基于環境庫茲涅茨曲線的中國城市環境空氣質量主要影響因素

李莉娜，潘本鋒，王 帥，董廣霞

中國環境監測總站，國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室，北京 100012

基于環境庫茲涅茨曲線的中國城市環境空氣質量主要影響因素

李莉娜，潘本鋒，王 帥，董廣霞

中國環境監測總站，國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室，北京 100012

當前，中國城市環境空氣污染形勢十分嚴峻，空氣質量呈現出典型的區域性特征。研究對2006—2012年各地區環境空氣質量數據和經濟社會發展指標統計資料面板數據進行分析，結果表明：研究選取時段內多數空氣質量指標與人均國內生產總值之間的關系并不符合典型的環境庫茲涅茨曲線(倒U型曲線)，無顯著相關性，但NO2質量濃度與人均國內生產總值之間呈現出倒N型曲線，空氣質量綜合指數與人口密度之間也呈現出倒N型曲線。空氣質量綜合指數與國民經濟中第二產業占比和第三產業占比之間沒有顯著的相關關系，但與第一產業占比呈顯著的負相關關系。空氣質量綜合指數與主要污染物單位面積排放量呈顯著的正相關關系，與單位面積能源消費總量、單位面積煤炭消費量均呈顯著的正相關關系，表明以煤炭為主要能源類型的能源消費帶來的污染物排放是影響空氣質量的主要因素。空氣質量綜合指數與降水量呈顯著的負相關關系，降水量等氣象條件對空氣質量有一定影響，在開展大氣污染防治時，應綜合考慮各地的自然因素特征，合理確定工作目標和防治對策。

環境空氣質量；庫茲涅茨曲線；影響因素；分析

2012年中國頒布了《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)，新空氣質量標準增加了PM2.5、O3-8h等指標，旨在更加客觀準確地反映中國的空氣質量狀況，從2013年開始，中國部分城市開始逐步按照新標準開展SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5等6個項目的監測。新標準實施以來的監測結果表明，中國環境空氣質量形勢非常嚴峻。

環境保護部發布2015年全國城市空氣質量狀況顯示[1]，2015年起中國共有338個地級以上城市按照《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)開展了監測， 338個城市中共73個城市空氣質量達標， 265個城市超標，達標城市比例僅為21.6%，達標城市主要分布在福建、廣東、云南、貴州、西藏等省份。2015年京津冀區域13個城市平均達標天數比例為52.4%，超標天數比例為47.6%。長三角區域25個城市平均達標天數比例為72.1%，超標天數比例為27.9%。珠三角區域9個城市平均達標天數比例為89.2%，超標天數比例為10.8%。由監測結果可見，中國城市空氣質量形勢總體十分嚴峻，并且京津冀、長三角、珠三角三大重點區域空氣質量狀況差異十分顯著，表明中國城市空氣質量表現出明顯的區域性特征。影響空氣質量的主要因素究竟是什么？這一問題成為近年來研究的熱點，經濟社會發展究竟是引起環境污染的原因還是解決環境問題的動力，關于這個問題的爭論引發了環境庫茲涅茲曲線的研究[2-11]，本文基于環境庫茲涅茲曲線理論，以中國各省(自治區、直轄市，暫不包含港、澳、臺地區數據，下同)2001—2012年空氣質量監測數據以及經濟社會發展指標統計數據等面板數據為對象，研究了空氣質量與主要污染物排放強度、經濟社會發展指標、能源消費量等指標之間的關系，對影響中國城市空氣質量的主要原因進行了分析和探討。

