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空气污染的环境核算:以美国经济为例

推文人 | 文惠
原文信息:Nicholas Z.Muller, Robert Mendelsohn, and William Nordhaus, “Environmental Accounting for Pollution in the United States Economy”, American Economic Review (2011): 1649-1675.
 
引言
 
今天和大家一起回顾Muller, Mendelsohn,和Nordhaus三位作者关于空气污染的环境核算的一篇经典文章。作者提出的主要观点是,应该对污染造成的外部损害的经济价值进行环境核算,而非仅仅统计污染排放量。这篇文章的贡献在于呈现了一个将污染造成的外部损害纳入国民经济账户核算的框架,分行业核算出了损害的经济价值,并且以美国经济为例演示了这种核算方法的可行性和合理性。
 
环境核算是环境经济学中重要且持久的议题,是解决传统国民经济核算中忽略环境资源与污染损害所造成的环境资源枯竭、环境质量恶化问题的基础。环境核算通过正确还原经济活动所消耗的环境资源的经济价值、以及经济活动对环境质量与人类健康造成的损害的经济损失,为环境管理和国民经济绿色发展提供科学合理的决策依据。目前,国际社会和各国已经初步建立了环境资源与污染排放量的核算体系。联合国统计委员会从1993年在修正的国民经济卫星账户体系中引入“环境经济综合核算”的卫星体系(SEEA ,The system of Integrated Environmental and Economic Accounting)以来,已经发展出系统的包含能源、水、土地、空气污染、生态系统等因素的环境经济综合核算的中心框架,但是该框架还没有实现将环境核算融入标准国民经济账户。欧盟统计局建立了欧盟国家的环境核算数据库,其中包括空气污染排放、环境资源实物流与生产率、环境税、环境保护支出、环境产品和服务部门等项目的统计数据。美国经济分析局(BEA)在1994年发表了其所创立的综合经济与环境卫星核算的成果。我国从20世纪80年代开始建立反映环境污染和环境治理水平的统计报告制度以来,在建立资源环境经济核算体系框架、在污染损失调查、污染实物量核算和污染治理成本调查的基础上进行环境核算等方面已经展开了探索和试点工作。虽然距离该文发表已有8年的时间,目前各国在标准国民账户中实现细化到行业水平的污染损害的经济价值核算还没有普遍实现。
 
空气污染损害的环境核算中的主要难题是如何确定污染排放物的价格。由于污染造成的外部损害发生在市场交易之外,因此并没有形成可以直接用于环境核算的市场价格。Muller, Mendelsohn,和Nordhaus三位作者提出的核算方法是,以污染造成的边际损害作为污染物的价格。
 
以下对这篇文章中提出的核算方法的理论基础、核算方法和核算结果分别做出简要介绍。
 
理论基础
 
A. 估算污染排放的价格
 
估算污染排放的价格一般有两种方法:边际减排成本法或边际损害法。当规制完全有效率时,污染排放的边际减排成本应该等于边际损害。然而,现实中规制水平有可能处于过度规制或规制不足的情况。由于基于污染造成的损害的定价方式是测量污染排放的福利效应的前提,因此作者选取边际损害作为污染排放的价格。作者参考Ho,MunS.和Dale W. Jorgenson. (2007)分部门计算中国空气污染的健康损害的方法,同时对方法做出了进一步的改进:通过估算污染的边际损害来各行业造成的损害,而非基于各行业的平均损害。事实上,空气污染造成的损害与污染源所处的地理位置的气象条件、人口稠密程度、人口年龄构成等因素都有关系。因此,使用污染源的边际损害作为污染价格比使用平均损害更为准确。然而,这也意味着估算要基于更加细致的数据和模型。
 
B. 国民账户中如何增加污染损害核算
 
虽然从行业角度看,污染排放的外部损害没有被计算在该行业的产出中,但是当我们考虑国民经济总体时,某一行业的污染排放会对其他行业产生负外部性,引起其他行业的产量下降。因此,净国民产出实际上已经包含了污染的外部性,其核算结果仍然是正确的。国民经济账户中对各行业的产出核算却因为忽略了污染排放而未能真实反映一个行业的产出价值。传统的国民经济账户由于忽略测量污染造成的经济损失,因而高估了行业的净产出。
 
C. 测量污染的总外部损害与净外部损害
 
当污染者为污染付费时(通过购买排污许可或支付排污税),支付的排污费在标准会计准则下会以生产成本的形式计为企业的生产成本。为了避免双重计算,企业支付的排污费应该从污染的总外部损害中扣除,即净外部损害=总外部损害-排污费。当排污许可的价格恰好等于污染的边际损害时,净外部损害为零。
 
