威廉·诺德豪斯与气候变化经济学

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收藏 2011-05-19

时间：2011-04-28    稿件来源：《经济学动态》    保罗·萨缪尔森是美国诺贝尔经济学奖第一人，其经典教科书《经济学》从1948年第一版至今，被誉为世界上最为实用和畅销的经济学教科书，对社会公众产生了巨大的影响。在该书再版50周年前夕，年事已高的萨缪尔森决定寻找一位才能与观点都完美的合作者。结果，“现实中的威廉·诺德豪斯（William Nordhaus）被发现了”。许多人对诺德豪斯这个名字也许感到有些陌生。《经济学》第16版在介绍他时，也仅仅泛泛地提及“他的经济学研究范围很宽”，而且“是卡特总统经济顾问班子的成员”。经济学的研究者则可在蒋中一的《动态最优化基础》中，见到政治经济周期模型，那就是诺德豪斯的天才之作。但是如果仅凭这个模型，似乎并不足以使他成为萨缪尔森的合作者。实际上，诺德豪斯的主要贡献发生在一个原本相对冷门、如今却相当热门的经济学分支领域——气候变化经济学。本文尝试对这位气候变化经济学奠基人的学术成就予以介绍，以帮助大家了解他的确是众多星辰中名副其实的一颗。

一、气候变化与经济学
      传统上，气候变化属于自然科学的研究领域。这一议题源自于人类经济活动所产生的温室气体过多过快，超过了地球生态系统吸纳它们的速度，从而温室气体在大气层中不断累积，有可能使得地球表面温度升高，这将带来难以估量的影响（Cline,1991）。温室气体主要包括二氧化碳、甲烷、氟氯化物、氮化物。它们在地球生态系统中流动将对大气、海洋、极地冰川、森林植被、农作物、能源、环境等方面产生影响，并引发相应的研究，温室效应的原理则来源于物理学的热辐射。所有这些都属于自然科学的范畴。联合国**间气候变化专门委员会（IPCC）不定期发布的专题报告，就是在自然科学的最新文献基础上综合而成的。
      那么，经济学作为一门人文社会学科，其切入气候变化议题的原因在哪里呢？Nordhaus（1982）给出了两点理由：一方面，旨在减少温室气体排放的政策措施，必须经由经济系统才可起作用；另一方面，气候变化也会对经济系统的生产过程和最终产出发生影响，比如干旱导致粮食歉收。Mendelsohn et al（1994）表述了一个更深层的理由，那就是自然学科在做预测时，往往使用简单的外推法，比如把CO2排放量与GDP相挂钩。这样的处理方法忽略了微观主体对经济环境变化的适应能力。如果气候变得干旱了，农场主可以不种植小麦，而改种对水分要求更少的玉米。类似地，如果**出台碳税，企业可寻求替代能源，从而在CO2排放量下降的同时，GDP增速并不一定放慢。可见，固然自然学科在探索地球生态系统的规律上起着基础性的作用，但是如果涉及到遏制气候变暖的政策实践，就绕不开经济学。
      诺德豪斯1982年的论文被认为是气候变化经济学的开山之作。此文虽短，却对CO2的特性、减排的国际合作、政策手段、不确定性等相关问题，都有所论述。文中所表述的许多忧虑，近30年来逐渐在现实中一一呈现，比如国际合作的艰难性、分析研究中的不确定性等。不过，鲜为人知的是，诺德豪斯在发表此文之前，经历了大约15年之久的研究重心的转型。
      1967年，26岁的诺德豪斯于麻省理工学院取得经济学博士学位，同年在耶鲁大学获得教职。在随后的六年中，他的论文涵盖了经济增长、技术变化、税收、价格水平、劳动工资等较为宽阔的研究领域。从此阶段的十余篇论文和一部著作来看，诺德豪斯主攻增长理论，顺带向其他领域拓展探索。受罗马俱乐部的影响，他开始研究资源经济学（Nordhaus,1992），从1973年开始发表此领域的论文。诺德豪斯于1973-1982年间仍然是一位多产的研究者，发表论文24篇，出版著作3部，其中关于资源与气候变化的仅为4篇论文和1部著作。他逐步形成了这样一种认识：虽然资源数量表面上是有限的，但科技潜力能提供近乎无限的能源，真正对未来构成潜在威胁的是具有全球外部性的温室效应；而在几个主要温室气体中，又以CO2的惰性最强、存量最大，所以最难治理(Nordhaus, 1974，1977, 1982）。
      从1982年开始，诺德豪斯表现出主攻气候变化的研究倾向。对于一个在宏观领域几乎无所不可为的经济学家而言，他做出这样的选择自然是由于他认为这个研究方向比其他方向更具有研究价值。然而，这注定了是一条艰辛的道路。一方面，经济学界很少有人在尝试着探索气候变化，诺德豪斯将要在几乎孤军奋战的情况下从没有路的地方开辟出一条路来。这蕴藏了很大的研究风险。另一方面，气候变化是不是一个问题，气候是不是在朝变暖的方向发展，以及就算如此，其原因是不是由人类经济活动引起的，在自然科学领域一直都存有争议。这种分歧削弱了自然科学界在劝说大众采取行动来遏制全球变暖上的可信度。两方面的因素使得气候变化经济学在相当长时间里都属于经济学里的冷门旁支。直到2006年，“斯特恩报告”成功地引起世界对气候变化问题的广泛关注，人们才发现，气候变化经济学的最新文献都在不断地引用同一个名字：诺德豪斯。

