2.4 外部性理论
2.4.1 外部性的含义
外部性（Externality）一词，在经济学文献中有时又被称为“外部效应（External Effects）”或“外部经济（External Economies）”，国内有的学者将其翻译为“外在经济”或“外在性”。在中文版的《新帕尔格雷夫经济学大辞典》中，就有“外在经济”和“外在性”两个词条。
1962年，布坎南（Buchanan）和斯塔布尔宾（Stubblebine）给外部性下了这样一个定义：只要某人的效用函数或某厂商的生产函数所包含的某些变量在另一个人或厂商的控制之下，就表明该经济中存在外部性。该定义用数学语言较为准确地描述了外部性行为的基本特征，因此成为后继经济学家研究外部性问题的基本工具之一。
从布坎南等人的定义中可以看出，外部性概念包含3个基本要点。
（1）经济主体之间的外部性影响是直接的，而不是间接的。也就是说，这种影响不是通过市场价格机制，以市场交易的方式施加的。如果没有这个限定，则外部性概念就过于宽泛。因为每个经济主体的利益总会受到来自价格变动的影响，这种价格变动无疑是由其他主体的行为造成的。因此，外部性是市场交易机制之外的一种经济利益关系。
（2）外部性有正也有负。从外部性的发生主体来看，其行为可能对他人带来未获补偿的效用或产量的损失，也可能带来未付报酬的效用或产量的增加。前者即为负外部性，或称外部不经济；后者则为正外部性，或称外部经济。
（3）外部性会出现在消费领域，也会出现在生产领域。也就是说，外部性影响的承受者可能是厂商，也可能是消费者。按照布坎南的定义，如果一个消费者的效用函数中包含了受控于其他经济主体的变量，就可以将该外部性表达为
式中：X1, X2, …, Xn为消费者A所消费的商品量；UB为另一市场主体B的效用或产量。该式表明，消费者A的效用函数中包含了一个由市场主体B所控制的自变量，而A又没有向B索取补偿（负外部性）或提供报酬（正外部性）。相应地，如果一个厂商的生产函数中包含了受控于其他经济主体的变量，该外部性就可以表示为
式中，LA为A厂商的要素投入；FB为B厂商的产量。该式表明，厂商A的生产函数中包含了一个由B厂商所控制的变量，而厂商A没有向B索取补偿（负外部性）或提供报酬（正外部性）。
在现实生活中，由于经济主体之间总是存在各种各样的联系，因此外部性现象几乎无时无处不在。从小的方面来说，一户居民在自己家的房前屋后栽种花草，也给邻居和行人带来赏心悦目的感受，而该户居民并未经过市场交易得到邻居和行人支付的报酬；一家企业为了自身生产经营的方便而投资改善门口的交通条件，该举动也会使附近的居民受益；一个人的文明举止会给周围的人带来诸多方便和好处，这也产生了外部效应。从大的方面来说，一个行业或产业的发展有利于全社会，一国经济的繁荣有利于全世界，这些都是正外部性的体现。很明显，正外部性是指一种经济行为给他人造成了积极影响，使得他人增加了收益或减少了成本。相反，一家造纸厂生产中排出的废水给周围居民和河流下游企业产生了损害，却没有经过市场交易向这些受害者支付相应的代价；吸烟者污染了空气，造成周围的人间接吸烟，这是生活中常见的环境污染；一个人的不文明行为影响了他人的正常生活；一个地区或国家的经济衰退给其他地区或国家的经济造成了损害，这些都是负外部性的具体体现。可见，负外部性是指一种经济行为给他人造成了消极影响，从而致使他人成本增加、收益下降。正如萨缪尔森所说，负外部性是无意识的但却是有害的经济行为。
