在地球边界内为所有人创造美好生活

在地球边界内为所有人创造美好生活[1]

Daniel W. O’Neill, Andrew L. Fanning, William F. Lamb and Julia K. Steinberger

翻译:张雪,解焱


人类面临的挑战是,如何在不破坏关键地球进程稳定的情况下,为70多亿人实现高质量的生活。我们使用旨在衡量“安全和公正”发展空间的指标,量化与满足人类基本需求相关的资源利用情况,并将其与150多个国家缩小尺度的地球边界进行比较。我们发现,没有一个国家能够在全球可持续的资源利用水平上满足其公民的基本需求。营养、卫生、能源获取和消除极端贫困等物理需求,很可能在不跨越地球边界的情况下得到满足。然而,要普遍实现质量更高的目标(例如,生活满足感高),根据目前的相关性,就需要将资源利用水平提高到可持续水平的2-6倍。改进物理和社会供应系统的战略,重点是充足和平等,这有可能推动各国实现可持续性,但挑战仍然很大。

本文涉及可持续性科学中的一个关键问题:生物物理资源的利用水平与满足人们的基本需要有关,这种资源利用水平是否能够扩大到所有人,而不超过临界的地球边界?为了回答这个问题,我们分析了150多个国家的7项国家环境压力指标(相对于生物物理边界)和11项社会绩效指标(相对于充足阈值)之间的关系。我们的研究使用“安全和公正的空间”框架1,2来衡量许多国家的国家绩效,并提供了关于资源利用与人类福祉之间关系的重要结论。 

安全而公正的空间

在定义地球尺度上的生物物理过程、压力和边界方面,最近有两项相互补充的研究进展。第一个是地球边界框架,它确定了与关键地球系统过程有关的九个边界3。这些边界组合到一起,共同定义了一个“安全操作空间”,在此范围内,全新世相对稳定的条件可以维持4。在测量到的七个地球边界中,有四个被超出了边界(生物圈完整性、气候变化、生物地球化学流和陆地系统变化)3

第二项进展是估计多种生物物理资源流动的环境“足迹”指标。足迹指标将特定的环境压力(例如二氧化碳排放、开采、淡水利用)与商品和服务的消费联系起来5。这种方法将具体资源的使用责任算在最终消费者身上,并包括了国际贸易的影响。

我们将这两种方法结合起来,通过比较基于国家消费的环境足迹和“缩小尺度”的地球边界来衡量国家可持续性6。新近的文献提出了一些不同的方法,理论上可以将地球边界缩小到相当于国家的范围7,同时考虑地理、国际贸易和平等等因素8。一些研究采用自上而下的方法,根据分配公式将每个地球边界的份额分配给各国9-11,而另一些研究则采用自下而上的方法,将地方或区域环境边界与每个地球边界联系起来12,13

在我们的分析中,我们采用了一种自上而下的方法,根据目前的人口在各国之间分配每个地球边界的份额(人均生物物理边界法)。虽然环境平等方面的文献强调在现实情况下,需要有区别的责任14,但人均办法使我们能够探讨如果资源分配平等,可以普遍实现什么样的生活质量。这是一个重要的问题,因为人们经常声称,只要富人少消费,穷人就能多消费,所有人都能过上好的生活2,15。我们认识到,年度人均边界可能不是管理地理和时间限制的资源的适当方式(例如,淡水的使用,在实践中,河流流域地理和每月时间表可能更为合适16)。此外,要加深对平等的理解,可能需要生产者和消费者之间分担责任的概念17

在这里,我们采用一种基于人类需求的方法来定义和衡量社会结果,借鉴Max-Neef18、Doyal和Gough19的工作。人类需求理论认为,人类基本需求的数量有限,这些需求是普遍的、可满足的、不可替代的。“需求满足”可以在个人和文化之间有所不同,但可以说具有某些普遍特征,可以用经验来衡量20