1 城市空氣質量空間分布特征分析

2015年中國31個省(自治區、直轄市)的338個地級以上城市按照空氣質量新標準要求開展了空氣質量監測，為比較各地區空氣質量的綜合狀況，研究采用空氣質量綜合指數法進行區域間比較，綜合指數越大表明空氣質量越差。空氣質量綜合指數綜合考慮了6項污染物的濃度水平，將各項污染物的濃度進行無量綱化得到各項污染物的單項質量指數，再將各單項質量指數相加即得到空氣質量綜合指數，其能夠綜合、客觀地反映某一區域的環境空氣質量，并用于空氣質量趨勢分析和比較[12-18]。各省(自治區、直轄市)各項污染物的濃度由轄區內各城市污染物濃度算術平均得到。2015年各省(自治區、直轄市)空氣質量綜合指數分布情況見表1。

表1 2015年全國空氣質量綜合指數統計Table 1 National air quality compositeindex of China in 2015

從表1可見，2015年中國空氣污染較重的城市主要集中在京津冀及周邊地區、東北地區、長三角地區、中部地區和西北部分地區；而西南地區、東南地區、珠三角地區空氣質量相對較好，空氣質量呈現出典型的區域性特征。

2 空氣質量影響因素分析

2.1空氣質量與經濟社會發展的關系分析

選取全國各地區2006—2012年經濟社會發展指標與空氣質量指標面板數據為研究對象，選定空氣質量綜合指數、SO2、NO2、PM10質量濃度作為空氣質量指標，選定人均國內生產總值、人口密度、國民經濟中各產業占比作為經濟社會發展指標，分別將空氣質量指標與經濟社會發展指標進行擬合分析，分析結果見圖1～圖8。

圖1 空氣質量綜合指數與人均國內生產總值的關系Fig.1 The relationship between air quality compositeindex and GDP per capita

圖2 SO2平均質量濃度與人均國內生產總值的關系Fig.2 The relationship between the mean concentration of SO2 and GDP per capita

圖3 PM10平均質量濃度與人均國內生產總值的關系Fig.3 The relationship between the mean concentration of PM10 and GDP per capita

圖4 NO2平均質量濃度與人均國內生產總值的關系Fig.4 The relationship between the mean concentration of NO2 and GDP per capita

圖5 空氣質量綜合指數與人口密度的關系Fig.5 The relationship between air quality compositeindex and density of population

圖6 空氣質量綜合指數與第一產業占比的關系Fig.6 The relationship between air quality composite index and the proportion of the primary industry

圖7 空氣質量綜合指數與第二產業占比的關系Fig.7 The relationship between air quality composite index and the proportion of the second industry

圖8 空氣質量綜合指數與第三產業占比的關系Fig.8 The relationship between air quality composite index and the proportion of the third industry

由圖1～圖4可見，2006—2012年中國各地區的空氣質量綜合指數、SO2和PM10質量濃度與人均國內生產總值之間并沒有呈現出典型的環境庫茲涅茨曲線(倒U型曲線)，并且與人均國內生產總值之間沒有明顯的相關性，但考慮到研究選取時段的局限性，上述各空氣質量指標與國內生產總值之間的關系還有待于進一步研究；NO2質量濃度與人均國內生產總值之間呈現出一定的相關性，其回歸方程為y=-9E-14x3+1E-08x2-0.0003x+26.799,其相關系數(r)達到0.659，擬合曲線同樣不符合典型的環境庫茲涅茨曲線(倒U型曲線)特征，而是呈現出倒N型特征，即NO2濃度伴隨著人均國內生產總值的增長，先下降再上升，最后又下降，研究選取的時段處于倒N型曲線中的上升部分，即NO2濃度隨著人均國內生產總值的增長有升高趨勢。

由圖5可見，空氣質量綜合指數與人口密度具有一定的相關性，其擬合曲線回歸方程為y=-2E-09x3+5E-06x2-0.001 3x+2.461 3,其r值達到0.474，其擬合曲線呈典型的倒N型特征，即空氣質量綜合指數隨著人口密度的增大，先下降后上升，當人口密度達到一定程度后又出現下降趨勢，研究選取的時段內除了北京、天津、上海等特大型城市外，其他城市均處于空氣質量綜合指數隨人口密度的增大而增大的階段。

