河北省產業結構對霧霾天氣影響的實證研究

回瑩，戴宏偉

（中央財經大學 經濟學院，北京 110000）

河北省產業結構對霧霾天氣影響的實證研究

回瑩，戴宏偉

（中央財經大學 經濟學院，北京 110000）

近年來，中國從華北到中部乃至黃淮、江南、東北地區，霧霾天氣頻發，河北省尤其嚴重。在環境庫茨涅茨曲線等理論假說的基礎上，從河北省霧霾和產業結構的現狀出發，采取主成分分析方法和區位商方法，得出河北省霧霾污染綜合指數和河北省主導產業。通過選取2006—2014年河北省產業結構等相關數據進行實證研究發現，產業結構、人均gdp、FDI、對外貿易依存度、工業污染治理投資等因素對霧霾污染都有顯著影響，河北省產業結構和霧霾污染綜合指數呈倒U型曲線關系，與經濟增長、對外直接投資等呈現出正相關關系。必須通過加大產業結構調整、發展新能源產業、加大霧霾污染治理的投資和引進外資力度等措施緩解河北省霧霾污染，進行產業結構優化升級。

霧霾；河北省產業結構；主成分分析；區位商；實證研究

一、引言

近年來，霧霾天氣頻發。這種霧霾天氣，從華北到中部乃至黃淮、江南、東北地區，籠罩了大半個中國，并且持續不斷。各地空氣質量指數頻頻報警，多次啟動空氣重污染紅色預警。河北省尤其嚴重，全國十大霧霾最為嚴重的城市中，河北省占據七個：石家莊、邢臺、唐山、保定、衡水、邯鄲、廊坊，石家莊曾多次排在第一，河北省成為中國霧霾污染重災區。

針對日益嚴峻的霧霾形勢，國家高度重視，把環境治理明確列入“十三五規劃綱要”。為加快改善京津冀地區空氣質量，北京、天津、河北三地采取多項措施聯合治污，并投入多項資金用來治理霧霾，京津冀三地共同出臺《京津冀及周邊地區大氣污染防治中長期規劃》，北京、天津分別與河北簽訂大氣污染聯防聯控合作協議，提供專項資金用于河北省霧霾治理，這些舉措在一定程度上緩解了京津冀地區的霧霾，并出現了短暫的“APEC藍”“閱兵藍”，但都沒有從根本上消除霧霾天氣。而河北省產業結構失衡，并集中在鋼鐵、建材、石化、電力等“兩高”行業，排放量多，能源消耗多，是河北省批量產生污染城市的原因之一。在京津冀霧霾聯合防治的新形勢下研究河北省產業結構對霧霾天氣的影響以及河北省產業結構調整的具體路徑具有十分重要的理論和現實意義。

二、文獻綜述

環境質量與經濟發展之間的關系是近年來學術界爭論的焦點，并提出了環境庫茨涅茨曲線等一系列理論，相關的文獻主要有：D．梅多斯在《增長的極限》一書中認為工業發展與污染、資源消耗之間存在著相互反饋環路結構[1]；庫茲涅茨提出人均收入與經濟增長之間存在著“倒U型”關系，Panayotou借用庫茲涅茨曲線認為環境質量與人均收入之間存在著“倒U型”關系，被稱為環境庫茲涅茨曲線（EKC）[2]；包群等基于1996—2000年中國30個省（市、自治區）六類環境指標的面板數據進行實證研究，認為大部分污染指標符合庫茲涅茨倒U型曲線關系，產業結構變化也是影響污染排放的重要因素[3]。但有些學者對待環境質量與經濟增長的關系提出了不同觀點，Selden et al．認為消費支出和環境支出之間存在著“J曲線”效應[4]；Brajer et al．認為產業結構與環境污染不一定呈現出“倒U型”關系[5]；張悅等使用面板數據對我國經濟增長與環境污染指標之間的關系進行了實證研究，認為我國經濟增長與環境污染之間呈現出倒N型關系，否認了倒U型的環境庫茨涅茨曲線[6]。這些文獻著重闡述了環境質量與經濟發展、經濟質量之間的關系。