核算方法
 
A. 空气污染排放试验和政策分析模型(APEEP Model)
 
作者使用了Muller和Mendelsohn(2007)针对美国构建的空气污染排放试验和政策分析模型(APEEP analysis model)来估计空气污染的损害。APEEP模型将六种主要空气污染物:二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机化合物、氨气、细小颗粒物(PM2.5)和粗颗粒物(PM10 –PM2.5)和污染物的物理与经济影响建立了联系。模型估算中所包括的影响有:对人体健康的损害、林业与农业产量的下降、能见度下降、材料加速折旧、娱乐服务的减少。对于发电行业,APEEP模型还包括了碳排放所带来的损害。APEEP模型的优点是可以计算出每种污染物的边际损害。计算方法是:首先,根据2002年美国全国空气污染排放数据计算出总损害水平;然而,通过对某一污染源中的某一种污染物增加一吨,计算出该污染源的某一种污染物的边际损害。
 
APEEP模型基于高斯烟羽模型(Gaussian plume model),对每一个污染排放源引致的所在郡的年度浓度都进行了计算。模型还根据化学规律,跟踪模拟了污染物的重要化学反应。比如,二氧化硫会转变为细小颗粒物(PM2.5),氮氧化物和挥发性有机化合物会转化为对流层中臭氧和硝酸盐,而硝酸盐也属于细小颗粒物(PM2.5)。最终,作者计算出美国48个州中每个郡的空气污染物年平均环境浓度。然后,作者进一步估算出污染物浓度对每个郡造成的损害。
 
通过使用APEEP模型,作者对USEPA2002全国空气污染排放清单中的10000个污染源的6种污染物全部计算了边际损害,总计计算出60000种不同的边际损害。
 
为了准确估算空气污染对人体健康的损害,APEEP模型将每个郡的人口按照年龄划分为了19个年龄组。通过参考长期暴露在PM2.5污染水平下对不同年龄组的人口的非自然死亡率的影响的研究,作者在基准分析中将一个人非自然死亡的损失估算为annual mortality risk premium乘上在同年龄组中预期的剩余寿命年。计算公式如下:
其中,Va,c代表在c郡的a年龄组中,一个人非自然死亡的损失的现值。R代表annual mortality risk premium($/寿命年)。Ta,c代表在c郡的a年龄组中,其他人的剩余寿命年。代表在c郡的a年龄组中生存到T时期的概率。δ代表折现率。作者通过使预期的剩余寿命年机制的现值等于美国一个普通工人的统计生命值(VSL, the value of a statistical life)来计算相应的R。统计生命值(VSL)是指收入和死亡风险之间的边际替代率。VSL可以通过显示偏好的个人选择的数据估算得到,有时候也通过陈述性偏好进行估计。根据USEPA(1999)估算,VSL约为600万美金左右。假设折现率为3%,对于一名普通的35岁男性工人,作者计算出R约为26.5万美金/寿命年。由于这种使得年轻人的非自然死亡的损失高于年长人的非自然死亡的损失的估算方法具有一定的争议性,作者也采用了对所有年龄人口使用相同Va,c的方法进行了估算。同时,由于VSL的估计具有一定的不确定性,作者在敏感性分析中分别使用1000万美金和200万美金使用了估算。
 
在针对电力行业估算每吨CO2排放的损害时,作者根据Nordhaus(2008)的估算,将每吨CO2排放的损害设定为27美金。同时,作者也分别按照每吨CO2排放6美金和65美金的标准进行了估算。
 
 
结果
 
A. 分部门的总外部损害
表1汇总了各部门的估算结果。据估算,美国2002年所有部门的总外部损害价值1840亿美金。其中,公共事业部门和农林部门的总外部损害值最高,分别为626亿美金和320亿美金。此外,制造部门的总外部损害为264亿美金,交通运输部门的总外部损害值为232亿美金,建筑部门的总外部损害为147亿美金,行政、废物管理和补救服务部门的总外部损害为107亿美金。
 
B. 分行业的总外部损害
 
作者对美国的820个行业的总外部损害的估算结果进行了排序。表2汇总了最主要的一些污染行业。
其中,燃煤发电行业的总外部损害值最高。其次分别是玉米生产业、牲畜养殖业、高速公路、道路、桥梁建筑业、货车运输业、水路运输业、石油提炼加工业、固体废物焚烧业等。
 
