如何利用「衛星燈光數據」做研究？

作者：王也 政見觀察員

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在 sub-national level 的跨國比較研究中，「衛星燈光數據」最近很火。通過夜間燈光亮度，我們可以估算任意地區每年的經濟增長率。所以目前很多跨國研究的基本分析單位已經變成了 250km * 250km 的小方格，這就比國家要精確得多。

這個數據是公開的。MIT 經濟系的博士生 Lowe 寫過一篇短文章，專門介紹如何下載和處理燈光數據，鏈接如下：http://economics.mit.edu/files/8945 大概內容就是你可以從美國國家環境信息中心的網站上下到原始數據，然後需要在 GIS 里處理一下，去掉雲啊火災啊之類因素的干擾，就可以用了。

經濟學界討論燈光數據可信性的經典文章，是 Henderson 等人 2010年 在 AER 上的一篇論文 「Measuring Economic Growth from Outer Space」（鏈接：http://www.econ.brown.edu/Faculty/David_Weil/Henderson%20Storeygard%20Weil%20AER%20April%202012.pdf ）。他們的基本觀點是，燈光密度的增速跟實際 GDP 的增速成正比。他們用跨國數據驗證了上述關係。在這之後，衛星燈光數據在經濟學和政治學裡得到了廣泛的應用。

燈光數據的好處是，即使在沒有官方統計數字的地方，我們也可以得到可靠的經濟發展水平估計，而且這一估計不受行政區劃的限制，最多能夠精細到 0.86 平方公里大小的小方格。因此很多學者將這一數據用於非洲發展研究上面。著名的例子是兩位希臘裔學者 Michalopoulos 和 Papaioannou 撰寫的一系列論文。他們將歷史上非洲各個族群聚居的地點（Murdock Map）和燈光方格匹配起來，分析了族群特質對於今日非洲的種種影響。基本結論是，對於一個族群來說，其歷史上的政治發展程度比今天居住地的政治制度更能決定其經濟發展水平。而一個國家內部族群收入的不平等程度跟國家的發達程度是負相關的（Michalopoulos and Papaioannou, 2013a, 2013b; Alesina, Michalopoulos and Papaioannou, 2016）。燈光亮度的變化可以看作是近似連續，所以特別適合用作斷點回歸分析的因變數。

另外，在官方統計數字不可靠的地方，燈光數據也能派上用場。比如呂曉波老師那篇討論中國財政競爭的 「Show Me the Money」 里，就用燈光密度作為縣級 GDP 的代理變數。哥倫比亞大學的學者 Sala-i-Martin 最近有一系列文章，探討如何結合燈光和官方統計數字得出更準確的經濟發展水平估計。他們的一個發現是，中國的 GDP 增長可能被低估了。

燈光數據有一個問題是，對於特別亮的地方沒有區分度，比如北京和上海的核心區域在衛星上看起來亮度應該是一樣的。之前提到的博士生 Lowe 提出了一種辦法來緩解這個問題，大致就是用邊緣地區的亮度對中心地區做加權，但對於太發達的地區，我們還是無法進行比較準確的測量。另外就是燈光數據從 1993 年之後才有，想研究更早的年份就沒辦法了。最後，記錄燈光亮度的衛星一直有更新，所以來自各個衛星的數據精度上會有差異，使用時也應該注意。

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