隨著霧霾污染的加劇，霧霾與經濟之間關系的文獻開始增多。郭俊華等分析了霧霾與產業結構、能源結構的關系，并提出如何從根本上緩解或消除霧霾天氣污染[7]；冷艷麗等基于2001—2010年中國省際面板數據，研究表明產業結構與霧霾污染呈正相關關系，城市化進程的推進對霧霾污染具有正向影響[8]；何楓等應用TOBIT模型進行霧霾與工業化發展之間的實證分析，認為中國霧霾與工業化發展度之間存在著較強的相關關系[9]；李鵬以我國第三產業的相關數據研究了產業結構調整與環境污染之間的關系[10]；何小鋼從中美能源結構對比、產業結構等方面的數據分析了我國霧霾天氣形成的原因，提出要從結構轉型的角度推動環境治理，消除霧霾[11]。

2013年前后，京津冀尤其是河北省成為霧霾污染重災區[12]，鄭重基于資源環境及生態容量約束，認為京津冀區域的核心城市需積極發展生產性服務業，通過產業轉移實現區域開發功能分區[13]；王家庭等從政府、市場、社會三個角度分析了京津冀生態治理的現實困境，提出京津冀必須走生態協同治理的道路[14]；盧華等通過分析我國2003—2011年霧霾污染的空間特征，認為霧霾污染在不同地區間存在顯著的空間依賴，尤其是省會城市，并認為“經濟-環境”呈現出“倒N型”曲線關系[15]；杜穎等使用五個環境指標驗證了河北省環境庫茲涅茨曲線，通過運用脈沖響應分析和方差分解方法實證分析了河北省經濟增長與環境污染之間的動態關系[16]；王露等運用產業、用電量、能源消費等方面的數據分析了河北省產業結構對霧霾天氣的影響[17]。

綜上所述，國內外的文獻主要集中在：一是環境與經濟增長之間的關系；二是霧霾與產業之間的關系；三是京津冀產業問題或者生態問題的研究或者是在資源環境制約下的產業問題研究；而針對霧霾污染衡量指標及河北省霧霾與產業結構的文獻相對比較少，實證方面主要集中在研究河北省經濟增長與環境之間的關系，產業結構對于霧霾的影響則主要通過定量的方法來研究，目前使用實證的文獻較少。本文將采用主成分分析法和實證的分析方法研究河北省霧霾綜合指數及河北省產業結構對其的影響。

三、河北省霧霾和產業結構狀況

（一）霧霾現狀及衡量標準

霧霾①的主要組成成分為二氧化硫、可吸入顆粒、氮氧化物。河北省二氧化硫和氮氧化物排放量在2010年以后迅速增加，隨著霧霾治理措施的實施，有下降趨勢。煙（粉）排放量在2013年之后迅速增多，這也是造成2013年以后河北省各地霧霾天氣增多的主要因素（見圖1）。隨著霧霾形勢的嚴峻，河北省污染治理的投資量不斷增加，尤其是2013年霧霾大范圍爆發以后，增速比較快（見圖2）。

圖1 2009—2014年河北省三廢排放量

圖2 2006—2014年河北省工業污染治理完成投資

（二）霧霾下的河北省產業結構現狀

河北省是用煤和產鋼大省、水泥大省，第二產業比重遠遠超過第一產業和第三產業（見表1），占河北省總產值的50%以上，第一產業比重連續幾年都集中在12%左右，比重變化不大，第三產業比重則穩步上升。

表1 2006—2014年河北省三大產業比重（%）

根據區域經濟學中的區位商理論，區位商②主要反映某一產業在該地區的優勢，區位商值越大，說明優勢越明顯。在產業結構研究中，我們借助該概念來分析區域的主導產業或優勢產業，由于河北省第二產業比重高達50%以上，因此本文選取2010—2015年河北省第二產業中主要行業利用區位商公式計算出各個行業的區位商值（見表2），由此可以看出河北省占主導地位的工業行業主要有煤炭開采和洗選業、黑色金屬礦采選業、紡織業和醫藥制造業、石油加工、煉焦和核燃料加工業、黑色金屬冶煉和壓延加工業、金屬制品業、電力、熱力生產和供應業等（區位商值＞1）。而這些行業均為高污染行業，是二氧化硫、可吸入顆粒、氮氧化物等污染物排放的主要來源。由此可見，這種產業結構是影響河北省持續霧霾天氣的最主要因素。

由表2可知，汽車制造業、交通運輸設備、鐵路、船舶、航空航天和其他運輸設備制造業、計算機、通信和其他電子設備制造業等行業區位商值有上升的趨勢，這些行業在產業結構中比重的上升有利于緩解河北省霧霾天氣，但目前由于這些行業的區位商值偏低，還沒有成為河北省的主導行業，因此對緩解河北省霧霾天氣的影響較小。

