碳排放所引起的全球环境污染问题涉及到社会生产、居民生活等各个方面,诸如海平面的上升,极端气候的频现,土地干旱,沙漠化面积增大以及可用能源的枯竭等等。它不仅影响着当前人们的生产生活,甚至还威胁到了我们这个星球上许多物种的生存。为了共同应对人类所面临的环境与生存危机,联合国相关机构制定了一些可操作的减排方式,帮助各国控制未来温室气体排放水平,从而有效缓解环境问题。这些减排方式包括:1.通过征收碳税的方式抑制生产规模,促使一般型企业向环保型企业转变,从而达到减少排放量的目的。2.两个地区之间可以进行排放额度买卖的"排放权交易",即难以完成削减任务的地区,可以花钱从超额完成任务的地区买进超出的额度。3.采用联合履行方式,即发达国家内部的许多国家可视为一个整体,采取有的国家削减排放量、有的国家增加排放量的方法,在总体上完成减排任务。4.采用清洁发展机制,促使发达国家和发展中国家共同减排温室气体。相较于传统意义上的静态或动态博弈模型,微分博弈因其独特的模型属性(其设定的决策是连续进行的决策集合,且参与者的目标函数受到状态变量的影响)更能精确地反应出博弈各方的实际情况,从而更加适合用于地区间碳排放控制问题的研究。本论文以微分博弈理论为基础,以时间一致性准则为核心,以整体理性和个体理性为基本保证,通过运用动态规划和最优控制两类基本技术,在全球减排的背景下研究地区间污染控制问题,主要从以下几方面进行了分析:第一,基于碳税调控下的多地区排放微分博弈分析。在不考虑政治因素的影响下构建微分博弈模型,研究了政府制定的碳税政策,运用最优控制技术,通过建立汉密尔顿函数的方法分析企业在面对政府所提出了动态碳税方案时所能制定的最优生产策略。政府与企业之间存在着斯塔克伯格博弈,政府需要通过税收调控政策在促进整个地区经济发展和控制污染中取得动态的平衡。第二,基于碳排放交易系统下的多地区排放微分博弈分析。考虑若干地区形成联盟,一个环保机构或协议(如Kyoto Protocol)为联盟内的每个地区都设定了标准排放量。如果超出该排放量,违约的惩罚是巨大的,所以各地区都不会违约。联盟内存在着碳排放许可权交易市场,任一地区任何时刻都能够自由地在排放权市场上购买和出售一定量的排放权。建立微分博弈模型,运用最优控制技术分析在[0,T]时间段内联盟内的各地区的生产及排放情况,并给出了开环或反馈纳什均衡解。此外,本文还就需求为线性以及需求为三次函数两种情况下,分析了基于排放权出售情况的地区间竞争微分博弈,考察了在排放权交易市场上双寡头竞争和寡头垄断两种情况下的地区间策略的比较。第三,基于污染越界影响下的多地区合作减排策略微分博弈分析。本文考虑了发达地区与发展中地区间的合作或者不合作的情况对于各地区排放策略的影响,以及考虑地区间污染越界情况对各地区排放策略的影响,给出相应的微分博弈模型,运用汉密尔顿-雅克比-贝尔曼方程法求出发达地区政府的反馈纳什均衡解,并就合作博弈情况给出具有时间一致性的动态支付分配方案。文章的主要难点和创新点可以归纳为以下四条:1.分析了环保型企业和一般型企业这两类企业在市场占有率变化情况下的政府碳税策略问题。与其他文献不同,本文以状态变量的形式设定环保企业市场占有率的大小,并给出相应的动态变化过程,从而得出了双状态变量下的最优控制问题(另一个状态变量是排放累积存量)。2.不仅分析了碳排放权交易市场上的交易情况,同时也考察了市场上排放权出售的竞争情况。比较寡头垄断市场和双寡头竞争市场上,排放许可权的销售价格和销售量的区别。3.分析污染越界问题对政府间合作与否策略的影响。将两类污染危害引入模型:局部污染扩散性危害和整体污染累积危害。设定局部污染扩散危害是短期的,易消散的;整体污染累积危害则是长期的,不易消散的。4.在合作性微分博弈中引入支付分配机制设计。通过"瞬时平衡得偿"理论来确保博弈双方最优准则持续被遵循,合作计划能够自始至终地根据已有的最优准则有效地保证下去,根据该机制得出的合作微分博弈分配解法满足时间一致性。