基于复杂网络和能值理论的化石能源国际贸易格局研究

发布时间：2020-10-01 16:28

　　煤炭、原油和天然气是关系到国计民生的重要战略资源,这三种化石能源占世界能源消费总量的80%以上1。化石能源的生产中心和消费中心分布不平衡,使其通过国际贸易在各国之间流动,成为了最重要的国际贸易商品之一。对化石能源国际贸易的格局以及各国角色和地位的准确把握,是制定科学的化石能源国际贸易战略的前提和保证。中国化石能源的储量和产量远远不足以供应当前国内巨大的需求,对于中国来说,把握化石能源国际贸易格局动态,掌握国家之间关系的演变显得尤为重要。本文的研究工作和主要结论如下:(1)将能值理论引入化石能源国际贸易研究,并与复杂网络分析方法相结合,建立了综合的化石能源国际贸易复杂网络模型。基于能值的网络模型可以更好地反映商品客观的“能量价值”在各个国家之间的流动。通过对网络的整体特征和个体特征分析,发现国家贸易关系的数量遵循幂律分布,即少数国家拥有众多的贸易伙伴而大部分国家拥有的贸易伙伴数量较少;少数贸易关系承担了大部分的贸易量;化石能源的贸易密度不断增加;贸易伙伴数量超过20的国家群体在网络中呈现出有序的层次化结构,并且这个结构越来越明显。(2)利用复杂网络集团划分算法找出化石能源国际贸易当中的国家集团,并设计了三种不同的标准化交互信息系数(NMI),用于反映化石能源国际贸易网络中的国家集团格局。发现天然气贸易网络是分化程度最高的;2008年美国次贷危机对化石能源国际贸易的集团分化有明显的影响;原油是影响化石能源国际贸易集团划分的主要能源,然而,其影响程度正在减小,至2013年天然气成为了影响最大的能源;2012年是一个转折点,在这一年集团分化偏离初始状态最远,并且网络集团稳定性也是最低的;地理因素正在不断加强,同时美国和俄罗斯的作用变得更加重要;而包含亚太地区国家的两个集团都不太稳定。(3)利用复杂网络指标设计了国家地位计算指标。国家地位这一指标可以定量地反映一个国家在国际贸易网络中的控制力和影响力。计算了所有国家在网络中的地位,并结合国际大事件分析了网络中国家地位的总体格局和区域格局的演化特征。全球化石能源国际贸易的国家地位格局经历了四个阶段,每一个阶段的主导国家都不同。国家事件,新政策,政治局势和国内供求关系的变化都会引起一国的主导地位的波动。由供应关系造成的格局变化会造成长期影响,而需求关系造成的格局变化影响范围较广,但时间也相对较短。(4)研究了美国、中国、俄罗斯和沙特阿拉伯这四个主要国家的贸易关系、贸易量、中心性、中介性以及它们所在的贸易集团的情况,并分析了这四个国家在国际化石能源贸易格局中的角色和作用。发现在这些国家中只有少数的贸易关系有着大量的化石能源能值,其他大部分的关系具有非常低的能值,且四个国家都在寻求贸易伙伴的多样化。美国处在最中心的位置,且它的中心地位在不断提高,但美国的中介性在降低。中国的中心性在2008年之前上升迅速,但在2008年之后稍有下降,中介性一直迅速上升。俄罗斯的中心性上升缓慢但中介性下降明显。而沙特阿拉伯的中心性和中介性在近年来都呈下降趋势。根据这些结果对这四个国家提出了不同的政策建议。(5)引入了能值交换率与“能量成本”的概念用于研究化石能源国际贸易网络中的国家双边贸易格局。用能值交换率来考察国际贸易当中的的商品与货币交换,反映了两国客观的“能量成本”的交换。计算了中国进口煤炭、原油和天然气的能值交换率,并且分别比较了这三种燃料进口来源当中贸易量占比排名前6的国家。发现中国进口煤炭的能值交换率较大,而进口原油的能值交换率较小。中国从主要来源国进口煤炭的贸易量分配较集中,进口原油和天然气的贸易量都较分散。同时,中国与煤炭和天然气贸易量大的国家的能值交换率较小,而与进口量小的国家的能值交换率较大,据此结果,也提出了中国调整贸易战略的政策建议。本研究在理论上丰富了国际贸易复杂网络研究的建模及指标分析方法,为综合地研究化石能源国际贸易提供了新的视角,同时扩大了能值理论的应用范围。在实践上本研究对全球化石能源贸易格局及其演化进行了定量的系统性的分析,并针对主要国家,特别是中国在化石能源国际贸易网络中的地位和角色进行了深入分析,为政策制定者们提供了科学的参考依据。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：F426.2;F752.6
【部分图文】：

化石能源,复杂网络,国际贸易,能值

图 2-1 煤炭、原油和天然气的能值2.2基于能值的复杂网络模型复杂网络模型G = (V )，包含节点V和边，其中V = = ，n 是节点的数量， = = ，是边的数量。在化石能源国际贸易复杂网络模型中，节点是国家，边是国家间的贸易关系，边的方向是能值流动方向，边的权重是对应的能值。本研究建立了综合的化石能源国际贸易网络模型，同时分别建立了单种燃料的国际贸易网络模型。图 2-2 为化石能源国际贸易网络模型的一个示例（基于 2012 年数据）。为了增加可视化网络图的可读性，对网络进行了过滤，不显示贸易量较小的国家，图 2-2 展示的是 50 个国家的情况。图中点的大小代表了国家的贸易量，点越大说明贸易量越大；图中边的宽度代表了这条边的能值，边越宽说明该条边上的能值越大。年份

累积分布,边权,累积分布,贸易总量

图 2-4 边权重的累积分布图图 2-5 承担 80%贸易总量的边的比例0%2%4%6%8%10%12%14%例比年份Fossil Coal Oil Gas

散点图,聚类系数,散点图

存在贸易关系的可能性。它反映了这个国家贸易伙伴之间的连通性。如果一个国家的贸易伙伴是密切相关的，那么这个国家的聚类系数较高；相反，如果一个国家的贸易伙伴之间的关系是松散的，那么这个国家的聚类系数较低。如果度值相同的节点具有类似的聚类系数，那么就说明该网络具有有序的层次结构，因为影响力相同的国家具有相同的集聚性点的聚类系数的计算公式如下： = ( )(2-6)式中为点的邻点之间的连边数量，为点的度值。将所有国家的度值和聚类系数绘制在散点图上（见图 2-8），横轴是度，纵轴是聚类系数（段文奇，2011）。从点的分布，可以看到，在度值高的国家往往有较低的聚类系数。图中点的分散情况反映了网络的层次结构。在本研究结果中，化石能源贸易网络的层次结构并不明显，因为图中的点较分散，具有相似度值的点的聚类系数值跨度较大。但是，将度值低的点和度值高的点分开观察时，仍然可以找到一些层次结构的线索。

【参考文献】