模型系統(tǒng)說明及測試要求

模型系統(tǒng)說明及測試要求1.EMRICES模型說明EMRICE-2020模型EMRICE-2020模型將世界劃分為10個區(qū)域：中國、美國、日本、歐盟、印度、俄羅斯、高收入國家、中等偏上收入國家、中等偏下收入國家以及低收入國家，具體的國家分類情況見附錄。不同國家的經(jīng)濟系統(tǒng)之間采用區(qū)域經(jīng)濟關(guān)聯(lián)連接，所有國家的碳排放量加總構(gòu)成氣候系統(tǒng)的碳排放輸入，通過輻射強迫影響溫度變化，溫度變化反作用于經(jīng)濟系統(tǒng)，影響經(jīng)濟系統(tǒng)的生產(chǎn)。其中每個國家（地區(qū)）的經(jīng)濟系統(tǒng)均可以選擇以宏觀動態(tài)經(jīng)濟模型為基礎(chǔ)，中國、美國、日本、印度、俄羅斯可采用CGE模型，其結(jié)構(gòu)如REF_Ref520194524\h圖1所示，其中標有CGE的國家均擴展為CGE模型，其結(jié)構(gòu)與中國CGE結(jié)構(gòu)一致，限于篇幅，在圖中并未一一繪制。圖SEQ圖\*ARABIC1EMRICES—2020的結(jié)構(gòu)圖改編自劉昌新（2013）改編自劉昌新（2013）根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性，本研究的EMRICES—2020中中國、美國、印度、俄羅斯和日本的經(jīng)濟模塊采用CGE模型來處理。這是由于若將EMRICES—2020中所有國家的經(jīng)濟模塊均換成CGE模型，則需要一個基于全球的多區(qū)域CGE模型。目前僅有GTAP數(shù)據(jù)庫可支持這項工作，但GTAP中缺乏相應(yīng)的關(guān)于世界所有國家的碳排放數(shù)據(jù)。且由于EMRICES—2020模型中已考慮了區(qū)域間的經(jīng)濟聯(lián)系和發(fā)展，而區(qū)域間的經(jīng)濟聯(lián)系正是由于進出口貿(mào)易帶動起來的。為了回避這種邏輯上的重復(fù)，本研究構(gòu)建的經(jīng)濟模型為單區(qū)域動態(tài)CGE模型。本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為2009年的投入產(chǎn)出表，因此動態(tài)的起始年份為2009年，終止年份為2100年，運行步長為1年每步。主要國家經(jīng)濟模型CGE模型結(jié)構(gòu)下面分別從供給、需求、收入及市場均衡方面闡述本研究構(gòu)建的CGE模型體系。產(chǎn)品供給增加值方程采用Cobb-Douglas形式，由于它的參數(shù)也是比較容易估計的。采用規(guī)模報酬不變的假設(shè)： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s11）其中表示任一部門產(chǎn)出的增加值，表示生產(chǎn)效率系數(shù)，和分別表示部門的勞動力和資本投入，是部門的勞動力替代彈性。部門總產(chǎn)出滿足 （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s12）其中部門的產(chǎn)出由本產(chǎn)業(yè)的增加值、中間投入和生產(chǎn)稅凈額構(gòu)成。增加值包含勞動者報酬和資本收益兩部分。需要注意這里的總產(chǎn)出是一個量的概念，而增加值、中間投入和生產(chǎn)稅為價值量，因此對總產(chǎn)出進行了到價值量的轉(zhuǎn)換，是商品的價格。中間投入符合里昂惕夫投入產(chǎn)出的技術(shù)關(guān)系： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s13）其中為直接消耗系數(shù)矩陣。生產(chǎn)稅為增加值的一定比例： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s14）其中為部門的生產(chǎn)稅稅率。需求方程勞動力和資本的需求方程在企業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)化條件下得到： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s15） （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s16）各個企業(yè)所需要的勞動力的邊際增加值等于勞動力的工資率，即： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s17）同理，資本的邊際增加值等于資本的租金率： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s18）其中為工資率，為資本租金率，同時由方程REF_Ref519962811\h（1.1）可得： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s19） （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s110）將REF_Ref519963319\h（1.7）和REF_Ref519963326\h（1.8）分別代入REF_Ref519963330\h（1.9）和REF_Ref519963335\h（1.10），我們可以得到REF_Ref519963340\h（1.5），REF_Ref519963344\h（1.6）。中間需求使用Leontief投入產(chǎn)出矩陣來描述： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s111）其中，是對部門的中間需求，是投入產(chǎn)出系數(shù)。投資需求為總產(chǎn)出的一部分： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s112）居民的需求函數(shù)采用擴展的線性支出系統(tǒng)（ELES）： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s113）其中，為居民對商品的需求量，是居民對商品的基本需求量，表示居民在滿足基本需求量之后用于第種商品的支出比例，即對商品的邊際消費傾向，為地區(qū)家庭組的可支配收入，是商品的價格。收入方程收入的方程主要包括居民的收入方程、政府的收入方程和企業(yè)的收入方程。