雙碳視角下長江經濟帶碳排放-經濟-環境耦合協調度分析

劉 濤，徐超毅，張 鑫

（安徽理工大學 經濟與管理學院，安徽 淮南 232001）

1 研究背景

當前我國的社會經濟正處于蓬勃發展階段，經濟增長方式已進入新常態[1-2]，作為碳排放大國，我國一直都將節能減排與環境保護放在重要地位，并開始逐步摒棄以生態環境破壞為代價換來的經濟增長方式，以期實現我國經濟的永續發展。長江經濟帶作為我國經濟發展全局中的重要支撐，其人口與經濟總量超過了全國的40%[3]，擁有巨大的發展潛力且占據重要的生態地位。同時長江經濟帶正面臨著更大的發展挑戰，生態環境狀況形勢嚴峻、區域發展不平衡、產業轉型升級任務艱巨、區域合作機制尚不健全等問題突出[4]。因此在“雙碳”與“共抓大保護、不搞大開發”的背景下，研究長江經濟帶各省市間碳排放、經濟、環境耦合協調狀況，對推動長江經濟帶走生態優先、綠色發展之路具有重要意義。

李建新等[5]采用耦合協調度評價模型及空間計量模型對2007—2016年間長江經濟帶經濟與環境兩系統耦合協調度以及空間分布特征進行了考察，并對耦合協調度低的區域進行了識別與分類；吳傳清等[6]利用耦合協調度模型考察了長江經濟帶產業結構和生態環境的耦合協調水平，發現從上游到下游呈現遞增的階梯狀分布，省市間差異明顯；李強等[7]研究了長江經濟帶經濟發展與生態保護的耦合協調度狀況，得出了經濟發展水平與生態保護的耦合協調度向好發展，進入中級耦合協調的省份在不斷增多的結論；李雪松等[8]深度探析了長江經濟帶經濟-社會-環境三系統耦合協調度水平，發現長江經濟帶雖然區域間耦合協調度異質性顯著，但整體表現良好；肖沁霖等[9]利用耦合協調模型與探索性空間數據分析法論述了長江經濟帶各省市綠色創新發展以及生態治理水平耦合協調度和空間分布特征，結果表明系統間協調發展雖處于較低水平，但是擁有良好的進步潛力；田云等[10]通過耦合協調模型與Tapia模型，發現長江經濟帶農業碳排放與農業增加值總體上完成了由失調到協調的跨越，但區域之間存在明顯差異。

目前關于長江經濟帶系統耦合度的研究主要集中在以下幾個方面：1）對長江經濟帶兩系統間的耦合進行研究；2）對長江經濟帶多個系統兩兩間的耦合進行研究；3）將碳排放作為衡量經濟、環境等系統發展水平的要素，與其他系統進行耦合度研究。綜已有研究，鮮有將碳排放作為一個單獨的子系統納入耦合系統。碳排放與經濟、環境問題息息相關，從環境角度來講，碳排放會導致全球變暖，產生溫室效應，更容易形成極端惡劣天氣，從而危害人們的身體健康和生活質量；從經濟角度來講，碳排放涉及各行各業，所有企業都需要考慮碳排放問題，因此解決碳排放問題需要整個經濟系統里的每一個體開始轉型，并且會帶動相關基礎設施和金融體系的轉型。因此，本文充分考慮了碳排放對長江經濟帶綜合協調發展的影響，將碳排放作為一個重要的獨立系統，探討碳排放-經濟-環境三系統之間的耦合作用機理，并引入空間計量模型，從空間相關性角度對其耦合協調度進行分析，更加直觀地了解碳排放對經濟與環境的影響，為區域高質量協調發展提供決策依據。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

2.1.1 耦合協調度模型

“耦合”的概念最早起源于物理學概念，指多個系統之間相互作用與影響的現象，“耦合度”則用于刻畫系統之間的協調發展水平，是衡量不同子系統之間發展是否有序的指標。碳排放、經濟、環境三者之間相互影響、相互促進，基于此，構建如下碳排放-經濟-環境三系統的耦合度模型：

