经济学论文：基于LMDI方法的中国国际贸易隐含碳分解

 　摘要：对国际贸易产生环境影响的定量研究正日益受到关注，特别是对隐含碳的研究。以中国2005年为例，对中国国际贸易隐含碳进行估算，应用对数平均D氏指数法（LMDI）对影响隐含碳净转移的因素进行分解分析。结果显示中国因生产排放碳量远大于其消费需要排放的碳量，从国外净转移到中国的隐含碳为395.66MtC；净转移隐含碳影响因素中强度效应(进出口商品完全碳排放系数差异)贡献率为60％，规模效应（进出额差异）贡献率为55％，结构效应（进出口结构差异）贡献率为－14％，此结果表明中国相比国外的高碳排放强度是造成目前碳转移额外增加的主要因素，分析结构效应发现中国主要净出口行业大部分不是高碳排放强度行业，而净进口行业却主要由高碳排放强度行业构成，特别是与碳排放密切相关的能源行业居净进口行业首位。 
　　关键词 国际贸易；贸易隐含碳；投入产出模型；对数平均D氏指数法 
　　中图分类号 F206 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2011)02-0141-06 
　　 
　　在后京都议定书时代，碳转移问题正在日益引起重视。对于碳排放向中国的转移也已有一些估算结果，结论都指向这样一个事实，即从消费的角度中国为发达国家承担了碳排放的责任［1-7］。但目前的研究对中国贸易隐含碳净转移量的影响因素缺乏定量分析，本文以中国2005年的对外贸易及投入产出数据为例，从生产和消费两个角度对比分析中国的全球碳排放量，分解出真实进口隐含碳，将能源因素分解中常用的对数平均D氏指数法（logarithmic mean divisia index，简记为LMDI）应用于同一时间截面的进出口隐含碳分析，对影响隐含碳净转移量的进出口规模、行业结构和碳排放强度进行定量研究，分析造成碳排放净转移的主要原因，为后京都时代减排方案和中国相关政策的制定提供科学依据。 
　　1 研究方法与数据 
　　1.1 研究方法 
　　1.1.1 净转移隐含碳的计算方法 
　　参考一般形式的环境投入产出模型［8］，可以得到基本的隐含碳投入产出模型。 
　　F=Ω(I-A)-1Y（1） 
　　其中：F为总的隐含碳，Ω为单位总产出的隐含碳，Y为最终使用矩阵，A为直接消耗系数矩阵，（I－A）-1为单位最终使用需要的总产出。令B＝Ω（I－A）-1，则B即为单位最终使用的完全碳排放系数，包括了直接或间接的碳排放。基本的隐含碳投入产出模型适用于封闭的经济系统，一个国家的总产出只是为本国的最终使用服务。 
　　在开放的经济系统中，一个国家的总产出不仅为本国的最终使用服务，还用于其他国家的中间使用和最终使用。直接消耗系数矩阵A应分解为国产商品的直接消耗系数矩阵Ad和进口商品的直接消耗矩阵Am，分别表示中间使用中的国产投入和进口投入与总投入的比值，且A=Ad+Am［8］。 
　　目前计算国家的全球隐含碳排放量方法主要分为两类，一类是从生产角度计算国家的碳排放量，即为国内和国外生产商品所排放的碳量，另一类是从消费角度计算国家的碳排放量，即消费商品由国内和国外提供所排放的碳量［9］。中国的全球碳排放量从生产和消费角度可分别表示为： 
　　Fp=Fd+Fe（2） 
　　Fc=Fd+Fm（3） 
　　其中：Fp和Fc分别为生产和消费隐含碳，Fd为国内生产供国内消费商品的隐含碳，Fe为出口隐含碳，Fm为进口隐含碳，这些变量可根据公式（1）求得。 
　　结合式（2）和（3）得到：净转移量为出口与进口隐含碳差值，即为中国生产与消费碳排放的差值，推导公式为： 
　　ΔF=Fp-Fc=Fe-Fm（4） 
　　如果生产隐含碳大于消费隐含碳，即出口隐含碳大于进口，说明该国家是隐含碳的净出口国，为其他国家承担了碳排放的责任；如果消费隐含碳大于生产隐含碳，则为隐含碳的净进口国，表明中国为满足国内需要国外的碳排放。 
　　1.1.2 隐含碳净转移的影响因素分解 
　　对数平均D氏指数法（LMDI）经常用于对能源的因素分解，可以将能源的变化量分为规模效应、结构效应和强度效应，并定量计算各种效应的贡献率［10］。根据LMDI方法的特点，应用LMDI方法可以对出口与进口的隐含碳差值进行分解，计算规模效应（进出口总额的影响）、结构效应（各个行业进出口份额的影响）和强度效应（国内外完全碳排放系数的影响）的贡献率。中国出口（Fe）和进口（Fm）的隐含碳排放可分别分解为： 
　　Fe=∑[DD(]ni=1[DD)]E•[SX(]eiE[SX)]•[SX(]feiei[SX)]=∑[DD(]ni=1[DD)]E•Sei•Iei（5） 
　　Fm=∑[DD(]ni=1[DD)]M•[SX(]miM[SX)]•[SX(]fmimi[SX)]=∑[DD(]ni=1[DD)]M•Smi•Imi（6） 
　　其中：ei和mi分别表示第i个行业出口额和进口额；fei和fmi分别表示第i个行业出口和进口的隐含碳；Sei和Smi分别表示第i个行业出口和进口的份额（对于有些行业进出口份额为0，此时以10-10-10-20这样足够小的数值取代0，可以得到正常的分解结果［11］）；Iei和Imi分别表示第i个行业出口商品的完全碳排放系数（Bd）与进口商品的完全碳排放系数（Bf），Bd=(Iei)n×1，Bf=(Imi)n×1. 
