夜间照明、超线性增长和经济不平等

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英文标题：
《Nighttime Light, Superlinear Growth, and Economic Inequalities at the
  Country Level》
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作者：
Ore Koren and Laura Mann
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最新提交年份：
2018
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英文摘要：
  Research has highlighted relationships between size and scaled growth across a large variety of biological and social organisms, ranging from bacteria, through animals and plants, to cities an companies. Yet, heretofore, identifying a similar relationship at the country level has proven challenging. One reason is that, unlike the former, countries have predefined borders, which limit their ability to grow \"organically.\" This paper addresses this issue by identifying and validating an effective measure of organic growth at the country level: nighttime light emissions, which serve as a proxy of energy allocations where more productive activity takes place. This indicator is compared to population size to illustrate that while nighttime light emissions are associated with superlinear growth, population size at the country level is associated with sublinear growth. These relationships and their implications for economic inequalities are then explored using high-resolution geospatial datasets spanning the last three decades.
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中文摘要：
研究强调了从细菌到动植物，再到城市和公司等各种生物和社会有机体的规模和规模增长之间的关系。然而，迄今为止，在国家一级确定类似的关系已被证明具有挑战性。一个原因是，与前者不同，各国有预定义的边界，这限制了它们“有机”增长的能力本文通过确定和验证国家一级有机增长的一个有效衡量标准来解决这一问题：夜间光排放，它可以作为更具生产性活动的能源分配的代理。该指标与人口规模进行了比较，以说明虽然夜间光排放与超线性增长相关，但国家一级的人口规模与次线性增长相关。然后，利用过去三十年的高分辨率地理空间数据集，探讨这些关系及其对经济不平等的影响。
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分类信息：

一级分类：Economics        经济学
二级分类：General Economics        一般经济学
分类描述：General methodological, applied, and empirical contributions to economics.
对经济学的一般方法、应用和经验贡献。
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一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：Economics        经济学
分类描述：q-fin.EC is an alias for econ.GN. Economics, including micro and macro economics, international economics, theory of the firm, labor economics, and other economic topics outside finance
q-fin.ec是econ.gn的别名。经济学，包括微观和宏观经济学、国际经济学、企业理论、劳动经济学和其他金融以外的经济专题
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PDF下载：
--> Nighttime_Light,_Superlinear_Growth,_and_Economic_Inequalities_at_the_Country_Level.pdf (6.92 MB)

2022-6-11 02:10:43 上传

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关键词：不平等 relationship inequalities Quantitative Implications

美国印第安纳大学布卢明顿分校科伦多政治科学系国家层面的夜间照明、超线性增长和经济不平等电子邮件：okoren@iu.eduLauraMannJet推进实验室，加利福尼亚理工学院帕萨德纳，USAlauraerinmann@gmail.comc2018年加州理工学院抽象研究强调了各种生物和社会有机体的规模和规模增长之间的关系，从细菌到动植物，再到城市和公司。然而，迄今为止，在国家一级确定类似关系具有挑战性。一个原因是，与前者不同的是，各国有着预先划定的边界，这限制了它们“有机”增长的能力本文通过确定和验证国家一级有机增长的一个有效衡量指标来解决这个问题：夜间光排放量，它可以作为更具生产性活动的能源地点的代表。该指标与人口规模进行了比较，以说明虽然夜间光排放与超线性增长相关，但国家一级的人口规模与公共增长相关。然后，利用过去三十年的高分辨率地理空间数据集，探讨这些关系及其对经济不平等的影响。夜间照明；规模增长；经济发展；不平等。导言研究表明，城市的规模回报率不断增加，这一现象被称为“超线性”增长[1]、[2]。

