燃料税对出行方式选择、排放及福利的影响

《Research in Transportation Economics》：Impacts of fuel taxation on modal choice, emissions and welfare

　　•将乘客出行逻辑模型的结果与燃料税和排放量联系起来。•汽油燃料税导致铁路运输的使用更加频繁。•汽油燃料税减少了美国的总运输排放量。•由于汽油燃料税导致的燃料价格上涨，GDP仅略有下降。•美国汽油燃料税的全球福利影响是不对称的。

引言
据预测，到2050年全球运输活动将翻倍，如果没有相应的政策框架，到同一年年底基于运输的二氧化碳排放量可能会增加16%至50%（SLOCAT，2023）。除了温室气体排放问题外，内燃机汽车也是通过排放物恶化空气质量的主要因素之一，这对人类和环境健康都有害（Santos等人，2019）。全球排放水平以及其中由公路运输贡献的部分都出现了惊人的增长（IEA，2021）。在美国，运输部门是人为温室气体排放的主要来源之一。根据美国环境保护署（EPA）1990-2022年的温室气体排放和吸收清单，2022年运输部门占总排放量的28%（EPA，2024）。图1显示了不同行业对总排放量的贡献分解，并进一步按来源和气体类型细分了运输部门的排放。公路运输占美国运输排放的最大比例，这一趋势已经持续了几十年（附录B中的图B.1）。

为了显著减少排放量，需要取得实质性进展以实现雄心勃勃的气候目标。因此，在本研究中，我们将多项逻辑模型的发现与一般均衡分析结果相结合，以估计燃料税对美国运输排放和经济的直接和间接影响。我们的分析还提供了关于其他地理区域因燃料税而产生的运输和总体排放变化的信息，这些地区由于燃料税而表现出不同的福利效应。研究表明，燃料税是减少交通拥堵和排放的有效手段，同时促进了公共交通的使用。根据IEA（2021）的数据，为了实现IEA设想的净零目标，运输相关排放量必须在2030年前减少至少20%。Rogelj等人（2018）提出了两种减少该行业排放的措施：技术创新和改变运输需求动态。由于技术成熟度和普及的滞后，改变运输需求有可能比技术替代方案更快地减少排放（Creutzig，2016）。在交通拥堵中，汽车行驶速度降低，停留时间变长。拥堵期间的引擎点火会导致燃料消耗增加、燃油经济性下降和碳排放量增加（Pang等人，2023）。

在讨论运输排放时，一个关键概念是道路拥堵问题。拥堵是一个普遍存在的问题，尤其在发达国家和发展中国家的主要大都市中普遍存在。高度的城市化增加了对运输的需求，从而导致拥堵、空气质量恶化和二氧化碳排放量激增（SLOCAT，2023）。交通拥堵在大城市和主要高速公路上十分严重，给通勤者带来了巨大的时间和行为上的负担（Santos等人，2019）。根据INRIX（2022）的全球拥堵影响排名，拥堵最严重的五个城市是伦敦（损失156小时）、芝加哥（损失155小时）、巴黎（损失138小时）、波士顿（损失134小时）和纽约（损失117小时）。2022年，芝加哥、波士顿、纽约、迈阿密和洛杉矶被列为美国拥堵影响最严重的五个城市（INRIX，2022）。图2显示了美国各地区的拥堵趋势变化。根据研究结果，普通驾驶者在拥堵中平均等待51小时，2022年的交通延误成本达到了810亿美元。除了交通延误成本外，拥堵还会由于车辆燃烧发动机产生的排放而对环境造成负面影响。Zhang等人（2011）也指出，拥堵通常与较高的排放强度相关。

尽管有许多旨在减少排放的政策措施针对环保燃料替代品和污染水平阈值，但仍需要补充政策来促进对机动运输需求的行为改变和运输方式转变（Boggio & Beria，2019）。我们可以通过燃料税来减少运输排放和拥堵。越来越多的证据表明，燃料价格（以及燃料税）在塑造交通流量和拥堵结果方面起着重要作用。Pang等人（2023）使用国际原油价格为工具变量，发现汽油价格每上涨10%，中国城市的拥堵在高峰时段减少了约0.87%，这直接证明了价格对城市交通状况的敏感性。类似地，Zhang和Burke（2020）分析了澳大利亚新南威尔士州的1190万小时交通观测数据，发现更高的汽油价格会适度减少交通流量，平均弹性为-0.04。这种效应在非高峰时段最为明显，高价格与较快的下午高峰速度相关，这与较低的交通密度一致。在美国，Bento等人（2013）研究了洛杉矶1700个地点八年的交通数据，发现燃料价格上涨会导致主干道交通流量显著下降，有HOV车道的弹性为-0.083，没有HOV车道的弹性为-0.050。同时，HOV车道的流量随时间增加，表明更高的燃料价格刺激了拼车作为单独驾驶的替代方案。在欧洲，Haxhimusa和Liebensteiner（2025）提供了来自德国、瑞士和奥地利的证据，表明每月燃料价格上涨10%会导致道路交通减少0.86%，相当于每月有约530万辆车辆减少上路。重要的是，这项研究还表明，更高的燃料价格加速了混合动力和电动汽车的采用，表明出行方式发生了长期结构性变化。最后，Donna（2021）发现，低收入家庭对价格上涨的反应更为敏感，他们更有可能从私家车转向公共交通，这突显了燃料税的重要分配效应，因为其在某些人群中减少拥堵的效果可能更加明显。

