基于VAR模型的新疆經濟發展與環境污染的實證分析

(新疆財經大學統計與數據科學學院 新疆 烏魯木齊 830012)

一、引言

隨著社會的發展，經濟水平的不斷提高，人民的生產模式由傳統的手工業向工業再向綠色工業轉變，同時伴隨著能源的消耗以及環境的破壞，環境質量變化的同時也將對經濟發展造成影響，對企業的生產成本，產業結構升級，能源資源消耗、投資成本等經濟活動起到消極影響，從而影響經濟的穩定發展，因此人們也越來越關注經濟與生態環境之間的和諧發展。

目前，已有學者提出了環境與經濟的“倒U”型曲線[1]，隨著研究的發展，描述經濟增長與環境污染之間關系的環境庫茲涅茨曲線也受到廣大研究人員的廣泛應用[2]。目前，我國國內用EKC(環境庫茲涅茨曲線)的也有很多，秦雪以我國海洋經濟為研究對象，表明我國的海洋經濟不完全符合EKC曲線的“倒U”型曲線，部分海域呈現“N型”，“倒N”型等形式[3]。宋建林利用EKC對京津冀地區的經濟與環境進行分析，研究表明不符合“倒U”型的EKC曲線，得出我國要改善企業結構，提高技術水平，從而促進經濟與環境的和諧發展[4]。在以上研究基礎上，選取1990-2017年28年內新疆經濟與描述生態環境的污染物排放變量，構建時間序列的VAR模型并進行實證研究，對新疆的經濟及生態環境的和諧發展提出較合理的意見。

二、新疆經濟發展與環境污染的現狀分析

隨著新疆經濟的發展，截止到2017年，疆內人均GDP已經上升到44941元每人，但隨著經濟的不斷進步，各種環境污染物的排放也呈現上升趨勢。如圖1，我們可以看到，從1990年至2017年，廢水排放、廢氣排放以及固體廢物的排放量整體呈現一種上升的狀態，工業廢水以及固體廢物的排放從2013年起有下降的趨勢，工業廢氣的排放量也從2014年22846.46億標平方米的高值開始減小，這也表明我國的一些對于環境治理的政策取得了一些成果。從總體趨勢上看，三廢的排放量與經濟水平的走勢大致趨向于一致。

圖1 新疆人均GDP與“三廢”排放指標

三、指標選取及模型建立

(一)數據及指標的選取

選取1990至2017年的新疆人均居民收入作為描述新疆經濟發展的指標，以新疆省工業廢氣排放量、廢水排放量以及工業固體廢物排放量為環境污染情況的描述指標。為了時間序列的平穩性，消除可能出現的異方差，我們需要對指標進行對數化處理，用LNAGDP表示人均居民收入，用LNGAS，LNWAT及LNSOL分別代表廢氣、廢水、固體廢物的排放量的變量。以上數據來自于《新疆統計年鑒》及《中國環境統計年鑒》。

(二)研究方法

1.VAR模型

向量自回歸模型由西姆斯(Sims)提出，用于預測和分析隨機擾動項對系統的沖擊，模型將所有的內生變量作為整體變量的滯后項來構造模型，模型表達可以寫出如下形式：

Yt=A1Yt-1+A2Yt-2+…+ApYt-p+B0X1+…+BqXt-q+εt

其中，Yt為k維內生變量，Ai表示的是一個維度為k×k的待估參數i的矩陣，Xt-r為外生變量或滯后的外生變量，p為最大的內生變量滯后階數，r為外生滯后階數。

2.協整檢驗

協整檢驗是對回歸方程的殘差進行ADF檢驗，如果殘差是平穩的，則方程的兩個變量間存在協整關系。

假設有兩個序列x1t和x2t滿足下列條件:

(1)序列x1t、x2t是c階單整的，即xit～I(c),i=1,2。

(2)存在a=(a1,a2)為非零向量，使得a1x1t+a2x2t～I(c-b)，其中 0 < b < c，則稱這兩個序列滿足(c，b)階協整的條件，且稱向量a=(a1,a2)是協整向量。

Johanson 協整檢驗允許多個協整關系的存在，用法較為廣泛。有兩種Johanson 檢驗：基于跡(trace)或者基于特征值(Eigen value)。基本步驟為：先對變量進行ADF檢驗，確保單整水平至少為I(1)，然后選擇最優的滯后期數，再根據系統確定的情況(如是否包含截距項、斜率項等)來確定協整向量的數目。

四、實證分析

(一)平穩性檢驗

在建立向量自回歸模型之前，我們要保持數據的平穩性，因此對數據進行平穩性檢驗，本文使用的是ADF檢驗。從表1中可以看出，取對數后的LNAGDP、LNGAS、LNWAT及LNSOL的在5%的顯著性水平下的ADF值均大于臨界值，故各原始變量的平穩性都處于非平穩狀態，對各變量分別進行一階差分并作ADF檢驗，結果顯示各一階差分后的變量在5%的水平下呈現平穩狀態。