根据美国城市的数据，一旦被记录，人口规模与~1.15不同城市化指标的单位增长率，如GDP、犯罪率、一个单位的人口专利申请增长率，当两个指标都被记录时。然而，有趣的是，一旦一个人从城市搬到国家一级，情况似乎就不同了。一种可能的解释是，尽管城市经历了有机增长，而且没有边界，但国家边界是任意划定的，因此在国家层面上存在系统性约束。然而，认为国家边界不太可能导致国家层面的规模化增长，可能是“把孩子连同洗澡水一起扔出去”在统一之前，考虑一下东德和西德之间的差异。1945年雅尔塔会议初步（任意）划定了东德边界，实际上是根据苏联军队在二战结束时驻扎在西德的地点决定的。尽管存在这种任意的分裂，但东西德之间的经济、政治和知识差异再明显不过了，而一个受审查、经济欠发达的国家在东德发展，而西德则发展成为一个经济强国和民主天堂。换言之，各国在内部制度以及内部制度是否以及如何促进经济增长方面存在显著差异【4】。有没有办法测试国家层面的增长是超线性、次线性还是两者兼而有之？对城市和增长的研究[1]，[2]依赖于人口规模来近似城市化。然而，该州的人口规模并没有“有效地”划分。

虽然无边无际的城市可以吸引“最富有”的个人（或拥有更多资源的人）并经历超线性增长，但对农村的影响可能是负面的：随着资源流向城市，那些在农村“落后”的人甚至可能经历规模回报率下降。由于不同国家之间的人口流动仍然需要高昂的成本，即使对于欧盟这样的内部单一市场经济体的居民来说，由于国家边界的相对任意划分，人口的不稳定分布不太可能反映资源的有效配置及其对增长的影响，例如国内生产总值（GDP）。虽然人口或地理区域可能不是衡量国家规模的有效指标，但有一个指标确实（可能）反映了特定州内资源的有效分配：夜间光排放。电力供应与当地发展和能力密切相关。事实上，最近的研究依赖于夜间光辐射的卫星图像来近似当地的发展和容量[5]、[6]、[7]。夜间的光排放反映了政治动员、收入动员、经济发展甚至国家安全的模式，这需要有效地分配电力和电力基础设施，并且几乎总是由国家或其批准的（经济）代理人管理[8]。必须强调的是，夜间照明并非城市化的同义词，人们甚至可以在农村地区（例如，大型工厂运营的地区）观察到高照度，而一些城市，尤其是发展中国家的城市，可能人口众多，但辐射相对较低[8]。

相反，本文比较了两种衡量州一级规模增长的指标——一种基于发展，另一种基于人口规模，并确定了相关影响。二、夜间照明和可扩展性由于人口增长通常是无计划的（一些州，如中国和朝鲜可能会豁免），因此无法反映国家能力的最有效分配，并且考虑到地理区域和国家边界的变化非常罕见，电力基础设施经常被用于促进人类活动、创造力，和增长[7]。这些地区的基础设施也更有可能得到维护[9]。从这个角度来看，能源孕育着信息：与人口规模相比，电力供应水平更好地反映了国家在增长和繁荣方面的“规模”。高度复杂的结构，无论是小区、城市还是州，都需要自我优化，以实现可用资源的高效增长。这种自我优化是通过层次化分支网络等现象实现的，这种现象允许生物体通过自相似结构实现更高的效率【10】，【1】。从这个角度来看，衡量国家规模的一个好指标将在不同的数量级上表现出明显的自相似性。最近的研究确实发现，夜间灯光集群显示了这种缩放行为，这说明了网络系统[11]。为了说明这最后一点，图1（记录的）平均夜间光排放的批次频率直方图，以每年高粒度0.5degree测量(o) 1992-2012年期间，全球范围内的细胞分辨率都在不断提高。本研究中使用的所有无云复合夜间照明指示器的数据均来自PRIO网格数据集【12】。