查尔斯（Charles）曾列举了外部性的16种常见的表现形式，其中有8种正的外部性和8种负的外部性。他所列举的负外部性现象包括：工厂生产造成污染（水、气、噪声等）；滥用森林、土地等自然资源；汽车排放废气、产生噪声、抢占人行道；车祸导致他人无辜受害；乱扔垃圾、吐痰等；麻将声或音乐声妨碍他人休息；公共场所高谈阔论；高楼挡住较低建筑物的阳光。正外部性现象包括：发起减少奢侈、推行礼貌等社会运动；自己注射防疫针，减少传染他人的机会；兴建孤儿院、养老院等非营利事业；整洁自己的住宅与美化庭院；教育子女谦恭有礼、遵纪守法；在办公楼前设置时钟与温度计；举办免费的学术演讲或音乐会；音乐爱好者欣赏当演员的邻居在家练唱。对于外部性的种种表现，没有人能够穷尽列举。从非经济因素来说，外部性的存在会影响每个人日常的工作、学习和生活；从经济学来说，它会降低资源配置效率。通常情况下，生产领域的负外部性会导致某些商品供给过度，而生产领域的正外部性则会导致某些商品供给不足。相应地，在消费领域，产生负外部性的消费行为往往会导致某些商品的消费过度，而产生正外部性的消费行为往往会导致某些商品消费不足。由外部性所引起的供给过度、供给不足、消费过度及消费不足都是资源浪费，都会造成社会福利损失。因此，探寻外部性问题的本质特征和内在规律，以便制定更好的外部性政策，是外部性理论研究的目的所在。
总之，外部性是一个内涵丰富，富有研究价值的重要概念。外部性理论不仅涉及我国现实的人口、生态、环境问题，而且涉及公共产品的效率和制度安排问题，因此，开展外部性理论研究具有重要的理论与现实意义。
2.4.2 外部性的分类
对外部性的分类，往往是根据不同的标准、从不同的视角出发进行的。常用的外部性分类概念包括正外部性与负外部性、技术外部性与货币外部性、生产外部性与消费外部性、简单外部性与复杂外部性、帕累托相关的外部性和帕累托不相关的外部性、公共外部性与私人外部性等。
1．正外部性与负外部性
依据外部性的作用效果，可以将其分为正外部性和负外部性。正外部性概念来源于马歇尔提出的“外部经济”，而负外部性概念来源于庇古的“外部不经济”概念。正外部性表示该外部性影响能够给承受者带来某种利益，而负外部性则表明该外部性影响能够对承受者造成某种损害，一个经济主体也可能同时产生正、负两种外部性。在简单外部性模型中，按照式（2-1）、（2-2），从外部性影响的承受者A的成本—收益情况来看，如果B的行为增加了A的成本（或减少了A的效用），就说B对A的影响是一种负外部性；相反，如果B的行为降低了A的成本（或增加了A的效用），就说B对A的影响是一种正外部性。用微积分表示，B对A产生的负外部性可以表示为dU/dY<0，而正外部性可以表示为dU/dY>0。
2．技术外部性与货币外部性
从来源看，外部性可以划分为货币外部性（Pecuniary Externality）和技术外部性（Technological Externality）。货币外部性是通过市场机制的相互依赖由价格变动所引起。当一个企业的利润不仅取决于它自己的活动，而且取决于其他企业的活动时，货币外部性就产生了。而技术外部性是由生产者之间通过直接的、非市场的相互依赖所产生的，巴塞尔把它定义为产权约束在“公共领域”所导致的高昂交易费用和收益的不确定性。货币外部性与技术外部性的划分法是瓦伊纳（J.Viner）于1931年提出来的，瓦伊纳区分这两种外部性的标准是看它们是否会对社会总产出这一真实变量产生影响，即外部性是否会影响资源配置的效率。货币外部性是通过价格体系起作用的，比如，甲增加葡萄酒的消费，结果会提高该酒的价格，由此会影响乙的福利。这种影响只涉及货币利益的转移，并不影响竞争均衡的帕累托最优，也就是说，不会影响资源配置效率。而技术外部性则是不经过市场机制直接发生作用的，如空气污染、交通拥挤等，它们将影响资源配置效率。只有技术外部性才会造成市场失败。在大部分经济学文献中，对外部性问题的讨论都指的是技术外部性。
3．生产外部性与消费外部性