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2011-5-19 11:14:20

二、气候变化综合评估模型
      俗话说，知易行难。认识到气候变化议题的重要性，是一回事；要在这个蛮荒之地上真正把经济学切入进去，则是另一回事。1982-1991年间是诺德豪斯在学术领域相对沉寂的一段时期。虽然他的论文发表数量仍然不少，接近30篇，但发表在《美国经济评论》上的论文仅有1篇，远低于1982年之前的水平。为何会如此呢？这应该就是探索一条新路过程中遭遇巨大困难的一种体现。诺德豪斯在尝试着把经济系统与生态系统整合在一个模型框架里，即：经济系统在运转过程中产生CO2，CO2使得生态系统发生变化，这种变化再影响到经济系统，形成一个循环流；其中，经济系统以新古典增长模型为基础。如今研究气候变化的主流工具——气候变化综合评估模型（IAM），就是秉承了这一框架。
      Nordhaus（1991）的论文发表标志着IAM的发端。此前的数篇论文都是在为它的出现做模型架构和数值计算上的准备。以诺德豪斯的功底，在一般均衡框架里纳入生态系统的影响并非难事。他创造性地把经济学中的边际分析法引入到对气候变化问题的研究中。如图1所示，横轴代表温室气体下降的百分比，纵轴为实际货币值。若任由市场自发运行，从而温室气体不减少，那么对社会的损害为Z点的高度值。当社会投入资源以降低温室气体时，边际成本是递增的；但温室效应的边际损害将随着温室气体存量的减少而逐步降低，这可视为减排的边际收益。E点为MR＝MC的均衡点。此时，社会总成本是区域B的面积，社会总收益是区域B＋C的面积，从而减排将带来区域C面积的社会净收益。上述分析思路就是气候变化经济学文献中经常提及的成本－收益分析法的原理。
      诺德豪斯面对的困难主要有两个方面：一方面，他需要了解生态系统运行方面的大量知识，并对如何取舍以放入模型系统中做出判断。比如图1中温室效应的边际损害曲线，在理论上假设它为向右下方倾斜是容易的，但具体的下降路径是怎样的，边际损害的具体数值是多少，估算起来会很困难。而且，对于只有自然科学常识基础的人，必须具有敏锐的嗅觉和极高的效率，才不至于淹没在知识的海洋里。另一方面，对动态一般均衡系统的跨期优化方程做数值模拟，当时无论是在编程上、算法上还是在硬件设备上，都存在着许多困难。就算以今天的培养方案培养出来的经济学博士，多数在编程上也都属于门外汉。一个已过不惑之年的经济学正教授，却要去寻找合适的程序并从头开始学习它，这不是什么人都能做得到的。
      Nordhaus（1991）的竞争对手是IPCC于1990年发布的第一个气候变化评估报告。与IPCC的专家们借助超级计算机来模拟全球系统的变化相比，诺德豪斯用的仅仅是一台芯片为486-66处理器的普通电脑。然而，后者在理念上却更胜一筹。IPCC仅仅关注纯粹物理世界的变化，忽略了人对经济环境变化的适应能力，这使得在碳减排的代价估算上，IPCC的结果比诺德豪斯的高出许多。IPCC在2001年发布的第三个气候变化评估报告中，承认了IAM模型的优势，并也开始在其自己的框架里嵌入更具有微观基础的经济系统模块。
      在Nordhaus（1991）之后，纷纷有其他的研究者跟进。但由于无论是在经济领域还是在生态领域，现有的知识都还相当有限，IAM却要把它们整合在一起，过于复杂的系统难以分析研究，所以不同的研究者往往只能选择把一部分因素放到模型系统里。较大的自主选择性使得IAM的发展历程呈现出多元化的特征。有的IAM侧重于生态系统，有的侧重于经济系统。十几年的时间里就出现了20多个不同版本的IAM模型，其中较为重要的有MERGE（Manne et al,1995）、DICE（Nordhaus,1994）、RICE（Nordhaus & Yang,1996）、FUND（Tol, 1997）、PAGE（Hope,2006）。著名的“斯特恩报告”在详细的文字分析背后，其基础性的技术工作就是PAGE模型。到了2001年，形势的发展还催生出了一个名为“Integrated Assessment Journal”的新期刊。这反映出基于IAM所做的研究已经形成了一个学科领域。
      作为IAM的先驱，诺德豪斯并未满足于已取得的成绩，而是在不断地改进自己的工作。在Nordhaus（1991）的基础上，他先后发展出DICE和RICE模型。其中，DICE是将整个世界当作一个整体，判断有效的碳减排方案。RICE则在接近现实的程度上更进一步，将世界分为了10个区域，像美国、中国这样的碳排放大国为一个独立区域，其他的区域则包含了多个国家。每个区域为一个独立决策的主体，它们在一定的博弈环境下做出选择。基本的博弈环境有3个，即BAU（没有碳减排承诺）、非纳什均衡解、完全合作解，分别对应了完全不合作、有限合作、完全合作三种情形。由此计算出相应的碳税和碳排放轨迹，为判断未来的形势提供参考。之后，诺德豪斯继续修改和充实DICE、RICE模型，先后推出了RICE-1999、DICE-2007、RICE-2010等不同改进版本。最新的RICE-2010在上一版本模型基础上加入了海平面上升的模块。Nordhaus（2010）使用RICE-2010对哥本哈根协议的结果进行了预测，结果发现，即使各国完全按照各自所承诺的方式推动碳减排，也不足以达到将全球平均气温的上升控制在2℃以内的既定目标。