　　则根据LMDI方法，中国隐含碳的净转移量可表达为： 
　　ΔF=ΔFsize+ΔFstr+ΔFint（7） 
　　ΔFsize=∑[DD(]ni=1[DD)]L(fei,fmi)•ln(E/M)（8） 
　　ΔFstr=∑[DD(]ni=1[DD)]L(fei,fmi)•ln(Sei/Smi)（9） 
　　ΔFint=∑[DD(]ni=1[DD)]L(fei,fmi)•ln(Iei/Imi)（10） 
　　L(a,b)=a-blna-lnb,a≠b 
　　a ,a=b（11） 
　　其中：ΔFsize为规模效应，ΔFstr为结构效应，ΔFint为强度效应。 
　　王媛等：基于LMDI方法的中国国际贸易隐含碳分解中国人口•资源与环境 2011年 第2期1.2 数据来源与处理 
　　（1）投入产出表的处理。行业间投入产出关系来源于2005年全国42行业的投入产出表。目前中国没有公布进口非竞争型的投入产出表，没有分出进口商品用于中间使用的量，本文拟按照简化计算的非竞争型投入产出表计算，即认为进口商品等比例用于中间使用和最终使用［12］，计算公式如下： 
　　Am=[SX(]MX+M-E[SX)]A（12） 
　　Ym=[SX(]MX+M-E[SX)]Y（13） 
　　其中：Ym为进口商品用于最终使用部分，E为出口商品额；M为进口商品额。其他变量含义见上文。 
　　应用非竞争型投入产出表需要考虑进口商品用于中间使用后的去向。中国是典型的加工贸易国家，在计算中特别需要考虑对外加工贸易的影响。除一般加工贸易之外，能源的进口有一部分同样也是用于生产出口商品所用，中国不是其最终消费国，也应从进口中去掉。而目前并没有相应的统计数据，拟通过对非竞争型投入产出表分解得到，分解过程如下： 
　　①进口商品总量等于进口商品用于中间使用(AmXd)和最终使用之(Ym)和，即： 
　　M=AmXd+Ym（14） 
　　其中：Xd为国内总产出Xd（提供国内最终使用和国外使用），可以表达为：Xd=(I-Ad)-1(Yd+E)（15） 
　　则中间使用(AmXd)可以表示为： 
　　AmXd=Am(I-Ad)-1(Yd+E)（16） 
　　②式（16）中用于出口的进口商品中间投入部分可以分解为Am(I-Ad)-1E，即进口用于出口部分，此部分进口隐含碳部分(Fme)可以表示为： 
　　Fme=BfAm(I-Ad)-1E（17） 
　　其中：Bf为国外单位最终使用的完全碳排放系数。 
　　③从消费角度看式（17）计算的为出口而进口的隐含碳应从进口隐含碳总量中去掉，则实际消费的真实进口隐含碳（Fmd）为： 
　　Fmd=Fm-Fme（18） 
　　（2）单位总产出的直接碳排放量的来源。由以下步骤得到：①依据《中国统计年鉴》中各行业化石能源消费量［13］与单位化石能源碳排放量［14］之积得到中国各行业碳排放量；②将各行业碳排放量除以各行业总产出得到分行业的单位总产出的直接碳排放量。 
　　（3）中国主要贸易国的行业贸易额的处理。投入产出表中商品进出口构成数据直接来源于海关统计资料，而服务进出口数据主要依据国际收支平衡表及其有关资料加工计算，为避免行业合并的偏差，本文没有对投入产出表行业与海关编码类别进行合并，直接采用投入产出表中的行业进出口数据，认为进出口各国的行业贸易份额与总贸易份额相同。 
　　（4）国外完全碳排放系数的处理。特别是考虑进口部分的碳排放时涉及数据量巨大，为了在简化计算的同时体现各国完全碳排放系数的差别，以中国的各行业完全碳排放系数为基准，计算主要的进口原产国与中国平均碳排放强度的比值C（表2），并以此比值与国内各行业完全碳排放系数之积作为各国相应行业的完全碳排放系数，即： 
　　Bf=C•Bd（19） 
　　其中：Bd为单位最终使用的完全碳排放系数。以各个国家的进口份额为权重，对主要的进口原产国与中国平均碳排放强度的比值进行加权平均，还可以得到统一的进口商品的完全排放系数，用于LMDI的强度效应分析。 
　　2 结果分析 
　　2.1 净转移隐含碳估算 
　　根据式（12）－（18）对2005年竞争型投入产出表进行处理，得到从消费角度考虑的真实进口隐含碳，再应用到公式（1）－（4）计算，得到如下结果（图1）： 
　　 
　　图1 各部分隐含碳估算 
　　Fig.1 Carbon emissions embodied in every part 
　　（1）从生产角度计算的2005年中国全球碳排放为1 787.33 MtC，其中为国内生产最终使用的商品和服务的隐含碳为1 192.91 MtC，占碳排放总量的67％，为国外生产即出口商品和服务的隐含碳为594.42 MtC，占碳排放总量的33％。从消费角度计算的中国全球碳排放为1 391.65 MtC，其中消费国内商品和服务隐含碳量的比例为86％，消费国外商品和服务隐含碳量的比例为14％。中国因生产排放碳量远大于其消费需要排放的碳量，通过国际贸易从国外净转移到中国的隐含碳为39566 MtC。中国因国际贸易负担了国外的碳排放量，这一研究结果与其他研究者类似。 