生产外部性（Externality from Producer）和消费外部性（Externality from Consumer）的区分，是根据产生外部性的经济主体是生产者还是消费者做出的。如果外部性行为的实施者是生产者，该外部性就是生产外部性，意为源于生产领域的外部性。相应地，如果外部性行为的实施者是消费者，则该外部性就称为消费外部性，意为源于消费领域的外部性。无论是生产外部性还是消费外部性，对于承受者来说，其影响有可能是正的，也有可能是负的。在20世纪60年代以前，人们大多较为关注生产外部性，如企业对环境的污染问题、垄断企业对消费者剩余的侵蚀等。但随着经济发展和人们消费水平的提高，20世纪70年代以后，消费外部性问题日益突出，如汽车消费过程中的空气污染、道路拥挤、交通事故增多等现象，人们关注的焦点也正在从生产外部性向消费外部性转移。
4．简单外部性与复杂外部性
简单外部性与复杂外部性的区分，是从外部性主体和受体之间是否具有交互性来判别的。如果外部性影响是单向进行的，即只有一方对另一方的影响，而没有相反方向的影响，这就是简单外部性。相反，如果外部性的影响是交互进行的，在一方影响另一方的同时，也受到另一方所产生的外部性的影响，这就是复杂外部性。在经济学文献中，简单外部性和复杂外部性有时也称为单向外部性和交互外部性。多数情况下人们所列举的外部性现象都是简单外部性，如吸烟者对他人健康的影响、造纸厂排放废水污染环境等。事实上，现实经济生活中也存在大量复杂外部性，如邻居之间在生活中互相干扰的现象。
5．可预期的外部性和不可预期的外部性
根据外部性承受者是否能够预料到外部影响的发生并采取防范措施，可以将外部性分为可预期的外部性（Expected Externality）与不可预期的外部性（Unexpected Externality）。如果外部性受体对所受到的外部性影响能够进行预期，从而可以采取各种措施加以规避，或者可以与产生外部性的主体方进行协商，从而减轻其所受影响，这种外部性就属于可预期的外部性。当外部性受体对外部性影响不能及时做出预期，因此无法采取措施加以规避，或无法与产生外部性影响主体方进行协商以减少损失，该外部性就是不可预期的外部性。有些经济学文献又将不可预期的外部性称为“不稳定的外部性”，将可预期的外部性称为“稳定的外部性”。
6．帕累托相关的外部性和帕累托不相关的外部性
根据产生外部性影响的主体和受体之间是否能够通过某种交易实现帕累托改进，可以将外部性分为帕累托相关的外部性和帕累托不相关的外部性。这个划分是1962年由布坎南和斯塔布尔宾提出来的。帕累托相关的外部性是指外部性承受者在成本—收益原则的激励下，能够通过某种方法克服外部性，而该行为也会导致帕累托改进。相应地，帕累托不相关的外部性则意味着外部性效应的承受者不能通过某种能够实现帕累托改进的方法来克服外部性。也就是说，在帕累托不相关的外部性情况下，外部性影响的实施者和承受者之间已不存在通过交易实现帕累托改进的余地了。而对于帕累托相关的外部性来说，克服该外部性的总收益大于总成本，能够借此实现帕累托最优。
7．公共外部性与私人外部性
按照外部性影响是否具有公共产品的性质，可以将外部性分为公共外部性和私人外部性。公共外部性类似于公共产品，不仅受体众多，而且受体之间对外部性影响的“消费”具有非排他性和非竞争性的特点。也就是说，在一定范围内，人们很难摆脱这种外部性的影响，这就是其非排他性。同时，该外部性影响了一个市场主体，却并不会减少对另一些市场主体的影响，这就是其非竞争性。如工厂排出的浓烟对周围居民的影响就具有公共外部性的特征。相反，私人外部性具有排他性和竞争性，即私人外部性影响只能针对有限的受体（受影响者），而且每增加一个受体，其他受体所受到的影响就会相应减少。例如，工厂排放的固体垃圾，影响到的是附近的特定居民，而且对于一定数量的垃圾来说，排放在一些民居点附近的垃圾增加，就意味着排放在另一些民居点附近的垃圾减少。区分公共外部性和私人外部性的意义在于，对于公共外部性来说，很难通过主体和受体之间的交易将外部性内部化，因为受体的数目众多，并且他们的成本和收益信息很难确知，交易成本过高。相反，对于私人外部性来说，比较容易通过谈判的方式将外部性影响内部化。
