。2.2 演化博弈模型建立。設(shè)政府檢查的概率為x，不檢查的概率為1-x；船公司遵守排放規(guī)定的概率為y，不遵守的概率為1-y。則政府不同策略的期望收益和平均期望收益分別為：U11、U12、U1。

表1 政府和船公司博弈的收益矩陣

政府策略的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為：

船公司不同策略的期望收益和平均期望收益分別為：U21、U22、U 2。

船公司策略的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為：

3 政府和船公司演化博弈模型穩(wěn)定性分析

3.1 政府策略的演化穩(wěn)定性分析。根據(jù)政府策略的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程（4）可知：

此時(shí)：

（1） 若 λ-c＜0，由于船公司的任何選擇y∈［0,1 ］，所以恒成立，此時(shí)F'（0）＜0，F(xiàn)'（1）＞0，x=0是演化穩(wěn)定策略，即當(dāng)政府對違規(guī)排放的船公司罰款所得小于其監(jiān)管成本時(shí)，作為有限理性決策者的政府會(huì)選擇不檢查的策略。

（2）若λ-c＞0，此時(shí)政府對違規(guī)排放的船公司罰款所得高于其監(jiān)管成本，需分兩種情況進(jìn)行討論：

3.2 船公司策略的演化穩(wěn)定性分析。根據(jù)政府策略的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程（8）可知：

此時(shí)：

（2） 若-λ＜Δ＜0，需分兩種情況進(jìn)行討論：

3.3 政府和船公司混合策略的演化穩(wěn)定分析。根據(jù)政府和船公司策略選擇的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程（4）、方程（8）來描述雙方策略系統(tǒng)的演化，可知當(dāng)時(shí)，動(dòng)態(tài)演化的博弈系統(tǒng)有五個(gè)Nash均衡點(diǎn)，分別是：

運(yùn)用Friedman提出的方法，通過構(gòu)建該系統(tǒng)的雅可比（Jacobi）矩陣來分析演化博弈均衡點(diǎn)的穩(wěn)定性，則根據(jù)式（4）和式（8）組成的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的雅可比矩陣為：

求得：

分別計(jì)算均衡點(diǎn)A、B、C、D、E處行列式和跡的值，得結(jié)果見表2：

表2 均衡點(diǎn)處雅可比矩陣行列式和跡的值

當(dāng)均衡點(diǎn)處的Det（J）為正，而Tr（J）為負(fù)時(shí)，此均衡點(diǎn)為演化動(dòng)態(tài)過程的局部漸進(jìn)穩(wěn)定不動(dòng)點(diǎn)，對應(yīng)著演化穩(wěn)定策略（ESS）[13]。對以上五個(gè)均衡點(diǎn)處的雅可比矩陣行列式和跡的值進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，只有A,B兩點(diǎn)在滿足相應(yīng)的穩(wěn)定條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)ESS，其穩(wěn)定結(jié)果成立條件如表3：其中，均衡點(diǎn)A 0,（）0即政府不檢查船公司的行為，而船公司也不會(huì)遵守排放規(guī)定。顯而易見，當(dāng)政府監(jiān)管部門檢查船公司的違規(guī)排放行為所獲得罰金收入低于其監(jiān)管成本時(shí)，作為有限理性決策者，對船公司實(shí)行不檢查策略成為政府的占優(yōu)策略。同樣，當(dāng)船公司守法收益低于其守法成本時(shí)，不執(zhí)行排放規(guī)定成為船公司的一個(gè)占優(yōu)策略。均衡點(diǎn)B 0,（）1即政府不檢查船公司的行為，而船公司自覺遵守排放規(guī)定。當(dāng)船公司守法收益高于其守法成本時(shí)，即使政府不對船公司的行為進(jìn)行檢查，船公司也會(huì)自覺遵守排放規(guī)定。

