美国棉花出口需求弹性评估研究综述

文/雷雷 陈昂 周轩

1 引言

在国际贸易研究中，商品出口需求弹性在很多方面起着关键作用。首先，对相关弹性的了解有助于理解大宗商品市场的结构和表现。其次，出口需求的价格弹性已被广泛用于构建农业贸易数学模型，以检验经济理论和预测政策分析，例如，用于评估关税对贸易的影响。第三，出口需求弹性的大小被认为是农业政策研究与分析的关键参数之一。

2019年，美国农业部的一项研究报告提出，在过去20年中，美国棉花出口的特点是波动很大。为了预测未来美国棉花出口，准确分析潜在的政治政策和市场变化，有必要对美国棉花的出口需求弹性进行新的、更精确的评估（在此之前的美国棉花出口需求弹性评估是于1982年提出的）。美国在这项研究中使用了阿明顿Armington框架，对1978年至2017年选定的主要棉花进口国对美国棉花的国外需求弹性进行了重新估计。此外，该项研究在基于卡尔曼滤波方法的时变参数动态框架（TVP）中考察了出口需求弹性随时间的演变。

2 研究背景

美国开展相关研究的主要目的是为政策制定和为国际贸易提供选定主要棉花进口国（地区）对美国棉花的国外需求弹性的重新评估。研究中将美国出口需求弹性定义为出口数量的百分比变化与出口价格的1%变化相关，前提是所有其他因素保持不变。由于国际需求具有弹性（价格弹性的绝对值大于1），表明美国旨在降低世界商品价格的政策将可以导致出口量的增加和美国农民获得的净收入增加。出口需求无弹性（价格弹性的绝对值小于1），表明出口成本高昂，出口增长缓慢。

研究称，在过去20年中，美国棉花出口占世界总出口的份额逐渐减弱（图1），2000年至2009年期间平均为37%（美国农业部PSD，2018年）。在2010年底达到峰值1440万包（41%）后，在2011年至2017年期间，平均下降31%，至1230万包。与此同时，国际棉花市场也发生了巨大变化。全球棉花贸易随着全球消费量的增加而增加，其中大部分增加来自中国、土耳其和越南，而其中最大的减少发生在日本、韩国和中国台湾（图2）。除了这些变化，国际贸易政策的制定和实施也进一步影响了世界棉花贸易。其中最重要的包括：

图1 美国棉花出口量和占世界棉花出口份额

图2 美国棉花出口占主要棉花进口国的份额

（1）1995年的北美自由贸易协定（NAFTA）。1994年之前，墨西哥对美国棉花征收10%的关税。根据《北美自由贸易协定》，墨西哥在2003年1月1日结束的9年期间逐步取消了这一关税。

（2）中国于2001年加入世界贸易组织。根据美中WTO协议，中国在2006年将关税配额（TRQ）增加到89万吨。对年度配额下的进口产品征收1%的关税，而超过配额水平的征收40%的关税。

（3）1995年至2005年期间逐步取消的多纤维协议Multi-Fiber Agreement (MFA)。1974年制定的MFA确定了进口配额制度，限制了大多数发展中国家向包括美国、欧盟和加拿大在内的发达国家出口纺织品和服装产品。

研究认为，基于世界棉花市场的变化，棉花市场将产生供需的根本性变化，准确衡量与价格相关的可能影响对棉花生产者、市场参与者和政策制定者来说是非常重要的。

3 研究方法

美国研究人员提出，阿明顿框架被广泛应用于弹性评估，是因能够有效评估市场需求对相对价格的响应强度。此外，通过使用状态空间形式的结构时间序列模型评估时变价格弹性（使用卡尔曼滤波算法），检查潜在变化对弹性的影响，通过对时间序列数据中未观察到的成分（趋势和季节成分）进行建模，可以评估棉花出口的长期和短期动态，实现考察出口需求弹性随时间演变的目的。

（1）阿明顿（Armington）框架

阿明顿弹性是指由于进口商品和国内商品的相对价格变化而导致的替代程度。在国际贸易实证研究中，被广泛应用于评估政策转变。阿明顿方法的一个关键特征是，假设国际贸易商品按种类和原产地进行区分。例如，美国棉花和印度棉花是不同的产品，在市场上作为不完美的替代品。阿明顿方法是建模和估计特定地区进口需求弹性的有力方法。市场份额表中的阿明顿方程如式（1）所示：

