能源与经济在二氧化碳排放和 PM2.5 中的动态关系：来自沙特阿拉伯的实证

《Energy Policy》：Energy and Economy Dynamics in CO2 Emissions and PM2.5: Evidence From Saudi Arabia

　　

摘要 在石油依赖型经济体中，如何平衡经济增长与环境保护始终是一项重大政策挑战。以往研究已广泛探讨了经济增长、能源消费与碳排放之间的关系，但沙特阿拉伯二氧化碳排放与PM2.5浓度的长期和短期共同动态却较少受到关注。这种差异至关重要，因为旨在减少温室气体的政策未必能对当地空气质量产生同等程度的改善效果。本研究利用年度数据，考察沙特阿拉伯经济增长、石油发电、非可再生能源、全球化与这两项环境指标之间的关联。采用ARDL方法估计长期均衡与短期动态，并通过单位根、结构断裂、边界和诊断检验进行稳健性检验。研究结果表明，解释变量与两项环境指标的关系各不相同。在长期，排放量与全球化呈正相关，而PM2.5浓度与石油发电呈正相关。经济增长与二氧化碳排放量负相关，但与PM2.5浓度正相关，这表明碳效率的提升并不必然改善当地空气质量。误差修正结果证实了长期关系的稳定性。这些结果为制定综合性环境政策提供了支持。加速可再生能源电力部署、提高能源效率、促进清洁投资并减少燃油发电，可在沙特阿拉伯的能源转型中同时支持碳减排与空气质量改善。

