經(jīng)濟發(fā)展、城市擴張與空氣污染

郭施宏，高 明，吳雪萍

(1.清華大學(xué) 公共管理學(xué)院，北京 100084；2.福州大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，福建 福州 350116)

·城市經(jīng)濟·

經(jīng)濟發(fā)展、城市擴張與空氣污染

郭施宏1，高 明2，吳雪萍2

(1.清華大學(xué) 公共管理學(xué)院，北京 100084；2.福州大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，福建 福州 350116)

筆者以2001—2012年中國30個省會城市作為樣本，在分析經(jīng)濟發(fā)展和城市擴張對空氣污染影響機理的基礎(chǔ)上，考慮空氣污染的空間自相關(guān)性，采用空間滯后模型(SLM)和空間誤差模型(SEM)實證分析經(jīng)濟發(fā)展和城市擴張對城市空氣污染的影響。結(jié)果表明：(1)城市空氣污染存在顯著的正空間自相關(guān)性和空間溢出效應(yīng)。長江以北形成了高空氣污染城市的集聚區(qū)，華南地區(qū)是低空氣污染城市的集聚區(qū)。(2)經(jīng)濟發(fā)展與城市擴張對空氣污染具有顯著影響，經(jīng)濟增長與空氣污染之間呈現(xiàn)倒N型的三次曲線關(guān)系，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級和生產(chǎn)技術(shù)水平的提高均有助于空氣污染的改善。(3)城市建成區(qū)面積和道路面積在2001—2012年期間大幅增長，并加劇了城市空氣污染，但房屋建筑施工面積對空氣污染的影響并不顯著。

經(jīng)濟發(fā)展；城市擴張；空氣污染；空間計量

一、經(jīng)濟發(fā)展與城市擴張的影響機理分析

經(jīng)濟發(fā)展和城市擴張是城市化進程中的顯著表現(xiàn)，在這一過程中，城市居民生活水平不斷提高，社會文明不斷進步，但也伴隨著資源的消耗、能源的消費以及污染物的排放。城市大氣環(huán)境受到城市化過程帶來的污染與治理的雙重拉力作用。一方面，環(huán)境庫茲涅茨曲線理論認為，經(jīng)濟發(fā)展意味著更大規(guī)模的經(jīng)濟活動與資源需求量，因而經(jīng)濟發(fā)展會對環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生負向規(guī)模效應(yīng)；同時，經(jīng)濟發(fā)展又通過正向技術(shù)進步效應(yīng)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化效應(yīng)減少了污染排放，從而改善了環(huán)境質(zhì)量。另一方面，對于城市擴張的研究是在最優(yōu)城市規(guī)模理論上發(fā)展起來的，傳統(tǒng)的最優(yōu)城市規(guī)模理論研究主要是從城市成本—收益的角度展開。周文和彭煒劍[1]指出，20世紀90年代以后，最佳城市規(guī)模理論的研究重點開始重視城市規(guī)模與環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系。王桂新和武俊奎[2]基于中國地級市數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)城市規(guī)模的擴張使得碳排放強度上升。孔愛國和郭秋杰[3]認為城市規(guī)模不僅對空氣污染有影響，城市空氣污染對城市規(guī)模也有影響。馬素琳等[4]基于實證檢驗指出，不同的城市規(guī)模與集聚程度會對空氣質(zhì)量有不同的影響。具體而言，經(jīng)濟發(fā)展和城市擴張主要從經(jīng)濟規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進步、土地擴張和城市建設(shè)五個方面作用于城市的空氣質(zhì)量。

(一)經(jīng)濟規(guī)模

經(jīng)濟規(guī)模對空氣質(zhì)量具有雙重影響，一方面，在生產(chǎn)技術(shù)水平不變的情況下，經(jīng)濟規(guī)模的擴大會提高自然資源的消耗量，污染物產(chǎn)生量增加，進而導(dǎo)致空氣污染的產(chǎn)生與加劇。另一方面，隨著經(jīng)濟規(guī)模的擴大、居民收入的增長，公眾的環(huán)保意識提高，對環(huán)境質(zhì)量增長的要求也隨之提高，此時公眾有較高的意愿購買更嚴格環(huán)境標(biāo)準下生產(chǎn)的產(chǎn)品，這有利于降低單位產(chǎn)出的排放強度及制定更嚴厲的環(huán)境標(biāo)準和稅收標(biāo)準，因此，經(jīng)濟規(guī)模的擴大加強了對節(jié)能減排的要求，有利于大氣環(huán)境的改善。經(jīng)濟規(guī)模對環(huán)境影響的方向最終取決于兩種效應(yīng)的程度，當(dāng)?shù)谝环N效應(yīng)大于第二種效應(yīng)時，經(jīng)濟規(guī)模擴大使環(huán)境惡化；當(dāng)?shù)谝环N效應(yīng)小于第二種效應(yīng)時，經(jīng)濟規(guī)模擴大使環(huán)境質(zhì)量改善。