诺德豪斯于1991-2011年间共计发表论文80余篇，出版著作12部，其中绝大部分都是关于气候变化的。论文所发表的期刊涵盖了《美国经济评论》、《科学》、《美国科学院院刊》这几个不同学科领域里的顶尖学术期刊，而且数量达到了17篇之多；其他的一流期刊更是不胜枚举。由于他的杰出学术贡献，诺德豪斯获得了很多荣誉和光环，其中最耀眼的是入选美国国家科学院的院士，并且，入选“汤普－路透”所预测的诺贝尔经济学奖候选人名单之列。

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2011-5-19 11:14:45

三、学术论争
      学术之路无坦途。要做出任何一个创新，都需克服外人无法想像的困难；不仅如此，对同一个问题，不同的研究者往往有不同的观点，这就必然会发生学术争论。诺德豪斯与IPCC在研究方法上的较量是在无声无息中展开的，最终IPCC明确声称接纳IAM的方法；当然，诺德豪斯自己也在生态系统模块上努力往IPCC的方向靠拢。这一经济学与自然科学相结合的发展，可以说不存在输家，是双赢的结果。不过，诺德豪斯撰文参与的另两场争论，则起到了帮助后续的研究者避开学术暗礁的作用。
      第一场争论是关于罗马俱乐部对经济增长的悲观看法。早在1972年，一本名为《增长的极限》的书论证了有限的资源最终会使得经济停滞。Nordhaus（1974）给予了间接的反驳。他通过列举科学数据来说明，虽然化石能源储量仅能支持520年的使用，但是如果开发利用核能，则以当时的能源消耗量，则可支撑530亿年的使用。这还未包括对太阳能的开发利用。所以，对资源有限性的担忧是不必要的。然而，令诺德豪斯意外的是，罗马俱乐部为纪念《增长的极限》出版20周年，于1992年出版了《超越极限》，对全球性资源危机再次发出警告。
      这次，Nordhaus（1992）深入分析了前后两部书的技术方法，发现它们所用的模型系统基本上完全相同，只做了微不足道的改变。它们都忽略了技术变化与市场机制这两个因素的作用，而完全从静态的视角去预测未来。诺德豪斯展示了多种资源的历史实际价格序列，以它们在长期中呈现为下降趋势的事实来说明，罗马俱乐部的担忧与现实世界的数据并不一致。他进而指出，我们所可能忽略了的终极威胁，是地球容纳工业废物的容量的有限性，气候变暖、物种消失这一类可再生资源枯竭的信号，才更值得引起担忧和关注。
      第二场是关于碳减排的行动缓急之争。温室效应的全球性意味着一国的碳减排具有很大的正外部性。在分散决策的机制下，这将导致碳减排的力度偏弱。为了有效地遏制气候变暖，就需要一个国际合作框架来协调各国的行动。而国际合作涉及到政治角力，其中的重要问题包括：是各国都以相同的力度减排还是可以区别对待？是一开始就强力减排还是可以逐步加强力度？2006年的“斯特恩报告”认为，若推迟减排或减排力度不足，则以后将每年付出20%GDP的巨大代价，因此主张各国立刻采取坚决有力的行动，以降低未来灾难的发生概率。在这一观点下，发达国家与发展中国家被区别对待的程度很小，而且立刻的强力碳减排明显不利于发展中国家的经济追赶。“斯特恩报告”影响广泛，为欧美政治势力在哥本哈根气候峰会上强压发展中国家起到了理论烘托的作用。
