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内容提要：基于变协整检验和双阈值误差修正模型，分析我国1953～2015年经济增长和碳排放的长期非线性协整关系和短期非对称调整效果。结果显示，我国经济增长和碳排放的协整关系在1980年前后发生了显著的结构变化，且结构变化的类型符合环境库兹涅茨曲线的倒“U”型特征。从新中国成立初期到改革开放初期，经济增长与碳排放的均衡关系并不稳定。而改革开放至今两者的短期动态调整存在显著的非对称特征：经济发展水平较低的阶段，经济增长的回调速度更快;经济发展水平较高的阶段，碳排放的回调速度更快。
关键词：经济增长;碳排放;阈值效应
中图分类号：F201
文献标识码：A 文章编号：1003-7543（2019）02-0037-09
自从环境库兹涅茨曲线提出以来，经济发展与环境质量之间的关系一直是学术界讨论的一个重点话题。相关研究主要从两个维度展开：一是从理论层面上解释两者内在的联动机制;二是从实证层面上分析两者的长期均衡关系和短期动态行为。近年来，部分学者基于不同数据和方法对我国经济发展和环境质量之间的关系开展了大量的实证研究，但研究结果存在较大的差异。本文以1953～2015年碳排放和GDP的数据为基础对我国经济发展与环境质量的关系进行分析。本文首先采用变协整检验的方法来判断经济发展与环境质量之间非线性长期均衡关系的转折点，进而在考虑结构变化的基础上，采用双阈值误差修正模型讨论经济发展和环境质量之间是否存在非线性的短期回调机制。
一、相关文献评述
环境库兹涅茨曲线作为经验性证据，描述了经济发展和环境质量的长期非线性均衡关系。此后，发展经济学和环境经济学的一个重要的研究方向就是探索经济发展与环境质量背后的理论联系，从而揭示非线性均衡的形成机制。与此同时，更大量的研究则采用不同时期、不同国家和不同环境质量指标的数据，基于不同方法尝试验证经济发展与环境质量的一般性规律。
（一）經济发展与环境质量的理论联系
目前，环境经济学家形成的一个基本共识是：经济发展与环境质量之间存在双向的影响机制。从长期来看，经济发展对环境质量的影响效果主要通过规模效应、结构效应和技术效应三种路径实现[1-2]。随着发展初期经济规模的扩大，经济发展对资源的粗放式消耗会造成环境污染加剧。但同时，经济规模的扩大有助于市场机制的完善，而市场机制优化资源配置的功能可以在一定程度上约束资源的粗放式开发，从而对环境产生正面影响[3-4]。结构效应是指环境质量会受到经济发展过程中产业结构调整的影响。一方面，随着收入增加，人们对环境质量的需求水平上升且需求弹性下降，从而拉动环境友好型产业的发展并促进环境质量的改善[15-6]。另一方面，不断扩大的国际贸易通过外商直接投资等方式造成技术扩散或污染转嫁，从而对进口国和出口国的产业结构和环境质量造成影响[7]。技术效应是指随着经济不断发展，节能减排技术和污染治理技术的不断进步可以实现单位能耗的下降和环境质量的改善。
经济发展通过这三种效应同时影响环境质量，且这三种效应并没有清晰的界限。经济发展初期主要表现为规模效应的负面影响效果，随后规模效应的正面影响以及结构效应和技术效应会不断抵消这种负面效果，从而使环境污染水平伴随经济发展表现为先上升而后下降的倒“U”型关系。
与此同时，环境质量从治污成本、环境质量需求和国家环境规制三个角度对经济发展产生影响。通过在增长理论的相关模型中引入环境质量因素，现有研究证明了环境污染的治理成本对经济发展均衡路径造成的影响[8-9]。当经济体用于保护环境同化能力的投资不能弥补经济增长带来的环境破坏时，环境质量会制约经济发展[9]。另外，上述结构效应也反映了环境质量需求变化对经济发展的反馈作用。环境质量需求上升和国家规制的加强会通过影响环境保护投入和生产技术变革等途径对经济发展产生长期的导向性影响[10-11]。这种环境对于经济的反馈机制往往具有一定的滞后性，表现为长期影响。
事实上，经济发展与环境质量的直接联系体现在生产过程中。无论是经济发展对环境质量的影响，还是环境污染对经济发展的制约，各种影响路径最终都表现为对生产结构、产量或者生产技术的影响。例如，规模效应的负向效果表现为粗放式地增加生产要素消耗量，其正向效应则是促进了生产要素的优化配置从而约束生产要素的消耗;结构效应的影响效果反映在生产结构的优化上;技术效应的影响效果表现为提高生产要素利用率，或者减少单位产出的能耗。