居民的收入主要來自于勞動者報酬（）、財產(chǎn)性收入（），再加上政府的轉(zhuǎn)移支付（）和企業(yè)的轉(zhuǎn)移支付（）。 （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s114） （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s115）政府的收入為各項稅收之和： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s116）企業(yè)的收入為資本收益扣除居民的財產(chǎn)性收入（）： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s117）均衡條件模型的均衡條件包括資本市場的出清，投資與儲蓄的均衡，以及產(chǎn)品市場的出清。資本市場的出清條件為每一地區(qū)的資本供給等于本地區(qū)各個部門的資本需求之和： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s118）投資與儲蓄的均衡： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s119）地區(qū)的總投資（）等于本地區(qū)居民儲蓄（）、企業(yè)儲蓄（）、政府儲蓄（）、政府的儲蓄（）與國外儲蓄（）之和。產(chǎn)品市場出清：每一地區(qū)任一部門的本地商品總產(chǎn)出（）與進口品（）之和，等于中間需求（）、居民消費（）、政府消費（），固定資產(chǎn)投資（）、庫存增加（）和出口（）之和。 （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s120）超額需求函數(shù)，在均衡的條件下，超額需求為0，即： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s121）閉合條件常見的宏觀閉合有四種：凱恩斯閉合、Jonhansen閉合、新凱恩斯閉合以及新古典閉合。凱恩斯閉合允許失業(yè)的存在，Jonhansen閉合是保持假定投資水平外生給定，新凱恩斯閉合假定工資固定，新古典閉合假定投資水平內(nèi)生決定，儲蓄決定投資量。本研究采用新古典閉合，即投資水平是內(nèi)生決定的，資本供給和勞動力供給外生。本研究構(gòu)建的單一國家靜態(tài)CGE模型結(jié)構(gòu)如REF_Ref519974763\h圖2。圖SEQ圖\*ARABIC2單一國家靜態(tài)CGE模型結(jié)構(gòu)CGE求解算法一般均衡模型的求解算法是CGE模型的一個重要組成部分，是一般均衡從理論走向?qū)嶋H應(yīng)用的重要步驟。關(guān)于一般均衡模型的求解算法，主要有四種：Johansen-Euler算法ADDINNE.Ref.{DEB4F03F-219F-47BA-9B9E-DCF4A3D2FB76}(Dixonetal.,1983;Dixonetal.,1985)、Newton算法、不動點算法ADDINNE.Ref.{3987A253-5011-4AB5-A5A2-929D2CC3CFA2}(ManneandPreckel,1985;Scarf,1967;ShovenandWhalley,1992)和規(guī)劃算法。本研究模型中的方程數(shù)量較多，Johansen-Euler算法穩(wěn)定性高、與政策變動結(jié)合比較緊密且簡單靈活，因此采用Johansen-Euler算法。均衡是指需求和供給處于相等時的狀況，本研究構(gòu)建的一般均衡模型包含個方程，個變量，，它的具體形式如公式REF_Ref519974744\h（1.22）所示： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s122）消費者在預(yù)算約束下追求效用最大化所形成的對各種商品和服務(wù)的需求，生產(chǎn)者在生產(chǎn)函數(shù)所確定的生產(chǎn)技術(shù)約束下追逐利潤最大化所形成的對生產(chǎn)要素（勞動力和資本）的需求，以及商品和服務(wù)供需平衡、生產(chǎn)要素供需平衡等。本研究假設(shè)REF_Ref519974744\h（1.22）中的方程是可微的。均衡指的是經(jīng)濟系統(tǒng)中變動著的各種力量處于均衡，因此超額利潤為零。在實際中，大多數(shù)描述經(jīng)濟體系的方程并非是線性的，要直接求解這樣一個大的非線性方程組是很困難的。Johansen—Euler求解方法對方程進行線性化，得到一個線性方程組： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s123）在這個過程中，變量是的變換，變換的形式可以采用絕對變化、百分率變化或者對數(shù)變化，本研究采用取對數(shù)變化。即方程可以寫為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s124）其中，A（X）為m×n的矩陣，其形式為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s125）n×1維向量的形式為。求解過程首先是對方程在初始解處進行賦值： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s126）將系數(shù)矩陣按照外生變量和內(nèi)生變量進行分塊運算，將方程REF_Ref519975013\h（1.26）寫成分塊矩陣的形式： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s127）其中為的矩陣，m為方程個數(shù)，即方程中內(nèi)生變量個數(shù)；n為變量個數(shù)，外生變量個數(shù)為n-m；是的一個子矩陣（）；是的另一個子矩陣（），是向量的變化，為維列向量。進而將方程REF_Ref519975065\h（1.27）寫為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s128）若可逆： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s129）CGE方程線性化方程線性化是方程求解的重要步驟，本研究采用對數(shù)線性化的方式，即對變量的對數(shù)進行全微分處理。