全球原油贸易网络拓扑结构与演化特征识别，本文主要内容关键词为：拓扑论文,原油论文,特征论文,结构论文,贸易论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
能源短缺，特别是石油短缺问题，使得石油在不同国家间的流动成为全球石油贸易系统的重要组成。全球范围内长距离、大贸易量的石油运输，将供应商、运输商以及需求方等行为主体有机连接，使得石油贸易呈现跨国、跨区域的链网结构特性。全球石油贸易系统所蕴含的能源供应风险，已成为各能源需求国能源安全以及国家安全的核心议题（Cheng和Duran，2004）[1]。因此，有必要进一步认识并全面掌握全球石油贸易网络的结构特征以及演化规律。
出于维护国家能源安全的战略需求，以石油及其衍生物为核心的能源贸易的安全度已逐渐成为能源安全的基础，石油资源尤其是原油，作为重要的战略物资，更多地与一国的经济发展、社会稳定密切相连，中国保障能源供应特别是石油资源供应需要充分利用国际国内两个市场、两种资源，围绕海外“可利用的石油资源”的争夺，通过贸易手段从国际市场购买原油及其衍生品已成为中国当下最主要的国际石油合作模式。由于各国经济的相互依赖性加强，在因全球贸易关系而形成的相互作用、相互影响的网络中，任何一节点国家的能源安全战略决策都取决于其与竞争对手、合作伙伴间的多方博弈均衡。因此，本研究的目的是将中国置于全球原油贸易系统中进行考察，从而更有助于中国海外原油贸易伙伴的选择以及能源安全战略布局。
一、文献综述
全球能源贸易是均衡能源供需的必要补充，而且这种均衡依赖于大规模能源基础设施（包括油气管道、油轮和存储设施）得以实现（Stern，2002[2];Rodrigue等，2006[3]）。对能源安全问题关注的出发点主要立足于保障国家安全或国家利益，以满足一国的能源需求为最高目标，这其中以石油为主的能源安全的关注最多，也最持久。石油供求的地理失衡使得石油贸易高度国际化，也使得各石油进口国将石油进口安全作为其重要的政策目标，以确保能源供应安全，这涉及不同决策层级，即运作、战术和战略级。运作、战术级决策多是立足行业或企业层面的，主要服务于石油公司的业绩目标，而战略层更多的是为政府的能源政策服务。石油是国际贸易中最大宗的商品，全球石油贸易包括原油和成品油贸易。原油是主要的贸易产品，占总量的75%以上；世界原油产量的一半左右进入贸易领域。根据BP统计数据，2009年全球原油生产产量达到每天7995万桶，其中约66%进入原油贸易网络。从拓扑结构来看，全球原油贸易呈现出网络结构特征，每一个节点都代表一个能源活动主体，节点和节点之间存在着原油需求和供应关系。本文出于维护国家能源安全的战略视角，将全球原油贸易情况抽象成全球原油贸易网络（global crude oil trade，GCOT），借助复杂网络理论分析其结构特征以及演化规律。
全球石油贸易系统作为复杂网络的具体表现，涵盖了全球—国家—地区三种地理层面，其基本的网络拓扑结构在很大程度上影响着整个全球石油贸易系统的稳定性与运作效率。网络作为复杂系统的抽象，把不依赖于节点的具体位置和边的具体形态就能表现出来的性质称为网络的拓扑性质，相应的结构称为网络的拓扑结构。Newman（2003）[4]总结了能够表达网络相关拓扑特性的若干测度指标，包括网络平均最短距离、节点度分布、集聚度、度相关等。运用复杂网络对实际网络进行描述，有助于决策者以及利益相关方更加深入全面地认识问题的本质特征，在科研合作、社会关系、论文引证以及互联网研究中都得到了广泛的应用。特别值得关注的是，在对贸易网络的研究中，Wilhite（2001）[5]研究指出全球范围内国家间双边贸易的选择机制最终形成了具有小世界特征的国际贸易网络。