區域自然資源-經濟復合系統可持續發展預警指標體系構建

孫雪蓮

（新疆大學a.經濟與管理學院b.科學技術學院,烏魯木齊 830046）

區域自然資源-經濟復合系統可持續發展預警指標體系構建

孫雪蓮a,b

（新疆大學a.經濟與管理學院b.科學技術學院,烏魯木齊 830046）

以新疆為例，從系統基本健康狀況、系統運行效率、系統適應力及其他系統的影響四個維度出發考慮警情，構建初始預警指標體系。并利用主基底方法，在保證原始變量信息損失盡可能小的前提下，排除初始指標體系中存在的大量冗余信息，對初始指標體系進行了簡化，克服了變量之間的多重相關性。

指標體系；可持續發展；主基底

0 引言

改革開放至今，中國經濟保持了持續的快速增長，1978～2010年GDP平均增長率達到9.89%，經濟發展取得了巨大成就。但是粗放的經濟增長方式，導致了自然資源的大量消耗，經濟發展所面臨的自然資源約束越來越強。在此背景下，將自然資源系統與經濟系統看成是一個復合系統，從預警的角度，研究該復合系統的可持續發展問題，具有重要的實踐與理論意義。

對于可持續發展指標體系的構建，相關研究已經取得了豐富的研究成果，但是還需要進一步的完善。首先，由于不同區域的發展特點不同，針對不同區域特點，應加強區域可持續發展指標體系的研究。同時，要更加關注指標體系的系統性，簡明性，對指標的篩選應加強定量分析方法與定性分析方法的結合應用，現有的指標體系的構建方法大多欠缺定量分析，指標體系過于龐雜，往往會存在大量冗余信息，導致難以實際操作。從預警角度建立可持續發展指標體系的研究雖然很好地關注了區域層面，但是研究對象卻大多集中在單一系統、單一資源上，對于自然資源與經濟系統的復合系統進行關注的研究文獻不多。

本文借鑒文獻[1]的研究結論，以系統為視角，構建區域“自然資源-經濟”復合系統可持續發展的預警指標體系，將定性分析與定量分析相結合，對指標體系的冗余信息進行了刪除，確保了指標體系的簡明性與可操作性。

1 初始指標體系的構建

1.1 指標體系的設計思路

從動態觀點看，可持續發展能力是復合系統的一種運行狀態。系統具備層次結構性，“自然資源-經濟”復合系統可以分成自然資源子系統（自然資源子系統，又可以進一步分為資源子系統與環境子系統。）和經濟子系統。要描述兩個子系統的可持續發展能力，提出預警，就需要尋找和選擇一批變量（指標），來表述系統的元素以及元素之間相關關系的特性。在系統論中，稱這些變量為狀態變量，能夠正確區分和描述這些狀態，就算把握了系統。嚴格意義上說，無論是自然資源子系統還是經濟子系統，其系統的復雜性都決定了他們的狀態變量是N維，乃至無窮維的。為了簡化研究系統，對狀態變量往往選取起主導影響作用的變量，盡可能的去構建完備變量集。

本文以系統的需求為目標導向構建預警指標體系。一個系統要想生存和可持續發展，必須與它的生存環境相互協調。因此，從系統所處的外在環境入手，針對系統的四個主要需求構建指標體系。本文以新疆為例，從系統生存基本健康狀況、系統運行效率、系統適應力及其他系統的影響四個維度考慮警情，通過參照大量權威研究文獻，采用定性化方法對指標進行了高頻篩選，構建了初始區域“自然資源-經濟”復合系統可持續發展預警指標體系（見下表），并選取了2000～2009年10年的數據，進一步對該指標體系進行了定量化篩選，排除了指標體系的冗余信息。統計數據主要來自2001～2011年的《新疆統計年鑒》、《新疆50年》、《中國統計年鑒》、《中國林業統計年鑒》，個別缺省數據，采用了平均值法進行補充。