上述作者在“安全与公正的空间”(SJS)框架下发展的人类需求理论,该框架由Raworth1提出并在她的著作《甜面圈经济Doughnut Economics》2中进行了描述。该框架将地球边界的概念与社会边界的互补概念结合起来。它把可持续性想象成一个甜面圈形状的空间,那里的资源利用率足够高,足以满足人们的基本需求(内部边界),但不会高到跨越地球边界(外部边界)。

该框架包括11项社会目标,这些目标是Raworth根据对政府提交给“里约+20”会议的意见进行全面文本分析而选定的。这些目标反映了大多数提交材料中提到的主要社会目标,因此与当代政策,包括联合国可持续发展目标中的社会目标很好地一致。在生态经济学文献中,SJS框架也有重要的先例,即可持续规模、平等分配和有效分配的目标22

我们认为,SJS框架实施了“强大可持续性”的概念23。它要求维持关键的自然资本存量(通过地球边界要求),同时还要求维持关键的人力和社会资本存量(基本需求要求)。然而,SJS框架所缺少的是如何将资源利用与社会绩效联系起来的概念。理解和量化这一联系对于确定各国是否真的有可能在安全和公正的空间内运作至关重要。

分析框架

我们的分析框架(图1)基于目的均值谱24,25,我们以前曾用它来衡量强可持续性26,27。重要的是,这一框架并不意味着资源利用与社会结果之间的单向因果关系;相反,它旨在表明社会绩效取决于健康、正常运作的生态系统及其提供的资源。反馈回路是双向运行的,社会可以减轻或适应地球边界的越界,从而改变潜在的系统结构或参数28

图‑1分析框架显示地球进程与人类福祉之间的联系。该框架是基于Daly的目的-均值谱,这是麦多斯提出用它来衡量可持续发展。社会结果是根据基本需求方法来概念化的,而供应系统则被认为是生物物理资源利用与社会绩效之间的中介关系。

在这里,我们通过以下方式扩展了该框架:(一)使用基本需求方法将国家内部的社会结果概念化(将需求满足与人类福祉分开),(二)从“供应系统”的角度来表示资源利用与社会结果之间的联系。就我们的目标而言,供应系统包括物理和社会系统;前者包括物理基础设施、技术及其网络效率29,后者包括政府机构、社区和市场30。供应系统是生物物理资源利用与社会结果之间的中介关系。例如,不同形式的运输基础设施(铁路与公路)在非常不同的资源利用水平上产生类似的社会结果。在我们的分析中,我们没有试图描述不同类型的供应系统或它们对资源利用和社会结果之间关系的影响——这对地球系统研究人员来说仍然是一个复杂的挑战31。然而,我们确实量化了与满足不同国家的基本需求有关的资源利用情况,从而表明了目前的可能性。

虽然现有的分析已经量化了社会绩效与能源使用32、温室气体排放33和生态足迹34等生物物理指标之间的联系,但这些分析没有考虑到地球边界对社会绩效的影响。两项研究使用SJS框架对具体国家和亚区域(南非12和中国的两个区域13)进行了生物物理边界和社会绩效的研究,第三项研究将该框架应用于五个城市35。然而,这些研究局限在其地理范围内,也没有量化生物物理边界与社会阈值之间的联系,一些作者认为需要更好地理解这一点8,11。简言之,现有研究要么量化了有限地理范围(但没有量化联系),要么量化了联系(但没有量化限制)。这篇文章通过调查什么程度的生物物理资源利用与满足人们的基本需求有关,以及这种资源利用水平是否可以扩展到所有人而不超过临界地球边界,从而解决了文献中的这一空缺。

生物物理边界和社会阈值

我们将四个地球边界(气候变化、土地系统变化、淡水利用和生物地球化学流量)的尺度缩小到人均等价物,并将这些指标与国家尺度的足迹指标进行比较。此外,我们还包括两个单独的足迹指标(生态足迹和资源足迹),并将其与建议的最大可持续水平进行比较5。生态足迹和资源足迹不是地球边界框架的一部分,与气候变化指标部分重叠(它们都包括化石能源作为其组成部分)。然而,由于它们是广泛报道的环境压力措施,我们将它们包括在内进行比较。由于生物地球化学流动的地球边界由两个独立的指标(氮和磷)表示,因此总共考虑了七个生物物理指标(表1)。这七项指标都是以消费为基础的衡量国际贸易的指标。