表2 2010—2015年河北省主要工業行業的區位商

四、河北省產業結構與霧霾天氣關系的實證研究

（一）變量選取及數據來源

1．霧霾污染綜合指數（W）。在現有文獻中主要采取污染排放量、污染集中度、污染濃度等指標來衡量環境質量。江笑云等使用環境污染中所有污染物（廢水、廢氣、固體污染物）的去除量和排放量的總和作為環境污染排放指標，用來衡量環境污染的程度[18]；杜穎等使用工業“三廢”的排放量指標反映一地區的環境污染程度[16]；張悅等直接使用二氧化硫的排放量衡量一地區的環境污染程度[6]；盧華等使用環境污染濃度和與省會城市的空間距離計算的“莫蘭指數I”來衡量霧霾的嚴重程度[15]。這些指標均為衡量整個環境的污染程度或者是僅僅使用某一單一指標，無法體現出大氣污染的狀況。

對于霧霾的測量，目前一般均采用PM2．5和PM10，但由于河北省從2012年才全面開展PM2．5監測，數據較少，因此本文選取大氣污染中的二氧化硫、煙（粉）塵、氮氧化物的排放量，采用主成分分析法，將這三個指標綜合為一個指標，即霧霾污染綜合指數，從而實現數據的降維，方便模型的構建，并能很好地體現出河北省霧霾污染的狀況。

霧霾污染綜合指數作為被解釋變量，用來衡量河北省霧霾的嚴重程度，本文選取二氧化硫、煙（粉）塵、氮氧化物這三個主成分（分別標為pc1、pc2、pc3）2006—2014年的排放總量數據，綜合指數用W來表示，Xi表示霧霾污染指標，則W=αi*Xi，為了消除原始變量量綱的影響，先對霧霾污染數據進行標準化處理，然后用Eviews8．0軟件進行主成分分析，得出主成分分析矩陣（見表3）。

其中，SO21、NO1、FC1分別代表標準化后的二氧化硫、氮氧化物、煙（粉）塵的排放量。根據累積解釋比例可知，第一、二、三主成分分別占總方差的50．8%、33．3%、15．9%，根據系數值，方程轉化為：

表3 霧霾污染綜合指數主成分分析矩陣

再根據每個主成分的貢獻度，即每個主成分的特征值占所有主成分特征值之和的比重作為權重，即：λi/（λ1+λ2+λ3），根據W=0．508PC1+0．33PC2+PC3，利用Eviews8．0軟件最后求得河北省霧霾污染綜合指數，由于大氣污染排放量不可能為負數，為消除指數中的負數，本文進一步利用Eviews8．0軟件對數據進行離差標準化，得到最終的霧霾污染綜合指數。河北省的霧霾污染狀況在2010年以前有轉好的趨勢，2010年以后大氣污染開始大幅度增加，環境狀況惡化，2011年以后增勢比較平穩（見圖3）。

圖3 河北省霧霾污染綜合指數

2．產業結構。利用Eviews8．0對河北省三大產業比重進行相關性分析（見表4）。

表4 河北省三大產業相關性

由此可知，第一產業、第二產業分別和第三產業具有顯著相關性，把第三產業因素剔除，選取第一產業、第二產業來代表河北省產業結構，分別用cy1和cy表示，進一步利用Eviews8．0對W和cy1、cy進行線性回歸，發現W與cy1之間不顯著，說明河北省產業結構中第一產業對霧霾的影響很小，因此把cy1剔除，僅留cy作為解釋變量，分析河北省產業結構與霧霾污染指數之間的關系。本文選取原始數據來自2007—2015年《河北經濟年鑒》，計算整理得到cy1和cy值。

3．人均GDP。一個地區的經濟增長與大氣污染之間有密切聯系，人均GDP是衡量一地區經濟增長狀況的標志性指標之一，本文選取人均GDP作為解釋變量，由于人均GDP為非平穩的時間序列，本文采取人均GDP的對數形式，lngdp為一階單整序列。本文選取原始數據來自2007—2015年《河北經濟年鑒》。

其他控制變量。除了以上變量之外，本文還選取了對外貿易依存度、工業污染治理投資、FDI等指標作為其他控制變量，模型中分別以ddf、iv、fdi來表示。ddf、fdi數據來源于2007—2015年《河北經濟年鑒》，iv數據來源于2007—2015年《中國環境統計年鑒》。