C. 敏感性分析
 
由于APEEP模型估计具有一定的参数敏感性,作者对四种不同情况分别进行了估计。
 
Case 1: 基于Laden et al.(2006)估计的PM2.5成人致死率。该估计值是基准分析中使用的基于Pope et al.(2002)的估计值的3倍。
 
Case 2: 对所有年龄群体都使用600万美金作为VSL。
 
Case 3: 使用200万美金作为VSL (Mrozek and Taylor 2002)。
 
Case 4: 使用1000万美金作为VSL(Viscusi and Moore 1989)。
 
结果显示,各行业的总损害值虽然发生了改变,但是损害大小的排序基本保持不 变。此外,Muller and Mendelsohn (2007) 对APEEP模型对空气质量的预测结果和另一个高水准的大气运输化学模型(CMAQ,Community Multiscale Air Quality)对美国空气质量的预测结果进行了比较,结果显示十分接近。
 
D. 电力部门的总外部损害
 
作者对燃煤发电业六种空气污染物的损害进行了进一步深入分析。结果见表4。结果显示,燃煤发电业总损害中的87%来自二氧化硫排放。其余主要的损害来源为PM2.5和氮氧化物排放。
 
最后,作者又对燃煤发电、石油发电和天然气发电三个行业的二氧化碳排放造成的损害进行了比较。结果见图5。虽然天然气发电在六种主要污染物的损害方面相对较小,但是天然气发电造成的二氧化碳排放的损害也不容小觑。
结论
 
这篇文章以美国经济为例演示了将污染造成的外部损害纳入国民经济账户核算的框架,分行业核算损害的经济价值的核算方法的可行性和合理性。这种做法的目的是将污染造成的损害更直观地反应为经济价值,以利于更客观地全面衡量国民经济中各部门的环境影响,为环境管理和国民经济的绿色发展提供更直观的科学依据。将污染损害纳入国民经济核算账户的风险在于,污染损害的经济价值核算由于会受到等健康成本、VSL等参数和污染物扩散模型估计偏差的影响,核算的数值结果具有一定的参数敏感性。然而,由于参数和和污染物扩散模型估计偏差的影响会应用于国内所有行业的总外部损害核算,核算的排序结果仍然具有相对稳定性。
 
目前,APEEP核算模型仅考虑了空气污染的损害,未来还可以进一步扩展到对土地污染、水污染、以及动植物破坏的损害。同时,由于核算需要使用大量的统计数据并进行大量的模拟计算,需要展开很多基础性的研究、数据收集、并通过专员分析才能实现。庞大的工作量已经超越了单个学者所能完成的限度,只有依靠政府成立专门的核算部门才能够实现。
 
参考文献:
 
Muller, N., Mendelsohn, R.
 
2007. “Measuring the damages of airpollution in the United States”,
 
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United States Environmental Protection Agency. 1999. The Benefits and Costs of the Clean Air Act: 1990–2010: EPA Report toCongress. EPA 410-R-99-001. Environmental Protection Agency, Office of Air andRadiation, Office of Policy. Washington, DC, November.
 
Laden, Francine, Joel Schwartz, Frank E. Speizer, andDouglas W. Dockery.
 
2006. “Reduction in FineParticulate Air Pollution and Mortality: Extended Follow-up of the Harvard SixCities Study.”
 
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Mrozek, Janusz R., and Laura O. Taylor.
 
2002. “What Determines the Value of Life? A MetaAnalysis.”
 
Journal of Policy Analysis and Management, 21(2): 253–70.
 
Pope, C. Arden, III, Richard T. Burnett, Michael J. Thun,Eugenia E. Calle, Daniel Krewski, Kazuhiko Ito, and George D. Thurston.
 
2002.“Lung Cancer, Cardiopulmonary Mortality, and LongTerm Exposure to Fine Particulate Air Pollution.”
 
Journal of the AmericanMedical Association, 287(9): 1132–41.
 
Viscusi, W. Kip, and Michael J. Moore.
 
1989.“Rates of Time Preference and Valuations of the Duration of Life.”
 
Journal of Public Economics, 38(3):297–317.
 
Abstract
 
This study presents a framework to include environmental externalities into a system of national accounts. The paper estimates the air pollution damages for each industry in the United States. An integrated-assessment model quantifies the marginal damages of air pollution emissions for the US which are multiplied times the quantity of emissions by industry to compute gross damages. Solid waste combustion, sewage treatment, stone quarrying, marinas, and oil and coal-fired power plants have air pollution damages larger than their value added. The largest industrial contributor to external costs is coal-fired electric generation, whose damages range from 0.8 to 5.6 times value added. (JEL E01, L94, Q53, Q56)
 
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