由于难以将大气CO2浓度地球边界转化为有意义的人均边界,我们的计算基于“巴黎协定”强调的将全球变暖限制在2°C的目标。作为衡量土地系统变化的指标,我们使用了一种新的指标,即人均占有净初级生产力(eHANPP)36,它被认为是一个可测量的地球边界37,eHANPP测量的是通过农业和林业收获的生物量,以及在收获过程中死亡但没有使用的生物量,以及由于土地利用变化而损失的生物量。(关于具体生物物理指标的充分讨论,见补充资料)。

为了评估社会绩效,我们使用了一套11项社会指标,这些指标是遵循SJS框架1,12,13和SDG中所载社会目标的研究所共有的21。在我们的框架内,这些指标包括九个满足需求的指标(营养、卫生、收入、获得能源、教育、社会支持、平等、民主质量和就业)和衡量人类福祉的两个指标(自我报告的生活满意度和健康预期寿命)。对于每一项指标,我们都确定了一个与一个国家公民的“美好生活”相一致的阈值(表2)。

在我们的分析框架内,生活满意度和健康预期寿命被归类为人类福祉的衡量标准,而其余九个社会指标被归类为需求满足度。 N是国家数量。

虽然社会阈值的选择无疑是主观的,但我们认为,每一项都构成对符合基本需求的社会绩效水平的合理评估。(关于个人社会指标的更多讨论,请见补充资料)。

我们发现,所分析的大多数国家都在超出人均生物物理边界之上使用资源(表1)。最糟糕的生物物理边界是气候变化:只有34%的国家在这一指标的人均边界之内。在人均磷、氮、eHANPP、生态足迹和资源足迹范围内的国家数目总体上非常相似,这些指标中约有45%的国家在边界内。公海边界的情况要好得多,目前有80%以上的国家在此范围内,这反映出这一边界在地球尺度上没有被过度使用。然而,这一结果并没有说明区域水缺乏城市,这可能是由于年内的变化或跨流域的水供应的差异。总体而言,16个国家仍在所有7个人均生物物理边界内,而48个国家超过6个或更多(图 2)。

图 2实现的社会阈值数与不同国家的生物物理边界(按人口比例)理想的情况是,国家应当位于左上角。图中只显示了有所有7个生物物理指标数据和11个社会指标中至少10个指标数据的国家(N=109)

从社会角度来看,结果好坏参半(表2)。在分析的国家中,近60%在满足营养和获得能源等物理需要的社会指标方面表现良好,近70%的国家消除了每天低于1.90美元贫困线的贫困。然而,各国在质量更高的目标方面表现不佳。在分析的国家中,只有四分之一的国家在生活满意度和社会支持指标方面取得了足够的成果,而在民主质量和平等指标方面,只有不到五分之一的国家取得了足够的成果。只有三个国家(奥地利、德国和荷兰)达到所有11个社会阈值,但另有7个国家(主要是欧洲国家)达到其中10个。有35个国家则一个社会阈值都没有达到(图 2)。

没有一个国家在生物物理和社会指标方面表现良好。一般来说,一个国家达到的社会阈值越大,它就越超过生物物理边界(图2),反之亦然。许多富裕国家达到了大多数社会阈值,但资源利用水平远远超出人均生物物理边界。例如,虽然美国达到了11项社会指标中的9项达到了与良好生活相关的阈值,但它超过了所有7项生物物理指标的人均边界(图3a)。相反,斯里兰卡没有跨越任何生物物理边界,只在3项社会指标上取得了足够的成果(图3b)。越南可能是这一模式的例外,它只跨越了一个生物物理边界(二氧化碳排放),但在6个社会指标上取得了足够的结果。