Serrano和Boguna（2003）[6]运用复杂网络分析方法发现，国际贸易网络表现出典型的复杂网络特征：无标度分布、小世界属性、高集聚系数和不同节点间的度关联。Li等（2003）[7]对2000年贸易额在100万美元以上的贸易关系建立国际贸易网络，同样发现国际贸易网络具有无标度的特征，并进一步讨论了无标度属性与经济周期同步性的相关关系。谭跃进和吴俊（2004）[8]引入网络强度熵重点考察了“异质性”这一网络拓扑结构和权重结构的重要特征。段文奇等（2008）[9]重点研究1995～2000年间国际贸易网络拓扑结构特征的演化规律，并进一步指出，一个国家的经济增长或波动、贸易政策的改变直接或间接对网络中的其他国家产生影响，这种影响通常并不局限于区域内的局部国家，而是可以沿着国际贸易网络进行广泛传播。
现有研究中，不同国家的学者也多是从维护本国能源安全的立场出发，对石油进口布局进行优化研究（Spanjer,2007[10]；He等，2009[11]；Wabiri和Amusa,2010[12]）。对于供应国而言，则面临着能源出口的“路径依赖”以及“资源诅咒”对经济增长的抑制，更担心国际能源市场上能源供应链条的中断以及与此相关能源危机的发生，更需要稳定持久的石油消费市场。对于能源需求国而言，在能源对外依赖严重的情况下，更多的是从外交战略和国家安全等角度考虑和扩大油源，分散化石油进口源以实现石油贸易的多元化是确保一国能源供应安全的重要手段（Yergin，2006）[13]。考虑到网络节点所蕴含的经济含义以及风险通过节点在网络间的传播效应，作为全球贸易网络的重要构成，由多个、多类型企业甚至多国家、多地区的主体构成的全球原油贸易网络，节点间彼此依赖、相互影响，其中任何一个节点出现阻断或者不安全因素，都可能波及其他节点，利用网络结构的脆弱性，对整个全球原油贸易系统造成破坏（Neiro和Pinto，2004）[14]。何琬等（2009）[15]在利用恒定市场份额模型对中国原油进口贸易波动研究中发现，世界原油出口结构的变化对中国原油进口变化有着比较显著的影响。能源安全作为相对态势，取决于相关利益方之间的博弈均衡。
本文立足国家能源安全的战略视角，试图构建更为宏观且全面的全球原油贸易网络，不仅仅局限于某一国的特定立场，而是在全球原油贸易网络这一系统中综合考虑相关利益方。从维护国家能源进口安全出发，通过分析网络无标度性与群聚性、网络混合与互惠性等拓扑特征，着重研究GCOT网络结构与演化规律；并将能源市场中的关键出口国、进口国置于这一网络系统中进行剖析，以期为能源安全海外战略布局以及供应风险监测提供有益参考。
二、全球原油贸易网络的复杂网络模型构建
每个年度的原油贸易网络拓扑结构构成一个网络快照，每个网络快照都可能呈现出特殊的拓扑性质，并且许多拓扑特性无法用随机图范式解释，需要选择合适的测度指标对网络的拓扑特性和演化规律进行研究（段文奇等，2008[9]）。结合GCOT网络实际问题，本研究采用连接度与结构熵、群聚系数、度相关系数以及关联系数来研究无标度性（异质性）、群聚性、混合性以及互惠性等网络拓扑特征。下文给出了各测度指标的基本计算过程。
1.网络无标度性
真实系统通过自组织生成无标度网络归于两个关键因素：增长性和择优连接（Barabasi和Albert，1999[16]）。新增节点的择优连接是在整个网络中寻找那些连通度大的节点，当网络中的节点增长到一定的数量时，网络中节点连接数量便会呈现少数节点拥有大量的连接，而大量的节点仅仅拥有少量的连接。节点的度定义为与该节点连接的其他节点的数目。直观上看，节点的度越大就意味着在某种意义上该节点越重要。网络中所有节点的度的平均值称为网络的平均度，记为〈K〉。节点i在t时期的出度
和入度
分别对应于从进口和向出口的节点数量，记为：