为了进行比较，图2绘制了（记录的）平均人口水平的频率直方图，这是以城市为重点的研究中的标准规模指标[2]，在相同的年度0.5o 1995-2010年期间的水平，从[13]获得。对于每个指示器，报告六个曲线图，显示值（i）跨所有网格单元格，（ii）仅非零值，（iii）值高于中位数的单元格，（iv）值位于前75%的单元格，（v）值位于前90%的单元格，以及（vi）值位于前99%的单元格。对于这些图中的每一个，都绘制了概率分布图，以说明每个度量是否在不同的阈值下保持自相似性。参考图1，不同的图说明了不同阈值下（记录的）夜间光照水平概率密度分布的相似性。（i）的图有点像幂律disI。e、 ，赤道处约55km x 55km的“正方形”，当人向两极移动时，其尺寸会增大。PRIO网格包括任何给定年份的64818个此类单元格。图1：。平均NTL频率直方图（0.5）o 1992-2013年电网（记录）图2。平均人口水平直方图乘以0.5o 网格（记录），1995-2010年分布，但一旦零值被移除，夜光频率（ii-vi）在其（线性）概率密度上表现出显著的相似性，而不管使用的阈值如何。这提供了强有力的证据表明，实际上，夜间的光照水平遵循幂律分布，因此可以在更高的聚集水平（如州）进行扩展。相比之下，图2说明了（对数）总体的概率密度图在这些不同的阈值上改变形状。

概率分布从（i）和（ii）中的二元正态分布转变为（iii）中的偏态分布，然后转变为（iv）和（v）中的线性分布，最后转变为（vi）中的幂律分布。这提供了证据表明，人口规模虽然可能是城市规模的有用近似值[1]，[2]，但并没有（对数）线性扩展到国家水平，如下一节所示。三、 在国家层面上测试关系上一节说明，根据生产力/增长、夜间照明排放量和人口规模的类似国家层面衡量标准进行测试，应得出不同的结果。这些期望可以在mathematicalterms中定义。首先，参考文献[1]中的公式：Yt=YNβt（1），其中Yt表示t年成功的物质指标，yi是一个归一化常数，而nti是“大小”的度量，在当前情况下，是不同的人口或夜间照明指标。在这个方程中，β是指数：如果β>1（理想情况下，β\'1.15），那么可以得出结论，生长这个超线性（为了方便起见，表示为β↑); 如果β<1（理想情况下，β\'0.75），则可以得出以下结论：生长该次线性（为方便起见，表示为β↓). 取该方程的（自然）对数并简化得出以下线性方程：ln（Yt）=ln（Y）+βln（Nt）（2）该方程可以使用普通最小二乘法（OLS）在不同的YtandNt操作中进行估计。为了实现实质性成功，本文以过去研究中使用的方式，依赖于两个不同的实际国内生产总值（GDP）指标[1]、[2]。第一个GDP指标是从“扩大贸易和GDP数据”中获得的，该数据涵盖了1950-2011年期间的每一年，与其他更广泛使用的指标相比，可能提供了更好的GDP和人口近似值。

第二个指标来自世界银行的数据[15]，涵盖1960-2014年期间。用于评估人口规模与GDP之间关系的相应人口指标也分别来自【14】和【15】。为了评估夜间光排放量相对于GDP的比例，使用了两种不同的夜间基于光的指标。如上所述，第一个测量给定0.5度网格单元内的平均年夜间光排放量，因此是一个测量给定国家在t年[5]内可用的电力/开发基础设施数量的指标。第二个指标测量给定0.5度网格单元内排放量的年度标准偏差，并很好地近似于给定国家在t年期间新增的基础设施数量。这两个指标均来自上述PRIO网格数据集【12】，并在1992-2013年以相同的年度0.5度网格分辨率进行测量，两人都认为，因为分析单位是国家年，下面的相关性中的绘图数据显示为大量的小对角线聚类。图3：。1992-2013年0.5度网格的非关税壁垒平均排放量图4。1992年至2013年0.5度网格NTL排放标准差图5。1995-2010年0.5度网格的平均人口与国家年度水平相加，以符合GDP指标的运行水平。为了便于说明，图3和图4分别绘制了整个叶0.5度细胞的光照时间平均和标准偏差（SDs），并对1992-2013年期间的平均值进行了计算。

为了进行比较，图5绘制了每个0.5度细胞（与图2中使用的相同）的种群密度，并对整个1995-2010年期间的种群密度进行了平均。图6-7分别绘制了平均夜间光照与GDP以及夜间光照SDs与GDP之间的相关性。正如两张图所示，人口规模与GDP呈次线性关系，考虑到中国和印度的高人口密度（规模相似），很难从这张地图上推断出整个地球上大多数人居住的地方。