對于一個典型的方程： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s130）對其進行全微分處理： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s131）對變量的對數(shù)進行全微分處理： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s132）對公式REF_Ref519975159\h（1.32）進行以下轉(zhuǎn)換： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s133）由于，因此，方程REF_Ref519975247\h（1.30）線性化如下： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s134）模型所涉及公式的具體線性化結(jié)果如下：產(chǎn)品供給各地區(qū)增加值方程： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s135）首先對公式兩邊取對數(shù)： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s136）對變量進行全微分： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s137）總產(chǎn)出方程線性化為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s138）中間投入方程線性化為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s139）生產(chǎn)稅方程線性化為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s140）需求方程勞動力和資本的需求方程線性化為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s141） （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s142）中間需求、投資需求方程線性化為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s143） （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s144）居民的需求函數(shù)線性化為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s145）收入方程居民、政府、企業(yè)的收入方程線性化為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s146） （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s147） （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s148） （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s149）均衡條件資本市場的出清條件方程線性化為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s150）投資與儲蓄的均衡方程線性化為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s151）產(chǎn)品市場出清方程線性化為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s152）CGE動態(tài)化原理由于氣候變化及經(jīng)濟系統(tǒng)變化的長期特性，本研究參考劉昌新ADDINNE.Ref.{53F4611B-B312-4806-88E1-6E9279F01D7A}(劉昌新,2013)的CGE模型動態(tài)化機制，在CGE模型中引入動力經(jīng)濟學模型。這個動態(tài)過程的核心機制為宏觀經(jīng)濟動力學模式，即本期資本為扣除折舊的上期資本加上期投資總額。需要注意的是，此處的投資與上文方程體系中的投資額不是一個變量。是部門i所獲得的將用于部門i下一期生產(chǎn)的投資額。而是部門i的投資需求，這種需求不是用于消費，而是用于購買其產(chǎn)品以進行投資生產(chǎn)。兩者之間滿足投資總需求量等于投資總供給量的關(guān)系。 （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s153） （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s154）CGE模型對溫度的響應(yīng)EMRICES—2020中的溫度對經(jīng)濟的影響在CGE中通過沖擊變量來實現(xiàn)，氣候變化以及減排措施對經(jīng)濟的影響為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s155）其中為考慮溫度影響后實際的GDP值；為理論GDP值，即不考慮溫度影響的值；為氣候變化以及減排措施對經(jīng)濟產(chǎn)出的影響。在CGE中，需要將溫度對生產(chǎn)的破壞作用體現(xiàn)到部門水平上，由于具體每個部門受溫度上升影響而帶來的生產(chǎn)力破壞作用不易評估，相關(guān)的數(shù)據(jù)難以獲取。本研究將每個部門對溫度的影響視為同等，與溫度對總GDP影響一致。在CGE中，將式REF_Ref519962811\h（1.1）修改為式REF_Ref519975904\h（1.56），將溫度對產(chǎn)出的影響看作是在相同的要素投入下，全要素生產(chǎn)率的下降導(dǎo)致的結(jié)果。在CGE中通過沖擊全要素生產(chǎn)率來表示溫度對經(jīng)濟產(chǎn)出的影響。 ， （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s156）式中，為第j部門實際生產(chǎn)率即式REF_Ref519962811\h（1.1）中的值，仍然保持原CGE中的增長率逐年下降的演化趨勢。這是因為溫度雖然會影響產(chǎn)量，但不影響技術(shù)在原來的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展。在計算溫度對GDP的影響時，在CGE模型中實際的沖擊對象為，受溫度影響沖擊后經(jīng)濟均衡等式為式REF_Ref519975904\h（1.56）。