(二)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

進入工業(yè)化后，第一產(chǎn)業(yè)在國民總產(chǎn)值中的比重不斷下降，其創(chuàng)造的財富及勞動力資源向第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，而第二產(chǎn)業(yè)比重在工業(yè)化中前期不斷上升并成為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的進一步提高，第二產(chǎn)業(yè)比重開始下降，而第三產(chǎn)業(yè)比重逐漸上升，并在后工業(yè)化時期成為經(jīng)濟發(fā)展的主體。由于高能耗高污染行業(yè)集中于第二產(chǎn)業(yè)，其比重增加必然會導(dǎo)致能源消耗總量的上升。西方發(fā)達國家在20世紀基本完成了工業(yè)化階段，而中國正處于快速工業(yè)化階段，工業(yè)能源消耗量大，2000年至今，中國工業(yè)能源消費量一直占中國能源消費總量的70%左右。因此，第二產(chǎn)業(yè)向第三產(chǎn)業(yè)的過渡，意味著工業(yè)能源消費量能夠?qū)崿F(xiàn)有效地降低。同時，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級促使高消耗高污染型生產(chǎn)模式向集約型生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，依賴于煤炭消費的能源消費結(jié)構(gòu)將逐漸向以清潔能源為主的能源消費結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)活動的污染物排放也隨之大幅降低。

(三)技術(shù)進步

技術(shù)進步對空氣環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在兩個方面，一是生產(chǎn)技術(shù)的進步，二是治污技術(shù)的提高。生產(chǎn)技術(shù)的進步使生產(chǎn)中能源和資源的利用效率提高，從而使單位經(jīng)濟增長的能源和資源消耗量減少，單位污染物排放量也相應(yīng)減少。同時，生產(chǎn)技術(shù)進步有助于清潔生產(chǎn)工藝的推進和使用，有助于清潔能源的開發(fā)和利用，降低工業(yè)生產(chǎn)對空氣環(huán)境的影響。治污技術(shù)的進步則通過治污設(shè)備的改進來提高污染物治理、回收、循環(huán)利用效率和水平，以對空氣質(zhì)量產(chǎn)生積極影響。

(四)土地擴張

隨著城市化進程的加快，城市人口不斷集聚，城市用地規(guī)模不斷擴大，并在經(jīng)濟社會發(fā)展的推動下開展各項城市建設(shè)，保障城市居民的正常生活并服務(wù)城市經(jīng)濟社會的發(fā)展。由此，土地擴張對空氣質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)為其產(chǎn)生的生產(chǎn)生活空間集聚，城市人口的增加，城市活動規(guī)模的擴大，以及與之伴隨的資源需求量和能源消耗量的增加，也同時意味著污染物排放量的增加。鄭思齊和霍燚[5]認為，城市擴張導(dǎo)致城市內(nèi)容空間趨于分散，市民上班的通勤時間延長，并更多地依賴私家車。馬麗梅等[6]指出，隨著通勤時間的增長和私家汽車的增多，城市消耗的石化能源更多，空氣質(zhì)量會越差。與此同時，Burchfield等[7]認為，城市建設(shè)用地的擴張侵蝕了城市周邊的綠地面積，區(qū)域生態(tài)對城市空氣質(zhì)量的調(diào)節(jié)功能也將大大降低。

(五)城市建設(shè)

城市建設(shè)與土地擴張的過程緊密結(jié)合，Banzhaf和Lavery[8]認為，城市擴張通常降低了人口居住和經(jīng)濟活動的密度，增加了對建筑物的需求量。對于城市空氣環(huán)境而言，房屋建筑建設(shè)等施工過程會產(chǎn)生大量的揚塵，空氣中的可吸入顆粒物的含量會大大增加，空氣質(zhì)量下降。與此同時，城市道路建設(shè)不僅會產(chǎn)生揚塵，城市道路建設(shè)規(guī)模的擴大也意味著機動車出行的里程數(shù)的增加，城市交通能源消耗的增加，向空氣中輸出更多的污染物。同時，交通道路設(shè)施建設(shè)也帶來了道路沿線地區(qū)人口的集聚和生產(chǎn)規(guī)模的擴大，產(chǎn)生更多的污染物。