　　（2）中国2005年进口隐含碳总量为299.82 MtC，其中供中国消费的隐含碳为198.74 MtC，占总进口隐含碳的比例为66％，供出口而进口的隐含碳为101.08 MtC，占总进 
　　表1 2005年主要进口国家碳排放强度与进口份额 
　　Tab.1 Carbon intensity of the main importing countries 
　　 and the import share in 2005 
　　国家/ 
　　地区基于购买力的 
　　碳排放强度［15］ 
　　(吨二氧化碳/ 
　　千美元)比值 
　　（相对中国）进口 
　　份额%[BHDG4.65mm,WK22mmZQ0,WK30mm,WK15mm,WKW]美国0.550.488.04[BHDW]日本0.360.3216.60中国香港0.380.332.02韩国0.670.5912.70中国台湾0.550.4912.35德国0.390.345.08英国0.320.280.91新加坡0.830.742.73马来西亚0.590.523.32俄罗斯1.131.002.63荷兰0.540.480.48澳大利亚0.680.612.68泰国0.610.542.31法国0.240.221.49加拿大0.610.541.24印度0.550.491.61意大利0.340.301.15菲律宾0.350.312.13印尼0.520.461.40沙特阿拉伯0.930.822.02巴西0.270.241.65西班牙0.380.340.34比利时0.510.450.66阿拉伯联合酋长国1.191.050.34伊朗0.870.771.12越南0.520.460.42墨西哥0.350.310.37南非1.731.530.57智利0.400.350.83安哥拉0.410.361.09中亚国家1.731.530.56西亚国家0.900.801.65其他国家[BHDWG5mm,WK22mm,WK30mm,WK15mm,WKW]其他欧洲国家0.460.413.20其他亚洲国家0.410.360.58其他非洲国家0.290.261.83其他美洲国家0.690.611.59其他大洋洲国家0.530.470.30[BHDWG5mm,WK22mmZQ0,WK30mm,WK15mm,WKW]中国1.131.00-[BHDWG6mm,WK50mmZQ,WKW]国外相对中国碳排放强度加权平均值0.49[BG)F] 
　　口隐含碳的比例为34％，从消费角度看有三分之一的进口商品和服务并不是满足中国国内消费，而是用于生产出口产品供国外消费。根据国家统计局贸易外经统计司统计数据，中国2005年进料加工贸易额占进口总额31％，此比例与供出口而进口的隐含碳占总进口隐含碳的比例34%比较接近，而出料加工贸易只占出口总额的0004％［16］。进口商品用于中间使用后再出口的情况较普遍，而出口商品用于中间使用再进口回来的情况较少见，可以忽略这部分碳排放量。如果不考虑加工贸易，计算得到从国外净转移到中国的碳排放量为294.58 MtC，此计算结果虽然也反映出中国负担国外碳排放量的情况，但不能从消费角度如实反映出中国进口隐含碳量，忽略了中国作为典型加工贸易国家重要的事实。 
　　2.2 净转移隐含碳影响因素分解 
　　根据式（7）－（13），应用LMDI方法对2005年国外净转移到中国的隐含碳量进行分析，比较三种情景下由完全碳排放系数反映的强度效应、进出口总额反映的规模效应和进出口行业份额反映的结构效应的影响，情景一为考虑加工贸易的情况，情景二为不考虑加工贸易的情况，情景三为不考虑强度效应的情况。三种情景的计算结果都显示：强度和规模效应为正效应，结构效应为负效应（表2）。 
　　 
　　表2 三种情景下对各种效应的贡献 
　　Tab.2 Contribute of effect factors in three scenarios 
　　效应 
　　Effect情景一 
　　Scene 1情景二 
　　Scene 2情景三 
　　Scene 3（MtC）%（MtC）%（MtC）%[BHDG6mm,WK13.5mm,WK11.5mm。5，WKW〗规模效应216.175588.7530145.21155[BHDWG6mm]结构效应-56.35-14-76.80-26-51.37-55强度效应235.8460282.649600总效应395.66100294.5810093.84100[BG)F]注：情景一为考虑加工贸易的情况，情景二为不考虑加工贸易的情况，情景三不考虑强度效应的情况。

　2.2.1 强度效应 
