Grossman and Krueger（1991）在分析《北美自由贸易协议》对环境的影响时首次提出了规模效应（scale effects）、结构效应（composition effects）与技术效应（technique ef fects）的概念，以此作为其文章讨论的基础，但是在实证分析中并没有分别确定规模效应、结构效应与技术效应。Copeland and Taylor（1994）从理论上给出了以上三种效应的定义。规模效应是指在经济体系中生产技术和产品结构保持不变的情况下，贸易自由化导致生产规模的扩大而增加的污染排放。结构效应是指在经济规模和污染排放强度保持不变的情况下，贸易自由化促使每一个国家对其具有比较优势的产品进行专业化生产，从而生产结构改变导致污染排放水平的变化。结构效应取决于一个国家的比较优势：在污染密集型产业上具有比较优势的国家，污染排放增加；在清洁行业上具有比较优势的国家，污染排放降低。技术效应是指在经济规模和产品结构保持不变的情况下，贸易自由化带来清洁的生产技术，从而促使污染排放的降低。
在此基础上，Antweiler，Copeland，and Taylor（2001）与Copeland and Taylor（2003a，2004）在理论上建立了一个环境效应的分解模型。简单介绍如下：
假定一个国家使用资本和劳动两种生产要素生产X和Y两种出口产品，其中X是污染产品（资本密集型），Y是清洁产品（劳动密集型）。该国总体经济规模可以表示为
其中，φx为污染产品X所占的份额。
该国生产X产品的污染排放量可以表示为
其中，z为污染排放总量，e为单位价值排放量，即污染排放强度。
结合式（5-2）与式（5-3），可以得到
下面借助图示来说明贸易自由化导致的规模效应、结构效应与技术效应，分别从污染产品出口和污染产品进口两种情况来进行分析。
1.污染产品出口的情形
假设所分析的经济是一个资本相对丰富的贸易小国，因此该国在资本相对密集的X产品上具有比较优势，该国的贸易模式是出口X产品，进口Y产品，X产品最初的污染排放强度为e0，如图5-1所示。
图5-1 出口贸易的环境效应分解
[资料来源：根据Copeland and Taylor（2003a）整理而得]
图5-1上半部分表示贸易自由化对该国污染产品X和清洁产品Y的生产影响，下半部分表示这一影响导致的污染排放变化。假设国家之间存在贸易障碍，这样国内市场均衡价格与国际市场均衡价格相分离。X产品相对于Y产品的世界价格为p，在贸易壁垒减少之前该国在生产可能性曲线上的A点生产，此时X产品相对于Y产品的国内价格为q0。该国为X产品的出口国，因此国内相对价格q0低于世界相对价格p。贸易自由化使得国内相对价格逐渐增加并接近于世界相对价格。随着贸易壁垒的减少，国内生产沿着生产可能性曲线由A点移动到C点，此时国内相对价格增加为q1，国内生产的污染排放从Za增加到Z1。这一过程的污染排放可以分解为三部分：
（1）产出规模和污染排放强度保持不变情况下的结构效应。如果用世界价格p来衡量产出的规模，则由A点沿着直线p移动到B点、该国的产出规模将保持不变，而产出结构则由A点变化到B点，在污染排放强度保持不变的情况下污染排放将从Za增加到Zb，这就是贸易壁垒的减少带来的由A点到B点的结构效应。因为该国的比较优势产品为污染产品，而由A点到B点的移动增加了X产品的生产规模，产生了更多的污染，所以结构效应是正的。(www.xing528.com)
（2）产出结构和污染排放强度保持不变情况下的规模效应。因为B点与C点是在从原点出发的同一条射线上，所以由B点到C点移动的产出结构是保持不变的，在污染排放强度保持不变的情况下污染排放将从Zb增加到Zc，这就是贸易壁垒的减少带来的由B点到C点的规模效应。由B点到C点增加了X产品的生产规模，产生了更多的污染，所以规模效应是正的。
（3）由于贸易开放增加了该国的实际收入，进而使得生产转向更为清洁的技术，从而使污染排放强度降低至e1，污染排放将从Zc减少到Z1，带来一定的技术效应。由于降低了污染排放强度，因此技术效应总是负的。
在图5-1的分析中，规模、结构与技术效应综合作用的结果导致在污染产品上具有比较优势国家的污染排放总量增加了。然而，这并不是贸易自由化环境效应的必然结果，因为此处分析中，具有负向作用的技术效应不足以抵消正向作用的规模与结构效应。若贸易产生的技术效应足够大以至于超过了规模与结构效应，那么贸易自由化就会减少污染的排放总量，环境效应就是负的。
2.污染产品进口的情形
若所分析的经济是一个劳动相对丰富的贸易小国，该国在劳动相对密集的Y产品上具有比较优势，该国的贸易模式是进口X产品，出口Y产品，X产品最初的污染排放强度为e0。如图5-2所示，在贸易壁垒减少之前，该国在生产可能性曲线上的A点生产，由于该国为X产品的进口国，因此国内相对价格q0高于世界相对价格p。贸易自由化使得国内相对价格逐渐减少并接近世界相对价格。随着贸易壁垒的减少，国内生产沿着生产可能性曲线由A点移动到C点，此时国内相对价格减少为q1，国内生产的污染排放从Za减少到Z1。这一过程的污染排放同样可以分解为三部分：
（1）产出规模和污染排放强度保持不变情况下的结构效应。如果用世界价格p来衡量产出的规模，则由A点沿着直线p移动到B点该国的产出规模将保持不变，而产出结构则由A点变化到B点，在污染排放强度保持不变的情况下污染排放将从Za减少到Zb，这就是贸易壁垒的减少带来的由A点到B点的结构效应。因为该国的比较优势产品为清洁产品，所以由A点到B点的移动减少了X产品的生产规模，减少了污染的产生，因此结构效应是负的。
（2）产出结构和污染排放强度保持不变情况下的规模效应。因为B点与C点是在从原点出发的同一条射线上，所以由B点到C点移动的产出结构是保持不变的，在污染排放强度保持不变的情况下污染排放将从Zb增加到Zc，这就是贸易壁垒的减少带来的由B点到C点的规模效应。由于由B点到C点增加了X产品的生产规模，产生了更多的污染，因此规模效应是正的。
（3）由于贸易开放增加了该国的实际收入，进而使得生产转向更为清洁的技术，从而使污染排放强度降低至e1，污染排放将从Zc减少到Z1，带来一定的技术效应。由于降低了污染排放强度，所以技术效应总是负的。
图5-2 进口贸易的环境效应分解
[资料来源：根据Copeland and Taylor（2003a）整理而得]
在图5-2的分析中，由于假设该国在清洁产品上具有比较优势，同时只有一种污染产品X，因此结构效应总是超过规模效应，[1]加上技术效应总是负的，因而对于在清洁产品上具有比较优势的国家，贸易自由化总是会减少污染的排放总量，其环境效应总是负的。
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