二、模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)描述

(一)空間計量模型

考慮到空氣污染空間效應(yīng)的可能存在，傳統(tǒng)計量分析模型“樣本間相互獨立”的假設(shè)不再成立，導(dǎo)致其估計結(jié)果可能與實際有偏差。與傳統(tǒng)計量模型相比，空間計量模型考慮了經(jīng)濟學(xué)中普遍存在的空間依賴性，Anselin[9]給出兩種刻畫空間依賴性(空間自相關(guān)性)的空間計量模型：若觀測變量的空間相關(guān)性由空間交互作用引起的，則選擇建立空間滯后模型；若觀測變量的空間相關(guān)性是由干擾性空間依賴引起的，則選擇建立空間誤差模型。

1.空間滯后模型

空間滯后模型(SLM)主要考察各變量在一個地區(qū)是否有溢出效應(yīng)。空間滯后模型表明所考察的本地區(qū)的因變量不僅受到本地區(qū)核心外生變量的影響，也受臨近地區(qū)因變量情況的影響。若空間滯后模型設(shè)置合理且通過顯著性檢驗，則表明不同地區(qū)的因變量間相互影響，在地理空間上存在顯著的空間交互作用。其表達式為：

Y=ρWY+Xβ+μ

(1)

其中，Y為因變量；X為n×k的外生解釋變量矩陣；ρ為空間自回歸系數(shù)；W為n×n的空間權(quán)重矩陣；μ為隨機誤差向量；β為系數(shù)；WY為空間滯后因變量，是內(nèi)生變量，反映了空間關(guān)系對區(qū)域行為的影響。

2.空間誤差模型

空間誤差模型(SEM)是將空間效應(yīng)引入到擾動誤差項中，假設(shè)空間依賴體現(xiàn)在擾動誤差項中，空間誤差模型度量了臨近地區(qū)關(guān)于因變量的誤差沖擊對本地區(qū)因變量觀測值的影響程度。其表達式為：

Y=Xβ+μ

(2)

其中，μ=λWμ+ε，λ為n×1的因變量的空間誤差系數(shù)；ε為正態(tài)分布的隨機誤差向量。

(二)變量選取與數(shù)據(jù)來源

1.因變量選取

空氣污染程度是本文的因變量，在既往空氣污染問題研究中，不同的學(xué)者采取了不同的指標(biāo)來表征空氣污染狀況，主要有可吸入顆粒物(PM10或PM2.5)、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和一氧化碳等空氣污染物的年日均濃度，廢氣相關(guān)指標(biāo)(如廢氣排放量、人均廢氣排放量、廢氣排放密度)等。筆者綜合考慮空氣污染物的多樣性以及數(shù)據(jù)可獲得性，選取可吸入顆粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)年日均值表征城市空氣污染水平，并將其綜合成空氣污染綜合指數(shù)P。具體的計算方法如下：

Pi=Ci/Si

(3)

P=∑Pi

(4)

其中，Pi為第i項空氣污染物的分指數(shù)；Ci為第i項空氣污染物濃度的年日均值；Si為第i項空氣污染物的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準限值。

圖1反映了2001—2012年中國大陸30個省會城市空氣污染綜合指數(shù)變化情況。總體而言，2001—2012年期間，中國的空氣質(zhì)量呈改善趨勢，但在2011年后，空氣污染指數(shù)大幅上升。從地區(qū)上看，西部地區(qū)的空氣質(zhì)量最差，其次為中部地區(qū)和東部地區(qū)。

圖1 2001—2012年省會城市空氣污染綜合指數(shù)

2.自變量選取

(1)經(jīng)濟發(fā)展。根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展對大氣污染的影響機理分析，參考相關(guān)研究，筆者從經(jīng)濟規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平三個方面選取評價指標(biāo)。一是經(jīng)濟規(guī)模，選取經(jīng)濟總量指標(biāo)，為消除人口規(guī)模對經(jīng)濟總量的影響，采用人均地區(qū)生產(chǎn)總值指標(biāo)(PG)。二是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，采用第二產(chǎn)業(yè)比重指標(biāo)。比較第一、第三產(chǎn)業(yè)，第二產(chǎn)業(yè)對能源的需求量最大，消耗的資源最多，對城市空氣污染影響更大，故選取第二產(chǎn)業(yè)比重指標(biāo)(SI)來衡量經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。三是技術(shù)水平，采用工業(yè)能源消耗強度指標(biāo)(EI)來體現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)是否提升。具體測度方法為：工業(yè)能源消耗強度=工業(yè)能源消費總量/工業(yè)增加值。

(2)城市擴張。筆者主要從城市面積、房屋建設(shè)和道路建設(shè)三個方面進行表征城市的擴張過程。相應(yīng)選取的評價指標(biāo)為建成區(qū)面積(U)、房屋建筑施工面積(B)和城市道路面積與建成區(qū)面積的比值(R)。

