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本章主要介绍GTAP模型的架构与非线性方程体系，其内容来源于笔者博士毕业论文第二章，其中非线性方程体系由笔者根据Hertel（1997）给出的线性方程反推得出。根据GTAP官方的介绍（Narayanan & Walmsley，2008），GTAP为当前世界最流行、规模庞大的全球多区域CGE，拥有完善的模型系统与基础数据。相较于其他多区域模型，GTAP的模型更为完善，数据更为完备，包含投入—产出（Input-Output，IO）数据、双边贸易数据、贸易保护数据、能源数据等，是社会核算矩阵SAM的一个超集。GTAP 7.0数据库集成了2004年的数据，其规模已经达到113个国家和地区、57个部门；GTAP 8.0数据库集成了2007年的数据，规模达到129个国家和地区、57个部门；GTA 9.0数据库集成了2011年的数据，规模进一步扩展到140个国家和地区、57个部门。根据Hertel（1997），GTAP数据已经达到平衡且不鼓励用户改动数据以免破坏已有的平衡。然而，根据 McDonald（2004）的研究，从GTAP数据库中抽取的SAM并未达到精确平衡，其非平衡性来自GTAP源数据而不是在抽取过程中造成的，主要与进口商品账户、区域账户和资本账户有关，其中后两者是造成非平衡性的主要原因。McDonald（2004）同时指出，这种数据的非平衡性很小，不会影响CGE模型求解的精度。
标准GTAP模型基于新古典主义理论，其基本假设包括完全竞争、规模报酬不变和国产品与进口品的Armington替代。GTAP模型采用宏观经济的全球闭合方式，而不是在各个区域层面实现闭合，各区域间通过贸易进行关联。
鉴于GTAP在国际经济分析中的强大能力，其被越来越多地用于国际贸易谈判等政策模拟分析中。该模型自1992年提出以来，逐渐受到经济学界与政策模拟学界的重视，基于该模型及其附带的庞大而完整的数据库，可进行各类有关世界贸易、环保、能源、气候变化、农业及经济增长等问题的研究。
GTAP模型及其完备的数据库为开展国际经济分析提供了基本条件。本研究拟以GTAP模型为内核，以GTAP数据库为数据源，独立开发面向地缘政治经济分析的政策模拟器，因此需要对模型与系统做出补充，以适应地缘政治经济分析的需要。本章将详细描述GTAP模型的体系结构，以及该CGE系统中所涉及的非线性方程，从而为系统改造提供技术准备。GTAP模型的总体框架如图2-1所示。
图2-1 GTAP模型的总体框架
从要素禀赋的供给开始对图2-1所示的模型框架进行解释。GTAP模型中包含五种类型的要素禀赋，分别是土地、自然资源、资本、熟练劳动力和非熟练劳动力。除原始投入外，生产活动的维持还需要中间产品的投入，而中间产品一部分来自国产品，另一部分则来自进口品。使用原始投入和中间投入后，各部门实现产出，该产出中的一部分用于满足国内需求，另一部分用于满足国外需求，无论是国内需求还是国外需求，都用于居民消费、政府购买和厂商中间投入三个部分。出口需求与国内需求构成对该区域产品的总需求，在市场出清条件下，总需求与总供给相等。在生产、消费等的各个环节都存在征税的可能，如在要素提供、中间品消费、家庭消费、政府购买、进出口等环节都存在税负，要素收入和税收收入都汇至区域账户中，然后再由区域账户进行分配以用于家庭消费、政府购买和储蓄，即收支平衡发生在区域账户层面，这是GTAP模型与常规CGE模型的不同之处。区域储蓄是投资之源，在扣除折旧之后，便得到净投资并对区域资本存量进行更新。由于地缘经济问题是建立在区域经济系统的框架上的，这个区域经济的框架，与地缘政治经济学分析所涉及的经济结构别无二致。
GTAP模型为全球多区域CGE模型，其中每一个区域都被视为一个单独的账户。该区域账户的支出用于三种最终需求，分别是家庭的消费支出、政府的购买支出和储蓄支出，三种支出通过一个Cobb-Douglas效用函数（以下简称C-D函数）进行复合。在标准闭合设置中，各最终需求的支出份额保持固定不变。显然，这一处理方式与现实世界并不一致，因为现实世界中的政府支出和储蓄支出是可以外生决定的（比如固定不变或者受到政策冲击）。在这种情况下，模型允许将家庭支出内生化以满足区域账户的预算平衡约束。图2-2表示的是区域账户及其下设的三个最终需求账户之间的关系。
图2-2 GTAP模型中的账户关系
资料来源：Brockmeier（2001），笔者有修改。
前文已提及，GTAP模型所采用的这种区域支出方式与传统的CGE模型不同，其收支平衡发生在区域账户层面，而非家庭层面。这种处理方式具有独特的优点，其中最大的优点是，区域效用函数能够清晰地度量区域福利，这一优点能够很好地反映地缘政治经济学代表的利益诉求，即实现区域整体的利益最大化。在一些情景分析中可能得到这样的结果：储蓄品和政府购买价格水平的降低，以及家庭所需商品的价格水平上升，导致私人消费量降低而储蓄和政府购买增加，在这种情况下，如果不采用区域效用函数，就无法度量整个区域的效用变化。传统CGE为解决这一问题采取了另外一种方法，即固定储蓄和政府购买水平，并将家庭消费作为反映福利的指标。但是，由于在一些区域中私人消费仅占最终需求的一小部分，将区域经济最终需求的变动全部强制归于私人消费是一种较极端的处理方式。由于GTAP采用固定支出比例的C-D区域效用函数，区域收入的增加便意味着私人消费、政府购买和储蓄都会增加。Hertel（1997）认为这种处理方式在实证上更容易被接受。
C-D区域效用函数也存在一定缺陷，其中最明显的缺陷是政府支出没有同税收收入进行关联。在GTAP模型中，减税并不意味着政府支出的降低，相反，税负降低在一定程度上会降低企业和家户的额外负担，区域实际收入反而可能有所增加，进而促进政府支出的增长。由于世界各国（区域）的税收制度各不相同，GTAP数据库和模型不可能完全涵盖这些差异，因此GTAP模型无法精确反映税收与政府支出的关系，这给使用GTAP模型分析地缘政治经济学问题带来障碍。我们的处理是，如果要模拟政府支出变动的影响，则需要补充相应的外生假设。无论如何，C-D区域效用函数能够更有效地评价各区域的总体效用状况，从而为GTAP模型所采纳。