另一种减少运输排放和拥堵的方法是拥堵收费，但该项目并未针对这一点。拥堵收费，或者说是为了减少道路拥堵而设计的收费，是一种庇古税，旨在将机动车辆限制在特定区域（Veitch & Rhodes，2024）。根据de Palma和Lindsey（2011）的说法，拥堵收费是一种要求所有用户在高峰时段或在交通拥堵的特定区域使用公共道路时支付标准费用的制度。该制度旨在阻止用户过度使用机动车辆通勤。最初提出和实施拥堵收费是为了减少拥堵，然而汽车通勤也会对社会产生不利的外部性，包括有害的温室气体排放（Lindsey & Santos，2020）。de Palma和Lindsey（2011）认为，拥堵收费主要有三种类型：基于区域、基于设施和基于距离的。但在实际应用中，只有基于区域和基于设施的制度在不同城市中被广泛使用。基于区域的系统进一步分为封闭区和分区系统。

本研究的主要目的是探索燃料税对美国运输排放、拥堵和福利的潜在影响。遵循文献，我们首先采用多项逻辑模型来分析燃料税对美国乘客出行方式选择的影响，然后结合世界经济的一般均衡模型来评估燃料税对美国及其他经济体的全球经济和福利影响。本研究还为政策制定者提供了利用市场工具改善美国环境质量的依据。第2节介绍了文献综述，第3节描述了数据集和描述性统计，第4节讨论了实证策略，第5节展示了实证结果，第6节提供了燃料税政策的福利分析，第7节总结了全文。

运输排放
许多研究致力于减少交通运输部门的温室气体排放，特别是二氧化碳排放。已经定义并使用多种方法来估计和量化运输排放。Gunter和W?ber（2021）开发了一个框架来量化欧洲城市的交通二氧化碳排放。在制定这种方法时，他们不仅考虑了行驶距离，还考虑了交通方式。

模型
多项逻辑模型是模式选择问题中最常用的模型之一。它通过一组互斥的替代选项来考虑旅行者的选择决策，基于最大化他们的效用函数。虽然预测旅客的出行方式选择非常复杂，但可以根据旅客的社会经济特征和一些与旅行相关的变量（如燃料价格、旅行距离等）来估计他们选择的可能性。

结果
我们使用2017年全国家庭旅行调查（NHTS）数据库中所有行驶距离小于30英里的行程数据来估计我们的多项逻辑模型。

GTAP-E模型
我们采用了全球贸易分析项目能源（GTAP-E）计算一般均衡（CGE）模型的修改版本，该模型允许不同交通方式之间的替代（Avetisyan & Hertel，2021）。GTAP-E模型是一个强大的工具，用于在计算一般均衡框架内分析国际贸易和经济政策。它由普渡大学开发，包含了一个涵盖多个行业的综合全球数据库。

福利分析
如表8所示，美国出现了最大的绝对福利损失，总等效变化为-4.2455亿美元。这种损失主要由三个关键效应驱动：分配效率效应、贸易条件效应和投资节约贸易效应。为了将美国的福利损失置于背景中，我们将其与2017年的美国GDP进行比较，当时GDP约为19.5万亿美元。尽管绝对损失看起来很大，但其经济意义取决于它们与GDP的相对比例。

结论
本研究结合多项逻辑模型和GTAP-E模型的发现，评估了燃料税对美国经济和运输排放的经济和环境影响。多项逻辑模型表明，收入、燃料价格、教育和出行距离等因素显著影响了乘客从私家车转向公共交通和铁路的选择。我们发现，汽油价格每上涨1单位，使用公共交通的概率增加1.6%。

作者贡献声明
Misak Avetisyan：写作 - 审稿与编辑、撰写原始草稿、可视化、验证、监督、软件、项目管理、方法论、调查、形式分析、数据整理、概念化。
Ali Jaffri：写作 - 审稿与编辑、撰写原始草稿、可视化、验证、项目管理、方法论、调查、形式分析、数据整理、概念化。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的报告内容。