解读Kang等人2024年论文：国际贸易网络中级联失败的潜在影响与量化分析

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    解读论文的出处：Kang H、Lee K-M 和 Yang J-S 在 2024 年发表了关于在特定贸易中某事物的研究。该研究发表在 PLoS ONE 期刊上，期刊的卷期为 19 卷 3 期，具体的期数未提及。

    这篇文章探讨了国际贸易网络中或许会出现的级联失败情况，并且提出了能够量化每个国家在这般复杂贸易情形里影响力的指标。作者借助基于代理的模型，对从一个节点向整个网络的失败传播过程进行了模拟，以此来评估每个国家的影响力以及多步贸易网络中的相互作用模式。研究发现，全球贸易量变化使得级联失败的敏感性增强了。许多国家在多步贸易网络中对其他国家的影响有所减少，这体现了全球化朝着区域化的方向转变。此外，文章对不同地区之间的相互作用进行了分析，揭示出拉丁美洲和撒哈拉以南非洲之间存在着显著的互动关系，尽管它们之间的直接贸易联系并不多。探讨结果表明，大流行对贸易量的影响只是暂时的，而长期趋势在 2021 年后开始回升。

    这项研究总体上强调了全球贸易动态具有复杂性。同时也表明在分析贸易模式和脆弱性时，需要考虑多步贸易网络以及其潜在的级联效应。

    一、研究背景和意义

    全球贸易网络容易因自然灾害、地缘政治事件或经济危机等外部因素而遭到破坏。贸易网络一旦遭遇失败，就有可能对整个经济引发连锁反应，从而影响多个国家的工业与经济发展。对全球贸易网络的脆弱性进行评估，能够帮助找出潜在的薄弱环节，提升供应链的弹性，并且预防局部失败给整个经济带来广泛的冲击。特别重要的是要对贸易网络中的级联效应展开研究，通过研究来了解危机从一个国家迅速传播到其他国家的那些历史案例，同时也要了解这种传播可能会带来的全球性影响。脆弱性评估能够起到帮助作用，它可以帮助决策者和分析师制定出应对潜在风险的策略，能够增强网络的弹性，还能够确保供应链的稳定性。

    在全球贸易网络里，级联效应已借助跨境贸易数据被广泛展开研究。网络中的一个节点若发生失败，不会仅局限于该国边界之内，而是会蔓延至相邻节点。当失败不断累积，相邻节点中会被触发后续失败，最终致使整个系统崩溃。关于直接交易的数据给产品与地理市场之间的联系提供了最直观的认知。然而，从双边交易的视角去观察时，贸易网络就成为了一个复杂且错综复杂的、跨越多个国家相互连接的过程网络，其具有非线性的价值链这一特点。实际上，因为有多个国家参与到原材料、中间产品以及最终产品的交换当中，所以已经形成了一个全球供应链。在当代贸易领域，这些国家之间存在着相互的互动，且互动过程包含多个步骤。所以，仅仅依靠单步的出口数字和进口数字是不行的，也无法将这个链条中中间国家所产生的影响给捕捉到。

    研究人员为应对这种复杂性，将目光投向了像世界投入产出数据库（WIOD）这样的高级工具，因为该数据库能按每个国家的部门级别进行细分。这种方式让人们对全球生产网络内部的相互依赖性有了更细致的理解。然而，通过自下而上的方法把全球各国的贸易数据量化并纳入 WIOD 中，是面临着重大挑战的。全球经济具有大规模且复杂的特点，同时各国数据在可用性和质量上存在差异，这给研究人员带来了很艰巨的任务。所以，有必要不再依赖那些不完整的国家级部门数据来进行简化分析。相反，研究人员应该运用全面的方法，去考虑每个国家在这个多步骤贸易范式里所扮演的角色。这种方法的转变能够让人们对全球贸易景观中的动态有更全面的理解。为应对这些挑战，基于代理的模型对于模拟复杂系统以及评估多步骤贸易网络中失败可能产生的潜在影响很有价值。在该研究里，模拟了失败从网络中的一个节点向整个系统传播的过程。论文确定了一些指标，这些指标用于衡量失败从一个国家起源并在全球范围内传播，而不是仅仅局限于邻国的程度。同时，通过检查随时间变化的这些指标，来评估每个国家在多步骤贸易网络中的位置。