（二）模型確定與數據處理

其中，α、ω、φ分別代表模型（1）、（2）、（3）的常數項，β1、β2、β3、γ1、γ2、γ3、γ4、φ1、φ2、φ3、φ4、φ5分別代表各模型各變量的系數，用來衡量各變量對霧霾污染綜合指數的影響程度，（cy）2代表cy的二次項，由于cy與（cy）2的相關系數為0．999 9，因此本文采取的cy均值的平方來替代cy的二次項，cy*gdp代表cy和gdp交互項，φ4是cy為0時gdp對霧霾污染綜合指數的偏效應，在本文中沒有意義，因此在模型處理時采取其均值形式，Xt代表其他控制變量，εμ、ψ為隨機擾動項。

（三）實證結果與分析

模型（1）為線性回歸形式，模型（2）為帶二次項的多元非線性回歸形式，模型（3）在模型（2）的基礎上又增加了一個交互項的多元非線性回歸，三個模型各變量的回歸系數均通過了顯著性水平檢驗（見表5）。

1．模型（1）的實證分析。變量cy、gdp的系數均為正值，與W正相關，說明隨著河北省工業產值比重的增加、經濟的增長，霧霾污染會加重；變量fdi、ddf的系數為負數，與W負相關，說明河北省對外直接投資和對外貿易依存度的提高會緩解霧霾污染；變量iv的系數為正值，與W成正相關，從理論上講，隨著工業污染治理投資的增加會緩解霧霾污染，即iv系數與W成負相關，但回歸結果顯示與理論不相符，說明河北省工業污染治理投資的增加并沒有帶來環境治理狀況的改善，也說明河北省霧霾污染治理投資的效率還很低下，需要進一步加大投資幅度，提高治理效率。擬合優度為0．939 9，說明擬合度較好。

表5 模型回歸結果

2．模型（2）的實證分析。模型（2）中變量cy的二次項數據經過均值化處理后通過了1%的顯著性水平檢驗，系數=-0．064 4＜0，cy一次項的系數=40．14＞0，說明二次項為拋物線形態，河北省產業結構與霧霾污染之間先呈現出正向變化，當經濟增長到一定程度河北省產業結構與霧霾污染二者之間就會呈現出負向變化，即產業結構與霧霾污染之間存在著倒U型曲線關系。其他變量的回歸結果與模型（1）一致，擬合優度為0．9894，調整之后的擬合優度為0．957 7，模型（2）的擬合度優于模型（1）。

3．模型（3）的實證分析。模型（3）各變量全部通過了1%的顯著性水平檢驗，對變量cy的二次項和交互項數據進行均值化處理之后回歸，系數φ1=0．718 3＞0，φ2=-0．069 2＜0，說明產業結構與霧霾污染之間的倒U型曲線關系依然存在，φ4=2．05E-05＞0，說明隨著經濟的增長，產業結構即第二產業比重的增加會使得霧霾污染惡化，其他變量的回歸結果均與模型（1）、（2）保持一致，擬合優度為0．999 999，調整之后的擬合優度為0．999 999，說明模型（3）的擬合優度非常好，模型（3）說明當不考慮經濟增長因素時，河北省產業結構與霧霾污染指數之間呈現出正向關系，即隨著工業產值比重的增加霧霾污染會惡化；當考慮經濟增長因素，隨著經濟的增長河北省產業結構與霧霾污染之間先呈現出正向變化，當經濟增長到一定程度河北省產業結構與霧霾污染之間就會呈正相關關系，即倒U型曲線關系。

五、研究結論與建議

本文通過區位商理論和主成分分析法得出河北省主要工業行業的區位商值和河北省霧霾污染綜合指數，并對2006—2014年河北省霧霾污染綜合指數和河北省產業結構數據進行了實證分析，得出以下結論：

1．河北省第二產業比重偏大，以煤炭開采和洗選業，金屬礦采冶煉加工，紡織業和醫藥制造業，石油加工，電、熱力生產和供應業等為主導行業，而這些行業均為高污染行業，是二氧化硫等污染物的主要來源，也是造成河北省持續霧霾天氣的主要原因。同時隨著霧霾治理力度的加大，一些新興行業的區位商值也在不斷提高，說明河北省產業結構開始逐漸優化調整。

2．河北省產業結構與霧霾污染之間存在著倒U型曲線關系，伴隨著經濟的增長、產業結構的優化調整，霧霾污染出現先惡化后改善的變化趨勢。

3．人均gdp與霧霾污染之間呈現出正向關系，當人均gdp增加時會使得霧霾污染惡化。

4．隨著對外直接投資、對外貿易依存度的增加，會緩解河北省的霧霾污染。而河北省工業污染治理投資與霧霾污染的正向關系與理論不相符，說明河北省工業污染治理投資的增加并沒有帶來環境治理狀況的改善，也說明河北省霧霾污染治理投資的效率還很低下，需要進一步加大投資幅度，提高治理效率。