图3美国(a)和斯里兰卡(b)两个国家的表现比较。 a,美国。 b,斯里兰卡。 蓝色楔形相对于社会阈值(蓝色圆圈)表现出社会绩效,而绿色楔形显示相对于生物物理边界(绿色圆圈)的资源利用。蓝色楔形开始于中心(代表着任何国家取得的最差的分数),而绿色楔形则从蓝色圆圈的外缘开始(这代表着零资源的使用)。带有虚线边缘的楔形延伸到图表区域以外,表示超出生物物边界。理想的情况是,一个国家的蓝色楔形可以达到所有社会阈值,所有绿色楔形则在生物物理边界内。

 

一般而言,一个国家实现的与需求满足因素相关的社会阈值越多,人类福祉水平就越高,正如以生活满意度和健康预期寿命所度量显示的 (补充图1)。这些结果提供了一些证据支持这样一个观点,即人类福祉是基本需求得到满足的水平和个体对这一水平的满意度的函数38,39。生活满意度和健康预期寿命水平较高的国家也往往越出更多的生物物理边界(补充图2)

指标之间的关系

生物物理指标与社会指标之间关系的强弱取决于所考虑的个别指标(补充表3)。一般而言,社会绩效与二氧化碳排放和资源足迹最紧密地结合在一起,与eHANPP的耦合程度最小。eHANPP与社会指标之间的微弱关系与以前的研究结果一致,表明eHANPP与人口密度密切相关,但与其他社会经济因素无关40

与资源利用联系最紧密的社会指标是中等教育、卫生、能源获得、收入和营养。除教育外,这些目标与满足物理需求的关系,相较于实现质量更高的目标(例如,社会支持和民主质量)有更密切相关性。与资源利用关系最不密切的社会指标是就业。

在生物物理指标和社会指标之间有统计显著性情况下,这种关系总是正向的(也就是说,较高的社会绩效与更高的资源利用率有关)。此外,最佳拟合曲线通常是线性对数曲线或饱和曲线(补充表3)。这两种形态都表明,随着资源利用的增加,社会回报在减少。唯一的例外是平等,它随着资源的使用呈线性增长。

图4显示了相对于人均生物物理边界而言的资源利用水平,与实现每个社会指标的充分绩效水平相关。图中显示了两个数量:(1)最接近每个社会阈值的国家资源利用的中等水平数;(2)任何国家达到社会阈值所需的最低资源利用水平(即最佳绩效)。

图4估计资源利用水平,以实现每项社会指标的充分绩效。空心圆圈表示处于社会阈值的国家的资源利用中等水平数,星号代表任何国家达到这一阈值的资源利用最低水平(最佳绩效)。图中显示了资源利用相对于每项生物物理指标的人均边界(绿线)的比较情况。涉及eHANPP和就业的关系没有显示出来,因为这些关系的统计显著性很低。

目前的社会绩效和生物物理边界之间的差距最大的是二氧化碳排放,为获得足够分数的社会指标,其资源利用的中等水平数大约是营养和卫生生物物理边界的1.5倍,是教育和生活满意度的6倍以上。也就是说,一些社会绩效(例如,教育和生活满意度)的二氧化碳排放中等水平数和最低水平之间的巨大差异表明,大大提高碳效率供应系统是可能的。

磷和氮的中间结果与二氧化碳排放量非常相似,尽管与充足的社会绩效相关的资源利用水平略低一些。对于资源足迹和生态足迹,中值估计值变化较小,从靠近生物物理边界到超过这一水平的三倍。变化最大的生物物理边界是海水利用,在这种情况下,所有社会指标都可以在不超过地球边界的情况下取得高水平的绩效。然而,这一结果对当地的缺水问题却没有任何意义。

相关资源利用最高的社会目标是民主水平、平等、社会支持、中等教育和生活满意度,其范围约为人均生物物理边界的2至6倍。这些都是质量更高的社会目标,虽然它们与高资源利用率有关,但它们与资源利用一般没有紧密联系。相比之下,与满足物理需求(即营养、收入、能源和卫生设施)更直接相关的社会目标与资源利用的联系更为紧密,但总体上相关资源利用水平却低得多。事实上,我们的结果表明,这四个指标有可能在不明显超越地球边界的情况下,能够为所有人实现充分的社会绩效水平。中学教育是总体模式的一个重要例外,它既与资源利用密切相关,又与高资源利用相关。