    这种方法能让我们量化每个国家出现级联失败的潜能，也能知晓每个国家对其他国家的影响。本研究开创了一种新颖的方式，避免按行业划分数据，从而提供了对全球贸易网络中级联失败动态细致且全面的理解。在 20 世纪 90 年代到 21 世纪 20 年代期间，有许多关键的政治和经济事件发生，且全球化达到了顶峰。出现了一些重要的里程碑事件，其中有德国的重新统一，还有前苏联的解体，中国加入了世贸组织，以及欧盟得以建立。这些事件都对全球贸易的连通性产生了影响。在 2000 年代末遭遇全球金融危机之后，保护主义有所增加，而 COVID-19 持续产生影响，也使得全球化的进程有所减缓。我们把研究期限设定在 1990 年到 2022 年，这样就捕捉到了贸易连通性的变化。同时，也量化了多步骤贸易网络内的潜在连锁效应。此外，论文确认了 COVID-19 的影响，而其他研究由于数据限制尚未尝试。通过全面的视角，论文在分析贸易模式的变化以及全球贸易网络的脆弱性时提供了宏观视角。

    二、模型

    （一）数据来源和范围

    还有联合国贸易和发展会议。为确保数据的一致性，GDP 数据的来源是世界银行，而出口/进口交易量数据的来源是 IMF。世界贸易网络被以加权有向网络的形式来表示，其中节点代表着国家，边则表示这些国家之间的进口和出口流量。作者选取了 CIF（成本、保险加运费）数据，原因是相较于 FOB（船上交货）数据，CIF 数据被认定为更为准确。世界银行的分类系统将区域划分成 7 类，分别是东亚和太平洋、南亚、中东和北非、欧洲和中亚、撒哈拉以南非洲、北美、拉丁美洲和加勒比地区。对于那些名称发生变更的国家，采用了最新的名称。因为前苏联和俄罗斯的数据在 1999 年之前一直是混合在一起的，所以针对俄罗斯在 1990 年代的经济影响进行了探讨。各国数据或许存在不准确的地方，然而网络分析所显示出的趋势以及规模和全球宏观指标所提供的是相似的，基于此，作者觉得从宏观角度去对级联失败进行分析是合理的。

    （二）级联失败过程

    1.节点容量

    节点 i 的抵抗失败的能力 Ci 被界定为一个数量，此数量与节点国家的 GDP 呈正比关系。

    其中t是表示0范围内的容量参数。

    2.负载重新分配和级联失败：评估指标

    （1）累积负载

    节点 i 首次发生失败时，将连接到节点 i 的链路的权值 f 比的负载转移至所有连接到节点 i 的节点 j 。传递到节点 j 的累积负载 Lj 可定义如下：

    如果累计负载被送到节点 j 后超过了节点 j 的容量，即 Lj > Cj，那么节点 j 就会失败。这种负载重新分配的过程会持续进行，直至不存在更多的失败节点。在我们的模型里，因为某种缘故，一个国家的失败会历经复杂贸易网络中的数个中间阶段，直至到达最后一个与之相连的国家。在最后一个阶段，若对传播失败至整个网络的负载指数进行了评估，那么该国在多步骤贸易网络中的影响是能够被量化的，同时也能够被可视化。

    （2）雪崩规模

   

    初始失败引发的级联失败节点数量，在后续未再出现进一步失败时，所被称作的是雪崩规模，此值是通过确定在……时……

    通过观察当时的失败节点数量来获取相关信息。所以，雪崩规模是借助组合变量（t/f）来予以确定的，这个变量不会受到单个 t 和 f 的影响。首先去查看雪崩规模是怎样依据（t/f）值的改变而发生变化的。

    （3）级联失败临界点

    如果根据（t/f）值的变化来确定雪崩规模，是通过改变代表失败负载的 f 值，同时容量参数 t 保持恒定，那么就会存在一个类似一级相变的间断点。在这个点之前，雪崩规模会显示出局部级别的级联失败。在这个点之后，会发生快速的不连续，进而导致全球级别的级联失败，并且大多数国家都会发生失败。当归一化雪崩规模在通过间断点时接近 1 的值被用作评估指标。在这个临界点被表示为 ci，ci 定义为国家 i 的级联失败临界点（CFCP）。CFCP 是负载变化率倒数的一个函数，它由与国家 i 的贸易伙伴的贸易量以及他们的 GDP 决定。较大的 CFCP 表明，在负载波动率较低的情况下，失败能够在全球范围内传播。这意味着国家 i 在隐式多步骤贸易网络中具有很大的影响力。该模拟的主要目标是识别并比较网络中大多数国家经历崩溃的阈值（t/f）c。当代表失败的负载值 f 相对较低，并且（t/f）的比例大于（t/f）c 时，失败会保持局部化，仅影响震中国家。