1.2 有關指標的測算說明

1.2.1 水資源負載指數測算說明

水資源負載指數反映水資源的利用程度，可以對今后水資源開發的難易程度提出預警，在干旱和半干旱地區多利用區域降水、人口和農業灌溉面積這3個數據與水資源量值間的關系來表示。但是在新疆經濟跨越式發展的背景下，農業灌溉面積并不能完全反映地區水資源的實際利用情況，本文參照文獻[1]，采用國內生產總值代替農業灌溉面積指標。將水資源負載指數定義為衡量區域水資源對人口，經濟規模的負載程度的指標。計算公式如下：

其中，C為水資源負載指數；P為人口數量(萬人)，G為國內生產總值（億元）；W為水資源總量（億立方米）；K為與降水有關的系數。K的具體取值如下：

R為降水量，單位為mm。

根據上述水資源負載指數的計算理論，可以計算得出新疆2000～2009年的水資源負載指數，見下表：

全國尺度水資源負載指數分級評價標準見表3：

由計算結果可以看出，新疆水資源的負載指數呈上升趨勢。2003年以后，新疆水資源開發利用程度屬于第三級別，即開發條件中等。

1.2.2 二氧化碳排放量的測算說明

二氧化碳排放主要來自化石燃料燃燒及水泥制造等生產過程，根據世行報告，化石燃料燃燒的碳排放占到總排放量的70%以上。本文根據新疆能源消費的特點，參照文獻[4],選擇煤炭、石油、天然氣這三種消耗量較大的一次能源為基準來核算。

根據國家發改委能源研究所的推薦值，原煤的二氧化碳排放因子定為2.4567噸二氧化碳/噸標準煤；根據IPCC(2006)文件提供的二氧化碳排放系數，原油的二氧化碳排放因子定為2.145噸二氧化碳/噸標準煤，天然氣的排放因子為1.642噸二氧化碳/噸標準煤。原煤、原油和天然氣的折標煤系數分別為0.7143噸標準煤/噸、1.4286噸標準煤/噸、13.300噸標準煤/萬立方米。原煤、石油、天然氣的消費數據來自歷年新疆統計年鑒。計算得新疆2000～2009年的二氧化碳排放量為：

表1 自然資源-經濟復合系統可持續發展預警指標體系

2 對初始指標體系的定量化篩選

本文利用主基底分析方法，對初始指標體系中每個子系統的變量進行了篩選，以剔除重復信息和冗余變量。

3.1 基于主基底分析的變量篩選方法原理[3]

表2 新疆2000～2009年水資源負載指數

表3 水資源負載指數分級評價標準[2]

表3 二氧化碳排放量 (單位：萬噸)

基于主基底分析的變量篩選步驟如下：

對于一組秩為s(s≤p)的變量集合 x1,x2,…xp，可以采用“最大方差法”得到它的主基底。

（1）將x1,x2,…xp做標準化處理；

（3）分 別 將 剩 余 變 量 x2,x3,…xp與 z1做Gram-Schmidt變換，得到備選的變量集合

（7）重復以上過程，直至經Gram-Schmidt變換后，得到s個相互正交的向量z1,z2,…zs，其所對應的關聯變量為x1,x2,…zk，即為篩選出來簡約變量集合。

采用上述方法篩選出來的簡約變量集合，可以排除初始變量集合中由于多重相關性導致的冗余信息（即被變成0的那些向量），同時保留了初始變量集合全部的凈信息，對初始變量集合最具有代表性。在實際操作中，不必選擇全部s個關聯變量，通常認為Var(zk)?0.2時，所攜帶的凈信息含量就已經非常少了，這時可以選擇為簡約變量集合?？梢愿鶕嶋H需要，靈活地選擇0.2或0.2以下的適用數值作為簡約變量選擇的依據。

2.2 簡約指標體系的構建

2.2.1 各子系統的變量篩選首先考察水資源子系統的19個原始變量，其171個相關系數中，有51個相關系數大于等于0.8，接近總數的1/3，可見變量之間存在嚴重的多重相關性，會干擾系統評價結果的客觀性。以下采用基于主基底的變量篩選方法構建簡約指標體系。