尽管资源利用中值给出了一种与往常一样的观点,但它们对可能发生的事情过于悲观。最佳绩效值表明,一些国家能够在资源利用水平低得多的情况下达到社会阈值。这些结果为在地球边界内实现社会阈值提供了可能的空间,同时也突出了各国目前资源利用分布的不平等。对于四个社会指标(即教育、能源获得、收入和营养),至少有一个国家达到了与良好生活相关的阈值,却没有超过任何人均生物物理边界。不过,并没有一个所有都表现最好的国家。一般来说,总是不同的国家,在各对生物物理-社会指标组合中表现良好。对于其他两个社会指标(即民主水平和生活满意度),通常没有任何国家在生物物理边界内达到社会阈值(公海除外)。

讨论

如果想做到所有的人都要在地球边界内过好的生活,我们的研究结果表明,必须要从根本上重新构建供应系统,使基本需求能够在低得多的资源利用水平上得到满足。这些发现对目前的发展轨迹提出了重大挑战。根据联合国的“中等水平变量”预测,全球人口到2050将增至97亿人,到2100将增至112亿人41,如果不努力稳定全球人口,今后的挑战将更大。Raworth1,2设想的甜甜圈形状的空间有可能是一个薄薄的圆环。

70亿人的物理需求(即营养、卫生、能源获得和消除1.90美元以下的贫困)可能得到满足,资源利用水平不会大大超出地球边界。然而,如果要普遍达到质量更高的目标(即生活满意度、健康预期寿命、中等教育、民主质量、社会支持和平等)的阈值,那么调节资源利用和社会结果之间关系的供应制度就必须提高2至6倍的效率。

根据我们的发现,两大战略可能有助于各国更接近安全和公正的空间。第一,重点是在资源消耗方面实现“充足”。本研究分析的大多数生物物理-社会成对指标中,资源利用的每个额外单位增加对社会绩效的贡献都较小,特别是在估计的线性-对数或饱和曲线趋于平坦的转折点之后(补充表3)。我们的结果表明,在许多富裕国家,资源利用可以大幅度减少,而不会影响社会绩效,同时也能在各国之间实现更平等的分配。注重充足性,就必须认识到,过度消费给社会带来了各种社会和环境问题的负担42,并超出了追求国内生产总值增长的范围,而采用了新的进步衡量标准43。它还可能涉及到富裕国家应当追求“低增长”15,以及转向替代经济模式,如稳定的国家经济24,44

第二,显然需要对物理和社会供应系统进行定性和改进。物理上的改进包括从化石燃料转向可再生能源,生产寿命更长的产品,减少不必要的浪费,从动物产品转向农作物产品,以及投资于新技术5,29。保持在2°C气候变化边界内是一项特殊的挑战,需要大部分的能源生产在2050之前减碳45。虽然风能和太阳能的成本正在大幅下降,可能使基础设施发生重大转变46,但化石燃料工业仍然拥有显著的弹性、补贴,有能力让我们超越边界47。此外,资源效率的提高本身不太可能足够,部分原因是更有效的技术往往会降低成本,释放出资金,不可避免地增加额外的消费 (所谓的反弹效应)48

为此,还需要改善社会供给,特别是减少收入不平等和加强社会支持。在我们的分析中,这两项指标与资源利用的相关性都很弱(补充表3),但对广泛的社会绩效有明显的积极影响49,50。考虑到与生活满意度等质量更高的目标相关的高资源利用(图4),这些目标可以更好地利用非物理手段来实现。一些社会和体制因素,如社会支持、慷慨、选择生活的自由和不腐败等因素的综合影响已被证明可以解释各国生活满意度的很大差异49

总之,我们的发现表明,追求普遍的人类发展,这是可持续发展目标的雄心,有可能破坏地球系统的进程,而人类的发展最终依赖于地球系统。当然情况并不一定非要如此。更有希望的方案是,可持续发展目标应当把议程从增长转向可持续和平等的人类福祉的经济模式。然而,要让所有人都在地球边界内过上良好的生活,那么与满足基本需求相关的资源利用水平就必须大大减少。