式中，

q

是指

i

国消耗的来自

j

国的棉花数量；

Q

是

i

国进口的全部棉花；

b

是截距项；

p

是

i

国消费的

j

国棉花的进口价格；

P

是

i

国棉花的价格指数；σ是给定市场中任意两种产品之间的替代弹性。然后，取式（1）两侧的自然对数得出式（2）：

式中，

MS

是从

j

国进口到

i

国的棉花的期望市场份额，σ是替代的长期弹性。棉花的长期均衡份额反映了预期的消费水平。由于实际调整不是即时的，因此使用部分调整框架来估算进口需求。上期市场份额作为解释变量，其系数应介于0和1之间。包含滞后因变量也旨在产生短期和长期弹性。根据该模型，棉花消费的变化与当前预期和过去实际市场份额水平之间的差距成正比。因此，表示实际市场份额和期望市场份额之间关系的部分调整模型可以指定为式（3）：

式中，

MS

是从

j

国进口到

i

国的棉花的实际市场份额；γ是表示调整速度的调整系数；

t

表示时间段。其中γσ=σ是替代的短期弹性。由于世界经济形势不断变化，这种弹性是最受关心的问题之一。需求的长期弹性可以通过将短期弹性除以（1-γ）得出。研究采用趋势变量来解释与价格无关的可能随时间发生的变化。在这些研究之后，假设截距项

b

是时间的函数，因此

b

=

AT

。将

b

代入式（3），得到待评估函数式（4）：

阿明顿公式表明美国棉花的短期需求弹性具有式（5）的形式：

其中，

N

是

i

国的美国棉花需求弹性；

MS

是美国棉花在

i

国的市场份额；σ是第

i

个国家棉花的替代弹性，η是美国棉花需求的总弹性。

（2）时变弹性

美国相关研究表明，由于经济环境的变化，需求弹性的大小不会随着时间的推移保持不变。因此，棉花出口需求弹性模型应允许价格敏感性随时间变化，以捕捉经济条件的变化以及棉花行业的发展。因此，研究人员提出了棉花出口需求的时变价格弹性。研究利用了基于卡尔曼滤波方法的时变参数（TVP）模型，该模型为评估系数随时间变化的变量回归提供了理想的框架。基于状态空间模型评估的卡尔曼滤波技术最初用于工程和化学领域。哈维介绍了卡尔曼滤波器在经济学中的应用，通过预测误差分解获得参数的极大似然估计。从哈维的工作中可以清楚地看到，各种各样的经济计量模型，包括具有时变系数的回归模型、自回归滑动平均（ARMA）模型，以及时间序列模型的未观测分量，都可以以状态空间的形式进行转换。TVP方法在计量经济学中得到了发展，并在消费者需求分析中发挥了优势。该研究的主要贡献是考虑经济结构或技术发展对棉花出口需求弹性大小的影响，并考察需求的出口弹性如何随时间而改变。

TVP模型的开发是为了解放传统模型的参数恒定性限制，并在评估需求模型时考虑了参数变化的可能性。与协整法等替代估算程序相比，TVP法提供了一种估算出口需求函数的便捷方法。鉴于基于常数参数分析的缺点，基于TVP的分析将在棉花出口需求的价格和收入弹性方面产生更可靠的结果。此外，TVP方法在模型评估之前不需要平稳序列，因为状态评估总是以最后实现为条件，因此，TVP模型非常适合处理非平稳数据。由于这个原因，模型说明和评估过程大大简化，避免了单位根检验、协整检验和样本相关图分析所代表的识别过程。研究指出，卡尔曼滤波器是递归求解状态空间模型的有用工具，并认为状态空间模型允许更大的灵活性来应对结构变化，这种变化在过去20年的棉花市场中非常普遍。研究评估了美国棉花的出口需求与进口棉花的实际收入和实际价格的函数关系。为了将各系数解释为弹性，通过取自然测井曲线进行变换。将美国棉花出口需求用对数形式表示为式（6）：

式中，

Q

是时间

t

时

i

国对美国棉花的需求量；

Y

是

i

国在

t

时的实际收入；

P

是

t

时

i

国进口棉花的实际价格；ε是一个误差项，假设为独立且相同分布（i.i.d.），具有零均值和恒定方差。对该方程的估计得出一个常数系数β，代表收入弹性；一个常数系数β，代表进口美国棉花的价格弹性。研究中，状态空间模型与随机时变参数一起应用于线性回归，其中代表价格弹性和收入弹性的系数随时间变化。为此，式（7）中的棉花出口需求模型可以改写为状态空间形式，如式（7）和式（8）：

式中，φ是常数参数矩阵。式（7）被称为观测或测量方程，描述了观测变量如何依赖于未观测状态变量。式（8）被称为状态或过渡方程，并说明新的状态向量被建模为前一状态向量和误差过程的线性组合。卡尔曼滤波器初始化后，可以通过递归计算状态向量获得美国棉花需求的价格和收入弹性。