3.控制因素選取

參考相關(guān)研究，筆者設(shè)置了4個控制變量。一是人口密度(PD)。Cole和Neumayer[10]認為，人口集聚會使城市燃料使用量增加，同時，生產(chǎn)生活垃圾的增加也導(dǎo)致焚燒垃圾產(chǎn)生的廢氣量增加，這可能對城市空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響。二是民用汽車擁有量(C)。董志龍等[11]認為，汽車尾氣排放是大氣污染物的重要來源之一，汽車擁有量的增加有可能導(dǎo)致大氣污染的惡化。三是建成區(qū)綠化覆蓋率(G)。綠植對大氣污染物具有一定的吸附作用，能夠在一定程度上改善大氣環(huán)境，李玉敏等[12]認為，城市綠化覆蓋率的提升可能有助于大氣污染的緩解。四是廢氣污染治理投資額與地區(qū)生產(chǎn)總值的比值(ER)。該指標(biāo)是環(huán)境規(guī)制力度體現(xiàn)，理論上環(huán)境規(guī)制的目的是通過行政、經(jīng)濟等手段對排污型企業(yè)的管控，以達到從污染源上進行控制的目的。但賀燦飛等[13]以及何小鋼和張耀輝[14]的研究結(jié)果表明，環(huán)境規(guī)制對大氣環(huán)境的影響在實際中的作用方向并不明朗。

4.數(shù)據(jù)來源與描述性統(tǒng)計

本文變量數(shù)據(jù)的時間跨度為2001—2012年，地域范圍涵蓋了除拉薩以外的30個大陸地區(qū)的省會城市，拉薩空氣污染數(shù)據(jù)及相關(guān)經(jīng)濟指標(biāo)數(shù)據(jù)缺失嚴重，故不在研究范圍內(nèi)。*2013年前，中國空氣質(zhì)量測度標(biāo)準采用的是《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準GB3095-1996》，2013年后采用的標(biāo)準是《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準GB3095-2012》。這兩個標(biāo)準對空氣質(zhì)量的計算方式存在差異，為了統(tǒng)一性和可比性，筆者選取2001—2012年期間空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，以《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準GB3095-1996》標(biāo)準進行計算。數(shù)據(jù)來源于《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境年鑒》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》、各城市統(tǒng)計年鑒、中國統(tǒng)計局網(wǎng)站等。原始數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計如表1所示。

表1 描述性統(tǒng)計

(三)空氣污染空間計量模型的構(gòu)建

1.基礎(chǔ)模型

根據(jù)變量選取，對因變量及部分自變量進行對數(shù)化處理，減小不同指標(biāo)數(shù)據(jù)間的數(shù)量級差距，使數(shù)據(jù)更加平穩(wěn)。基于EKC的相關(guān)結(jié)果，考慮經(jīng)濟增長和環(huán)境污染之間可能存在的二次曲線和三次曲線關(guān)系，本文分別構(gòu)建引入人均GDP指標(biāo)二次項的模型以及人均GDP指標(biāo)三次項的模型，并根據(jù)模型估計結(jié)果確定最終的模型形式。基礎(chǔ)模型如下：

lnPit=α0+α1lnPGit+α2(lnPGit)2+α4SIit+α5EIit+α6lnUit+α7lnBit+α8Rit+α9lnPDit+α10lnCit+α11Git+α12ERit+μit

(5)

lnPit=α0+α1lnPGit+α2(lnPGit)2+α3(lnPGit)3+

α4SIit+α5EIit+α6lnUit+α7lnBit+α8Rit+α9lnPDit+α10lnCit+

α11Git+α12ERit+μit

(6)

其中，μit為模型的隨機誤差項。

2.空間滯后模型

在基礎(chǔ)模型之上引入因變量的空間變量，構(gòu)建面板數(shù)據(jù)的空間滯后模型，具體模型如下：

lnPit=α0+α1lnPGit+α2(lnPGit)2+α4SIit+α5EIit+α6lnUit+α7lnBit+α8Rit+α9lnPDit+α10lnCit+α11Git+

(7)

lnPit=α0+α1lnPGit+α2(lnPGit)2+α3(lnPGit)3+

α4SIit+α5EIit+α6lnUit+α7lnBit+α8Rit+α9lnPDit+α10lnCit+

(8)

其中，∑WlnPit為因變量的空間變量；面板數(shù)據(jù)模型的隨機誤差項被分解為μit= δit+uit+εi； δit為時間效應(yīng)隨機擾動項；uit為個體效應(yīng)隨機擾動項；εit為隨機誤差項；ρ為空間變量系數(shù)，表示空間溢出效應(yīng)的程度；W為空間權(quán)重矩陣。

3.空間誤差模型

在基礎(chǔ)模型之上引入殘差項的空間變量，構(gòu)建面板數(shù)據(jù)的空間誤差模型，具體模型如下：

lnPit=α0+α1lnPGit+α2(lnPGit)2+α4SIit+α5EIit+α6lnUit+α7lnBit+α8Rit+α9lnPDit+α10lnCit+α11Git+