   与“斯特恩报告”相对的另一种观点是气候政策坡道说（Olmstead & Stavins, 2006），即近期的减排力度可较小，在中远期再逐步加大减排的力度，而且对发达国家与发展中国家区别对待。这一主张是众多不同IAM模型得出的大致相同的结论。如果以宏观碳税来代表一国实施碳减排的力度，那么从近期到2100年，碳税的数额大致是从每吨碳十几美元上升到一百多美元。不仅诺德豪斯的计算结果是如此，许多其他研究者的结果也大同小异。而“斯特恩报告”的碳减排力度则是在近期就要征收大约每吨碳360美元的碳税（Nordhaus, 2007）。既然“斯特恩报告”也是基于一个IAM展开的分析，为什么差异会这么大呢？
      Nordhaus（2007）、Weitzman（2007）等认为，“斯特恩报告”的结论建立在不符合经济学传统的参数设定上。经济学文献通常将一年的时间偏好率ρ设定在3-5%左右，而斯特恩从不同年代的人应平等的哲学视角出发，设定的是0.1%，这大大强化了人们对未来的重视程度，从而为了抵消未来的风险，当前所要付出的代价就要大很多。更重要的是，虽然单个参数的取值具有一定的灵活性，不过新古典增长模型中的几个参数的取值必须满足跨期优化方程——拉姆齐规则，即：r ＝ρ＋σg。其中，r是净资本报酬率，在美国约为6%；g为人均经济增长率，约为1.3%；σ为CRRA型效用函数里的风险规避参数，取值通常在1-2之间。按照斯特恩的设定，ρ＝0.1%，σ＝1，那么在g＝1.3%的经验事实下，将有资本实际报酬率为1.4%的推算结果，这明显与主流的估算结果不相同，或者说拉姆齐规则不成立；如果从r＝6%来推算参数σ的值，则σ≈4.5，明显高于文献中的常用设定。可见，“斯特恩报告”的主张所基于的ρ＝0.1%的设定，其合理性并不符合理论文献的传统。
      除了上述几个学术观点的交锋之外，在碳减排的机制设计上，诺德豪斯也表达了自己的主张。常见的碳减排手段有三种：行政管制、数量许可证及相应的交易市场、以碳税为代表的价格机制。因行政管制容易引发效率损失，所以一般都不被推荐。1997年的京都议定书采用的是第二种方式。Nordhaus（2006）认为，像京都议定书那样的数量控制型框架，避免不了效率欠缺的问题，要达到有效率的结果，还是需要借助价格机制。不过，采用碳税的方案也会带来不少问题。比如，不同国家的碳税水平是否应相同？若要求相同，则发展中国家难以接受；若允许有差异，则差异为多少，差异的动态调整怎么进行，这些在政治上都很难达成一致。所以，这个方面的争执还有待于更深入的研究。