复杂网络的无标度性是一种异质性，网络中极少数核心节点具有大量的连接而大多数节点只具有很少的连接，表现在连接度分布上就是连接度分布曲线是不断递减的，下降越快，网络的异质性越明显。无标度网络的累计度分布与度的关系在双对数坐标下呈现为一条直线，但是对实际问题而言，连接度分布曲线往往是一条相当不规则的曲线。网络结构熵是由连接度分布确定的，网络结构熵可以更加精确简洁地度量复杂网络的非同质性（谭跃进和吴俊，2004），因此本文进一步采用网络结构熵来刻画GCOT网络的异质性。节点的度决定了节点在
2.网络群聚性
网络的群聚系数是衡量网络集团化程度的重要参数，是一个局部特征量，是指与一个给定节点直接相连的两个节点彼此恰好也直接相连的概率。对于有
条边的定点i，群聚系数可表达为：
3.网络混合性
依据节点的标量特性进行同类混合的一个特例是按节点度混合，即节点度相关性。当高度的节点倾向于与其他高度的节点相连接，称为同类混合；当高度的节点倾向于与其他低度节点相连接，称为非同类混合。任一端节点度数的Pearson相关系数（Vazquez等，2002[17]；Newman，2002[18]）可表达为：
其中：M是网络中边的数量，
为第i条边两端的节点度。若R≥0，网络为同类混合网络，若R＜0，则属于非同类混合网络。
4.网络互惠性
互惠性即有向图的邻接矩阵实体间的关联系数（Garlaschelli和Loffredo，2004[19]）：
其中，如果ρ＞0，为互惠网络，如果ρ＜0则为反互惠网络，ρ→1表明网络向有序状态演化。对于GCOT网络的互惠性问题，即网络中两个国家具有双向贸易关系的程度，双向贸易关系的存在将加速国家间经济危机的传播过程，并提高从初始国家到达目标国家的概率；其次，双向边的存在将倾向于平衡彼此的能量，使网络向更加有序的结构演化。
三、全球原油贸易网络拓扑结构演化实证分析
1.数据描述
全球原油贸易数据来自联合国全球贸易数据统计库（UNcomtrade），选择分类为HS2002，产品税号为270900，时间跨度为2002～2010年，如果统计的数据中贸易金额大于0就认为这两个国家进行了原油贸易。数据基本统计描述如表1所示。
从表1可以看出原油贸易网络的变化分成两个阶段：2002～2008年与2009～2010年。第一阶段中，2002年，有58个出口国和124个进口国参加了全球原油贸易，其贸易联系构成了451条网络边。参与原油贸易的国家数目逐年增多，而且相互间贸易联系也在增加，至2008年原油贸易的国家达到90个，GCOT网络边达到773条。原油贸易平均金额也呈现一种上升的趋势。随后，2009年开始全球原油贸易大幅下跌，至2010年国家数目下降到55个，网络边下降到524条。2008年全球贸易拐点的出现与金融危机的爆发与蔓延密不可分。受金融危机的影响，2009年石油消费总量排名前8个国家除中国、印度和沙特阿拉伯之外，其他国家的经济发展都出现不同程度的下滑，对原油的需求出现递减，如表2所示。
2.网络异质与群聚性
无标度网络是指度分布具有某种幂指数形式的网络，每年度的GCOT网络拓扑结构可形成一个网络快照。对于2006年全球原油供应链网络而言，其网络平均群聚系数〈C〉=0.064，则该网络不是连通图，节点分布非常分散，表明全球原油供应链网络还没有形成有序的结构，不具备典型的层级网络特征。对于全球原油供应链网络，资源禀赋实力较强的国家在开展原油贸易关系方面具有优势地位。但是考虑到石油进口国偏重区域性能源贸易与合作以提高自身的能源供给安全，无标度网络成长中的择优选择机制无法在全球原油贸易网络中充分实现，这也在一定程度上弱化了其无标度特征。为了更为精确地识别全球原油贸易网络是否具有无标度网络特征，绘制累积度分布函数（cumulative degree distribution function），表示度不小于k的节点的概率分布，见公式（11）。