因此，与其说经济发展与环境污染相互影响，不如说两者是伴生于生产过程的内生性系统。在该系统内，只要影响生产过程的外生因素没有发生显著的变化，经济发展与环境污染就可以保持稳定的均衡关系。相应地，任何影响生产过程的活动都会造成两者均衡关系的变化。因此，从短时期来看，经济发展与环境质量保持线性的均衡关系，而从长时期来看，随着生产过程的变革，两者则呈现非线性的均衡关系。
（二）经济发展与环境质量的实证研究
相比之下，更多的研究致力于在数据基础上检验和分析经济增长和环境质量之间的关联。从研究内容来看，相关的实证研究主要从长期均衡和短期调整两个角度讨论经济增长和环境质量的动态行为。
以长期均衡来看，现有研究主要关注经济发展和环境质量的长期非线性均衡关系。基于不同地区或不同环境质量指标的历史数据，包括经典的倒“U”型、“N”型和倒“N”型等多种基于预设函数形式的非线性形态都得到了验证[12-15]。但是，由于预设函数、时期跨度存在差异等，即使是对同一个国家，不同研究所得出的结论也存在明显的差异。例如，陈华文与刘康兵[16]的研究表明上海市倒“U”型的转折点出现在人均GDP为2990元;包群与彭水军[17]的研究认为我国倒“U”型的转折点高于30000元/人，而张成等[14]的研究结论则显示我国倒“U”型转折点在6639元/人。
由于预设函数形式的方法存在由反向因果和模型误设等原因导致的内生性问题，因而后续的研究通常采用更为先进的计量方法验证经济发展和环境质量的长期均衡关系。例如，杨子晖利用非线性Granger因果检验证实了从长期来看发展中国家存在环境质量对经济发展的反馈影响机制[18]。包群、彭水军通过联立方程模型试图解决经济发展和环境质量之间的内生性问题[17]。吴雪萍等采用半参数空间计量模型来检验经济增长与空气污染的非线性关系，其拟合效果较普通参数模型更优[19]。
此外，因为诸多不可观测的外生因素会对经济发展和环境质量造成瞬时冲击，因此，分析两者的短期动态行为也成为实证研究的目标之一。这类研究主要基于误差修正模型讨论当经济发展和环境质量的短期变化脱离长期均衡时是否存在回调机制。这种回调机制既可能来自长期均衡关系自发的拉动作用，又可能来自短期的规制性政策。考虑到这种回调机制可能在不同区制内表现为非线性，因而，非线性误差修正模型也得到了广泛的应用[20-22]。然而，由于经济发展和环境质量的长期均衡关系本身就可能表现为非线性，因而不能直接采用误差修正模型在较长时期内分析两者的短期动态行为。
本文基于1953～2015年的时间跨度分析我国经济发展与环境质量的长期均衡和短期动态行为。本文采用变协整分析方法检验我国经济发展和环境质量的长期非线性均衡关系，由此判断两者间的均衡关系是否发生显著的结构突变。进而在考虑结构变化的基础上，采用阈值误差修正模型讨论两者间的短期非线性调整问题。
二、数据来源与描述
在经济发展与环境质量关系的实证研究中，人均实际GDP通常被作为衡量经济发展水平的指标。环境质量的测度指标则相对广泛，主要包括碳排放量、硫排放量、氮排放量、空气污染指数、工业污染物排放量，等等。本文采用多数研究中使用的碳排放量指标作为衡量环境质量或环境污染程度的指标。
获取碳排放量的历史数据主要有两种途径：一是采用主要化石能源的消费量数据，按照碳排放系数折算出碳排放量数据;二是直接采用世界银行、世界二氧化碳信息分析中心等机构提供的碳排放量估算数据。由于统计口径的差异，两种途径得到的碳排放量数据存在一定的差异，但变化趋势高度吻合。考虑到数据的可获得性，本文采用世界二氧化碳信息分析中心公布的碳排放数据用于后文的分析，时间跨度为1953～2015年。
由图1（下页）可知，我国人均GDP与人均碳排放从20世纪50年代初开始呈现同步的指数上升趋势。相比之下，人均GDP的上升曲线更加光滑，而人均碳排放的上升曲线在局部短期有明显波动。进入21世纪后，我国人均碳排放量的上升速度较人均GDP更快，从2012年起，人均碳排放的增长速度明显放缓。
从单位GDP的碳排放量（后文称“单位碳排放”）来看，从新中国成立初期到20世纪70年代末，我国单位碳排放基本表现为上升趋势，而从80年代初以后则表现为明显的下降趋势，基本符合环境库兹涅茨曲线描述的倒“U”型特征。
