基于复杂网络的产业碳值投入产出分析
时间：2021-01-27 04:01:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：以低能耗、低排放、低污染为基础的低碳经济是一种可持续的、绿色的经济模式，这种模式可以较好地应对全球气候变暖对人类生存和发展所带来的严峻挑战。为更加确切地描述我国低碳经济发展的特点和规律，利用复杂网络方法构建产业碳值投入产出复杂网络模型，通过对度、权、聚类系数等传统指标对该网络的统计属性进行分析，探讨我国低碳产业的结构特征，并按中心-边缘理论和改进的Dematel模型方法研究该网络中的节点功能、地位及其相互关系。结果发现：建筑业、石油和天然气开采业等产业部门处于重要地位。同时，建筑业等32个原因类产业影响整个产业系统碳值的变化发展。因此，在进行产业布局时，应重点关注这些产业部门，更好地实现低碳经济发展。
关键词：低碳经济；复杂网络；统计属性；层次结构
中图分类号：F205 文献标识码：A 文章编号：1003-3890（2016）03-0084-06
一、引言
2003年，英国发布了一份主题为《我们能源的未来：创建低碳经济》的能源白皮书[1]。在该书中首次提及低碳经济概念，并认为能源、环境与经济增长应通过适当的、可持续的方式结合起来。低碳经济是在全球气候变暖的大背景下提出的，并成为全球热点。各国对产业、能源、技术、贸易政策等进行重大调整，着力发展低碳技术，推进低碳革命。我国的发展阶段和能源结构成为发展低碳经济的一大制约，对中国来说，低碳经济既是挑战，也是压力。2009年12月，我国在哥本哈根气候变化大会上承诺，将大力发展绿色经济与循环经济，争取2020年将在2005年的基础上每单位国内生产总值减少40%～45%的二氧化碳排放量。在这样的背景下，如何制定产业政策使得在不阻碍经济发展的同时减少碳排放，成为一个值得研究和探讨的问题。
国内外关于能源消耗、碳排放量与经济增长关系的研究文献很多，目前对经济增长与碳排放的研究主要基于以下三种方法：
首先是碳排放与相关经济增长指标的相关性分析，代表性的方法有协整检验、Granger因果检验和环境库兹涅茨曲线判断等。方大春 等[2]以我国东、中、西部和全国四个区域为研究对象，运用环境库茨涅兹曲线模型，发现我国东部和西部温室气体排放与人均GDP呈倒N型曲线关系，西部和全国整体呈N型关系。其次，采用指数分解和结构分解方法，对经济与碳排放变化的驱动因素进行解构。Wang et al[3]和Ang BW et al[4]运用对数平均迪氏指数（LMDI）分解法对二氧化碳排放量影响因素进行分解研究，其中，研究表明经济增长是促进二氧化碳排放量增加的最重要的影响因素，而能源强度的降低是促进二氧化碳排放量减少的主要途径。最后，采用投入产出的分析方法，对碳排放量轨迹进行量化。由于我国投入产出表统计频率的限制，该方法较为局限。何艳秋[5]利用投入产出法从消费碳足迹的角度对我国42个行业的完全碳排放量、边际完全碳排放量和行业影响数进行了精确测量，并在此基础上对行业进行了分类。
二、产业碳值投入产出关联网络模型构建
（一）复杂网络简介
复杂网络是一个非线性的不可逆过程所结构化的网络式的反馈环路系统。复杂网络由节点和边连接组成，呈现出高度复杂性，具有复杂的网络拓扑结构特征和动力学系统特征[6]，如英特网和电力网络等。其中，节点是基本的研究单元，节点之间的连边则体现单元间的关系。复杂网络具有小世界、集群、幂律分布的特点。目前，复杂网络被广泛运用于物理学、生物学、社会学等学科领域[7]。本文将复杂网络应用于低碳经济评价，构建产业碳值投入产出关联网络，分析我国低碳经济的运行状况。
（二）产业间碳值投入产出关联网络模型
本文按照我国投入产出表的结构以及我国的行业特征，将我国的产业部门整理合并为65个部门，并建立相应的碳值投入产出关联网络。
（1）将每个产业部门视为复杂网络中的节点，将产业集合记为点集E，整个网络的节点数为n=65。
（2）以产业间投入与消耗的碳值为基础，将产业之间的投入产出关系作为边，将投入产出关系集合记为边集L，边集L反映了产业间资源的流动关系。dij表示产业i对产业j的碳值投入关系，dij=1时，产业i与产业j存在连边，产业i对产业j存在碳值投入；dij=0时，两者之间不存在连边，产业i与产业j没有碳值投入产出关系。需要注意的是，部分产业由于存在自我碳值投入与消耗，所以该关联网络中存在自环。所有边集组成图的邻接矩阵D={dij}。
（3）由于各产业部门之间投入消耗的碳值并不相同，因此引入边权集Q={qij}，qij为产业i对产业j投入的碳值占产业i总生产碳值的比重。
碳值投入产出关联网络图T是一个有向加权且自环的网络，共有65个节点，3 803条连边，见图1。
三、产业碳值投入产出关联网络的拓扑性质研究
（一）度与度分布
复杂网络中，节点的度指的是与该节点有连边的节点的数目。节点的度可进一步分为入度和出度。由于产业碳值投入产出关联网络含有重边，因此，节点i的度小于或等于其入度与出度之和。节点i的入度值为指向节点i的其他节点的数目，即向该产业投入碳值的产业部门的数量。对应的，节点i的出度是指节点i指向的其他节点的数目。
在产业投入产出关联网络中，石油和天然气开采业、汽车制造业和铁路运输设备制造业等产业部门的入度值均大于60，入度值较高，说明这些产业部门对其他部门的碳值消耗较多。在碳值投入方面，出度值为65的产业部门共有41个，这些产业对整个网络中的所有部门都有碳值的投入。船舶及浮动装置制造业出度数较少，仅为11。
由图2的度分布可得出我国产业间的关系紧密，部分产业几乎和所有产业都存在投入和消耗关系。经过统计分析与检验，发现该关联网络的度值概率分布是一种较特殊的分布，既不符合幂律分布，也不符合正态分布或泊松分布。