图1-（a）给出的是在双对数坐标下2006年全球原油贸易网络节点的累积出度分布，1-（b）给出的是节点的累积入度分布，图形仅在局部区域内表现为近似直线，这也说明全球原油供应链网络并不是典型的无标度网络。
相关研究发现1950～2000年间国际贸易网络的网络结构熵在（4.35，5.10）之间变化，且呈现一直上升趋势[9]。相比于国际贸易网络的随机化趋势，2002～2010年间GCOT网络的结构熵在（4.27，4.54）之间变化，2002～2008年间呈现上升趋势（图2），原油贸易网络表现出更为明显的异质性特征。
2002～2010年原油贸易网络的平均度和群聚性呈现先上升后下降的趋势（图3），2002年网络平均度是4.275,到2008年达到7.327,这说明2002～2008年间，每年都有国家和其他新的国家建立原油贸易伙伴，一国与更多的国家进行原油贸易，原油贸易趋向全球化。网络群聚性上升趋势也说明与重要国家有原油贸易联系的国家之间的连通性逐渐加强，原油贸易网络虽然呈现异质性特征，但是趋于一种更为协调有序的状态。
3.网络混合与互惠性
2002～2010年全球原油供应链网络的混合度相关系数均小于0，表明该网络是一个非同类混合网络，节点度低的国家倾向于与节点度高的国家发展贸易关系，进而形成以石油大国为核心的石油合作格局。对于同类混合网络，高节点度的节点通常群聚在网络的某个局部，将其移走对网络并没有太大的影响，网络依然保持较高的连通度。对于非同类混合网络，这些高节点度的节点国家广泛分布在网络中，与其他节点间形成很多通路，是网络连通度的重要的支撑，移走少数此类节点对网络具有毁灭性的破坏。但从2002年开始，度相关系数呈现一种上升趋势，这说明原油贸易中以石油大国为核心的石油合作格局在发生变化，逐渐趋向多元化，一国更愿意同多个国家进行原油贸易，施行一种原油贸易多元化战略，以防同某一个国家原油贸易的中断对本国造成太大的影响。但2010年度相关系数出现了较大的下降，这可能是因为各国经济受金融危机的影响从而减少了石油贸易。
2006年度全球原油供应链网络p=0.129，表明虽是互惠网络，但是相比于国际贸易网络从1950年的0.70增长到2000年的0.95，并进一步呈现增长趋势（段文奇等，2008[9]），全球原油供应链网络互惠程度相对较低，这主要是由于石油资源全球地理分布的不均衡，导致了主要石油资源国在国际原油供应链中握有主导话语权（如OPEC成员国），而买方卖方的空间分离以及资源禀赋的自然差异，使得各国之间较难实现充分的双向原油贸易关系。
4.网络核心节点分析
前文对GCOT网络的异质性、群聚性、混合性和互惠性等拓扑特征与演化规律进行了识别与分析，接下来将结合全球能源市场概况，重点对GCOT网络中的部分重要节点进行剖析。
根据美国能源署2009年的数据，全球石油出口量排名前8位的国家依次是沙特阿拉伯、俄罗斯、爱尔兰、阿拉伯联合酋长国、挪威、科威特、尼日利亚和阿尔及利亚，石油进口量排名前8位的依次是美国、中国、日本、德国、印度、韩国、法国和英国。表3是根据GCOT网络统计出的当年出度和入度之和排名在前5位的国家，大多是全球主要的石油出口国和进口国。2002～2008年，前5位的平均度的增加说明了全球原油贸易更加频繁和密切。其中俄罗斯是世界上最大的石油生产国，2002～2004年其各年出度和入度之和都大于50，几乎和全球三分之二以上的原油贸易国进行了贸易；美国是世界上最大的石油消费国和进口国，这两个国家每年都与30个以上的国家有原油贸易联系，在全球原油贸易网络中占据极其重要的核心节点（hub-node）位置。沙特阿拉伯作为全球最大的石油出口国，其节点度却不是最高，而尼日利亚、哈萨克斯坦作为地区性的主要石油出口国，虽然在出口量上不及沙特阿拉伯、俄罗斯、阿联酋等国，但是与之发生原油贸易的国家相对较多，这可能是由于在地区性原油贸易中这类国家更容易与周边发生贸易关系。