三、检验结果及其分析原序列的对数值。表1分别报告了对原序列和对数序列进行的ADF检验和含结构突变的ZA检验[23]的结果。
根据表1中ZA检验的结果可知.在样本期以内，我国人均GDP和人均碳排放序列都没有识别出显著的结构断点。结合ADF检验结果可知，两个原序列差分以后仍然不平稳，而对数序列则为一阶平稳过程。因此，后文的分析使用对数化的序列。
接着对我国人均GDP和人均碳排放序列进行协整分析，表2报告了协整检验的结果。EG检验的结果显示，人均GDP与人均碳排放之间不存在显著的线性协整关系。这与相关研究的检验结果相一致，说明了随着时间的推移，经济增长与碳排放之间并不存在长期稳定的线性均衡关系。为了验证两者之间是否存在非线性均衡关系，本文采用Gregory与Hansen提出的四种含结构突变的变协整检验方法进一步分析[24-25]，结果如表2所示。
根据GH检验的结果可知，在“截距与趋势变化”和“截距与协整变化”两种模型中，GH检验识别出了显著的结构变化，突变点分别为1980年和1979年。这一结论与图1中描绘的“人均碳排放/人均GDP”曲线相一致，显示了20世纪70年代末出现的极点。为了明确验证这种倒“U”型关系，表3进一步报告了这两种模型的估计结果。
根据表3的估计结果可知，在“截距与趋势变化”的模型中，趋势项与变趋势项的符号相反;在“截距与协整变化”的模型中，协整项与变协整项的符号也相反。两个模型的估计结果都反映我国经济增长与碳排放之间的均衡关系在1980年左右出现了转折：1980年前表现为单位碳排放量的上升，而1980年后表现为单位碳排放量的下降，由此可以驗证环境库兹涅茨曲线的存在。
（二）经济增长与碳排放的短期调整
根据前文的分析，由于1953～2015年我国人均GDP和人均碳排放序列的协整关系有显著的结构断点，因而不能对这一时期的全样本数据使用误差修正模型。根据GH检验的结果，本文以1979年作为结构断点，将原序列划分为1953～1979年和1980～2015年两个子样本，分别进行分析。
考虑到GDP与碳排放之间可能存在的非线性短期调整，本文首先对两个序列进行阈值协整检验。检验采用Hansen&Seo[26]提出的基于sub-LM统计量的方法：原假设为序列之间不存在阈值协整关系，备择假设为序列之间存在单阈值协整关系。检验结果见表4（下页）。
由表4可知，基于1953～2015年的全样本进行检验，不能拒绝原假设，而基于两个子样本区间进行检验，则可以认为我国人均GDP和人均碳排放之间在5%的统计水平上存在至少一个阈值的非线性协整关系。进而，基于双维格点搜索法分别对两个子区间样本估计双阈值向量误差修正模型，结果如表5（下页）和表6（下页）所示。
在1953～1979年的样本中，单位碳排放平均为3.29千克/元。根据表5的估计结果，人均GDP与人均碳排放处于均衡状态的中间区制样本量占40.8%，单位碳排放平均为3.34千克/元。人均碳排放低于均衡状态下阈值的下区制样本量占25.9%，单位碳排放平均为2.08千克/元。人均碳排放高于均衡状态上阈值的上区制样本量占33.3%，单位碳排放平均为4.17千克/元。但是，不同区制内部的样本年份并没有明显的集中分布，不同区制也并不是按照GDP水平进行划分：下、中、上区制样本中的人均GDP均值分别为187.04元、280.13元和250.13元。这说明，20世纪80年代之前，我国碳排放与经济增长的短期非线性调整并不宜采用经济发展水平直接作为不同区制的分组指标。
从误差修正项来看，人均碳排放和人均GDP在不同区制内对于偏离长期均衡的短期调整效果存在显著的差异。在中区制内，调整系数并不显著，说明在均衡状态下，经济增长与碳排放都不会受到偏离长期均衡的误差的影响，即当碳排放偏离长期均衡的幅度较小时，不存在短期变化向长期均衡收敛的调整过程。在下区制内也不能拒绝调整系数为零的原假设，说明当碳排放过低地偏离均衡状态时，对前期的均衡误差仍然没有反应。在上区制内，碳排放的调整系数在1%的统计水平上显著为负值，说明当碳排放超过均衡状态的上阈值时，短期调整存在显著的反向修正机制。但是，在上区制内，经济增长的调整系数也显著为负值，且调整系数的绝对值大于1，说明经济增长也会随着碳排放的异常上升而快速下降。这意味着该时期的经济增长与碳排放并不是收敛于长期路径的稳定发展模式。造成这一异常结果的原因很可能是20世纪60年代初我国碳排放的异常增高和经济增长速度下降，这一点由模型识别出各区制内的样本年份分布并不集中也可以得到验证。