引言 现代能源系统的环境与健康影响与能源使用、经济活动、二氧化碳排放和PM2.5浓度密切相关。尽管二氧化碳和PM2.5均与化石燃料依赖型发展有关，但二者代表了环境退化的不同维度。二氧化碳排放主要与长期气候变化相关，而PM2.5浓度则反映当地空气质量状况及相关健康风险。由于各国能源结构和环境政策存在差异，这些指标与经济增长、电力生产、能源消费及全球化之间的关系可能各不相同（Bhattarai等, 2024; Yin等, 2024; Xu等, 2025）。因此，二氧化碳排放和PM2.5浓度应被视为互补的环境质量指标，而非可互换的衡量标准。经济增长、化石燃料依赖和能源密集型发展已被反复证明与环境退化存在强烈关联。现有文献表明，尽管这些关系的强度因国家而异，但传统能源始终与更高的二氧化碳排放和更严重的环境退化相关（Alkhathlan和Javid, 2013; Alshehry和Belloumi, 2015; Mahmood等, 2020; Chien等, 2021）。这一国际证据对沙特阿拉伯尤其相关，因为该国在推进工业化、城市化和“2030愿景”下的经济多元化的同时，主要依赖石油和天然气发电生产能源。在“2030愿景”下，环境状况取决于经济增长、能源消费、电力生产和结构性变革之间的关系。虽然二氧化碳排放和PM2.5浓度均与化石燃料能源生产相关，但这两个指标衡量的是环境质量的不同维度，对经济活动、能源消费和环境政策变化的反应也可能不同。选择沙特阿拉伯作为研究对象，是因为其具备若干可验证的特征，使其成为特别具有代表性的案例，主要原因有五：第一，沙特阿拉伯是全球最大的原油出口国（美国能源信息署, 2024），也是人均二氧化碳排放最高的国家之一，其人均排放量远高于美国、加拿大或澳大利亚（气候行动追踪者, 2025），因此其能源—排放轨迹直接影响全球气候结果，而不仅仅是国内结果。第二，其电力系统仍以石油和天然气发电为主，天然气和石油合计几乎占全部发电量，而可再生能源仍低于1%（美国能源信息署, 2024; 国际能源署, 2024）。与煤炭、天然气、石油和可再生能源共同决定排放的混合燃料经济体不同，这种状况提供了一个相对受控的经验环境，能够识别能源—污染关联，而不受异质性燃料组合的干扰。第三，“2030愿景”战略启动了高效的经济多元化进程，旨在减少对石油收入来源的依赖，并通过非石油经济活动增强经济（沙特阿拉伯王国, 2016）。因此，“2030愿景”提供了一个实际环境，可以观察结构性经济变革与石油能源系统在二氧化碳排放和PM2.5污染方面的相互作用。第四，沙特阿拉伯的环境PM2.5浓度仍远高于世界卫生组织指南值，报告的平均年值约为88μg/m3，而世界卫生组织年指南值为5μg/m3（IQAir, 2026），这反映了能源相关活动以及自然沙尘暴露和干旱气候沙尘负荷的影响，使得理解其短期驱动因素的健康意义尤为紧迫。最后，如下文所述，关于沙特阿拉伯的现有实证文献几乎完全集中于二氧化碳—GDP或二氧化碳—能源的双边关系（Alkhathlan和Javid, 2013; Alshehry和Belloumi, 2015; Mahmood等, 2020），而PM2.5及其与全球化的相互作用几乎未被考察；因此，沙特阿拉伯既是政策相关且研究不足的背景，也是应用本文所开发的联合框架的理想环境。除其内在重要性外，沙特案例还为追求类似多元化议程的其他海湾和中东地区碳氢化合物出口经济体提供了可借鉴的启示。多个化石燃料依赖型经济体在向更清洁的能源系统转型时面临挑战，因为对传统能源来源的依赖限制了这种转型。因此，经济增长和能源使用的环境影响因各国的能源系统和政策而显著不同（Kartal, 2022; Li等, 2021; Li等, 2020; Zhang等, 2024）。国际文献中包含大量关于能源使用与环境质量之间联系的证据。然而，关于沙特阿拉伯的实证研究仍然有限且分散。文献主要关注二氧化碳排放、经济增长和能源消费之间的相关性（Alkhathlan和Javid, 2013; Alshehry和Belloumi, 2015; Mahmood等, 2020），对与PM2.5浓度和全球化的关系关注较少。此外，这些研究很少在一致的解析框架内考虑不同的环境指标，而这些指标在评估环境可持续性和支持综合能源政策方面是互补的。此外，尽管有证据表明二氧化碳排放和PM2.5浓度对经济活动、能源消费和全球化变化的反应可能不同，但这些研究很少区分不同环境指标的长期和短期反应。最新证据表明，结构性经济动荡、技术创新和全球化正逐步影响环境结果。然而，由于各国能源结构、制度质量和环境法规的差异，已记录的效果仍存在差异（Ramzan等, 2025; Wang等, 2024; Wu等, 2025; Yi等, 2023）。为了将这些科学见解置于沙特能源部门的背景下，考察特定燃料能源使用的长期趋势是有用的。如图1所示，自1990年以来，来自石油、天然气、水泥生产、火炬燃烧和煤炭的二氧化碳排放轨迹表明，石油和天然气仍然是国家二氧化碳排放的主要贡献者。此外，图2提供了同期能源消费趋势的更多细节。它显示石油消费仍然很高，天然气消费正在增加，这与沙特阿拉伯能源结构和经济发展的长期变化相对应。石油和天然气继续成为沙特阿拉伯二氧化碳排放的主要来源，这是该国持续依赖碳氢化合物进行能源生产和工业发展的结果。其他排放源占总排放量的比例较小，其贡献相对较低且随时间波动。总之，这些模式反映了沙特阿拉伯能源结构的长期演变，以及与其经济增长并行的碳排放轨迹。如图2所示，沙特阿拉伯的石油和天然气消费量从1990年到2022年有所增加。石油仍是主要能源，但随着工业化和电力生产的增长，天然气的使用也在增加。这一趋势表明其对煤炭系统的依赖度较低，由于煤炭使用水平持续较低，而碳氢化合物能源系统为主导。石油和天然气消费的增长伴随着工业化、人口增长和能源密集型产业（包括石化、海水淡化和制造业）的扩张。这一趋势表明，尽管工业发展步伐迅速且电力消费增加，沙特阿拉伯仍依赖碳氢化合物。这些综合趋势说明了该国不断变化的能源结构如何影响研究期间的能源消费长期模式。鉴于上述考虑，本研究考察了沙特阿拉伯能源消费、经济活动、全球化和二氧化碳排放及PM2.5之间的动态相互作用。它区分了嵌入王国石油依赖型能源系统中的短期经济和能源调整以及长期结构性变化。实证上，据我们所知，很少有研究在一个单一动态框架内，将GDP、非可再生能源使用、电力生产和全球化纳入，共同考察沙特阿拉伯的二氧化碳和PM2.5；先前的工作通常孤立地处理二氧化碳，通常使用静态或线性设定，无法分离短期调整与长期均衡。此外，方法多样性，包括面板估计量、非对称模型和时间序列方法，导致了各国实证结果的不一致（Majumder等, 2023; Voumik和Sultana, 2022; Xu等, 2025）。理论上，关于二氧化碳排放和PM2.5浓度为何可能对共同的经济和能源决定因素作出不同反应，关注有限。以下文献综述讨论了这些关系，并突出了剩余的研究差距。为弥补这一差距，本研究采用自回归分布滞后（ARDL）模型共同考察二氧化碳排放和PM2.5，该方法适用于混合积分阶数的变量，并能在单一估计框架内识别短期调整和长期均衡。本研究的贡献有三：首先，通过在共同动态框架内联合考察二氧化碳排放和PM2.5浓度，为有限的沙特证据作出贡献。其次，提供了一个统一的解析框架，以比较相同的经济、能源和全球化因素如何影响捕捉环境质量不同维度的两个互补环境指标。第三，通过将经济发展、能源消费和全球化整合到统一的实证框架中，该分析为沙特“2030愿景”下的气候变化缓解和空气质量改善提供了差异化的政策启示。本文其余部分组织如下：第2节提供全面的文献综述；第3节描述方法论和数据来源；第4节报告实证结果；第5节讨论政策启示、局限性和未来研究方向。