研究方法

缩小地球边界尺度。在地方、国家和全球各级尺度,都在一个一致的框架内确定严格的环境边界,是可持续性科学面临的重大挑战7,8,12。有人建议,自上而下的分配办法更适合于人类活动对地球产生直接影响的边界(即气候变化、海洋酸化、臭氧消耗和化学污染),而多尺度方法则更适合于空间上不均匀的边界(即生物地球化学流动、淡水利用、土地系统变化、生物多样性丧失和气溶胶浓度)8。然而,即使采用自上而下的方式和单一的全球边界,分配也充满了难以解决的伦理问题。在气候变化的背景下,提出了各种分配排放预算的方法。这包括根据平等的个人权利(人均办法)、历史权利(即“祖辈”)、历史责任(即累计排放量)和充足程度(即足以过上体面生活)分配预算7,51。无论哪种方法在道德上更具吸引力,资源的利用仍然倾向于在国家或国家以下一级进行管理8,10

虽然我们认为多尺度方法是分配某些地球边界和管理资源利用的最合适的方法,但在我们的分析中,我们采用了自上而下的方法,按人均分配每个地球边界的平等份额。这一选择是由我们特定的研究问题推动的,即如果资源平等分配,社会绩效的水平可以普遍达到什么程度?或者相反,满足普遍和体面的生活质量对资源的使用有什么影响?从理论上讲,平等分配可以使大多数人过上体面的生活。虽然其他分配将使一些人能够过上更高质量的生活(例如,那些生活在拥有大量资源的国家),但另一些人则必然过着更加贫困的生活(即那些很少获得全球资源的人)。由于我们的分析主要涉及评估是否可以在不超过地球边界的情况下使所有人过上良好的生活,因此,我们采用了一种人均平等的办法来界定生物物理边界。

我们根据瑞典环境保护局提出的方法,使用较低尺度的四个地球边界(气候变化、土地制度的变化,淡水的使用和生物地球化学流)人均当量9。然后将人均生物物理边界与基于消费的足迹指标相比较,以反映国际贸易。此外,我们还包括两个以消费为基础的足迹指标(生态足迹和资源足迹),并将这些与他们建议的最大可持续水平进行比较5。由于生物地球化学流的地球边界由两个单独的指标(氮和磷)所代表,总共有七个指标(表1)。(见关于生物物理指标的详细资料和补充资料来源表1的补充资料)。

建立社会阈值。我们根据Raworth SJS框架选择我们的社会指标1。Raworth确定了11个社会问题,这些问题是提交给里约+20会议材料中至少一半的国家提到的。它们共同定义了安全和公正空间中的社会基础。

以前的两项研究在国家/区域范围内应用了SJS框架。在南非的框架内,Cole等人12使用南非多重剥夺指数来选择社会目标。其结果是一套11项目标,与Raworth提出的一套目标(补充表5)有很大的重叠。最大的区别是增加了与住房和安全有关的指标,遗漏了社会和两性平等指标,理由是这些指标是贯穿各领域的问题,应纳入其他社会措施。在他们为中国两个地区制定的框架中,Dearing等人13使用了一套较小的8项社会目标,其中不包括平等、发言权或复原力的指标,因为这些目标缺乏数据。

相比之下,SDG确定17个目标,其中12个目标可以归类为社会目标(4个是环境指标 并且1指执行过程)21。在高层次上,这些目标与SJS框架中的社会基础完全吻合,尽管提出的具体细节有一些差异。最大的差别是将与可持续城市和工业/创新有关的目标纳入SDG。然而,前8个目标与在补充表5所示的资料非常一致。

我们在分析中包括了前8项社会目标,以及平等、社会支持和生活满意度的衡量标准(表2)。虽然我们在某种程度上同意Cole等人12的观点,即平等是一个贯穿各方面的问题,应该纳入其他社会指标,但在实践中这样做并不容易。因此,我们按照Raworth框架中的提议,将平等作为一个单独的指标1。我们包括生活满意度(除了健康),以提供主观和客观的福祉衡量,并包括社会支持,因为它对幸福很重要49