    当失败的负载 f 增加时，若（t/f）的比例小于（t/f)c，局部失败就会转变为全球级联，失败会蔓延到整个网络中的大多数国家。在临界点（t/f)c 处，雪崩规模呈现出不连续的增长，就像阶梯状模式一样。然而，在某些国家，雪崩规模是由多个阶梯而非一个来体现的。在这种情形下，需要建立一个参考点来识别临界点。国家 i 的 CFCP，被定义为这样一种临界值：当网络中超过 60%的国家在起源于国家 i 的失败后经历崩溃时会出现该临界值。并且，即便参考点被设置为不同的值，比如 70%或 50%的国家崩溃而非 60%，在每个标准下的结果之间的相关性依然是一致的，相关值为 1。我们得出结论，阈值（t/f)c 对用于确定经历崩溃的国家百分比的具体标准不敏感。在这项研究中，采用了超过 60%的雪崩规模值作为（t/f)c。因为它能提供一个稳健可靠的度量，用于评估网络内失败的传播。

    3.国家间的相互联系

    删除该节点及其连接的链接，接着重新计算网络中每个剩余节点的 CFCPs。之后会发现新的 CFCP 值与原始网络的 CFCP 值不同。通过对这种差异进行检查，能够评估被删除节点在网络中的作用，也可以确认该节点的作用随时间的变化。所以，有可能算出网络中一个给定节点对直接或间接连接到它的其他节点的非线性影响。

    （1）脆弱值

    一个国家 A 在网络中包含国家 C 与不包含国家 C 时，若其 CFCP 值没有差异，就表明在多步骤贸易网络里，国家 C 未受国家 A 的影响。若国家 A 的 CFCP 值存在差异，那么在多步骤贸易网络中，国家 C 正受到国家 A 的影响。国家 A1、A2、…、An 的 CFCP 值与移除国家 C 后各自的 CFCP 值之间的差异进行求和，这个和就是国家 C 从其他国家所感受到的影响程度，此影响程度被称作脆弱值。若一个国家的脆弱值较高，那就意味着其他国家的行为会对该国产生较大的影响。反之，脆弱值较低的国家则较为独立，不太会受到其他国家的影响。

    （2）触发值

    一个国家的触发值是这样得出的：将该国家（国家 A）在原始网络中的 CFCP 值与从网络中移除其他国家（C1、C2、…、Cn）后其 CFCP 值进行比较。这些结果值相加，其目的是表示初始失效国家（国家 A）对其他直接或间接相连国家（C1、C2、…、Cn）的影响程度。这反映了一个国家发生初始失败时对其他国家的整体影响。一个国家的触发值越高，其对其他国家的影响也越大。

    三、结果和分析

    （一）级联失败的演变

    CFCP 指的是一个国家 i 的失败达到某种临界点，这种临界点能通过贸易网络传播到全世界。在直接或间接纠缠的贸易网络里，如果国家 i 的负载未超过该临界点，那么发生在该国的失败仅会影响其邻国；而如果负载超过一定的临界点，失败就会传递到与之连接的国家，一直传递到贸易网络的末端。最终，一个国家的失败会传导至世界上的大多数国家。CFCP 是每个国家所特有的值，它是由与贸易伙伴的贸易量以及 GDP 所决定的。若某个国家的 CFCP 值较高，那就意味着即便负载很小，该国的失败也能够较为轻易地传播至全世界，同时该国在贸易网络中具有较大的影响力。

    图1

    图 1 展现了 1990 年至 2022 年贸易网络中 CFCP 的变动情况。很多国家的 CFCP 值随着时间的推移呈现上升态势，这意味着每个国家失败负载的敏感性在增强。我们的解释为：给定的失败向全世界传播的潜能正在不断提升。在 CFCP 方面，像中国、美国和德国这样的国家处于领先地位；这些国家的失败能够在比其他国家更低的负载率下传播至全世界。特别是，从 2008 年金融危机起，美国的 CFCP 值开始下降。2011 年，中国的 CFCP 值出现逆转。这表明，尽管 2011 年后出现了一些波动，但因为对中国的失败负载比对美国的失败负载更敏感，所以有可能发生级联失败，进而在全球范围内传播。

    （二）脆弱值的演变及其对其他国家的影响

    图2

   

    图 2 表明了在过去 30 年里每个国家在多步骤贸易网络里所受影响的程度。2000 年初至 2015 年期间，新加坡（SGP）、乌克兰（UKR）、中国（CHN）和南非（ZAF）的脆弱值达到了峰值。接着到 2020 年，它们的脆弱值逐渐下降。这些趋势与在全球价值链（GVCs）中所观察到的趋势极为相似。非洲国家通过增加资源贸易量，尤其在 2010 年到 2015 年期间与中国开展石油贸易，从而积极参与到了全球价值链中。

