中国工业碳生产力的时空演变与趋同

《Environmental and Sustainability Indicators》：Spatial-temporal evolution and convergence of industrial carbon productivity in China

工业碳生产力（ICP）是衡量经济发展与低碳转型的重要指标。本研究基于284个城市2003-2021年的面板数据，运用Dagum Gini系数分解、核密度估计（KDE）、空间马尔可夫链（SMC）和空间面板收敛模型（SPC）等多方法，揭示中国ICP的空间分异与动态演变规律。研究发现：1）整体ICP呈上升趋势，但区域间差异显著，华北地区（NC）和东北老工业基地（NER）ICP最低，西北地区（NWR）最高；2）2012年后区域差异由外部差距转向内部不平衡，跨区域溢出效应增强；3）空间收敛呈现“俱乐部收敛”特征，南方沿海（SC）和东部沿海（EC）收敛速度最快，但东北（NER）和西南（SWR）仍存在显著收敛障碍。研究提出需构建差异化政策体系，强化区域协同创新和产业绿色升级。

　　
本文聚焦中国工业碳生产力（ICP）的时空演变与收敛特征，构建了涵盖效率评估、空间分解、动态追踪与收敛检验的多维度分析框架，为区域低碳政策制定提供科学依据。研究选取284个城市2003-2021年的面板数据，创新性地将传统生产函数理论与空间计量模型相结合，揭示了中国工业领域低碳转型的深层机理。

一、研究背景与核心问题
全球气候治理背景下，中国作为最大碳排放国面临双重压力：既要保持6%以上的经济增长率，又需在2030年前实现碳达峰。传统评估体系多关注单一碳排放强度指标，难以反映资源利用效率与经济产出的协同关系。本文提出的工业碳生产力（ICP）概念，通过整合5类生产要素（资本、劳动、能源、土地、水）与3类产出（工业产值、碳排放、环境损害），构建了综合效率评估体系。这一创新突破了传统单因子分析局限，更精准地捕捉工业系统低碳转型的多维特征。

二、方法论创新与数据特征
研究采用USEBM超效率SBM模型进行效率评估，其核心优势在于：
1. 同时处理生产要素的" desirable outputs "（工业产值）与" undesirable outputs "（碳排放、工业废水等）
2. 引入动态松弛调整机制，有效解决传统DEA模型对前沿面估计偏差
3. 通过ε参数调节处理规模报酬不变假设，增强模型适应性

数据选择遵循三个原则：
- 空间代表性：覆盖8大经济区域，包含东中西部典型城市
- 时间连续性：确保2003-2021年面板数据完整
- 要素完整性：工业资本采用永续盘存法估算，环境损害指标整合了废水、SO2和烟尘排放量

三、关键研究发现
1. 时空演变特征：
- 总体呈现"U型"增长轨迹：2003-2015年波动下降（0.278→0.237），2015-2020年快速上升（0.237→0.626），2020-2021因疫情影响小幅回落（0.626→0.607）
- 空间分布呈现"东低西高"格局：东部沿海NC（0.063）与西部NWR（0.551）的极差达8.48倍
- 动态演化显示显著集聚效应：2010年后，东部城市群形成高ICP聚集区（密度峰值达1.32），而西部NWR因清洁能源优势形成差异化增长极

2. 区域差异分解：
- 2003-2012年：区域间差异贡献率43.91%（主导因素为资源禀赋差异）
- 2013-2021年：空间溢出效应贡献率升至54.32%（核心机制为技术扩散与产业转移）
- 典型区域对比：
* 东部沿海（EC）：政策驱动型增长，IPE（投入产出弹性）达0.87
* 西部资源型（NWR）：可再生能源优势显著，光伏发电占比超20%
* 东北老工业基地（NER）：传统重工业转型滞后，ICP年均增速仅1.01%
* 西南山区（SWR）：地形制约导致技术扩散效率降低37%

3. 收敛机制分析：
- 绝对β收敛系数达-0.362（p<0.01），表明存在向区域稳态收敛趋势
- 条件β收敛显著提升至-0.523（p<0.01），说明控制经济结构、技术创新等变量后收敛速度加快40%
- 空间效应检验显示：
* 跨区域技术溢出强度（ρ值）达0.175（p<0.01）
* 邻近高ICP城市可使升级概率提升18-23%
* 环境损害指标的空间误差自相关系数（λ）达0.096（p<0.05）

四、政策启示与实施路径
1. 区域差异化政策：
- 东部发达地区（EC）：重点发展数字经济与绿色金融，建议IPE（投入产出弹性）目标值提升至0.9
- 西部资源型地区（NWR）：构建"风光火储"多能互补系统，建议可再生能源装机占比年增速达15%
- 东北地区（NER）：实施传统产业"关停并转"计划，设立千亿级绿色转型基金
- 西南山区（SWR）：建立"东数西算"工程配套机制，优化数据中心能效比

2. 空间协同机制：
- 创建"长三角-成渝"双核联动示范区，试点跨区域碳汇交易
- 建立京津冀、粤港澳等城市群技术溢出补偿机制
- 实施"中部崛起2.0"计划，将R&D投入占比从1.2%提升至2.5%

3. 产业升级路径：
- 重构钢铁、化工等传统产业，推广氢冶金、生物基材料等低碳工艺
- 发展数字经济与实体经济融合，建设50个国家级智能工厂示范项目
- 完善绿色金融体系，设立万亿级工业绿色转型基金

4. 监测评估体系：
- 构建ICP动态监测平台，设置PM2.5、单位GDP能耗等20项核心指标
- 实施季度滚动评估机制，对连续三年ICP增速低于5%的区域启动预警
- 建立绿色技术创新专利池，对每项技术突破给予最高5000万元奖励

五、研究局限与未来方向
1. 现有局限：
- 数据时效性：未涵盖2022年后新型电力系统建设数据
- 模型简化：未完全考虑产业关联效应（如新能源汽车产业链带动效应）
- 空间权重：采用地理邻接矩阵可能低估经济关联性

2. 延伸研究方向：
- 构建多区域投入产出模型（MRIO），量化技术扩散的经济效应
- 开发ICP数字孪生系统，实现政策模拟与动态优化
- 研究双碳目标下工业碳生产力与全球供应链重构的关联机制

3. 方法论改进：
- 引入机器学习算法（如随机森林、神经网络）优化空间权重矩阵
- 构建动态能力指数（DCI），捕捉企业低碳转型的适应能力
- 开发基于区块链的碳足迹追踪系统，提升数据可信度

本研究为理解中国工业低碳转型提供了新的分析框架。数据显示，通过实施差异化的区域政策与空间协同机制，中国有望在2030年前将整体ICP提升至0.8以上，并为全球发展中国家提供工业化与减排协同发展的中国方案。后续研究需重点关注技术创新的溢出效应与政策传导机制，这将是实现"双碳"目标的关键突破口。