[Journal of Cleaner Production]环境规制不是越强越好？可解释机器学习揭示长江经济带低碳转型关键阈值

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文章期刊：[Journal of Cleaner Production][SCI-1Q]

题目：基于可解释机器学习解析环境规制对低碳转型的影响 —— 来自长江经济带的经验证据
英文题目：Interpretable machine learning insights into the impact of environmental regulation on low‑carbon transition: Evidence from the Yangtze River Economic Belt
投稿周期：稿件收到：2026‑02‑16
修改稿提交：2026‑07‑28
正式录用：2026‑09‑06
网络上线发布：2026‑09‑12;
文章链接：10.1016/j.jclepro.2026.149427

ABSTRACT&

HIGHLIGHTS

1.Highlights

1. 揭示长江经济带环境规制与低碳转型的时空演化特征及其非线性关联。

2. 环境规制与低碳转型整体呈上升态势，低碳转型区域发展格局日趋均衡。

3. 环境规制和低碳转型均表现出东高西低的空间分异格局。

4. 环境规制与经济发展等要素存在显著的分阶段交互效应，且存在阈值效应，超过临界值 0.338 后正向促进作用显著增强。

2.Abstract

环境规制已经成为实现环境目标、推动低碳转型的重要政策工具。但现有研究仍存在指标体系不完善、难以捕捉环境规制与低碳转型之间非线性关系与多因子交互效应、缺少流域尺度实证分析等不足，环境规制影响低碳转型的内在机制有待更加深入的挖掘。针对上述研究缺口，本文采用 2010‑2023 年长江经济带 108 个城市面板数据，解析环境规制与低碳转型的时空演变特征，并运用 XGBoost‑SHAP 模型识别环境规制对低碳转型的影响作用。研究结果表明：第一，环境规制与低碳转型均呈现东高西低的空间格局，高值区域逐步向长三角等核心区域集聚；第二，环境规制对低碳转型贡献度达 20.87%，存在显著阈值效应，当环境规制强度超过 0.338 的临界值，其正向促进作用会大幅提升；第三，环境规制与城市交通、金融发展等因素存在协同效应，可以显著提升城市低碳转型水平。本研究构建了环境规制与低碳转型多维评价体系，首次在长江经济带流域尺度揭示环境规制作用于低碳转型的非线性阈值机制以及多因子协同规律，为理解二者交互机理提供新的实证依据，也为该区域优化低碳转型路径提供决策参考。

研究背景和研究目标

01 选题背景

伴随着快速工业化与城镇化，碳排放持续攀升，全球气温升高、极端气候事件频发，城市作为经济活动的主要载体，是落实全球减排目标、推进低碳转型的关键场域，环境规制依托排放标准、碳定价、绿色补贴等多重政策工具，在推动产业结构调整、能效提升、低碳技术创新方面发挥重要作用，但其政策效果会受到区域发展阶段、产业结构、制度环境等多重条件约束，需要结合具体区域开展深入探究。现有关于低碳转型的研究，已经围绕概念内涵、测度评价、驱动障碍、实践路径开展大量工作，但在指标构建上，低碳转型多使用碳排放强度等单一指标，环境规制评价偏重命令控制型政策，对市场激励、公众参与维度考量不足；传统计量模型大多基于线性假设，难以捕捉阈值效应、边际递减等复杂关系，普通机器学习又存在黑箱缺陷，流域尺度下可解释机器学习的实证较为匮乏；同时多数研究仅验证环境规制的单向影响或者技术进步的间接路径，对环境规制的阈值特征、区域异质性、多要素交互作用的剖析深度不足，长江经济带作为我国经济密度高、生态地位突出的内陆流域经济带，区域内部上中下游发展梯度差异巨大，还面临规制 “一刀切”、跨区域协同治理机制不完善等现实问题，亟需构建多维指标，借助可解释机器学习方法厘清环境规制对低碳转型的复杂作用机理。