α12ERit+δit+uit+εit

(9)

lnPit=α0+α1lnPGit+α2(lnPGit)2+α3(lnPGit)3+

α4SIit+α5EIit+α6lnUit+α7lnBit+α8Rit+α9lnPDit+α10lnCit+

α11Git+α12ERit+δit+uit+εit

(10)

其中，λ為回歸殘差之間空間相關(guān)性強度。

三、經(jīng)驗分析

(一)空間自相關(guān)性分析

考察空氣污染是否存在空間自相關(guān)性，對其進行分析和檢驗，若空氣污染不存在顯著的空間自相關(guān)性，則構(gòu)建普通面板數(shù)據(jù)模型即可；若存在顯著的空間自相關(guān)性，則必須考慮空氣污染水平的空間效應(yīng)，構(gòu)建空間計量模型。目前常用的空間自相關(guān)檢驗方法有兩種：一是全局空間自相關(guān)檢驗，二是局域空間自相關(guān)檢驗。筆者采用Moran指數(shù)和LISA集聚圖分別對中國城市空氣污染水平進行空間自相關(guān)檢驗。其中，采用城市間地理距離的倒數(shù)來構(gòu)建空間權(quán)重矩陣。

Moran指數(shù)反映的是空間鄰近區(qū)域單元的屬性值的相似程度。Moran指數(shù)的數(shù)值I位于-1—1之間。當(dāng)I>0且檢驗顯著時，表示各城市的空氣污染水平是正自相關(guān)的，即相似的空氣污染水平傾向于聚集在一起的地理分布模式；當(dāng)I<0且檢驗顯著時，表示各城市的空氣污染水平是負自相關(guān)，即不同的空氣污染水平傾向于聚集在一起的地理分布模式。檢驗結(jié)果表明，中國30個省會城市空氣污染的Moran統(tǒng)計值在12年間除2004—2008年未通過顯著性檢驗，其余7年均通過了5%的顯著性水平檢驗，其中4年通過了1%的顯著性水平檢驗。與此同時，對2001—2012年城市空氣污染綜合指數(shù)的平均值進行空間自相關(guān)檢驗，結(jié)果表明Moran統(tǒng)計值為0.038，并通過了5%的顯著性水平檢驗。以上結(jié)果作為空間效應(yīng)的初步檢驗，為城市空氣污染存在空間自相關(guān)提供了證據(jù)。通過顯著性檢驗的7個年份以及2001—2012年均值的Moran指數(shù)全部顯著為正，說明城市空氣污染水平在空間上并非隨機分布，而是存在著顯著的正自相關(guān)空間依賴性。

進一步，通過Moran散點圖識別各個城市空氣污染水平與其鄰近城市空氣污染水平之間的關(guān)系。圖2是30個省會城市在2001年、2009年和2012年的空氣污染水平Moran散點分布圖。*該散點圖以標(biāo)準化的空氣污染水平值為橫軸，以標(biāo)準化的城市空氣污染水平的空間滯后值為縱軸，以二者的平均值為軸的中心，將圖分為四個象限，分別表示四種不同的集群模式。第Ⅰ象限為高—高的集群模式(H-H)，表示空氣污染水平較高的城市被空氣污染水平較高的鄰近城市包圍；第Ⅱ象限為低—高的集群模式(L-H)，表示空氣污染水平較低的城市被空氣污染水平較高的鄰近城市包圍；第Ⅲ象限為低—低的空間集群模式(L-L)，表示空氣污染水平較低的城市被空氣污染水平較低的鄰近城市包圍；第Ⅳ象限為高—低的空間集群模式(H-L)，表示空氣污染水平較高的城市被空氣污染水平較低的鄰近城市包圍。

圖像顯示，大多數(shù)城市位于第Ⅰ象限和第Ⅲ象限，表現(xiàn)為城市空氣污染水平正空間自相關(guān)的分布特征；少數(shù)城市位于第Ⅱ象限和第Ⅳ象限，由于全局Moran指數(shù)值表現(xiàn)為正相關(guān)，則第Ⅱ象限和第Ⅳ象限為非典型觀測區(qū)域，這些城市偏離了全域正空間自相關(guān)的總體趨勢。比較三個時間段的Moran散點圖發(fā)現(xiàn)，2001年H-H型和L-L型城市占66.600%(18個)，其中H-H型占33.300%(10個)，L-L型占33.300%(8個)；2009年H-H型和L-L型城市占70%(21個)，其中H-H型占43.300%(13個)，L-L型占26.700%(8個)，相比2001年，H-H型城市增加了3個，L-L型城市分別減少了2個，說明這一時期城市高空氣污染水平的空間集聚有所增強，低空氣污染水平的空間集聚有所減弱。2012年，H-H型和L-L型城市占63.300%(19個)，其中H-H型占40%(12個)，L-L型占23.300%(7個)，與2009年相比，H-H型和L-L型城市各減少了1個，變化較小，說明這一時期城市空氣污染水平的空間集聚程度趨于穩(wěn)定。綜上，中國空氣污染水平總體上以H-H型集聚和L-L型集聚為主，呈現(xiàn)出相似值的空間關(guān)聯(lián)，進一步證實了空氣污染水平存在顯著的正空間自相關(guān)。