　　不论是否考虑加工贸易，强度效应对净转移隐含碳贡献率都是最大，贡献率分别为60％和96％（见情景一、二）。如果忽略强度效应的影响，假设进出口都采用国外完全碳排放系数，计算得到2005年国外向中国净转移隐含碳为93.84 MtC，中国依然是隐含碳净出口国，此时规模效应为主要贡献因素，贡献率为155％，结构效应仍为负效应，贡献率为-55％（见情景三），可以说此时贸易顺差是造成中国为国外负担碳排放的主要原因。比较情景一和三，中国相对于国外的高碳排放强度加剧了碳转移的效果，使得碳转移量额外多出301.82 MtC，占净转移量的76％，强度效应对净转移隐含碳的贡献大于规模效应，如果中国继续维持高碳排放强度，即使出现贸易逆差，仍可能发生隐含碳向中国的净转移。中国出口商品主要流向美国、欧盟、日本和中国香港这些发达国家和地区，2005年这些地区出口额占总出口额的69％，其中出口到香港的商品大部分也会转口至发达国家和地区，强度效应对净转移隐含碳高贡献率的结果进一步印证了国际贸易对环境的影响，发达国家一方面可以通过向发展中国家转移污染产业来逃避本国严格的环境标准，另一方面也可以通过从发展中国家进口来避免本国的污染排放，由于发展中国家低效率的资源利用技术，从全球角度来看这样单纯的从发展中国家进口将有更大的负面影响。 
　　2.2.2 规模效应 
　　这里的规模效应不仅体现了贸易顺差的贡献，还体现着加工贸易的影响，情景一计算的395.66 MtC净转移隐含碳中，有101.08 MtC净转移隐含碳是加工贸易的影响。如果考虑加工贸易，规模效应的贡献率仅次于强度效应，为55％（情景一）；如果不考虑加工贸易的影响，进口隐含碳将增加101.08 MtC，扣除掉进口隐含碳，净转移量将降至294.58 MtC，LMDI方法分析结果显示此时规模效应的相对贡献率显著下降至30％，而其他效应的贡献率相对增加，强度效应的相对正贡献率从60％增加至96％，结构效应的相对负贡献率也从14％增加到26％（情景二）。 
　　2.2.3 结构效应 
　　在三种情景分析下，结构效应都为负效应。即使不考虑强度效应，结构效应的负贡献也抵消了一部分贸易顺差带来的正贡献，且贡献率为最小。为剖析其原因，本文针对2005年进出口行业数据，从以下两个方面进行分析。 
　　（1）比较主要进出口行业完全碳排放系数（不考虑国内外能源结构和技术差异，仅比较完全碳排放系数的行业差异，以国内碳排放水平为基准）。中国2005年出口份额位于前五位的行业依次为：通信设备、计算机及其他电子设备制造业，纺织业，化学工业，服装皮革羽绒及其制品业，批发零售业。此五类行业累积份额占总出口额的50％。其中除化学工业外，其他主要出口行业的完全碳排放系数在0.43-0.72吨/万元范围内,以份额为权重计算全部出口行业加权平均完全碳排放系数为0.87吨/万元；进口份额位于前五位的行业依次为通信设备、计算机及其他电子设备制造业，化学工业，通用专用设备制造业，仪器仪表及文化办公用机械制造业，石油加工、炼焦及核燃料加工业，此五类行业累积份额占总进口额的58％，完全碳排放系数在0.55-3.63吨/万元范围内，以份额为权重计算全部进口行业加权平均完全碳排放系数为1.11吨/万元（表3）。如果仅从行业尺度来看，2005年的数据显示在国际产业分工中，中国出口行业加权平均碳排放强度小于进口行业，大部分主要出口行业不是高碳排放行业，而进口行业中高碳排放行业份额反而较大。 
　　 
　　（2）比较主要净进口和净出口行业完全碳排放系数。进口额大于出口额的前五位行业依次为：石油加工业、金属矿采选业、化学工业、通用、专用设备制造业、金属冶炼及压延加工业，都是高碳排放行业，完全碳排放系数在108-363吨/万元范围内，而出口额大于进口额的前五位行业依次为：批发和零售贸易业、纺织业、服装业、电子设备制造业、金属制品业，大部分属于碳排放相对较低行业，完全碳排放系数在0.43-1.34吨/万元范围内（表4）。此结果更显著表明净进口行业以高碳排放行业为主，净出口行业以低碳排放行业为主。 
　　综上所述，主要进口和净进口行业的平均完全碳排放系数大于主要出口和净出口行业，如果没有规模和强度效应影响，只有结构效应时，中国出口的隐含碳可能会低于进口。因而当隐含碳转移处于净出口状态时，结构效应会呈现负贡献。净进口行业中以石油加工、炼焦及核燃料加工业这种能源行业的净进口居首位，这些能源行业的进口中的一部分同样也是用于生产出口商品所用。 
　　 
　　工业2.28金属制品业1.34[BG)F]3 结论与讨论 
　　本文利用2005年的中国投入产出表进出口商品与服务的分行业数据，应用投入产出模型，估算了去掉加工贸易的影响后的中国隐含碳量净转移量，并应用LMDI方法对其影响因素进行了定量分析，中国相比国外的高碳排放强度是造成目前碳转移额外增加的主要因素，其次是贸易顺差和加工贸易的影响，进出口结构效应为负贡献。目前形成的国际分工格局是比较优势理论长期作用的结果，中国主要出口行业是低、中碳排放强度的行业，而进口行业却主要由高碳排放强度行业构成。此结论可以对碳转移排放的相关政策的制定提供科学依据。但不可否认的是贸易顺差对中国经济发展巨大的促进作用，需要进一步研究在不影响我国经济发展的前提下如何通过调整贸易结构和提高行业能源利用效率，达到减少转移排放的目的。 