关于我们的分析框架(图1)生活满意度和健康预期寿命被归类为幸福(或终极目标)的衡量标准,而其他9个社会指标被归类为需求满足(或中间目标)。这一分类符合基本需求方法19,20,也反映了调查结果,表明健康和幸福通常被认为是更高的目标。例如,当被问到“生命中最重要的是什么”时,盖洛普国际千年调查中最常见的两个答复是健康和幸福的家庭生活,该调查访问了60个国家57 000名成年人52。(关于个人社会指标的详细情况,见补充资料;关于数据来源,见补充表2)。

计算相关性强度。利用普通最小二乘法(OLS)回归估计了每对生物物理和社会指标之间的相关性强度。在每种情况下都测试三种曲线:(1)线性,(2)线性-对数和(3)饱和。每条曲线的方程如下所示:

其中x是生物物理指标,y是社会指标,a和b是回归系数,ysat是社会指标的饱和值(用于估计饱和曲线)。饱和值必须从数据中确定,并遵循参考标准。32我们使用了ysat=1.1max(Y)。然而,改变系数(不使用1.1)并不会显着地改变我们的结果。

线性和线性-对数函数是众所周知的,并且在回归分析中常用。饱和曲线是一种渐近函数,它为人类发展与环境影响之间的关系提供了很好的拟合32。因此,我们包括在回归分析中了。

生物物理数据中的统计异常点是通过绘制足迹指标与人口和国内生产总值的散点图来确定的。根据这一方法,四个国家(白俄罗斯、埃塞俄比亚、苏丹和津巴布韦)的Eora MRIO数据库53,54数据被排除在外。社会数据中的统计异常值是用方框图和直方图来考虑的,但在社会数据中没有发现异常值。

考虑到我们进行了多次回归(77对变量乘以3条曲线,每条曲线=231条),我们使用了一个相对较低的α水平为0.01,以避免膨胀的I型错误率。要检测出功率为0.80和α=0.01的中等效应大小(Cohen的f2=0.25,R2=0.20),需要最小N=50,我们的所有回归结果都满足于补充表4所示。

用Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验各回归中残差的正态性,剔除任何不满足正态准则的结果。在剩余的结果中,最佳拟合曲线是用Akaike信息准则(AIC)确定的。

AIC是基于参数的最大似然估计的不同统计模型的相对质量的度量55。它与统计模型的复杂性作了权衡。对于具有正态分布残差的OLS回归,可以使用以下公式计算AIC:

其中N为数据点数,RSS为残差平方和,K为模型参数个数。较低的AIC值表明了较好的模型质量。

重要的是,方程(3)给出的饱和曲线并不表示为x的函数。相反,它将log(ysat-y)表示为x的函数,因此,从此回归确定的RSS不能与使用方程(1)和(2)确定的RSS直接比较。因此,为了计算AIC的可比值,根据y与用方程(3)估计的曲线的差值,计算了平方RSSc残差的修正估计。

方程(3)的函数形式上的差异还意味着,用OLS回归法确定的这条曲线的R2值不能与其他两条曲线的R2值直接比较。方程(3)的R2值表示用x解释的log(ysat-y)中的方差,而不是用x解释的y中的方差。因此,根据下列公式计算了决定系数的可比估计数:

在RSSc和TSSc是残差平方和总平方总,分别基于y和使用公式(3)估计的曲线计算之间的差异计算的。通过这种调整,所有报告的R2值都表示由x解释的y中的方差,因为AIC表示每个模型的相对质量(而不是它的绝对质量或统计显著性),可比较的R2和p值列在补充表3中作为更有用的统计数据报告。

该方法的图示见补充图3涉及二氧化碳排放量的回归。与二氧化碳排放联系最紧密的社会指标是入学率、卫生设施和能源获得的机会。就这些社会指标而言,二氧化碳排放量解释了社会绩效变化的70%左右(如可比R2值所示)。与二氧化碳排放量联系最紧密的社会指标是就业(这一指标没有显示出统计上的显著关系)。