從城市的空間集聚上看，2001年，H-H型集聚城市主要分布在長江以北的華北地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)及西部地區(qū)，而L-L型集聚城市主要分布在中國東南沿海和華南地區(qū)。2009年，H-H型集聚城市的范圍擴大，長江以北地區(qū)基本成為H-H型城市集聚區(qū)，L-L型集聚城市主要分布在華南地區(qū)。同2009年相比，2012年不同類型城市的集聚區(qū)并沒有發(fā)生顯著變化。綜合而言，長江以北地區(qū)是高空氣污染水平城市的主要集聚區(qū)，華南地區(qū)是低空氣污染水平的主要集聚區(qū)，整體上以長江為界，由南向北，從低空氣污染集聚區(qū)向高空氣污染集聚區(qū)過渡。進一步通過局域空間關(guān)聯(lián)指標(biāo)LISA檢驗局部地區(qū)高值或低值是否在空間上趨于集聚。LISA集聚圖表明，中國30個省會城市空氣污染水平在空間分布上形成了兩個不同的集聚區(qū)域：一是高空氣污染水平的空間集聚區(qū)域，主要分布在太原、呼和浩特、蘭州、西寧、烏魯木齊五個城市；二是低空氣污染水平的空間集聚區(qū)域，主要分布在南寧、海口、廣州三個城市。*由于篇幅限制，Moran散點空間分布圖和LISA集聚圖可向作者索取。

圖2 2001年、2009年和2012年空氣污染水平Moran散點圖

(二)模型的估計和選擇

首先，筆者采用普通面板數(shù)據(jù)模型估計，先確定模型的具體形式，即確定模型是采用混合模型、固定效應(yīng)模型或是隨機效應(yīng)模型。通過構(gòu)建F統(tǒng)計量對混合模型和固定效應(yīng)模型進行選擇判斷，通過Breusch-Pagan檢驗對混合模型和隨機效應(yīng)模型進行選擇判斷，當(dāng)二者都拒絕了混合模型時，通過Hausman檢驗對隨機效應(yīng)模型和固定效應(yīng)模型進行選擇判斷。模型1和模型2的F檢驗及Breusch-Pagan檢驗均拒絕了混合模型，同時，Hausman檢驗未通過，無法拒絕建立隨機效應(yīng)模型的原假設(shè)，故采用隨機效應(yīng)模型。

其次，對模型的空間相關(guān)性進行檢驗，進而在空間滯后模型和空間誤差模型中做出選擇。目前常用的空間相關(guān)性檢驗方法如Moran’s I、LM-error、Robust LM-error、LM-lag、Robust LM-lag等都是針對截面數(shù)據(jù)回歸模型的，而面板數(shù)據(jù)空間計量模型的選擇方法尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準，較為常用的做法是先對面板數(shù)據(jù)進行混合OLS回歸，然后運用由Anselin[9]提出的針對截面數(shù)據(jù)模型的選擇機制，具體步驟如下：一是通過Moran’s I判斷是否存在空間相關(guān)性，若存在則需要在模型中引入空間變量。二是比較LM-error和LM-lag統(tǒng)計量的值，若只有LM-error統(tǒng)計量通過了顯著性檢驗，則選擇空間誤差模型，若只有LM-lag統(tǒng)計量通過了顯著性檢驗，則選擇空間滯后模型，同時模型選擇結(jié)束。若二者都通過了顯著性檢驗，則繼續(xù)比較Robust LM-error、Robust LM-lag統(tǒng)計量的值，同理，Robust LM-error對應(yīng)于空間誤差模型，Robust LM-lag對應(yīng)于空間滯后模型。為了判斷模型1和模型2中是否需要引入空間變量以及采用何種空間計量模型，進行了上述相關(guān)檢驗，結(jié)果如表2和表3所示。檢驗結(jié)果表明，Moran’s I均通過了1%的顯著性水平，說明存在明顯的空間溢出效應(yīng)，模型1和模型2中均需引入空間變量。同時，對應(yīng)于空間誤差模型的LM-error、Robust LM-error統(tǒng)計量均不顯著，而對應(yīng)于空間滯后模型的LM-lag、Robust LM-lag統(tǒng)計量均通過了5%的顯著性水平檢驗，因此根據(jù)上述選擇機制，模型1和模型2都應(yīng)引入被解釋變量的空間變量，采用空間滯后模型，即模型3和模型4。為了模型估計結(jié)果的穩(wěn)健性，筆者同時給出了普通面板數(shù)據(jù)模型、空間滯后模型、空間誤差模型的估計結(jié)果。