8．期内外部性和跨期外部性
这是根据外部性是否在同一决策期内发生而划分的。如果经济主体在本期内的活动仅仅对同期的经济主体产生外部性影响，这就是期内外部性。相反，如果经济主体在本期内的活动所产生的外部性影响，是在以后各期逐渐表现出来，这就是跨期外部性。期内外部性如代内外部性，即同一时代人们直接互相产生的外部性影响；跨期外部性如代际外部性，当代人的活动对后代人产生了外部性影响。可持续发展问题的本质就是要将代际外部性内部化。
9．网络外部性和非网络外部性
根据外部性影响的大小是否同参与某项活动的经济主体的数量成正相关，可以将外部性划分为网络外部性和非网络外部性。无论是正外部性还是负外部性，如果其大小随着参与其中的经济主体数量的增加而递增，这种外部性就是网络外部性。现代社会中，具有网络外部性的产品和服务越来越多，对经济生活的影响也越来越大，如电话网、互联网、交通网、手机通信网等，都具有不同程度的网络外部性。也就是说，由于其具有成本递减和报酬递增的特点，进入这些网络的经济主体越多，主体之间互相受到的正外部性影响越大，对各方越有利。
2.4.3 外部性与资源配置
1．外部性导致资源配置失当
外部性问题的实质就在于社会成本（Social Cost）与私人成本（Private Cost）之间发生偏离，这种偏离会导致资源配置失当。私人成本是指为生产（消费）一件物品，生产者（消费者）自己所承担的成本费用。当存在外部性时，社会成本不仅包括私人成本，而且也包括生产行为或消费行为所造成的外部成本（External Cost）。此时社会成本与私人成本之间发生偏离，其关系式为
SC=PC±EC
即
社会成本=私人成本±外部成本
按照此式，当一项经济活动的外部成本为正，也就是存在负外部性时，社会成本大于私人成本，此时私人行为给社会带来额外的成本；当外部成本为负时，也就是在正外部性时，社会成本小于私人成本，此时私人行为能够为社会带来额外的利益，如果采用边际分析法，可用下式表达社会成本与私人成本的分离，即
MSC=MPC±MEC
即
边际社会成本=边际私人成本±边际外部成本
当一项经济活动存在负外部性时，边际社会成本大于边际私人成本，而当经济活动存在正外部性时，边际社会成本小于边际私人成本。存在外部性的情况下，由于私人边际成本与社会边际成本或者私人边际收益与社会边际收益发生偏离，即使厂商的产量决策满足利润最大化原则，即边际收益等于边际成本，也无法实现社会资源的最优配置，此即为市场失灵。
由于现实经济生活中外部性现象是普遍存在的，因此几乎在每一个市场中存在着程度不同的资源配置失当现象，市场失灵难以避免。
具体来说，负外部性对资源配置的不利影响一般情况下体现为：
（1）产生负外部性的商品或服务的产量过大。
（2）产生负外部性的商品或服务的定价过低。
（3）如果外部成本没有被内在化，生产者就没有动力去寻求能够降低外部成本的方法。
相应地，正外部性对资源配置的不利影响一般体现为：
（1）产生正外部性的商品或服务的产量过小。
（2）产生正外部性的商品或服务的定价过高。
（3）如果外部收益没有被内在化，生产者就没有动力去增加该外部性。
2．一个简单外部性模型
经济外部性对资源配置效率的影响，可以从案例分析中得到验证。下面引入有关简单外部性的数学模型，用来分析外部性对厂商最优产量决策的影响，说明外部性是如何影响资源配置效率从而导致市场失灵的。
1）负外部性的形成
假定在一条河的上游有一家造纸厂，生产单一产品；下游有一养鱼场，在河里养鱼。造纸厂的成本函数为
式中，C1为造纸厂的成本；q1为造纸厂的产量。
一般情况下，该成本函数应为凸函数，因此有