沖擊的幅度為 （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s157）其中，為變量的變化率的沖擊值。其他國家經(jīng)濟模型由于中等偏上收入國家、中等偏下收入國家、高收入國家、低收入國家、歐盟的經(jīng)濟模塊由于數(shù)據(jù)獲取存在一定難度，仍保留原有的宏觀經(jīng)濟模型，生產(chǎn)函數(shù)是Cobb-Douglas函數(shù)，各個地區(qū)的總產(chǎn)出由各自的資本和勞動力以及技術(shù)進步按規(guī)模報酬不變方式復(fù)合而成： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s158）式中為資本產(chǎn)出彈性，、、分別為各地區(qū)的技術(shù)水平、資本和勞動力，為第i國家或地區(qū)的潛在產(chǎn)出。作為一種備選方案，這種宏觀經(jīng)濟計算的模塊仍然保留。Buonanno，Carraro等ADDINNE.Ref.{EAA0FBA8-B7D0-44A7-AFF9-B0F86B2B8908}(Buonannoetal.,2000)認為研發(fā)投資帶來的研發(fā)活動將會產(chǎn)生新的技術(shù)，會極大的提高各地區(qū)的技術(shù)水平，促進技術(shù)進步，因此，有必要將研發(fā)投資與一般資本投資區(qū)別開來，單獨進行分析，將REF_Ref519976027\h（1.58）式改為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s159）其中，表示知識資本存量，為知識資本的彈性系數(shù)。各地區(qū)的知識資本累積方程與物質(zhì)資本累積方程類似： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s160）其中，表示知識資本折舊率，表示研發(fā)資本的投資量，該投資是總產(chǎn)出的一部分。 （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s161）總產(chǎn)出由消費、投資和研發(fā)投資構(gòu)成： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s162）物質(zhì)資本的累積過程為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s163）其中，表示物質(zhì)資本的折舊率，表示各地區(qū)的物質(zhì)資本投資。氣候變化所帶來的經(jīng)濟損失是關(guān)于溫度變化的函數(shù)： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s164）其中，和是損失函數(shù)系數(shù)，大氣溫度的升高量。采取減排措施所需要的減排成本是關(guān)于減排率的函數(shù)： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s165）和是減排成本函數(shù)的系數(shù)，為減排率?？鄢郎p排成本和氣候變化帶來的損失后的凈產(chǎn)出為： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s166）福利經(jīng)濟學中采用效用函數(shù)考察社會福利： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s167） （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s168）是各地區(qū)福利的累加值，是純時間偏好率，表示人均消費，表示人口，是消費邊際彈性。國家間經(jīng)濟聯(lián)系作為知識經(jīng)濟產(chǎn)物的經(jīng)濟學概念，溢出對于區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展具有重大意義ADDINNE.Ref.{5BCD35BE-145C-4699-BFC2-CF7DE7339A7B}(GrossmanandHelpman,1991)，而一個區(qū)域GDP的變化所創(chuàng)造的市場、技術(shù)進步等可以推動另一區(qū)域的GDP發(fā)生變化ADDINNE.Ref.{80AEF656-0609-421C-B573-0335E9FE2742}(王錚etal.,2003)。GDP溢出最早出現(xiàn)在20世紀50年代研究歐洲一體化問題時，此后Mundell和Fleming建立了Mundell-Fleming模型首次對GDP溢出進行模擬ADDINNE.Ref.{5109A351-DA5E-4F0F-91D2-C0E6FA08EDF2}(Fleming,1969;Mundell,1963)。其后該模型經(jīng)不斷發(fā)展，融入開放經(jīng)濟、理性預(yù)期等因素，添加經(jīng)濟地理的視角，最終發(fā)展為多國GDP溢出模型ADDINNE.Ref.{596FFF95-C2DB-414D-A30A-358F1C516C97}(DouvenandPeeters,1998)。而在這一模型中，GDP溢出的概念定義為由于一國地區(qū)的財稅政策、貨幣政策等內(nèi)生變量的變化而通過市場創(chuàng)造、貿(mào)易促進和技術(shù)擴散等形式對其他地區(qū)經(jīng)濟變量的影響程度。在我們的模型中，并沒有考慮貨幣因素，因此通過對多國GDP溢出模型進行相應(yīng)的修訂以表達區(qū)域間的經(jīng)濟聯(lián)系： （STYLEREF\s"標題1"1.SEQ公式\*ARABIC\s169）代表國家j相對于國家i的系數(shù)；代表國家i的經(jīng)濟增長率。測試要求基于課題組提供的模型技術(shù)文檔及系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)文檔（答辯前會郵箱發(fā)送），對系統(tǒng)軟件進行安裝部署測試、功能性測試、易用性測試、安全性測試、性能測試（自動測試）、可靠性及可維護測試等黑盒測試，并形成測試報告，為系統(tǒng)的下一步開發(fā)和維護提供支撐。系統(tǒng)主要基于matlab與C#平臺混合開發(fā)得到，并留有與linux操作系統(tǒng)下Fortan軟件的接口函數(shù)。附錄EMRICES—2020中區(qū)域劃分表編號名稱包含國家0中國中國1美國美國2日本日本3歐盟奧地利、比利時、保加利亞、愛沙尼亞、愛爾蘭、馬耳他、