式中：C為3個子系統的耦合度，且C∈[0, 1]；

U1、U2、U3分別為碳排放、經濟、環境子系統的綜合評價得分。

耦合度只能反映各個系統之間相互作用的強度，而各個系統之間的協調發展程度卻難以體現，因此引入耦合協調模型，對碳排放-經濟-環境三系統之間的協調發展水平進行進一步衡量，模型如下：

式（2）（3）中：D為系統耦合協調度；

T為碳排放-經濟-環境三系統的綜合評價協調指數；

α、β、γ分別為碳排放、經濟、環境子系統的待定系數，考慮碳排放、經濟、環境在社會的可持續發展中起著同樣重要的作用，故令α=β=γ=1/3。

參照已有的研究成果[11]，將耦合度以及耦合協調度劃分為5個等級，見表1。

表1 耦合度與耦合協調度劃分標準Table 1 Classification criteria for coupling degree and coupling coordination degree

2.1.2 耦合協調度空間計量模型

空間自相關模型主要用于研究不同區域之間空間依賴性或空間異質性。空間自相關模型分為全局莫蘭指數（Global Moran’sI）和局部莫蘭指數（Local Moran’sI）。全局莫蘭指數用于檢驗區域是否存在空間自相關現象，其公式為

式中：n為長江經濟帶11個省市的數量；

xi、xj分別為各省市之間的耦合協調度；

wij為空間權重；

S2為耦合協調度標準差；

I∈[-1,1]。

局部莫蘭指數L是對全局莫蘭指數的補充，能夠對具體省市鄰近空間特征值的相似性與相關性進行評價，具體公式為

2.2 指標體系構建

本文借鑒已有文獻[12]，篩選出使用頻率較高的指標，結合研究區域的實際情況與特征，以及數據的可獲得性與指標體系的可操作性，構建碳排放-經濟-環境三系統耦合指標體系，如表2所示。

表2 碳排放-經濟-環境系統綜合評價指標體系Table 2 Comprehensive evaluation index system of carbon emission-economy-environment system

2.2.1 碳排放系統指標選取

在對碳排放系統進行考察時，本文選用以Sbm-Undesirable模型測得的碳排放效率作為碳排放系統的綜合得分。Sbm-Undesirable作為改進的DEA（數據包絡分析法），彌補了傳統DEA方法沒有將產出變量的松弛問題考慮在內的弊端，將“壞產出”納入分析評價體系，使得傳統DEA徑向與角度對測算效率值造成的誤差得以彌補。本文選取的3個投入指標資本存量、城鎮單位從業人員總和、能源消耗量分別代表資金、人力、資源3個方面的投入，其中，資本存量以2008年為基期，利用永續盤存法分別將單位碳排放量GDP與碳排放量作為碳排放效率的期望產出與非期望產出，根據2006年的IPCC制定的國家溫室氣體清單指南與中國碳排放相關參數（見表3），采用碳排放系數法對碳排放量進行測算，具體公式為

表3 8種能源折標準煤系數和碳排放折算系數Table 3 Eight energy conversion coefficients for standard coal and carbon emissions

式中：CO為碳排放總量；

Ei為第i種能源的終端消費量；

SCi為具體能源的折標準煤系數；

CFi為具體能源的碳排放系數。

2.2.2 經濟系統與環境系統指標選取

在對經濟評價系統與環境評價系統進行考察時，參考已有文獻并結合研究區的發展特征，選擇17項指標4大準則層構建綜合評價體系。

在經濟評價系統中，考慮經濟發展水平與經濟發展活力兩個方面，經濟發展水平反映研究區域經濟發展所達到的規模與水準，經濟發展活力可以反映研究區域經濟的增長速度與潛力。環境評價體系從區域環境所面臨的挑戰與對環境采取的保護兩方面加以衡量，即環境壓力與環境保護。

在確定指標的基礎上采用熵權法確定各層級指標的權重，熵權法通過信息熵對各個指標的權重進行計算，是一種客觀的為多指標評價體系賦權的方法。確定各指標權重（見表2），通過各指標的權重，計算子系統的得分，公式如下：