估计与社会阈值相关的资源利用。为了估计与延长70亿人的良好生活相关的资源利用水平,每对生物物理-社会指标计算表2中最接近社会阈值的20个数据点的中值值。然后将这些中值与人均生物物理边界(表1)进行比较,以评估在每个社会指标上取得足够高分数的资源利用影响。通过在每对生物物理-社会指标中满足社会阈值的需要的国家最低的资源利用水平,估算出了最佳绩效。在中值绩效分析中,所得到的值与人均生物物理边界进行了比较。

有许多不同的方法可以用经验来估计与某一特定社会绩效相关的资源利用情况。我们探索了三种方法:(一)使用回归曲线进行估计,(二)使用中值绩效进行估计,(三)使用最佳绩效进行估计。下面将讨论每种方法。

回归曲线。我们探索的第一种方法是使用为每对生物物理-社会指标确定的最佳拟合曲线来估计与给定的社会阈值相关的资源利用水平。例如,如果发现某一社会指标(例如健康预期寿命)与某一生物物理指标(例如二氧化碳排放量)之间的最佳拟合曲线是线性-对数曲线,那么按照方程(2),与给定的社会阈值y*相关联的资源利用水平x*将由下列方程指定:

其中a2和b2是回归系数。该方法对线性-对数曲线和饱和曲线往往产生较高的x*值,且对y*的选择具有较高的敏感性,因为这些曲线在y*值附近一般比较平坦。(因此,y*中的一个小变化就会导致x*在这个方法中发生很大的变化。)

平均绩效。我们探索的第二种方法是计算最接近y *的n个数据点的平均值或中值x值(包括y和y以上的点)。回归分析表明,生物物理和社会指标对的最佳拟合曲线一般是线性-对数或饱和曲线,因此中位数是比均值更合适的度量(如果关系是线性的,则更合适)。我们选择了n=20的值,以包含最接近社会阈值的代表性子集。中位绩效法产生的x值比回归曲线法低,而且对y选择的变化不那么敏感。

最佳绩效。我们探讨的最后一种方法是确定y≥y*对应的最小x值。这种方法得到了三种方法中最低的x*值。对于每对生物物理-社会指标,使用这种方法计算的x*值代表了在现有国家数据中实现充分社会绩效的最低资源利用水平。然而,这种方法的主要风险是,表现最好的国家可能是反常的,因此结果可能夸大了其他国家可以取得的成就。

综合方法。虽然我们得出结论,回归分析是估计生物物理指标和社会指标之间关系强度和形状的一种很好的方法,但它是估计与特定社会阈值相关的资源利用水平的较弱方法(因为对y*的变化高度敏感)。因此,我们应用中位绩效方法来估计与给定的社会阈值相关的资源利用水平,并通过对最佳绩效的分析来补充这一方法。

虽然我们的分析将每一个生物物理和社会指标视为独立的配对,但在现实中,这些指标可能是相互耦合和移动的。减少二氧化碳排放将(从定义上说)减少生态足迹,而改善健康则可能增加生活满意度。变量的相互依赖性在地球边界框架3中得到承认,在我们自己的分析框架内也是如此。

数据可用性。我们的分析依靠多种来源的数据,主要是Eora MRIO生物物理指标数据库53,54,以及世界银行56和世界幸福报告49关于社会指标的数据(所有来源见补充表1和表2)。除非补充资料另有说明,所有数据都是2011年度的数据,这是可获得大多数指标的最近一年。这也是世界人口达到70亿的一年,这是用来计算人均生物物理边界的数字。我们分析中所考虑的国家仅限于人口至少100万的国家。7项生物物理指标和11项社会指标的国家一级数据见补充数据。这些数据还可以通过一个交互式网站(https://GoodLife.leeds.ac.uk)获得,该网站允许用户查询数据集、生成可视化并生成与图类似的“安全和公正的空间”地块所有国家。

 

参考文献

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