　　（编辑：刘文政） 
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　　Using LMDI Method in Decomposition Analysis of Carbon Emissions 
　　Embodied in China's International Trade 
　　 
　　WANG Yuan1 WEI Benyong2 FANG Xiuqi2 HE Xiabing1 YANG Huimin3 
　　(1.School of Environment Science and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China;2.School of Geography, Beijing 
　　Normal University, Beijing 100875, China;3.Hebei Normal University of Science and Technology, Qinhuangdao Hebei 066004, China) 
　　 
　　Abstract Recently much attention has been given to quantifying the environmental impacts of international trade and there is an increasing concern over the impacts of carbon dioxide transfer embodied within international trade. In this paper, the balance of carbon emissions embodied in China's international trade for the year 2005 was calculated, and Logarithmic Mean Divisia Index (LMDI) was used in decomposition analysis of effect factors.The results show that productionbased carbon emissions are much larger than consumptionbased carbon emissions in China, and net transfer to China in terms of carbon emissions embodied within trade is 395.66 MtC. The contribution rate of intensity effect (the difference between total carbon emissions intensity of exports and that of imports) is 60%, the contribution rate of activity effect (trade surplus) is 55%, and the contribution rate of structure effect (the difference between structure of exports and that of imports) is14%. According to results, high carbon emissions intensity and trade surplus of China are the major factors that affect carbon transfer to China, and intensity effect is more important than activity effect. It's worth noticing that structure effect is negative. Because most of China net exports belong to low carbon emissions intensity industries, however most of China net imports belong to high carbon emissions intensity industries, especially energy industries that have a close relationship with carbon emissions. 
　　Key words international trade; carbon emissions embodied in trade; inputoutput model; LMDI