式中：U為子系統得分，本文為經濟系統與環境系統；

Wj為系統中第j項指標的權重；

Pij為第i年第j項指標歸一化后的值；

n為總年份，本文n=12（2008—2019年）。

2.3 數據來源

由于數據統計的滯后性與可得性，本文選取了長江經帶11個省市2008—2019年的數據進行研究，指標體系中涉及價格的變量均按照2008年不變價格進行折算。本文所用數據均選自《中國統計年鑒》《中國工業統計年鑒》《中國能源統計年鑒》，以及長江經濟帶各省市統計年鑒，部分數據來自國家數據網。

3 實證分析

3.1 長江經濟帶耦合協調度分析

基于上述公式，測算出長江經濟帶2008—2019年碳排放效率指數（U1）、經濟發展指數（U2）、環境水平指數（U3）以及三系統耦合度（C）、耦合協調度（D），對相關結果進行分析。長江經濟帶各指標得分及變化趨勢如表4及圖1所示。

圖1 長江經濟帶各指標變化趨勢圖Fig.1 Trend chart of indicators in the Yangtze River Economic Belt

表4 長江經濟帶各指標得分Table 4 Index scores of the Yangtze River Economic Belt

由表4可知，在研究期內長江經濟帶的各子系統都呈現波動增長的態勢，其中經濟發展指數增幅最大，達到135.9%，環境水平指數與碳排放效率指數的增幅約分別為38.3%與29.9%。這說明長江經濟帶3個子系統在2008—2019年間均有較大的發展。其中，環境系統處于絕對優勢地位，這主要是綠色發展觀念逐步強化，長江經濟帶探索出一條生態優先、綠色發展之路，同時推動了經濟的良性發展，經濟系統于2019年成功反超碳排放系統。總體來看，系統之間的發展逐漸平衡，但仍然存在差異化，在綜合水平上呈現環境>經濟>碳排放的總體態勢。

觀察圖1所示長江經濟帶各指標變化趨勢圖可知，2008—2019年的三系統耦合度與耦合協調度均呈上升趨勢，耦合度類型由磨合階段轉變為耦合階段，耦合協調度類型由中度耦合協調轉變為高度耦合協調，表明長江經濟帶三系統間無論是相互影響程度還是協調發展程度都不斷增強。由此可見，2010年12月國務院頒布的《全國主體功能區規劃》對長江經濟帶系統之間協同發展起到了積極的推動作用，規劃強調了長江流域在國土空間開發格局中占據重要地位，長江經濟帶不僅獲得了更多的政策支持，也獲得了更多的關注，隨后《關于依托黃金水道推動長江經濟帶發展的指導意見》、《長江經濟帶發展規劃綱要》等文件相繼出臺，為長江經濟帶的經濟增長、綠色發展、碳排放效率的提高均提供了良好的環境。

為探析長江經濟帶各省市系統耦合度的差異情況，對各省市的耦合度進行分析，得到的耦合度及其變化趨勢如表5和圖2所示。從表5中可知，貴州省的耦合度均值為0.516，處于拮抗階段；江西、云南的耦合度均值分別為0.759, 0.660，處于磨合階段；其余各省市的耦合度均值都大于0.8，都實現了耦合，其中，處于長江下游的江蘇、上海、浙江以及安徽全部進入耦合階段行列，這說明長江經濟帶下游地區在區域可持續發展過程中碳排放、經濟、環境3個系統互為依托，相互之間存在密切的互動關系。

圖2 長江經濟帶各省市耦合度變化趨勢圖Fig.2 Variation trend of coupling degree of provinces and cities in the Yangtze River Economic Belt

表5 長江經濟帶各省市耦合度Table 5 Coupling degree of provinces and cities in the Yangtze River Economic Belt

從圖2中看出，長江經濟帶各省市在研究期內都呈現波動增長的態勢，除了云南、江西、貴州3省，其余各省市于2019年均進入耦合階段，同時，該3省的增幅處于領先地位，表明云南、江西、貴州的三系統之間雖然相互影響的程度較弱，但具有較大的成長性。長江經濟帶各省市耦合協調度結果如表6所示，趨勢變化如圖3所示。

圖3 長江經濟帶各省市耦合協調度變化趨勢圖Fig.3 Variation trend of coupling coordination degree of provinces and cities in the Yangtze River Economic Belt