文献综述 环境可持续性已成为伴随快速经济增长和能源需求扩张的最重要挑战之一。大量证据将化石燃料消费确定为环境退化的主要驱动因素。然而，由于能源结构、环境指标和计量经济学方法的差异，以往研究在其发现的关系大小和传导机制上存在显著差异。

数据和
方法 图3展示了本研究采用的ARDL框架，用于考察沙特阿拉伯经济活动、能源消费、全球化和环境质量之间的动态相互关系。诸如二氧化碳排放和PM2.5水平等因变量，与研究对象是各种解释变量，如GDP、非可再生能源消费（ENR-CON）、电力生产（ELP）和KOF全球化指数（KOF-GLO）。变量被选为

结果与讨论 本研究采用ARDL边界检验方法测试变量间长期关系是否存在。该方法给出两个参考水平：一个下界，假设所有变量都是I(0)积分；一个上界，假设所有变量都是I(1)积分。边界检验结果见表5。CO2-EMS和PM2.5模型的F统计量分别为5.32和8.12，均大于1%水平下的上界临界值

结论 在减少环境退化的同时实现可持续经济发展，仍然是石油依赖型经济体面临的中心挑战之一。

在此背景下，本研究利用 ARDL 边界检验方法，考察了 1990 年至 2022 年期间沙特阿拉伯经济增长、石油发电、非可再生能源消费、全球化、二氧化碳排放和 PM2.5 浓度之间的长期和短期关系。通过联合分析二氧化碳。
CRediT 作者贡献声明
Amal Alqahtani：写作 – 审阅与编辑、验证。
Saoussen Kouki：写作 – 初稿、软件、资源、方法论、调查、构思。
Nadia Selmi：写作 – 初稿、可视化、验证、调查、资金获取。
伦理批准
不适用。本研究不涉及人类参与者或动物。
资金声明
本研究未获得来自公共、商业或非营利部门任何资助机构的专门拨款。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本论文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
Amal Alqahtani|Saoussen Kouki|Nadia Selmi
基础科学系，预备年级与支持研究所所长办公室，伊玛目阿卜杜勒拉赫曼·本·法萨尔大学，沙特阿拉伯达曼，34212，信箱 1982。