表2 城市空氣污染的普通面板模型和空間計量模型估計結(jié)果

注：***表示在1%水平上顯著，**表示在5%水平上顯著，*表示在10%水平上顯著，下同。

表3 空間相關(guān)性檢驗

面板數(shù)據(jù)隨機效應(yīng)模型的R2值只是統(tǒng)計數(shù)值，而無法表示模型的擬合優(yōu)度，因此采用對數(shù)似然值Log-L對模型擬合效果進行判斷，Log-L值越大，模型擬合效果越好。表2所示結(jié)果表明，空間滯后模型和空間誤差模型的對數(shù)似然值相比普通面板數(shù)據(jù)模型顯著提高，進一步說明了空間計量模型相較于普通計量模型能更準確地進行模型估計。同時，無論是普通面板數(shù)據(jù)模型，還是空間滯后模型以及空間誤差模型，引入lnPG三次項的模型的對數(shù)似然值均高于引入lnPG二次項的模型的對數(shù)似然值，且引入lnPG三次項的空間滯后模型以及空間誤差模型相比引入lnPG二次項，解釋變量系數(shù)估計的顯著性有所提高。繼續(xù)比較引入lnPG三次項的空間滯后模型(模型4)和空間誤差模型(模型6)，前者對數(shù)似然值高于后者。綜上，引入lnPG三次項的空間滯后模型即模型4估計結(jié)果更優(yōu)。模型4的估計結(jié)果顯示空間滯后系數(shù)ρ為16.110，且通過了1%水平的顯著性檢驗，這說明城市空氣污染之間存在顯著為正的空間溢出效應(yīng)。對于空氣污染水平較高的城市，其附近城市受其影響，空氣污染水平也會偏高。與此同時，普通面板模型、空間滯后面板模型和空間誤差面板模型估計結(jié)果的主要結(jié)論基本一致。

(三)結(jié)果分析

1.經(jīng)濟發(fā)展因素

在經(jīng)濟增長方面，存在lnPG三次項的三次曲線估計結(jié)果明顯優(yōu)于二次曲線的結(jié)果，說明城市經(jīng)濟增長與空氣污染之間存在倒N型的曲線關(guān)系，即城市空氣污染隨著人均GDP的增長先下降，后上升，再下降。與傳統(tǒng)EKC倒U型假說相比，朱平輝等[15]認為，倒 N 型曲線關(guān)系也符合 EKC 所描述的環(huán)境與發(fā)展特征，即“一個令人滿意的人均 GDP 和環(huán)境污染的長期關(guān)系將存在”，只是倒 N 型關(guān)系在早期有較大的波動。另外，這可能是由于本文采取的樣本是省會城市，一般而言，省會城市對于經(jīng)濟增長質(zhì)量的管控會更加嚴格，對企業(yè)污染排放標(biāo)準的要求更高，集約化程度更高，因此，相較于一般城市樣本實證得出的結(jié)論，省會城市的經(jīng)濟增長與空氣污染之間的互動規(guī)律呈現(xiàn)出不同的形態(tài)。

在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，模型估計結(jié)果顯示，第二產(chǎn)業(yè)比重的提高會導(dǎo)致空氣污染的加劇，二者呈正相關(guān)關(guān)系。目前，雖然中國大部分省會城市是“三二一”的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，但除北京、海口等城市外，其他城市的第二產(chǎn)業(yè)的比重依然較高。因此，第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況對于空氣污染防控形勢依然具有關(guān)鍵作用。

在能源消耗強度方面，模型估計結(jié)果顯示，工業(yè)能源消耗強度通過了1%水平的顯著性檢驗，說明工業(yè)能源消耗強度對城市空氣污染具有顯著作用，能源消耗強度越大，空氣污染水平越高，二者呈正相關(guān)關(guān)系。估計結(jié)果還顯示，相比第二產(chǎn)業(yè)占比和工業(yè)能源消耗強度，后者對城市空氣污染的影響作用更大。第二產(chǎn)業(yè)占比是對經(jīng)濟整體結(jié)構(gòu)的衡量，而工業(yè)能源消耗強度則反映出工業(yè)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平，即產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的提高相比整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，能更有效地改善城市空氣質(zhì)量。