    然而，在 2008 到 2009 年的全球金融危机之后，在全球范围内拥有生产设施的很多国家的公司开始转变方向，将产业回归或近岸外包的行为转移到母国进行，目的是为了能够独立于全球经济网络。全球价值链（GVC）在 20 世纪 90 年代至 21 世纪初实现了全球范围内的扩张。然而，这一增长态势在 2008 年全球金融危机后开始逐渐放缓。与此同时，全球经济增长出现下降，投资也随之减少，自由化的动力也在减弱。此外，由于美国和中国之间的贸易争端，保护主义在全球范围内开始扩散。图 2 表明，全球贸易趋势正朝着与全球金融危机前那种相互联系且相互依赖的国家关系状态相偏离的方向发展。

    中国的脆弱值在 1990 年到 2005 年这个时间段呈现上升态势。这表明在当时，中国更容易受到供应链中断方面的影响。不过，在 2010 年之后，中国的脆弱值有了明显的下降。这显示出中国正在提升自身供应链的韧性，并且在减少对其他国家的依赖。大部分地区的脆弱值主要是源自同一地区的内部。这反映出了地区经济一体化的进程。然而，东亚地区内部的影响在逐渐减弱，而欧洲和中亚地区内部的影响在不断增强，这反映出了区域贸易互动的动态变化。一些像日本、美国、巴西、澳大利亚、伊朗和委内瑞拉这样资源丰富或经济发达的国家，它们的脆弱值始终接近于零。这或许是因为这些国家大多处于贸易过程的起始阶段或者最终阶段，会直接出口原材料或者成品，所以受其他国家的影响比较小。

    （三）触发值的演变及其对其他国家的影响

    图3

    图 3 表明：在 2008 年金融危机那段时间，美国的触发值快速上升，这显示出美国对其他国家有着很大的影响。不过，到了 2009 年，美国的触发值急剧下降，其趋势与贸易量和 GDP 的下降是相符合的。在中间的那些年份，中国的触发值和德国的触发值有波动情况，但是从总体来看是呈上升趋势的，这个趋势是从 1990 年一直持续到 2022 年的。这也就表明了中国和德国对其他国家的整体影响正在不断增强。这体现了地区经济的一体化进程。然而，2008 年金融危机后，欧洲和中亚地区的触发值有所下降。接着，它又重新上升并达到了峰值。这表明这些国家在不断增强对区域内其他国家的整体影响。

    四、讨论

    论文的讨论部分进行了对比分析，从而揭示出贸易网络内在复杂关系的多个方面，并且强调了模型在理解这些关系时所具有的独特价值，具体包括：

    当代贸易的特点是原料和中间产品的跨境流通，这与传统贸易不同，而这一特点对于理解一个国家在全球贸易网络中的影响是非常重要的。

    对比贸易数据与触发值和脆弱值后，后者能够反映国家之间更复杂的贸易互动关系，并且可以揭示贸易数据难以捕捉到的内在联系。

    区域间的相互影响并非一直是对称的。A 区对 B 区的影响较大，但这并不意味着 B 区对 A 区也会有相似的影响。这更加凸显了触发值和脆弱值在揭示贸易网络内在动态关系方面所具有的独特价值。

    区域脆弱值的演变趋势反映了区域一体化进程的变化，区域触发值的演变趋势反映了地区关系动态的变化，这些演变趋势为理解贸易网络的区域特征提供了新的视角。

    疫情对全球贸易网络产生的影响只是暂时的，它并没有改变长期的演变趋势。这一情况与全球价值链分析所得出的结果是相符合的，同时也显示出贸易网络在面对冲击时所具备的韧性。

    五、结论

    全球贸易网络的脆弱性有所增加。中国、美国和德国等许多国家的 CFCP 值呈现上升态势，这意味着这些国家在全球贸易网络里的脆弱性在提升，从而使得全球发生连锁故障的可能性增大。

    许多国家在多步贸易网络中不再那么容易受到影响，这显示出这些国家的独立性在提升，对外部因素的依赖在减少，体现了国家独立性的增强。

    拉丁美洲和加勒比地区与撒哈拉以南非洲地区存在互动关系，且这种互动关系较为显著。这表明这些地区通过一些中介国家，构建起了复杂的贸易网络。

    区域间互动关系发生了变化：东亚和太平洋地区在区域一体化方面呈现出一种趋势，即趋于减弱；欧洲和中亚地区在区域一体化方面则呈现出另一种趋势，即趋于增强。

    COVID-19 疫情对全球贸易网络有影响。这种影响是暂时的。然而，长期趋势并未发生显著变化。

    贸易网络分析方法具有一定价值。它讨论了脆弱值和触发值指标，这些指标在识别关键节点、评估风险以及增强网络韧性等方面有着重要价值。同时，这种新的分析方法还强调了在理解全球贸易网络内在复杂性方面的独特价值。