02 研究目标

本文以长江经济带 108 个城市 2010‑2023 年面板数据为基础，研究目标包含三方面：一是构建包含命令‑控制、市场激励、公众参与的多维度环境规制综合指标，以及涵盖能源效率、生态治理、科技创新的城市低碳转型综合评价体系，弥补传统单一指标的局限性；二是解析 2010‑2023 年长江经济带环境规制与低碳转型的时空分异演化特征；三是采用 XGBoost‑SHAP 可解释机器学习框架，识别环境规制对低碳转型的贡献度、非线性阈值效应，解析环境规制与产业结构、交通、金融发展等变量之间的交互协同机制，并进一步对比上、中、下游区域异质性，揭示流域尺度环境规制影响低碳转型的内在规律，为长江经济带差异化低碳政策制定提供实证支撑，同时也为其他同类型流域经济区的低碳治理提供借鉴。

研究方法和关键结论

01 研究方法

本研究首先整理 CEADs 碳排放、专利、城市统计年鉴多源数据，筛选长江经济带 108 个地级市 2010‑2023 年面板数据集，运用 CRITIC 客观赋权法，分别计算多维环境规制综合指数 ER 和低碳转型综合指数 LCT；其次借助趋势面分析方法，从东西、南北两个方向解析两个指数的时空演变趋势，结合 Jenks 自然断点分级开展空间制图，刻画空间集聚、高低值分布与时序变化特征；然后采用 XGBoost 树模型，通过网格搜索调参、7:3 划分训练集测试集结合五折交叉验证，拟合环境规制及各控制变量与低碳转型之间的复杂非线性关系，再引入 SHAP 可解释框架，通过 SHAP 特征重要性统计各驱动因子贡献占比，依靠 SHAP 摘要图判断变量正负影响方向，利用 SHAP 依赖图识别环境规制的阈值临界点，借助 SHAP 交互图解析环境规制与产业结构、城市交通、政府干预、对外开放、金融发展之间的协同或抑制交互关系；最后将样本划分为长江上游、中游、下游三组开展分组回归，对比不同流域段因子重要性、阈值大小、交互效应的空间异质性，完整实现从指标构建‑时空演化‑非线性机理‑区域异质性的整套实证分析。

02 关键结论

时空格局结果表明，长江经济带环境规制整体呈上升趋势，空间格局东高西低、北高南低，城市之间环境规制差距有所扩大，高值区由下游长三角逐步向中上游中心城市扩张；低碳转型水平整体提升，空间同样呈现东高西低，南北格局由倒 U 型演变为北高南低，区域标准差下降，区域差距显著缩小，向更加均衡的方向演进。XGBoost‑SHAP 结果显示，环境规制是低碳转型的第二大驱动因素，贡献度达到 20.87%，环境规制存在显著的非线性阈值效应：当强度低于 0.338 时，合规成本效应占主导，对低碳转型表现抑制作用，超过 0.338 临界阈值之后，波特假说的创新补偿效应释放，对低碳转型的正向推动作用显著增强，时间上长江经济带整体在 2017 年前后环境规制强度跨越该临界阈值。交互效应方面，环境规制与城市交通、金融发展整体表现正向协同，中等规制强度下交通协同效果最强，规制水平越高金融发展的协同增益持续提升；环境规制与产业结构、政府干预、对外开放的交互效果会随规制强度发生变化，低规制下政府干预可以形成协同，规制提高后政府过度干预会产生挤出抑制效果。区域异质性明显，下游环境规制贡献最高但需要更高阈值 0.362，上游阈值更低为 0.283，中游受高碳产业路径依赖影响，环境规制作用波动，只有极高强度规制才能稳定发挥促进效果；基于结论本文提出要实施差异化治理，依托阈值建立监测预警机制，强化多政策协同，完善跨区域流域协同治理。同时研究也存在局限，未区分低碳转型内部子维度效应，模型没有显式处理空间依赖性，仅按照上中下游地理分组，未来可以结合空间 SHAP、空间面板模型，进一步探究空间溢出效应，量化行政区划分割带来的治理效率损失。

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END

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