Global Public Goods and Mechanism Designs for International Cooperation:A Game Theoretic Analysis

摘要

本文旨在通过博弈论来研究全球公共品（气候变化）的国际合作中的问题和前景。本文主要应用了博弈论中的两个方面:动态合作博弈和STACO模型;并且得到了非常有趣的实证结果。本文为了研究气候变化协议的合作问题，把全球分为了12个区域。
　　本文一共分为七个章节。第一章为导论。本章阐述了研究背景、研究问题、研究目标和思路、研究意义以及本文可能存在的问题，同时还对关键词条进行了定义。第二章是对涉及到研究目标的关键概念和理论的文献评述，这是本文研究问题的基础;除此之外还有本使用的博弈论方法研究综述。第三章构建了气候变化问题的博弈理论模型。在本章中介绍了博弈中个体签署协议的各个阶段以及它们对收益的分配。第四章通过合作博弈理论中的数学概念得到了博弈理论建模中的一个新发现，即数理模型框架会以Shapley值分解的方式分配参与个体的成本。第五章介绍了实证方法和参数估计。第六章是结果和讨论。第七章是政策建议、结论以及未来研究方向。
　　气候变化是世界最复杂和普遍的问题之一。尽管国际合作已经取得了显著成就，依然有很多待解决问题。因此，如果京都议定书中的一个问题没有达成协议，就会影响到所有区域国际协议的稳定性。同时，京都议定书中的温室气体减排目标并没有达到，而且这个问题也受到了关注。京都议定书效力的减弱源于美国没有参与到其中。当俄罗斯的减排份额出现在碳排放市场的时候，购买这些份额的国家就不需要进行任何进一步的减排。这一结论已经在很多研究中得到证实。国际环境协议(IEA)的环境效应同过去一样。比如在一个国际减排承诺中某个国家的负担是特别的，奥斯陆协议和蒙特利尔协议的水准就是不同的。
　　本文意在研究国际环境合作在气候变化上的稳定性和环境效应。在本文中，气候变化合作问题对不同合作情景在博弈论的框架内分析，并且得出提高国际合作有效性的政策意义。
　　不同区域间的博弈使用的是两阶段博弈。在第一阶段中，每个国家同时决定是否联合。在第二个阶段中，每个国家会决定是否参与联合。在第二阶段，参与合作的国家会决定减排量来最大化从合作中获得的收益，然后再决定减排量最大化个体利益。这意味着在合作情境下，边际成本会等于边际利润。除此之外，其他国家也会据此制定减排量。通过倒推法得到第二阶段的均衡。两阶段的博弈可以用一阶段来解决。因此，如果不考虑自博弈均衡，可以分析任意的均衡i。
　　在这个博弈中，稳定的合作定义为稳定的概念。为了实现稳定，在所有区域都同意的时候，内部稳定应该满足。外部稳定是所有区域外部的稳定结果，而且没有激励加入合作。
　　对于模拟分析使用了Finus et al.(2006)的STACO模型。STACO模型基于气候变化和气候变动成本（温室气体减排成本）。气候变化问题的主要区域（美国，欧盟，中国，印度，日本，俄罗斯和巴西等）均包括在研究中。STACO模型是研究搭便车行为的非常合适的模型，并且考虑到多个国家的情况划分为12个区域ii。
　　模拟结果显示在之前的研究中，构建此模型是很困难的。两个或者多个国家（或区域）的合作（福利转移）并不能实现稳态。尽管允许在不同区域之间实现福利转移，总量很小。在这种情况下，合作的—个重要特征就是温室气体减排的边际成本低于边际损失。
　　这意味着区域间合作可以通过福利转移达到稳态。在本研究中，考虑了三个福利转移情景。第一个是Chander& Tulkens(1995;1997)提出的福利分配法。合作的额外收益与气候变化的边际损失成本是成比例的。在这个国际环境问题中，林达尔均衡(Lindal Equilibrium)作为收益分布。Shapley值和纳什均衡均用作合作均衡解的概念。以上三种情景均适用于国际环境问题的博弈论理论分析。
　　在”Chander and Tulkens”设定的转移情景中，可以得到{US，CN}和{EU，CN}两个稳态解。在排除掉单独合作的时候会有一个合作实现最大潜在福利，可以达到”Chander and Tulkens”转移情景中最大福利的1/4。这两种情形下均包括中国，美国和欧盟均可以转移福利，中国有激励参与到其中。
　　美国和欧盟相比与中国合作，更愿意与对方合作。美国和欧盟之间的这种博弈模式是协和博弈（在博弈论理论中，此类博弈称作斗鸡博弈），并且用于帮助两方参与者iii。