根據以上結論，提出在霧霾污染下河北省產業結構優化調整的政策建議如下：

加大產業結構調整力度，不斷降低第二產業比重，加快傳統產業的改造升級，引進新技術減少污染排放量，淘汰落后產能，節能減排，關停高污染高耗能產業，盡快完成脫硫脫硝除塵改造，加大汽車制造業、交通運輸設備、計算機、通信和其他電子設備制造業等新興產業和第三產業比重，優化河北省產業結構，以產業結構調整優化推動霧霾治理。

提高污染行業的準入門檻，加大霧霾污染治理的投資力度，完善各項污染排放標準，深化空氣污染監測預警、應急和聯合減排等措施，注重投資的效率和效果，在河北省自身治污治霾的同時加強與北京、天津的區域合作，實現三地聯防聯控，協同治理。

發展新能源產業，構建以清潔能源產業和節能環保產業為主的現代能源產業體系，大力發展和支持環保產業，充分利用霧霾所帶來的商機，發展“綠色經濟”，而不是一味地補貼污染產業。

加大力度引進外資，發展河北省對外貿易，借助跨國公司的環保、污染控制技術優勢促進河北省產業結構的優化，進一步改善霧霾污染狀況，同時強化對外資企業和外貿企業的環境監管水平。

在京津等地的產業轉移和產業承接時河北省要有選擇地轉移和承接，并依托北京、天津等地的優秀資源進一步優化自身產業結構，建立健全相應的區域補償機制，實現京津冀三地的區域產業協同發展。

注釋：

①《中國氣象報》中對于霧霾的權威定義為：霧是大氣中懸浮的由小水滴或冰晶組成的水汽凝結物，水平能見度小于1．0km；霾，也稱灰霾（煙霞），是指原因不明的因大量煙、塵等微粒懸浮而形成的渾濁現象。霾的核心物質是空氣中懸浮的灰塵顆粒，氣象學上稱為氣溶膠顆粒，水平能見度小于10．0km，兩者混合稱為霧霾。

②區位商公式：LQij=（qij/qj）/（qi/q），其中，LQij為j地區i產業在全國的區位商，qij為j地區的i產業的主營業務收入；qj為j地區所有產業的主營業務收入，qi在全國范圍內i產業的主營業務收入；q為全國所有產業的主營業務收入。

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［16］杜穎，肖榮閣，朱春華．河北經濟增長與環境污染關系的檢驗［J］．中國礦業，2015（9）：62-68．

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［18］江笑云，汪沖．經濟增長、城市化與環境污染排放的聯立非線性關系［J］．經濟經緯，2013（5）：1-6．

責任編輯：曹華青

Empirical Analysis on Impact of Hebei Province Industrial Structure on Fog Pollution

Hui Ying，Dai Hongwei
（School of Economics，Central University of Finance and Economics，Beijing 100081，China）

Fog weather frequently occurred in China，largely from north China to central not only in Huanghuai，Jiangnan，but in the northeast region，especially in the Hebei province．Based on the theory of environmental Kuznets curve，authors analyzed the fog and industrial structure of Hebei province in 2006-2014，and obtain the fog pollution index which used the Principal Component Analysis and location quotient methods．Results show that the factors of GDP per capita，FDI，ratio of dependence on foreign trade，industrial pollution control investment all have significant effects on fog pollution．The industrial structure and fog pollution index behave inverted U-curve characteristics，and there is a positive correlation with economic growth and FDI．In terms of these，we should optimize the industrial structure adjustment，develop new energy industry，increase the pollution control investment and foreign capital introduction to remit fog pollution in Hebei and proceed industrial structure optimization and upgrading．

fog，industrial structure of Hebei province，the Principal Component Analysis，location quotient，empirical analysis

F127；X22

A

1003-3890（2017）03-0087-06

2017-02-16

河北省教育廳高等學校人文社會科學研究項目（SQ141118）；中央財經大學研究生科研創新基金項目（201511）；河北省教育廳高等學校人文社會科學研究項目（SQ151113）

回瑩（1982-），女，河北滄州人，中央財經大學經濟學院博士研究生，廊坊師范學院講師，研究方向為區域經濟學；戴宏偉（1967-），男，河北定州人，中央財經大學經濟學院教授，博士，研究方向為區域經濟學、產業經濟學。