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四、结束语
于成功时坦然转型，并转型成功，是诺德豪斯最与众不同之处。他26岁就获得博士学位和美国名校的教职，32岁成为正教授，在宏观经济学领域崭露头角。在取得这样令人艳羡的成绩时，他开始关注资源经济学。在随后几年中逐渐产生了认识上的转变，越来越关注碳排放和气候变化议题。年过不惑之后，在主流经济学领域已收获颇丰的诺德豪斯，开始艰难地转向气候变化经济学。经过九年之久的相对沉寂期，他终于开创性地构建出气候变化综合评估模型（IAM）。这个分析框架迅速成为从经济学角度分析气候变化的主流工具，甚至连本来专注于自然科学领域的IPCC也逐步吸收了诺德豪斯的分析思想。1991年后，其他的研究者也相继构造出众多不同的IAM模型，使得IAM渐有成为一个学科分支之势。不过，诺德豪斯的DICE和RICE模型始终是IAM中最有竞争力的两个。在哥本哈根气候峰会结束不到两个月，他就用RICE-2010给出了对这次峰会协议的学术性判断。如今，任何一个尝试在气候变化经济学领域耕耘的研究者，都无法忽略诺德豪斯的论文和著作。他观察问题的视角、构建的模型、所用的数据、编写的程序、近30年的长期坚持，甚至他那委婉、中肯的行文风格，对后来的人而言都是不可多得的财富。在不少业内人士看来，诺德豪斯问鼎诺贝尔经济学奖也许只是时间的迟早问题。

参考文献：
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Hope, C.（2006）,“The marginal impact of CO2 from PAGE2002”，Integrated Assessment Journal 6(1):19-56.
Nordhaus, W.D.（1974）, "Resources as a constraint on growth", American Economic Review 64(2):22-26.
Nordhaus, W.D.（1977）, "Economic growth and climate: The carbon dioxide problem", American Economic Review 67(1):341-46.
Nordhaus, W.D.（1982）,“How fast should we graze the global commons?”，American Economic Review 72(2):242-46.
Nordhaus, W.D.（1991）, "To slow or not to slow: The economics of the greenhouse effect", Economic Journal 101(407):920-37.
Nordhaus, W.D.（1992）,“Lethal model 2: The limits to growth revisited”，Brookings Papers on Economic Activity, no. 2, pp.1-43.
Nordhaus, W.D.（1994）, Managing the Global Commons: The Economics of Climate Change, Cambridge, MIT Press.
Nordhaus, W.D. & Zili Yang（1996）,“A regional dynamic general-equilibrium model of alternative climate-change strategies”，American Economic Review 86(4):741-65.
Nordhaus, W.D.（2006）,“After Kyoto: Alternative mechanisms to control global warming”，American Economic Review 96(2):31-34.
Nordhaus, W.D.（2007）,“A review of the ‘Stern Review on the Economics of Climate Change’”，Journal of Economic Literature 45(3):686-702.
Nordhaus, W.D.（2010）, "Economic aspects of global warming in a post-Copenhagen environment", Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107(26):11721-11726.
Manne, Mendelsohn & Richels（1995）,“MERGE: A model for evaluating regional and global effects of GHG reduction policies”，The Economics of Global Warming, pp.300-317.
Mendelsohn, Nordhaus & Shaw（1994）, “The impact of global warming on agriculture: A Ricardian analysis", American Economic Review 84(4):753-71.
Olmstead & Stavins（2006）, “An international policy architecture for the post-Kyoto era”, American Economic Review 96:35-38.
Tol, R.S.J.（1997）,“On the optimal control of carbon dioxide emissions: An application of FUND”，Environmental Modeling and Assessment 2:151-163.
Weitzman, M.L.（2007）,“A Review of the ‘Stern Review on the Economics of Climate Change’”，Journal of Economic Literature 45(3):703-24.

(作者：向国成李宾田银华湖南科技大学商学院)