也就是说，该造纸厂的生产成本与其产量成正相关，而且随着产量增加，以递增的速度增加，即边际成本递增或边际收益递减。
造纸厂在生产过程中向河中排泄污水，是负外部性的发出方。由于污水是该厂的副产品，因此污水排放量与造纸厂的产量之间存在正相关关系。如果用s表示污水排放量，则有
对于养鱼场来说，要保证养鱼的质量和产量，就必须花费额外开支净化水，这样养鱼场成为负外部性的承担者，其生产成本不仅取决于其产量q2，也取决于污水的排量s。养鱼场的成本函数可以表示为
该成本函数对其产量亦应为凸函数，即
养鱼场的成本函数中包含着一个受化工厂控制的自变量s（q1），这符合外部性的定义。因此，化工厂的生产对养鱼场具有外部性。显然，造纸厂排出的污水越多，养鱼场的生产成本越高，这是负外部性的典型特征。表现为
假定所有产品市场均是完全竞争的，造纸厂的产品价格为p1，养鱼场的产品价格为p2，造纸厂和养鱼场的利润函数分别为
2）私人最优解
无论是造纸厂还是养鱼场，作为企业，它们各自都要追求最大利润。当实现利润最大化时，其各自的利润函数对各自产量的一阶导数必定为零。因此，令π1、π2对q1、q2的一阶偏导数分别为零。整理后便可得到化工厂和养鱼场在竞争市场的私人最优解为
由于在完全竞争市场中价格等于边际收益，因此，式（2-10）和式（2-12）其实就是厂商利润最大化的条件：边际私人收益等于边际私人成本；由于此时存在外部性，因此私人边际成本不等于社会边际成本，但私人边际收益与社会边际收益相等，即
MPR=MSR=MPC≠MSC
由于处于竞争性市场中，造纸厂和养鱼场的产品价格p1、p2可以看作是已知量。根据上述条件，就可求出它们各自的均衡产量q*1、q*2以及造纸厂的污水排放量s*。一般来说，造纸厂独立决定最优产量q*1，从而也确定了其污水排放量s*。养鱼场只能在造纸厂污水排放量为s*的情况下决定自己的最优产量q*2。
虽然造纸厂和养鱼场的均衡产量符合各自利润最大化原则，是私人最优解。由于养鱼场承担了造纸厂产生的外部成本，上述决策并非社会最优解，没有实现帕累托最优的均衡，资源配置效率不高。
3）社会最优解
要求社会最优解，就应当将造纸厂和养鱼场看作一个利益共同体，它们追求整体利润最大化。假如将造纸厂与养鱼场看作一个厂商，他们只是该厂商内两个生产单位，就能将外部性内部化，从而求解出符合社会资源配置最优的产量，将解出的社会最优产量与私人最优产量进行比较，就能够看出存在负外部性使资源配置效率较低的事实。
可以将两家企业的共同利润函数写成
同理，实现共同利润最大化的必要条件是该利润函数对产量的一阶导数为零。
据此求导并整理后可得
由于是完全竞争市场，价格p1、p2为已知量，并且等于两个生产单位各自边际收益。p1、p2所对应的等式右边实际上就是各自的边际成本，因此，式（2-14）、式（2-15）也是厂商利润最大化的条件：边际私人收益等于边际私人成本。此时负外部性已被内部化，因此边际私人成本等于社会边际成本，即
MPR=MSR=MPC=MSC
由于价格是已知量，因此从式（2-14）、式（2-15）就能够求出两个生产单位的均衡产量，这就是社会最优解。根据式（2-14）和式（2-15），可得
由于式（2-14）右边第二项大于零，因此有
根据式（2-4），可以得出
q1**<q1*
结合式（2-5）、式（2-11）和式（2-14），可得出
s1**<s1*
再根据式（2-12）与式（2-15），可得出
q2**<q2*
q1**、q2**分别为造纸厂和养鱼场的社会最优产量。通过将两家企业的社会最优产量与私人最优产量进行比较可知，当存在负外部性时，两家企业的资源配置效率较低。具体来说，与各自独立决策时相比，合并后造纸厂的产量减少，排污量也相应减少了，而养鱼场的产量则变大了。也就是说，通过厂商合并，造纸厂的负外部性被内部化了，私人利益与社会利益之间的偏差得以消除，实现了帕累托最优均衡。