前言
賽局是很有趣且實用的分析工具，在有限理性的假設下能夠探討各方參與者可能的選擇與策略。發表於 Nature 的新研究藉由賽局分析中國碳市場近年的發展狀況，並且藉由機器學習進行實證資料佐證。
雖然中國的碳市場還在發展中階段，但目前看起來有一定效果，政府立場也屬於積極推動的態度，總體來說還是比較正面的。至於進步速度是否足夠，則又是另外一個問題。
研究背景
隨著工業化的加速，人類活動產生的碳排放持續增加，對全球氣候系統造成嚴重影響。全球氣候狀況2023報告指出，2023年的全球近地面平均溫度已較1850至1900年的平均值高出 1.45 ± 0.12 °C，成為有觀測記錄以來最熱的一年，全球暖化導致海平面上升、海洋熱浪和冰蓋融化等氣候事件，迫使各國積極尋求更節能、低碳和綠色的發展模式。作為世界上最大的發展中國家和最大的碳排放國，中國對碳排放的態度對全球環境治理影響深遠。中國高度重視環境問題，並積極透過各種手段推動經濟結構轉型，以期實現經濟效益和綠色發展的雙贏。中國在減碳方面的態度和決心為碳減排框架的構建奠定了基礎。自21世紀以來，中國開始探索結合市場和監管的新途徑，透過建立健全的環境保護法律體系，企業對環境保護的重視程度逐漸提高。自2013年以來，北京等省市開始進行碳市場試點，並逐步擴大碳市場的覆蓋範圍，目前已初步建立全國碳市場體系框架。
然而，相較於歐盟、紐西蘭和美國加州等地的碳市場，中國的國家碳市場仍面臨成立時間較晚、發展尚不成熟以及交易體系不完善等問題。從地方碳市場試點轉向全國碳市場將會遇到新的挑戰。盲目地將排放控制實體納入碳交易範圍，不僅會增加政府的管理壓力，也會阻礙企業的長期發展。儘管區域碳市場試點取得了一定的成功，但圍繞碳市場的爭議仍然存在，尤其是在就業和技術創新等領域。
現有的碳市場研究主要集中在環境效應、經濟效應以及行政與市場化減排體系的結合三個方向。在環境效應方面，普遍認為碳市場可能對綠色技術創新、綠色生產力和企業內部決策產生積極影響，從而顯著減少區域碳排放。然而，對於碳市場的環境效應，學術界並未達成一致的看法，例如，碳市場可能導致碳排放的區域間和產業間的溢出效應。在經濟效應方面，傳統觀點認為，將部分資源轉用於環境治理可能會擠壓經濟發展。但也有研究認為，設計良好的環境法規可以提高企業的競爭力，實現環境與經濟的雙贏。在行政與市場化減排體系結合方面，結合行政措施和市場機制已被視為構建中國碳市場的重要策略。
目前的研究在碳市場的有效性及其影響機制方面存在顯著的爭議，並且尚未有效解決如何在碳減排過程中平衡政府與市場的角色。現有理論模型中過於嚴格的假設可能是造成這些研究差距的原因之一。
此研究主要目的為彌合這些差距，從理論和實證兩個角度對碳市場進行全面的分析。在理論方面，引入演化博弈理論，建立政府-企業演化博弈模型，深入分析碳市場建設過程中政府與企業之間的互動。在實證方面，應用機器學習演算法識別碳排放的減排效應，並分析碳市場的核心機制和異質性影響因素。
研究方法
理論模型：演化博弈理論
研究者採用演化博弈理論，構建了一個政府與企業之間的演化博弈模型。選擇演化博弈模型的原因在於其能夠分析個體行為隨時間的變化，這與中國碳市場的長期發展過程相符。此外，演化博弈模型強調歷史經驗的演化與調整，假設參與者是有限理性的，並能根據過去的博弈過程優化決策，更貼近現實情況。
在這個模型中，政府和企業被視為核心的利益主體，目標是最大化自身利益。模型包含以下基本假設：
- 政府的策略選擇：政府可以選擇「積極推廣碳市場」(X1) 或「被動推廣碳市場」(X2)，策略集合為 {X1, X2}。採用 X1 的機率為 x，採用 X2 的機率為 1-x。