表6 長江經濟帶各省市耦合協調度Table 6 Coupling coordination degree of provinces and cities in the Yangtze River Economic Belt

由表6可看出，江蘇的耦合協調度水平在長江經濟帶各省市中數值最高，均值達到了0.801；上海、浙江的耦合協調度均值分別以0.778, 0.773位列第二、第三；其余各省市耦合協調度均值主要分布在0.3～0.6之間，屬于中度耦合協調水平；長江經濟帶各省市的耦合協調度區域差異化明顯，呈現“東高西低、下游>中游>上游”的階梯狀地域分布特征。觀察圖3發現，長江經濟帶各省市的耦合協調度均實現了正向增長，其中，江蘇最早在2013年就率先實現了從高度耦合協調向優質耦合協調的轉變，上海與浙江分別于2016年、2019年完成優質耦合協調的轉變，這是由于長三角區域是中國經濟發展最活躍、創新能力最強的區域之一，在推進低碳發展，環境友好發展方面具有重要示范作用；截至2019年，湖北、湖南、安徽的耦合協調度分別為0.704, 0.614, 0.604，處于高度耦合協調水平；四川、江西、重慶、云南、貴州的耦合協調度均處于0.3～0.6之間，屬于中度耦合協調水平。

處于長江上游地區的四川、重慶、云南、貴州均處于中度耦合協調水平，這表明中下游區域的帶動效應并未很好地向上游省市蔓延。同時長江上游地區的城市規模與等級結構的兩極分化根深蒂固，承接成渝外溢和輻射能力有限，造成低碳高質量發展很難全范圍推廣。上游地區雖然發展迅速，但是受城市集聚和規模約制，馬太效應加強導致城市的兩極化更加嚴重，不同層級城市之間資源要素流動受阻，綠色經濟發展受限，造成上游地區協調耦合度不高。

長江經濟帶中游地區的江西、湖北、湖南的協調耦合度均與下游地區有不小差距，問題在于其3個內部城市組團的中心城市武漢、長沙、南昌都處于集聚發展初期，輻射帶動能力不夠強，尚未形成跨省域輻射帶動的經濟中心。同時也因為中部城市群的面積太大，跨越的省份過多，中心城市的輻射作用很難發揮作用，地域差異也會導致低碳政策實施過程有波折。但是總體來看，長江經濟帶各省市的耦合協調度在研究期內呈現穩中有升的發展趨勢，說明系統間協調發展的程度表現為收斂性增長，長江經濟帶碳排放、經濟與環境之間發展的協同性趨好。

3.2 耦合協調度空間溢出效應分析

通過對長江經濟帶三系統的耦合協調度分析，發現各省市的三系統耦合協調度存在明顯的地理差異，因此對耦合協調度進行空間溢出效應分析。

3.2.1 全局空間莫蘭指數

采用Geoda軟件對長江經濟帶的耦合協調度進行全局莫蘭指數計算，結果見表7。當置信度為90%，p<0.1，Z>1.65或Z<-1.65，通過顯著性檢驗，當Moran’sI>0，表示存在正相關；當Moran’sI<0，表示存在負相關；Moran’sI=0，表示空間為隨機分布。

表7 長江經濟帶耦合協調度全局莫蘭指數檢驗結果Table 7 Global Moran index test results of coupling coordination degree of the Yangtze River Economic Belt

由表7看出，2008—2019年長江經濟帶間的全局莫蘭指數均通過顯著性檢驗，表明長江經濟帶存在顯著的空間集聚效應。從變化趨勢看，全局莫蘭指數先增后減，表明長江經濟帶各省市空間聯系經歷了一個先增后減的過程。因初期各省市在三系統協調發展方面存在互相依賴與效仿的現象，隨著全面協調可持續發展的深入與經驗的積累，各省市紛紛探索出適合本地發展的特色模式，完成了模仿到創新的轉變。