由圖6～圖8可見，空氣質量綜合指數與國民經濟中第一產業占比呈現出顯著的負相關，與第二產業占比和第三產業占比沒有明顯的相關性，表明伴隨著第一產業占比的下降，第二產業與第三產業總量的增加，空氣污染出現加重趨勢，并且第二產業與第三產業對環境質量的影響是綜合性的，部分地區第二產業占比下降、第三產業占比上升后空氣質量并沒有出現明顯好轉，因此在產業結構調整、大力發展第三產業的同時，也必須注意第三產業占比迅速增加的同時出現的人口增長、交通污染加劇、生活面源污染加重等因素對環境帶來的不利影響。

2.2空氣質量與污染物排放的關系分析

選取2006—2012年各地區空氣質量綜合指數作為空氣質量指標，選取全國各地區單位面積SO2排放量、NOx排放量、煙粉塵排放量作為污染物排放的關鍵指標，將空氣質量指標與污染物排放指標進行擬合分析，分析結果見圖9～圖11。

圖9 空氣質量綜合指數與單位面積SO2排放量的關系Fig.9 The relationship between air quality compositeindex and the total SO2 emission per area

圖10 空氣質量綜合指數與單位面積 NOx排放量的關系Fig.10 The relationship between air quality composite index and the total NOx emission per area

圖11 空氣質量綜合指數與單位面積 煙粉塵排放量的關系Fig.11 The relationship between air quality composite index and the total dust emission per area

從圖9～圖11可見，空氣質量綜合指數與單位面積SO2排放量、NOx排放量、煙粉塵排放量均呈現出顯著的正相關關系，即空氣質量綜合指數隨著單位面積內污染物排放量的增大而增大，表明單位面積污染物排放量是影響環境空氣質量的主要因素。

2.3空氣質量與能源消費的關系分析

選取2006—2012年全國各地區空氣質量綜合指數作為空氣質量指標，選取全國各地區單位面積能源消費總量、煤炭消費量作為能源消費指標，將空氣質量指標與能源消費指標進行擬合分析，分析結果見圖12和圖13。

由圖12和圖13可見，空氣質量綜合指數與單位面積能源消費總量、單位面積煤炭消費量呈顯著的正相關關系，即空氣質量綜合指數隨著單位面積能源消費總量、煤炭消費量的增大而增大，表明中國的空氣污染仍屬于典型的能源消費型污染，并且呈現出明顯的煤煙型污染特征，在當前中國能源消費水平遠沒有達到發達國家水平的情況下，伴隨著中國經濟社會的發展，能源消費量將持續增加，如何在能源消費增加的前提下，改善空氣質量是一個迫切需要研究和解決的問題。

圖12 空氣質量綜合指數與單位面積 能源消費總量的關系Fig.12 The relationship between air quality composite index and the total energy consumption per area

圖13 空氣質量綜合指數與單位 面積煤炭消費量的關系Fig.13 The relationship between air quality composite index and the total coal consumption per area

2.4空氣質量與降水量的關系分析

空氣質量除了與污染物排放量等直接因素有關外，還往往受到氣象條件等自然因素的影響，不利的氣象條件能夠加重污染，有利的氣象條件可以促進污染物的擴散或沉降，有助于改善空氣質量。各種天氣現象中降水對空氣質量的影響是最直接的，降水過程可以直接影響到空氣中污染物的存留時間，大部分的污染物都可以通過降水沉降到地表，而使空氣質量得以改善，因為中國地域廣闊，不同區域的城市有著不同的氣候類型，各城市間降水量差異顯著，因此研究以各省會城市為對象，將2006—2012年全國各省會城市空氣質量綜合指數與其年降水量進行擬合分析，分析結果見圖14。

圖14 空氣質量綜合指數與年降水量的關系Fig.14 The relationship between air quality composite index and annual precipitation