- 企業的策略選擇：企業可以選擇「積極參與碳市場」(Y1) 或「被動參與碳市場」(Y2)，策略集合為 {Y1, Y2}。採用 Y1 的機率為 y，採用 Y2 的機率為 1-y。
- 企業的收益：企業採取不同策略時會獲得不同的利潤。積極參與的企業通過數位轉型和綠色技術升級產品，獲得綠色創新效率 (i) 和數位賦能效率 (ω) 帶來的利潤提升，但同時也面臨創新成本 (C) 和數位轉型帶來的風險成本 (λ)。
- 政府的激勵與懲罰措施：政府通過轉型補貼 (TS，包括綠色技術創新激勵 IGTI 和數位轉型激勵 IDT)、環境意識培養 (EEC) 和行政處罰 (AP，主要以碳稅形式) 等手段積極推動企業綠色低碳發展。政府的積極推廣會產生相應的成本 (U、I、O)，同時，若企業積極參與並實現低碳發展，政府將獲得額外收益 (Re)，反之則會產生額外損失 (Ce)。
- 碳市場的影響：碳市場的建立改變了政府和企業之間的成本收益關係。
基於這些假設，研究構建了政府與企業在不同策略組合下的收益矩陣。然後，通過計算政府和企業的期望收益，推導出複製者動態方程式 。分析這些方程式的穩定點，可以揭示政府和企業的演化穩定策略。理論分析預測了中國碳市場發展的三個階段：政府和企業缺乏熱情階段、政府主導階段和市場主導階段。研究還通過 MATLAB 進行數值模擬，驗證了理論模型的預測。
實證分析：機器學習與計量方法
研究者採用 Gradient Boosting Decision Tree (GBDT) 演算法，利用 2000 年至 2019 年的碳排放數據，識別碳市場的碳減排效果。選擇 GBDT 算法的原因包括其高預測準確性、對離群值和處理干擾數值的良好穩健性以及對非線性關係的良好預測能力。
實證分析的主要步驟包括：
- 模型設定：研究設定了基於 GBDT 的碳排放預測模型，以預測在沒有碳市場影響下的反事實碳排放水平。模型中納入了滯後期的碳排放量以及人口因素 (Popu)、發展因素 (Dev，實際 GDP)、國際貿易因素 (InteTrad) 和 能源消耗因素 (Ener) 等控制變數。
- 數據來源：研究數據主要來自 CEADs (China Emission Accounts and Datasets)、中國國家統計局 和 CSMAR (China Stock Market & Accounting Research Database)。
- 模型訓練與預測：研究首先利用 2000 年至 2013 年的數據訓練 GBDT 模型，然後利用訓練好的模型預測 2014 年至 2019 年各碳市場試點地區在沒有政策衝擊下的碳排放量。
- 政策效果評估：通過比較碳市場試點地區的實際碳排放量與 GBDT 模型預測的碳排放量之間的差異，來評估碳市場政策的減排效果。研究還進行組間均值差異檢驗，以驗證預測值和實際值之間是否存在顯著差異。
- 穩健性檢驗：為了確保實證結果的可靠性，研究進行多項穩健性檢驗，包括重設模型參數和數據劃分、對其他非試點省份進行預測、建立線性 DID 模型重新估計減排效果、排除其他政策的影響、排除特定樣本 (如福建省)、處理碳市場啟動時間差異 (多期 DID) 以及應用 Double/Debiased Machine Learning (DDML) 方法。
- 機制檢驗：研究採用中介效應模型，檢驗碳市場通過哪些機制影響碳排放，主要關注技術創新效應 (綠色專利申請量和授權量)、財政效應 (地方財政環境保護支出) 和數位化效應 (數位化程度)。