　　在使用Shapley值分析转移时，可以得到{US，EC，CN}，{JN，EZ CN}和{EC，ET，CN}三个稳态解。东欧的参与是重要的，但是并没有显著的增加福利水平。然而在博弈论中，可以解决这类问题的政治影响力的Shapley值在合作中占很大比例。相比”Chander and Tulkens”的转移情景，东欧在Shapley值下更能实现较大福利的稳态，然而其他区域在稳态下的福利相对较低。在Nash协议转移情景中，{ET, CN，IN}是稳定的。
　　对于难以解决的全球环境问题实现广泛的合作只能依赖于先前福利。Carraro& Siniscalco(1993)认为区域性的参与会使得很多国家形成联盟。本文分析了转移机制扩展的可能性（有承诺的稳态合作）。在任何情况下，只要合作扩展，就意味着承诺不会偏离，即便没有激励机制。在这种情况下，”Chander andTulkens法则”，“Shapley法则”和“Nash谈判法、则”均适用。如果说形成合作是首要的（如果现存的组织并不向新加入者转移额外的福利），那这种情形就是稳定的（”Chander and Tulkens”情景有两个稳态解，Shapley法有三个稳态解，纳什均衡有一个稳态解）。
　　因此，在主要合作者支持新加入者的时候，稳定合作会扩展。在”Chanderand Tulkens”法则的情况下，可以得到四个稳态合作;在Shapley法则的倾向下，可以得到十个扩大的合作。在美国、东欧、中国、其他OECD国家、前苏联、主要能源输出国、印度、亚洲的发展中国家以及其他领域的福利是最高的。上述合作包括了2010年82.5％的温室气体排放，而且实现了最大福利的81.6％。
　　在解决环境问题时实现最大化福利是可能的（要求合作承诺）。在现实中，联合国大多数国际环境处理方法就是主要发达国家的义务会激励发展中国家的参加。这些方法在有效国际合作中是非常重要的，而且可以加强气候变化合作以及京都议定书。
　　本文的研究表明如果一阶段中有国家支持二阶段的新加入者，在第一阶段的负担承担上就会弱一些，这是因为这减少了参与到第一阶段的激励，这会通过弱化一阶段的负担承诺削弱整个博弈的有效性。但是发达国家需要先于发展中国家承担初始的负担，而且这也是许多国际环境协议的趋势。因此，对大多数国家的真是承诺以及国际福利转移是基于负担承担的。这是加强气候变化协议非常重要的政策方向。
　　本文的模拟分析契合所有博弈中的合作者，也是说，不包括中国的合作结构是不稳定的。如果中国不参与到合作中，就不会提供足够的稳态，尽管它的加入所需成本较低。在发展中国家，比如中国，温室气体减排量是很搞的，足以发挥一个重要作用。类似的激励会提高必要的参与。分配机制的均衡结果会提高合作规模。
　　最后，本文试着分析区域间的合作结构。比如，在奥斯陆协议中，京都议定书中的主要发达国家以及欧盟，并没有涉及到太多的区域间合作。因此，对于每个要加入合作的国家进行解释是有必要的。即使在现实中，确保完美合作也是很难的，如果放松完美合作行为的假设条件可能会得到更好的情景。之前研究的假定假设每个参与者都会在边际成本等于边际收益之前减排。”不完美合作”定义为每个参与者会减少其减排量，直到减排的边际成本低于(等于X(＜100)％)合作中所有参与者的边际利润之和。本文定义‘X'为”合作力度”。因此，”完美合作”的力度是‘100’。
　　在这种情况下，如果合作内的减排量降低，即使没有先前福利机制也会形成一个稳定的合作;同时，对于所有区域减排量都会降低。在”Chander-Tulkens”转移模式下，会达到一个X=10的不完美合作。因此，在减排力度降低时，所有区域均会促成稳定的合作。然而，全球净收益可能会因为较广的参与而降低。本文研究结果表明合作力度(X)会在10到100之间，合作范围扩大但是力度不变。
　　在不完美合作的情况下，美国、欧盟、中国和日本也有非常有趣的结果。这类合作在之前的文献中并没有出现，这意味着合适的合作可能会损失一定的效率。
　　另一方面，如果合作力度低于最优水平，通过增强合作力度可以提供全球福利。本文结果显示不完美合作会通过扩大稳态合作来提高全球净福利。然而，这一过程也存在着一定的限制。在”Chander-Tulkens”转移情景下，全球净福利会在X=90的时候达到最大值。其他扩大的合作会因为合作程度较弱降低全球净福利。这些结果表明为了实现稳态合作以及最大福利，需要把合作国家的承诺水平设定在合理的范围。
　　综上所述，本文的研究结果表明气候变化问题的稳态合作是非常难以实现的。因此为了加强合作力度就会损失一部分进入合作的激励。为了解决搭便车问题有不同的问题。的哥方法是通过提高加入合作的福利来促进合作，搭便车问题可以通过贸易关联解决。贸易可以减少搭便车的动机，克服增强合作结构带来的搭便车问题。然而，如果合作程度过高，搭便车的动机也会随之提高。”减排基金”的设立是补贴额外减排的另一种选择。