3.2.2 局部空間莫蘭指數

為了探究長江經濟帶內部各省市間具體的空間關聯特征，利用局部莫蘭指數對其耦合協調度空間異質性進行測算，限于篇幅，僅列出2008, 2014, 2019年的Lisa圖。將各省市三系統間耦合協調度關聯特征分為5類，即“高-高”聚集，即高值地區被高值地區包圍；“高-低”聚集，即高值地區被低值地區包圍；“低-高”聚集即低值地區被高值地區包圍；“低-低”聚集即低值地區被低值地區包圍；“不顯著”則被認為該區域與周圍區域不存在空間相關性。

由圖4可知，長江經濟帶省市間存在空間相關性的主要集中在上游與下游地區，表現出明顯的區域特征；2008—2019年，安徽省由“低-高”聚集轉變為不顯著，湖南省由“低-低”聚集轉變為“高-低”聚集；江蘇省、上海市、浙江省保持著“高-高”聚集，這表明長三角地區作為我國經濟發展最活躍、開放程度最高、創新能力最強的區域之一，對周邊省市的帶動效果顯著，長三角一體化發展取得成效；湖北省、江西省、重慶市、云南省表現為不顯著，認為三系統耦合協調度在空間上呈隨機分布。

圖4 2008、2014、2019年長江經濟帶各省市耦合協調度空間分異狀況Fig.4 Spatial differentiation of coupling coordination degree of provinces and cities in the Yangtze River Economic Belt in 2008, 2014 and 2019

4 結論與建議

4.1 結論

1）從總體來看，長江經濟帶各子系統在研究期內都呈現波動增長的態勢，子系統發展水平趨于平衡。其中經濟系統漲幅較大，并在2019年成功反超碳排放系統，最終形成了環境>經濟>碳排放的總體態勢。同時，在2008—2019年間，長江經濟帶三系統耦合度與耦合協調度都完成了升級，耦合度類型由磨合階段轉變為耦合階段，耦合協調度類型由中度耦合協調轉變為高度耦合協調。

2）位于長江經濟帶下游的長三角地區的耦合度較高，其余各省除貴州、云南均在2019年實現了耦合。耦合度均值列于末位的貴州、江西、云南的增幅卻處于領先水平，并在2019年仍保持良好增長趨勢，長江經濟帶所有省市全部進入耦合階段指日可待。

3）長江經濟帶各省市的耦合協調度呈明顯的區域異質性，主要表現為“東高西低、下游>中游>上游”的階梯狀地域分布特征。長江下游地區在耦合協調度的初始水平和發展進度上均處于領先地位，但下游區域的帶動效應并未有效釋放，中上游地區處于中度耦合協調水平。各省市的耦合協調度均有發展減速跡象，但中下游地區有較大發展空間與潛力。

4）長江經濟帶耦合協調度存在顯著的空間集聚性，且這種相關性在樣本期內表現為先增再減的變化趨勢。從各省市間的空間相關性來看，長三角地區表現為穩定的“高-高”聚集，這些地區經濟活動聯系緊密，低碳經濟、綠色創新方面空間溢出效應顯著。

4.2 建議

從長江經濟帶發展現狀出發，為促進該區域碳排放-經濟-環境系統高水平協調發展，考慮碳排放作為獨立子系統，完善區域發展戰略，建議如下：

1）優化產業結構，促進經濟轉型。長江經濟帶耦合協調發展的水平還有較大的進步空間，國家應深度挖掘長江流域蘊藏的巨大內需潛力，推動經濟要素跨區域流動，實現資源有效配置。要處理好生態與經濟發展之間的不平衡，引導工業綠色發展，降低長江中上游工業二氧化碳排放強度。

2）促進上中下游深度合作，縮小區域差異。要充分發揮長江流域黃金航道的優勢，打造長江立體交通走廊，由下游帶動中上游腹地發展，努力構建全方位開放新格局、創新區域協調發展體制機制，引導下游地區資本和綠色產業優先在長江經濟帶中上游地區落地，推動長江經濟帶上中下游產業承接與轉移。

3）制定特色戰略，發揮區域優勢。要以碳排放、經濟、環境多系統耦合協調理念為落腳點，根據城市的實際發展情況制定特色方案，依靠改革創新，實現重點突破。鼓勵企業研發或引進先進的綠色生產技術，將其升格為與其他高新技術同等地位，提高企業生產能力和資源利用效率，為后續產業升級提供堅實基礎。