從圖14可見，空氣質量綜合指數與降水量呈現顯著的負相關關系，即空氣質量綜合指數隨著降水量的增大而下降。統計資料[19]顯示2006—2012年間，位于京津冀區域的北京市年降水量為318～733 mm之間，而位于珠三角的廣州市同期的年降水量為1 370～2 354 mm，降水量的巨大差異使得污染物擴散和沉降條件差異很大。因此，自然氣象條件的差異同樣是導致空氣質量呈現典型區域性特征的重要因素之一。從表1可見，中國目前污染較重的區域往往是降水量偏少的干旱地區，不利于污染物的自然沉降，因此在開展大氣污染防治時，應充分考慮當地降水量等自然氣象條件對空氣質量的影響，因地制宜合理確定工作目標和防治對策。

3 結論

中國城市空氣污染形勢總體較為嚴峻，空氣質量呈現出典型的區域性特征，污染較重的區域主要集中在京津冀及周邊地區、東北地區、長三角地區、中部地區和西北部分地區；而西南地區、東南地區、珠三角地區空氣質量相對較好。

對可能影響環境空氣質量的主要經濟社會發展指標綜合分析結果表明，空氣質量指標與人均國內生產總值之間的關系并不符合典型的環境庫茲涅茨曲線(倒U型曲線)，但考慮到研究選取時段的局限性，各空氣質量指標與國內生產總值之間的關系還有待于進一步研究；NO2濃度與人均國內生產總值之間呈現倒N型曲線關系，隨著人均國內生產總值的增長先上升后下降；空氣質量綜合指數與人口密度之間也呈現出倒N型曲線，隨著人口密度的增長先上升后下降；空氣質量綜合指數與第一產業占比呈顯著的負相關關系，與第二產業和第三產業占比之間沒有顯著的相關關系，在產業結構調整過程中，也必須注意第三產業占比迅速增加對環境帶來的不利影響。

空氣質量綜合指數與SO2、NO2、煙粉塵等主要污染物單位面積排放量呈顯著的正相關關系，與單位面積能源消費總量、單位面積煤炭消費量均呈顯著的正相關關系，表明以煤炭為主要能源的能源消費帶來的主要污染物排放是影響空氣質量的主要因素。

空氣質量綜合指數與降水量呈顯著的負相關關系，降水量對空氣質量有一定影響，在開展大氣污染防治時，應該綜合考慮各地的降水量等自然因素特征，合理確定工作目標和防治對策。

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AnalysisontheMainFactorsthatAffectedAirQualityBasedontheEnvironmentalKuznetsCurves

LI Lina,PAN Benfeng,WANG Shuai,DONG Guangxia

State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring,China National Environmental Monitoring Centre，Beijing 100012,China

The air pollution in the most cities of China are serious, and the air quality in one provincial area is obviously different from other area, The air quality data and the statistical data about the developing of economy and society in 2006-2012 were studied in this paper.The results showed that there was not a normal Environmental Kuznets Curves between the most air quality index and the per capita GDP, the correlation was not obvious, but the correlation between the average concentration of NO2and the per capita GDP was a inverted N, and the correlation between the air quality composite index and the density of population also was a inverted N. There was not a obvious correlation between the air quality composite index and the proportion of the secondary occupation and the service sector, but there was an obvious negative correlation for the primary industry. There were some positive correlations between the air quality composite index and the total emission per area,the total energy consumption per area, and the total coal consumption per area, so the emission that from the energy consumption is the main factor that affect the air quality in China. There was a an obvious negative correlation between the air quality composite index and the precipitation, so the meteorological condition also can influence the air quality, and should be think about in the target setting and policy making about preventing pollution and improving air quality.

ambient quality;Kuznets Curve impact;factor;analysis

X823

A

1002-6002(2017)05- 0109- 07

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.05.16

2016-06-14;

2016-09-30

李莉娜(1979-)，女，河南偃師人，碩士，高級工程師。

潘本鋒