目录

声明

Table of Contents

ABBREVIATIONS

摘要

Abstract

Chapter 1：Introduction

1．1 Rationale of the study

1．1．1 Defining Environmental Protection as a Global Public Good

1．1．2 Global Public Goods for global environmental issues

1．1．3 Relevance for international cooperation

1．2 Philosophical argument of thesis

1．2．1 Interplay among the Global，Public and Local societies for Global Public Good

1．3 Theoretical Stance

1．4 Critical analysis of Policy Discourse

1．4．1 Benefits of Environmental Global Public Goods at Different scales

1．5 Introduction to Central Concepts

1．5．1 Internation Agreements for the protection of the Environment

1．5．2 Institutional design

1．5．3 Some principal for designing an institution

1．6 Research Questions

1．7 Study Objective

1．8 Chapters Outlines

Chapter 2：-The Literature background and Critiques

2．1 Introduction

2．2．1 Environment as a global public good：Literature background

2．3 A literature of the Mechanisms Adopted to Increase the Effectiveness of the Provision of Global Public Goods

Conclusion

Chapter 3：-Formulation of Game Theoretic Modeling for Climate Change

3．1 Coalitionai structure for two stage game

3．2．Stability of the coalition

Conclusion

Chapter 4：-Cost Allocation for the Problem of Pollution Reduction．A Dynamic Cooperative Game Approach

4．1 Introduction

4．2 Dynamic Game Model

4．2．The Nash Equilibrium

4．2．1 Value Function

4．3 Cooperative Solution of the Emission Reduction Game Model

4．3．1 All Possible Coalition Outcomes

4．4 Shapley Value Computation

4．5 Allocation of the Shapley value

Conclusion

Chapter 5：-Empirical Background of the Game Theoretic Modeling

5．1 Introduction

5．2 Emissions and Concentration

5．3．Global Damage Cost Function

5．4 Global and regional benefit Functions

5．5 Derivation of Abatement Cost Functions

5．6 The singleton coalition and grand coalition

5．7 Stable Coalitions without Commitments

5．8 Stable Coalitions under Commitments

5．1 Imperfect Coalitions

Chapter 6：Policy Implications．Future Research and Conclusion

6．1 Introduction

6．2 Policy Implications and Discussions

6．3 Direetions for Further Research

References

Appendix