表3 穩(wěn)定結(jié)果成立條件及狀態(tài)分析

從上述均衡點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài)分析可知整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定演化博弈過程。在船舶排放規(guī)定實(shí)施初期，政府缺乏專業(yè)技術(shù)人員和監(jiān)管經(jīng)驗(yàn)，沒有建立完善的懲罰機(jī)制，導(dǎo)致監(jiān)管成本較高而罰金收入較少，對區(qū)域內(nèi)的船舶行為不檢查成為政府部門較為現(xiàn)實(shí)的策略。而在政府檢查力度較輕的初期，由于政府對船公司違規(guī)排放行為的懲罰較為寬松，同時(shí)船公司守法收益又低于其守法成本，受利潤最大化的驅(qū)使，不遵守排放規(guī)定成為船公司的優(yōu)先選擇。因此，系統(tǒng)向著A 0,（）0點(diǎn)方向演進(jìn)。隨著政府獎(jiǎng)懲機(jī)制的不斷完善，低硫油提取技術(shù)的進(jìn)步以及社會(huì)公眾海洋環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，船公司守法收益提升，逐漸超過其守法成本，自覺遵守排放規(guī)定成為船公司主要選擇，政府也無須再對區(qū)域內(nèi)的船舶進(jìn)行檢查。系統(tǒng)會(huì)向著B 0,（）1點(diǎn)方向演進(jìn)。

4 研究結(jié)論和政策建議

4.1 研究結(jié)論

本文通過構(gòu)建政府和船公司的演化博弈模型，分別分析了政府和船公司策略的演化穩(wěn)定性以及二者混合策略下的演化穩(wěn)定性，主要得出以下結(jié)論：（1）當(dāng)Δ＜0時(shí)，即船公司守法收益低于守法成本，加大對船公司的懲罰力度和監(jiān)管密度（x＞-），將會(huì)促使船公司遵守排放規(guī)定，此時(shí)政府仍須付出監(jiān)管成本，并非是社會(huì)福利最優(yōu)的選擇。（2）當(dāng)Δ＞0時(shí)，船公司守法收益高于守法成本，此時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)政府不檢查而船公司自覺遵守排放規(guī)定的納什均衡。

4.2 政策建議

從上述結(jié)論可知，如何提高船公司的守法利潤成為促使其主動(dòng)遵守排放規(guī)定的關(guān)鍵因素，據(jù)此提出以下政策建議：（1）建立船公司社會(huì)責(zé)任綜合評價(jià)體系。目前，我國已經(jīng)建立了中國企業(yè)社會(huì)責(zé)任監(jiān)控與評價(jià)體系，從多角度如環(huán)境績效、社會(huì)績效等綜合評價(jià)企業(yè)承擔(dān)社會(huì)責(zé)任情況。同樣，建立專門針對船公司的社會(huì)責(zé)任綜合評價(jià)體系，將是否遵守船舶排放規(guī)定納入到評價(jià)體系，并根據(jù)船公司的評價(jià)得分設(shè)置相應(yīng)的獎(jiǎng)懲機(jī)制，以此來提升船公司遵守排放規(guī)定時(shí)所獲取的額外經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)收益。（2）加大宣傳、教育，創(chuàng)造有利的社會(huì)和商業(yè)環(huán)境。政府設(shè)立專項(xiàng)資金用于宣傳、教育，使社會(huì)公眾和企業(yè)能夠意識(shí)到設(shè)置船舶排放控制區(qū)的意義和重要性，從而使遵守排放規(guī)定的船公司得到社會(huì)公眾和行業(yè)企業(yè)的認(rèn)可，在商業(yè)競爭中處于更有利的位置，增加船公司遵守排放規(guī)定所獲得的額外經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)收益。（3）提升監(jiān)管密度，引入第三方監(jiān)管。當(dāng)船公司守法收益低于守法成本時(shí)，仍需要政府采取嚴(yán)格的監(jiān)管措施，加大懲罰力度和監(jiān)管密度都是促使船公司遵守排放規(guī)定的有效措施。同時(shí)，為防止因高密度檢查加劇政府財(cái)政負(fù)擔(dān)，可引入第三方監(jiān)管機(jī)制，建立個(gè)人或是組織舉報(bào)制度，從而提高船公司違規(guī)行為被發(fā)現(xiàn)的概率。