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《中国科学技术大学》 2011年
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环境效率评价方法及其统计属性研究

宋马林  
【摘要】:当前,环境问题正在成为阻碍世界各国社会经济可持续发展的重大难题之一。如何有效解决环境问题、遏制环境进一步恶化,业已在全球范围内引起了众多专家学者的高度关注。因此,研究和完善环境效率评价的相关技术问题,将在推动学科前沿发展的同时,为我国“十二五”时期节能减排约束性指标的实现提供支撑。由于DEA方法具有简单实用以及无需事先确定输入和输出指标权重系数之优点,自1978年被提出以来,深受国际学界重视,理论模型不断地得到发展和丰富,被越来越广泛地应用于各类系统的效率评价,逐渐形成了一个数学、经济学、管理科学交叉研究的新领域,并取得了很大的发展。所以,当基于DEA的环境效率评价方法于1989年被首次提出后,国内外许多学者就将其作为一个重要的研究方向。 在环境效率评价工作中,一个至关重要的环节就是,如何测度非期望产出。因为,当考虑非期望产出时,传统的DEA效率模型关于产出最大化的假定并不适用。但是,已有的成果在求解方法和变量相互关系的处理上,依然存在一些不足之处。因此,对已有的非期望产出DEA模型进行修正和改进,可以提高环境效率评价结果的精度,拓宽模型的应用范围,从而更好地服务于实践。另外,现有的DEA效率评价公理体系也未能充分考虑参数结构特点。现有的体系仅仅依据一些最为适用的性质(如凸性和单调性等),以致其在效率评价过程中的作用相对单薄,一定程度上制约了DEA方法的发展和应用。 本文将在生产效率的公理化理论的基础上,为环境效率评价系统提出更为稳健、精确的DEA方法,并构建完备的统计检验模型,最后将其应用到备受国内外关注并急需解决的环境效率评价问题中。本文通过理论与实践的结合,主要开展了以下几个方面的研究工作: (1)环境效率评价研究新进展的文献综述。作为效率分析研究中的前沿方向之一,考虑非期望产出的DEA效率模型在环境效率评价工作中具有重要的应用价值。本部分将围绕考虑非期望产出的DEA效率模型理论和基于考虑非期望产出效率模型的环境系统评价分析,以及环境效率评价的统计属性分析多个方面,对国内外关于环境效率评价的研究成果进行梳理,述评效率分析理论及应用的进展,探求这些成果在为环境政策分析制定方面提供理论基础和客观依据的成就,及其可能存在的不足之处,并对未来的研究取向进行了展望。 (2)改进的环境效率评价ISBM-DEA模型及其实例分析。由于期望产出的生产过程通常伴随着对环境造成一定程度破坏的副产品的生成,但经典的DEA模型很难解决考虑非期望产出的效率评价问题。本章给出了一种改进的环境效率评价ISBM-DEA模型,并提供一个实例,将这一改进的模型与环境评价经典模型SBM的评价结果进行对比,结果表明本部分所建立的新模型的计算结论和使用SBM得到的效率评价值相关程度很高,而且比SBM模型更加注重非期望产出对生产效率的影响,说明此模型具有更为广泛的应用价值。 (3)一种新的网络CCR-SBM的环境效率评价模型。虽然CCR-SBM模型在解决非期望产出的处理问题上取得了不错的效果,但其仍旧无法解决产出的“拥挤”问题。本章基于生产效率的公理化理论,对考虑非期望产出的CCR-SBM模型模型进行系统化研究,并进一步地将CCR-SBM模型从网络分析方面进行了扩展,使其在解决考虑非期望产出的效率评价的同时,也能够解决产出的“拥挤”问题。实证分析表明,网络CCR-SBM模型得到的效率值不仅比经典SBM模型更精确,而且能够实现更加注重环境影响的效率分析。 (4)考虑非期望产出的非径向-双目标DEA模型构建及其实证分析。本章将在传统DEA效率模型的基础上,综合考虑评价过程中期望产出与非期望产出之间的差异,以及实际生产过程中人们追求期望产出最大化和非期望产出最小化的双重目标,构建了非期望产出的非径向-双目标DEA环境效率评价模型,并通过采用线性加权和法,将其转化为一个求最大值的单目标线性规划问题。研究结果表明,这种新模型不仅可以分析DEA有效性与Pareto最优之间的关系,还利用决策单元的“投影”去获得投入和产出的可调整量,从而提高了考虑非期望产出的环境效率评价的精度。随后的实证分析结果和现实情况的高度吻合,说明这种新的非径向-双目标DEA环境效率模型是有效的。 (5)通过建立考虑非期望产出的非参数DEA效率模型,从影子价格的视角论证DEA有效的充分必要条件,计算出无效DMU的可改进量,从而构建了一个考虑非期望产出、影子价格以及无效决策单元的改进的非参数DEA模型,然后通过一个实例进行实证分析,将这个新的模型和经典的SBM模型进行比较,结果显示两者的相关系数超过0.9,而且这一新模型还显示出一些SBM模型所没有的优良特性。这种新的非参数方法不仅能够对环境效率水平进行测度评价,而且相较于参数方法而言,它不需要事先设定规范的函数形式,对指标数据也不需要考虑计量单位问题,具有比较独特的优势。 (6)开展了基于DEA的环境效率评价方法的统计属性分析,并进行了实证检验。在分别构建考虑期望产出和非期望产出的生产函数的基础上,进行环境效率DEA评价方法的凸非参数最小二乘估计,提出当参数αi 1 ,βi′1 ,αi2,βi′2的估计值给定时,可以得到f和g的显性表达式,然后利用考虑非期望产出的DEA及凸非参数最小二乘CNLSUO,可以求得拟合曲线之间的数量关系,即对于每个企业的实际投入,CNLSUO法得到的产出拟合值不大于DEA法得到的产出拟合值。实证分析表明,考虑期望产出和非期望产出的DEA估计效果较好。包括考虑非期望产出DEA的非参数最小二乘估计在内的环境效率评价方法的统计属性分析,势必会拓展DEA统计属性研究的范畴,推动统计学与运筹学的进一步融合与发展。 (7)本文还对政府规制、技术进步与中国区域环境效率三者之间的数量关系进行了实证分析。在分别计算1992、1999、2007和2009这四个时间节点的中国区域环境效率后,首次提出DEA分解的概念并采用搜索算法求解,对设定的三个时期内的分省区环境效率从政府规制和技术进步角度进行分解,结果显示,政府规制对环境效率的作用力度正从南向北推进,技术进步的作用也在由东向西扩散。这也验证了理论分析中的两个命题。因此提出,采取有效措施加大对中西部省区环境问题的政府规制,尽快推动东部地区先进技术向中西部省区的转移,是使中国环境效率整体提升的有效途径。此外,建立多部门协同管理的环境效率统计体系,将会加速这一进程。 除了上述研究结果外,本文还提出了该领域一些值得进一步研究的前沿问题。
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