表1 ADF檢驗數據平穩性結果

(二)Johanson 檢驗

由于所有的原始變量都只含有一個單位根，故我們需要進一步的考察變量之間是否存在協整關系。本文用Johanson 檢驗來檢驗變量序列，由于對于協整分析來說，滯后期的長度的選擇起到了至關重要的作用，因此我們要先確認VAR模型的滯后階數，通過LR似然比檢驗、FPE最終預測誤差、AIC信息準則等來選擇最優滯后階數。由表2可知，帶*號的參數值為最小值，故要選擇*號最多的滯后階數。經濟發展(LNAGDP)與廢氣排放(LNGAS)的滯后階數為1，經濟發展與廢水排放量(LNWAT)的滯后階數應該為2，經濟變量與廢氣排放(LNSOL)的滯后階數應該選擇為2階。

表2 VAR滯后階數的選擇

由于三個VAR模型的最優滯后階數都已經確認，我們就可以運用Johanson 檢驗來分別檢驗人均GDP與工業廢氣排放量、人均GDP與工業廢水排放量以及人均GDP與工業固體廢物排放量的三個VAR模型之間的協整關系。由于3個模型在5%的顯著性水平下，都拒絕了沒有協整關系的原假設，而并沒有拒絕至多一個協整關系的原假設，故說明人均GDP與工業廢氣排放量、人均GDP與工業廢水排放量以及人均GDP與工業固體廢物排放量的三個VAR模型之間均存在長期的均衡關系。

表3 Johanson檢驗結果

(三)VAR模型的穩定性檢驗

建立各個變量綜合的VAR模型，利用AR根進行穩定性檢驗，如圖2所示，所有的特征根都落在單位圓內，說明VAR模型是穩定的，且模型有效，下一步我們就可以分析新疆人均GDP與各個環境污染指標間的脈沖響應圖。

圖2 AR根

(四)脈沖響應分析

脈沖響應是說某個變量的隨機誤差的沖擊對所有內生變量當前以及未來的各個時期的影響，橫軸代表著沖擊發生響應的時期，縱軸代表的是對選取變量的沖擊的反應程度，以下圖3是新疆人均GDP與工業廢氣污染變量、工業廢水污染變量、工業固體廢物污染變量兩兩之間的沖擊響應情況。

從圖3可以看出，工業廢氣排放量、工業廢水排放量以及工業固體變量對新疆人均GDP呈現一個拖尾的趨勢。人均生產總值給自身一個脈沖響應，并且達到最值0.06左右，隨后沖擊力度逐漸減弱，直到第五期之后慢慢與零值接近。廢氣污染物給自身一個負向沖擊，在第一期零值之后逐漸減弱，在第二期達到最值-0.02左右，隨后開始緩慢增大，到第五期時已經與零值接近，后面幾起與零值重合。廢水污染給自身一個沖擊之后，會發現沖擊在第一期達到最值0.1以上，在第二期也達到了最值-0.08左右，在第一期到第八期開始大幅度波動，逐漸逐漸減弱，到第九期逐漸與零值重合。固體物污染第一期零值開始沖擊逐漸增大，到第二期達到最值0.07左右，隨后沖擊逐漸減弱，在第六期往后逐漸趨于零值。廢氣污染給人均生產總值一個沖擊之后，在第一期達到最值0.04，隨后開始減弱，到第八期之后逐漸與零值重合。固體污染物給人均生產總值一個沖擊之后，在第二期達到最值0.02，第一期到第二期沖擊力度增加，第二期到第八期沖擊力度剛開始大幅度下降，隨后逐漸減弱，在第八期之后趨于零值。廢水排放污染對人均生產總值一個沖擊之后，在第一期0.04左右上升到第二期的0.07左右，隨后沖擊力度大幅度減弱到第三期0.01左右，隨后開始增加沖擊力度，但是在第五期沖擊力度為零，第六期上升，第七期下降到零；第一期到第九期之間沖擊力度來回波動，剛開始大幅度波動，后面波動逐漸減弱，第七期至第九期波動慢慢平緩，第十期基本與零值重合。綜上所述，廢氣、廢水、固體廢物的排放對經濟增長后期有一定的影響，但相對短期來說影響較弱，相對而言這三個解釋變量中工業廢水對GDP的未來影響要多一些，廢氣污染、廢水污染及工業廢物污染對人均GDP短期時間內都存在正向影響，增加這三個變量會給經濟帶來一定的增加。同時，目前新疆的生產模式廢氣排放、廢水排放、固體廢物排放的增加對經濟將保持長期均衡關系。

五、結論

通過以上的模型分析我們可以得到如下結果：

目前新疆的經濟生產模式還存在一些問題，屬于較為傳統的工業型發展經濟，傳統的高消耗、高污染的經濟增長模式已經無法可持續地支持人類對資源和環境的不斷消費，經濟增長的同時必定帶來大量環境的污染，并不符合國際上較為常見的“倒U”型環境——經濟發展曲線。由脈沖響應圖來看，我們可以發現，工業廢氣污染物排放量、工業廢水污染物的排放量以及工業固體廢物的排放量的增加在短期內對經濟的影響較弱，但隨著時間的推移會引起經濟的同等方向的變動并在長期內處于均衡狀態。一個地區要想進行長期的經濟發展，必須要實現實現綠色生態環境與經濟增長的協調雙贏的局面，因此，對于新疆目前的經濟發展，要想實現經濟與環境的綠色協調發展，還需要對產業結構進行優化，增大科技創新力度，節能減排，建立綠色生態與循環經濟的工業發展模式，實現科技含量高、污染排放少、經濟效益高的新型生產方式。