4 结果与讨论

美国棉花总需求弹性的评值来自得克萨斯理工大学国际农业竞争力中心开发的全球纤维模型。结果表明，除巴基斯坦外，所有国家的

N

均处于非弹性范围内。美国棉花的短期需求弹性在-0.03到-1.03之间（η=-0.09）。在其他条件不变的情况下，相对价格比增加1%将导致巴基斯坦的美国棉花出口需求下降1.03%，但越南的美国棉花出口需求仅下降0.03%。印度尼西亚、日本、墨西哥、韩国和越南出口需求弹性（以绝对值计算）较低，这可以用这些国家相对较大的美国棉花市场份额来解释。作为最大的棉花进口国和出口国的重要目的地市场，中国对美国棉花的需求弹性估计为-0.45（η=-0.09）。这一结果与另一项研究结果非常接近。报告称，2005年至2010年间，中国棉花进口的条件需求弹性为-0.63。此外，研究结果表明，在除中国和巴基斯坦以外的所有外国市场中，在关于η的替代假设下，美国棉花出口（Nus）的需求弹性有时会发生重大变化。例如，当η从0变为-1时，韩国的需求弹性从-0.13增加到-0.66。这一结果表明，韩国对美国棉花的进口需求对该地区所有棉花的总体需求弹性非常敏感。另一方面，中国和巴基斯坦似乎对η的变化不敏感，这表明美国棉花可以替代澳大利亚、印度和乌兹别克斯坦等其他地区的棉花，主要是因为地理位置接近。

美国开展相关研究的另一目标是在TVP的动态框架内实证检验美国棉花出口的国外需求。为此，在使用1978年至2017年的月度数据进行评估时，使用了状态空间模型中的卡尔曼滤波方法。这种方法非常适合模拟需求模型的结构变化。

根据表1所列评估结果，美国棉花的主要进口国的弹性ln

Y

在1%显著性水平上与零显著不同。日本和韩国的收入弹性为负且显著。结果表明，进口棉花被认为是一种中间产品，主要用作纺织品生产的原料，纺织品是这些国家的主要出口商品之一。此外，在过去几十年中，日本的棉纤维消费量下降尤其显著，其次是韩国。除日本外，所有国家都符合预期，对美国棉花ln

P

的需求弹性是显著的。日本价格弹性缺乏统计学意义的一个可能解释是，由于消费水平的快速下降，对价格变化没有反应。价格弹性从-0.13（印度尼西亚）到-0.87（越南）不等。所有国家对美国棉花都有价格弹性需求。例如，中国对美国棉花需求的价格弹性为-0.17，这意味着棉花进口价格上涨1%与美国棉花进口需求下降0.17%。

表1 美国棉花出口需求模型的卡尔曼滤波评估

随着时间的推移，亚洲国家（包括印度尼西亚、日本、马来西亚、韩国）对美国棉花进口的需求弹性稳定且略有增加。最明显的是这一时期的总体非弹性趋势。在过去20年中，这些国家保持或适度增加了棉花总消费量。考虑到商业联系和长期的市场存在，美国棉花在这些市场中被更多地视为必需品。另一方面，美国棉花在这些市场中的强势市场地位可以部分解释为对美国棉花高质量和信息服务的认可。因此，进口弹性一直持续。越南和孟加拉国的消费量增长幅度较大，而巴基斯坦和土耳其的消费量增长幅度较小。越南和孟加拉国已成为较为重要的棉花进口国，为新兴的国内纺织行业提供棉花。需求弹性降低的总体趋势表明，与这些国家的贸易关系强劲。尽管与澳大利亚和印度等其他国家的棉花出口相比，美国棉花在运输成本方面处于劣势，但进口国青睐美国棉花的质量，这表明这些国家随着时间的推移对美国棉花进口的价格反应会变弱。在墨西哥，1978年至1983年间，美国棉花的进口需求弹性急剧下降。之后，进口需求弹性略有增加，并随着时间的推移保持非弹性。报告称是由于墨西哥地理位置接近美国，这使得美国成为墨西哥棉花始终如一的供应商。更重要的是，1995年北美自由贸易协定实施，导致大量棉花随着贸易关系的建立而运往墨西哥。因此，近年来价格弹性变得更加缺乏弹性。从更广泛的角度来看，研究结果表明，需求的弹性降低意味着进口商对美国棉花价格的变化变得不敏感，主要反映了为降低棉花市场贸易壁垒而建立的贸易关系所产生的影响。