首先對指標做正向化、標準化處理，其中，對逆向指標采用了取倒數的處理方法，標準化采用了z-score方法，標準化后的樣本平均值為0，方差為1。

其次，選擇第一個主基底變量z1，由于

所以第一個主基底變量Z1=A18，對應的原始變量為水資源負載指數。

最后，將剩余變量按照主基底分析的程序進行篩選，最終共有8個主基底被保留下來，對應的 關 聯 變 量 依 次 為 A18、A10、A16、A9、A15、A8、A11、A19。

主基底變量的方差Var(zi)及所攜帶的凈信息含量比重RNI見下表：

表4 主基底變量的方差及所攜帶的凈信息含量比重

原變量集合的凈信息總量為5.2595，篩選出來的簡約變量集合所包含的信息總量占凈信息總量的97.98%，具有非常好的代表性。篩選后的變量間的相關系數矩陣如表5所示：

表5 篩選后的水資源子系統的指標相關系數

從表5可以看出，篩選后的變量中，相關系數的最高值為0.769，沒有強相關的變量存在，不存在干擾評價客觀結論的冗余信息。

同理，土地資源系統篩選后的變量為 B1、B5、B8、B9、B11、B12、B13，原變量集合的凈信息總量為4.829，篩選出來的簡約變量集合所包含的信息總量占凈信息總量的98.95%。篩選后的指標體系中，僅有一組變量的相關系數超過0.8。

能源系統篩選后的變量為 C2、C4、C6、C8、C9、C12、C14、C15、C20、C22,凈信息含量為100%。篩選后的指標體系中，僅有一組變量的相關系數超過0.8。

環境資源系統篩選后的變量為 D8、D9、D10、D11、D12、D13其累積凈信息含量比達到99.09%。篩選后的指標體系中，僅有兩組變量強相關，分別為D8與Dg10、Dg9與D10，其他變量均為弱相關。

表6

經濟系統篩選后的變量為 E2、E3、E4、E8、E10、E11、E12、E14、E17、E18，凈信息含量為100%。

2.2.2 簡約指標體系的構建

通過上述指標體系的定量化篩選，構建出新疆“自然資源-經濟”復合系統可持續發展能力的預警簡約指標體系。見表6。

篩選后的指標體系指標個數減少到了41個，僅為原指標體系的指標個數的45%，極好地排除了冗余信息量，同時對原指標體系也具有很好的代表性。

3 結論

本文以系統的需求為目標導向，從系統基本健康狀況、系統運行效率、系統適應力及其他系統的影響四個維度出發考慮警情，通過對權威文獻高頻指標的篩選，構建出初始區域“自然資源-經濟”復合系統可持續發展預警指標體系，并利用主基底方法，對上述指標體系進行了約簡，最終得到了一個僅有41個指標的預警指標體系，即保證了對原指標體系凈信息量的代表性又很好地排除了冗余信息，為進一步提供客觀的預警研究結論奠定了良好基礎。

[1]張丹，封志明，劉登偉.基于負載指數的中國水資源三級流域分區開發潛力評價[J].資源科學，2008,30(10).

[2]王惠文.變量多重相關性對主成分分析的危害[J].北京航天航空大學學報，1996,22（1）.

[3]王惠文，儀彬，葉明.基于主基底分析的變量篩選[J].北京航空航天大學學報（自然科學版），2008,34（11）.

[4]South Pacific Applied Geosciences Commission.United Nations Environ?ment Programme.Building Resilience in SIDS：the Environmental Vul?nerability Index[EB/OL].http：//www.vulnerabilityindex.net/index.htm，2005.

F222

A

1002-6487（2013）14-0021-04

孫雪蓮（1980-），女，山東臨沂人，博士研究生，講師，研究方向：可持續發展。

（責任編輯/亦 民）