在1980～2015年的样本中，单位碳排放平均为1.83千克/元。由表6可知，人均GDP与人均碳排放处于均衡状态的中间区制样本量占36.1%，单位碳排放平均为1.95千克/元。碳排放低于均衡状态下阈值的下区制样本量占44.4%.单位碳排放平均为1.16千克/元。碳排放高于均衡状态上阈值的上区制样本量占19.4%，单位碳排放平均为3.07千克/元。与表5相比，不同区制内的样本年份分布明显更加集中：经济发展水平相对较低的时期（1980～1986年）为碳排放超过均衡状态上阈值的区间，而经济发展水平相对较高的时期（2000～2015年）为碳排放低于均衡状态下阈值的区间。这说明，改革开放以来，经济发展水平可以作为我国碳排放与经济增长短期非线性调整不同区制的分组指标。
从误差修正项来看，人均碳排放与人均GDP在中区制内的调整系数不能拒绝零假设，说明在上下阈值以内，由于调整成本的存在，人均碳排放与人均GDP都不会对偏离长期均衡的小幅偏差进行调整。而上下阈值以外的上区制内和下区制内，人均碳排放的调整系数都显著为负值，人均GDP的调整系数显著为正值。这一估计结果可以说明：第一，经济发展与环境质量是一个内生性系统，两者的短期动态行为都会受到偏离长期均衡误差的影响;第二，无论碳排放过低还是过高，短期的经济增长与碳排放都会产生显著的回调机制。对比上下区制的调整系数，可知碳排放与经济增长的短期调整存在非对称性：在下区制内，碳排放的调整速度更快，而在上区制内，经济增长的调整速度更快。这说明在经济发展水平较低的阶段，干预性政策的目标主要通过调控经济发展来实现，也就是说，要以经济发展为核心，提高能源的利用效率;而在经济发展水平较高的阶段，政策目标则主要通过直接调控环境质量来实现，也就是说，要更加重视环境质量，对能源利用和碳排放进行直接的管控。
四、结论与启示
本文分别采用变协整检验方法和双阈值误差修正模型分析了我国1953～2015年经济增长与碳排放之间的长期非线性均衡关系和短期非对称调整效果，可得到如下主要结论：
第一，从长期来看，我国经济增长与碳排放的协整关系在1980年左右发生了显著的结构变化。结构变化的类型符合环境库兹涅茨曲线的倒“U”型特征。以突变时点作为临界点，从新中国成立初期到改革开放初期、从改革开放初期至2015年，我国经济增长与碳排放之间也可以视为分阶段的线性协整过程。
第二，我国经济增长与碳排放的短期动态行为会受到两者偏离长期均衡关系的误差的影响。但这一影响作用存在阈值效应，只有当偏离程度在上下阈值以外时，才会存在显著的短期调整，而当偏离程度在上下阈值以内时则不会发生短期调整。
第三，从新中国成立到改革开放初期，我国经济增长与碳排放的均衡关系并不稳定：碳排放的短期波动较为明显，且经济增长在上阈值以外的短期调整不收敛于长期均衡状态。而且，在这一时期，经济发展水平不能作为阈值效应下不同区制的分组指標。
第四，从改革开放初期至2015年，我国经济增长与碳排放之间的阈值效应与经济发展水平相关。经济发展水平较低的阶段，人均碳排放相对较高;而在经济发展水平较高的阶段，人均碳排放相对较低。而且，这一时期两者的短期调整具有显著的非对称特征：在经济发展水平较高的阶段，经济增长的回调速度较碳排放更快;而在经济发展水平较低的阶段，碳排放的回调速度较经济增长更快。
本文的分析结论首先意味着后续的研究在讨论环境质量与经济增长之间的关系时，要重视对结构断点的识别，在不同经济发展阶段下，两者之间的影响机制可能存在结构性差异，从而使全样本域的估计结果可能出现偏差。就现实意义来看，我国经济增长与碳排放之间的关系符合环境库兹涅茨曲线所描绘的一般形态。改革开放以来，我国人均GDP和人均碳排放已经步人负相关均衡的通道，但是，随着经济不断增长和国际环境带来的压力，维系这种负相关均衡的主要手段逐渐由调节经济增长方式过渡到直接调节碳排放。可以预见，通过更严格的环境约束机制直接干预碳排放将会对我国经济增长带来更大的压力，因此，宏观层面上有必要通过主动地加快技术创新和结构优化来应对更严格的环境规制。
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