2001年之后，中国原油进口来源日趋多元化，由于亚太地区石油资源输出国生产能力不足和自身的供给紧张以及中国石油进口策略的转变，从亚太地区的石油进口量进一步缩减，而从中东和非洲地区的石油进口大量增加，并且前苏联地区的俄罗斯和哈萨克斯坦以及中南美洲地区的委内瑞拉也成了中国主要的石油进口来源地之一。与此同时，考虑到石油不可再生的战略属性，预期到2030年，净石油出口国将从2004年的35个减少到12～28个之间（Hallock等，2004[20]）。对于石油出口国而言，面临着能源出口的“路径依赖”以及“资源诅咒”对经济增长的抑制，更需要稳定持久的石油消费市场。石油进口国在未找到新的可替代的经济性能源之前，对现有石油资源的争夺将愈演愈烈。中国则面临着来自其他主要石油进口国日趋激烈的原油贸易竞争，能源安全态势也面临挑战。
能源安全作为全球性的问题，分散化进口源已成为各石油进口国共同的策略选择，但是不同国家所选择的分散化策略不尽相同。同样作为金砖国家的印度和南非，伴随经济的快速增长，其石油需求也在快速攀升，在2008年之前节点度出现了快速上升趋势，但是受金融危机影响，节点度也出现了大幅下降。与这两个国家相比，中国的原油贸易伙伴数目相对收敛，在金融危机前后节点度相对稳定，如图5所示。对比美国、中国、日本三国（如图5所示），可以发现，日本虽然在石油消费和石油进口排名均处于第三的位置，但是其并未在表3中出现。经过统计发现，日本原油贸易对象保持在[12，13]之间，更为侧重相对集中化的石油进口策略，通过稳定与原油贸易伙伴的双边关系，保障其石油进口安全。相对而言，美国采用较为分散化的进口策略，与之类似的是英国，在考察期内有8年都在贸易网络度之和进入前5位排名。中国的进口策略较美国和日本更为折中一些，其原油贸易伙伴相对美国要少一些，相对日本则较多。
四、结果与政策启示
出于服务国家能源安全战略制定的目的，为了能够对能源供应安全有更为全面的考察，本文构建了全球原油贸易网络，分析了网络无标度性与群聚性、网络混合与互惠性等拓扑特征，考察了2002～2010年间全球原油贸易网络的动态演化，并对全球原油贸易网络中的部分重要节点国家进行了对比分析。研究发现，由于石油资源全球地理分布的不均衡，全球原油供应链网络虽然尚未形成有序结构，但是趋于更为协调有序的状态。该网络互惠程度相对较低，各国间较难实现充分的双向原油贸易关系。作为非同类混合网络，在以石油大国为核心的石油合作格局中，若主要的石油出口国的风险增加，很可能会演变成整个全球原油贸易网络风险的增加，破坏全球原油贸易网络的稳定性及可靠度。结合全球能源市场概况，对全球原油贸易网络中的部分重要节点国家进行了对比分析，特别是通过中国与印度、南非，中国与美国、日本的节点度比较，从分散化进口源策略视角描述了中国的能源安全相对态势地位。
对于中国而言，随着净石油出口国的逐步减少，来自其他主要石油进口国的原油贸易竞争也将日趋激烈，能源安全态势也面临挑战。稳定与GCOT网络中承担石油出口的关键节点国家，特别是与俄罗斯、哈萨克斯坦等周边国家以及主要中东地区产油国的贸易关系，保障未来石油供给的可获取性，是中国能源安全的关键议题。特别是，借助上海合作组织平台，稳定深化与各成员国之间的双边及多边能源合作，不仅有助于实现中国能源供给的多元化，而且对于中国能源企业“走出去”的海外能源业务发展具有重要的战略意义。
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