2.城市擴張因素

在建成區(qū)面積方面，城市建成區(qū)面積增長是城市向外擴張最直接的反映。模型估計結(jié)果顯示，建成區(qū)面積在1%水平上顯著，說明城市土地擴張對城市空氣污染具有顯著影響，且二者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，城市土地的擴張加劇了空氣污染的嚴重性。圖3反映了30個省會城市從2001—2012年城市建成區(qū)面積和道路面積的增長幅度。12年間，30個城市的建成區(qū)面積快速增長，平均增長幅度高達123%，重慶市建成區(qū)面積增長幅度最大，將近300%。由此，在城市土地快速擴張的影響機制下，城市空氣質(zhì)量逐步惡化。

圖3 2001—2012年城市建成區(qū)面積和道路面積增幅

在房屋建筑施工面積方面，建筑施工理論上會產(chǎn)生揚塵，進而導(dǎo)致空氣中可吸入顆粒物的增加。但計量檢驗的結(jié)果表明，房屋建筑施工面積并未對城市空氣污染造成顯著影響。這說明城市房屋建筑施工現(xiàn)場做了有效的揚塵控制，特別是在省會城市，由于施工現(xiàn)場揚塵污染的感官感受明顯，公眾環(huán)保意識相對較高，施工單位容易受到公眾投訴監(jiān)督，進而施工過程的污染控制能夠有效實現(xiàn)。

在城市道路面積占比方面，這一指標(biāo)在10%水平上通過了顯著性檢驗，城市道路建設(shè)與空氣污染之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。在機動車尾氣排放沒有得到有效控制的情況下，道路面積的快速增長意味著城市交通污染的增加，這也是城市擴張所帶來的副產(chǎn)品。

四、結(jié) 論

通過分析經(jīng)濟發(fā)展和城市擴張對空氣質(zhì)量影響機理。運用探索性空間數(shù)據(jù)分析方法對中國30個省會城市2001—2012年間空氣污染的分布格局進行分析，并進一步用空間滯后模型和空間誤差模型實證分析經(jīng)濟發(fā)展和城市擴張對城市空氣污染的影響，得出以下結(jié)論與啟示。

首先，中國省會城市空氣污染存在顯著的正空間自相關(guān)性。城市的空氣污染水平會受到其周邊城市空氣污染水平的影響，城市空氣污染存在空間溢出效應(yīng)。長江以北形成了高空氣污染城市的集聚區(qū)，華南地區(qū)是低空氣污染城市的集聚區(qū)。為此，空氣污染治理需要加強區(qū)域合作，通過建立空氣污染合作治理模式，培育城市間的共贏觀念，協(xié)調(diào)區(qū)域間的利益關(guān)系，降低合作交易成本，以避免屬地治理引起的“搭便車”行為和環(huán)境治理的“囚徒困境”。

其次，經(jīng)濟發(fā)展與城市擴張對空氣污染具有顯著影響。經(jīng)濟增長與空氣污染之間呈現(xiàn)倒N型的三次曲線關(guān)系，即城市空氣污染隨著人均GDP的增長呈現(xiàn)先下降，后上升，再下降的走勢。第二產(chǎn)業(yè)比重和能源消費強度與城市空氣污染之間具有正相關(guān)關(guān)系，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級和生產(chǎn)技術(shù)水平的提高均有助于城市空氣污染的改善。與此同時，中國城市建設(shè)區(qū)面積和城市道路面積在2001—2012年期間大幅增長，同時二者通過生產(chǎn)生活集聚、能源消耗、施工建設(shè)等形式，對城市空氣污染產(chǎn)生顯著正相關(guān)影響。但房屋建筑施工面積對空氣污染的影響并不顯著，這可能是由于施工現(xiàn)場做了有效的揚塵控制。另外，城市綠化和環(huán)境規(guī)制對空氣污染具有顯著的抑制作用。空氣污染已經(jīng)成為快速人口城市化和土地城市化過程中不得不考慮的問題，提高空氣質(zhì)量，改善人居環(huán)境是未來中國城市化進程的應(yīng)有之意。

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(責(zé)任編輯：于振榮)

F062

：A

：1000-176X(2017)09-0114-09

2017-06-27

福建省中國特色社會主義理論體系研究中心項目“中國生態(tài)文明試驗區(qū)(福建)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展新動能研究”(2017TWZ007)；福建省環(huán)保科技計劃項目“閩臺環(huán)保產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展研究”(2015R018)

郭施宏(1991-)，男，浙江玉環(huán)人，博士研究生，主要從事環(huán)境與資源管理研究。E-mail：guoshihong1991@126.com 高 明(1965-)，男，吉林農(nóng)安人，教授，管理學(xué)博士，博士生導(dǎo)師，主要從事環(huán)境與資源管理研究。E-mail：gaoming65@163.com 吳雪萍(1990-)，女，福建漳州人，博士研究生，主要從事環(huán)境與資源管理研究。E-mail：348036104@qq.com