- 異質性檢驗：研究分析碳市場的減排效果在不同市場成熟度、產業結構和資源稟賦 的地區是否存在差異。
研究成果與貢獻
主要研究成果
- 碳市場發展的三階段理論：研究通過構建政府與企業的演化博弈模型揭示，中國碳市場的建設需要經歷三個階段：政府和企業都缺乏熱情的階段、政府主導的階段以及市場主導的階段。這三個階段的轉變是由政府和企業在碳減排過程中的成本收益相對變化所驅動，政府的主導力量逐漸減弱，而市場的作用則日益增強。
- 碳市場的顯著碳減排效應：實證分析結果表明，碳市場具有顯著的碳排放減排效應。通過機器學習 GBDT 算法的預測和組間均值差異檢驗，研究發現碳市場試點地區的實際碳排放量顯著低於在沒有政策衝擊下的預測值。
- 碳減排的三大機制：研究深入探討碳市場實現碳減排的三個主要機制：
- 技術創新效應：碳市場的建設顯著促進企業的綠色技術創新能力，通過增加綠色專利申請量和授權量來實現碳減排。
- 財政效應：碳市場的建立提升地方政府對環境保護的重視程度，並增加地方財政在環境保護方面的支出，從而支持區域的碳減排工作。
- 數位化效應：碳市場的建設推動企業的數位化轉型，通過提升資源配置和能源利用效率來減少碳排放。
- 勞動力市場的影響：研究發現，碳市場的建設並未導致企業大規模的勞動力替代。這可能歸因於中國企業在整個產業鏈中對環境污染的控制，以及產業轉型升級和綠色技術治理創造了更多的就業機會和更高的勞動力需求。
- 異質性分析：研究展現碳市場減排效果的異質性：
- 市場成熟度：碳市場越成熟的地區，其碳減排政策效果越顯著。
- 產業結構：以服務業為主導的產業結構更有利於發揮碳市場的減排效應，企業向服務化轉型能有效提升碳市場的政策效力。
- 資源稟賦：在資源稀缺地區，碳市場對碳排放具有顯著的抑制作用；而在資源富裕地區，碳市場的減排效果則不明顯，這驗證環境監管領域中可能存在的「資源詛咒」效應。
研究貢獻
- 理論貢獻：
- 將演化博弈理論引入碳市場研究：通過構建政府-企業演化博弈模型，深入分析碳市場建設過程中政府與企業的動態互動和策略演變，為理解碳市場的發展進程提供了新的理論視角。
- 提出了中國碳市場發展的三階段模型：創新性地將中國碳市場的建設劃分為三個階段，並闡釋了其背後的驅動因素，為理解和推進全國碳市場的發展提供重要的理論支撐。
- 方法貢獻：
- 應用機器學習算法識別碳減排效應：首次採用 GBDT 算法評估中國碳市場的減排效果，克服了傳統線性模型在處理複雜非線性關係方面的局限性，為碳市場效果評估提供新的方法論。
- 結合多種穩健性檢驗：通過多種嚴謹的穩健性檢驗方法（包括重設模型、DID 模型、排除其他政策和樣本等），確保實證結果的可靠性。
- 設計兩步中介效應模型：借鑒最新的研究方法，設計更嚴謹的中介效應模型，深入分析碳市場影響碳減排的作用機制。
- 實證結果貢獻：
- 提供碳市場有效性的有力證據：通過實證分析明確驗證了中國碳市場在減排方面的積極成果，回應了學術界關於碳市場有效性的爭論。
- 系統闡釋碳減排的作用機制：深入分析技術創新、財政支持和數位化轉型在碳市場減排中的中介作用，彌補現有研究在機制分析方面的不足。
- 揭示碳市場效果的異質性影響因素：考察了市場成熟度、產業結構和資源稟賦等因素對碳市場減排效果的差異化影響，為制定更精準的碳市場政策提供了實證依據。
- 驗證勞動力市場的影響和潛在的「資源詛咒」效應：研究結果否定碳市場會導致大規模勞動力替代的觀點，並初步揭示在環境監管背景下可能存在的「資源詛咒」現象。
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