中國城市霧霾的影響因素研究

郭愛君，胡安軍

（蘭州大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，蘭州 730000）

0 引言

近年來，中國大范圍、持續(xù)的城市霧霾污染事件引起人們廣泛關(guān)注，為治理環(huán)境污染，國務(wù)院于2016年11月印發(fā)了《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》，將提高環(huán)境質(zhì)量，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境綜合治理，作為未來一段時(shí)期的核心任務(wù)。那么，是什么原因造成了中國城市霧霾污染呢？對(duì)此，學(xué)者們分析了經(jīng)濟(jì)增長，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城鎮(zhèn)化、技術(shù)進(jìn)步和環(huán)境規(guī)制等因素對(duì)城市環(huán)境的影響。多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與城市環(huán)境污染之間存在倒U型關(guān)系，即隨著經(jīng)濟(jì)的增長，環(huán)境污染加重，當(dāng)經(jīng)濟(jì)增長到某一水平后，環(huán)境污染隨著經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步增長而得到改善[1,2]。關(guān)于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境影響的研究，主要從工業(yè)化視角來分析，工業(yè)化對(duì)環(huán)境影響是雙向的，一方面環(huán)境污染源自工業(yè)化，另一方面工業(yè)化推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為環(huán)境污染治理提供了資金來源[3]。城鎮(zhèn)化帶來了人口集聚，城市人口集聚和生活方式改變，對(duì)吃穿住行需求進(jìn)一步膨脹，加劇了城市空氣污染；當(dāng)然，城市化也帶來了集聚，由此產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)外溢，使得城市可以集中地處理污染排放，提高環(huán)境效率，有助于緩解空氣污染[4]。此外，生產(chǎn)技術(shù)將會(huì)向著更清潔和利用率更高的方向發(fā)展，使得人類在未來有更好的生態(tài)環(huán)境和生存方式[5]。

目前與城市霧霾相關(guān)的研究主要集中分析城市環(huán)境污染的影響因素，較少就城市霧霾進(jìn)行專門研究，然而，城市霧霾又受到廣泛關(guān)注。為此，本文選取涵蓋社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科教和氣象等方面的因素，分析這些因素對(duì)城市霧霾的影響，為城市治理霧霾提供理論借鑒。

1 模型構(gòu)建、變量選取與數(shù)據(jù)來源

1.1 模型構(gòu)建

在對(duì)環(huán)境問題進(jìn)行研究時(shí)，Dietz等（2003）[6]構(gòu)建的STIRPAT模型被廣泛應(yīng)用，其表達(dá)式為：

其中,I表示環(huán)境的指標(biāo)，P、A、T分別為人口、財(cái)富和技術(shù)等指標(biāo)，b、c、d為對(duì)應(yīng)變量的指數(shù)，e為隨機(jī)誤差項(xiàng)。在進(jìn)行分析時(shí)，常對(duì)STIRPAT模型兩邊取自然對(duì)數(shù)，得到模型的對(duì)數(shù)回歸形式，即：

這樣既能夠減少變量的異方差性，又可以直接得到各變量的彈性系數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，研究者會(huì)根據(jù)研究視角不同，對(duì)式（2）進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。基于本文研究需要，將模型拓展為如下形式：

其中，i和t分別表示城市和時(shí)間，smog表示霧霾，popu表示城市人口規(guī)模，pgdp表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，sced表示科教支出水平，indu表示工業(yè)化水平，rain表示降雨量,νi和τt分別表示個(gè)體固定效應(yīng)和時(shí)間固定效應(yīng)，μit為隨機(jī)干擾項(xiàng)。

1.2 變量選取與數(shù)據(jù)來源

在參考現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文分析城市人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科教支出水平、工業(yè)化水平和降雨量等因素對(duì)城市霧霾的影響。共收集了2005—2015年中國30個(gè)省會(huì)城市（含自治區(qū)首府和直轄市，不含拉薩）的相關(guān)數(shù)據(jù)。主要變量和數(shù)據(jù)說明如下：

（1）城市霧霾(smog)。在借鑒以往學(xué)者研究基礎(chǔ)上，考慮到數(shù)據(jù)的可得性，本文選擇PM10作為城市霧霾的代理指標(biāo)，這樣城市霧霾就是負(fù)向指標(biāo)，其值越小空氣質(zhì)量越好，數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》。

（2）城市人口規(guī)模（popu）。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中，常將城市人口規(guī)模作為度量城市規(guī)模主要指標(biāo)，本文也使用城市人口規(guī)模作為度量城市規(guī)模的代理變量，來分析其對(duì)城市霧霾產(chǎn)生的影響，數(shù)據(jù)來自《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

（3）經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平（pgdp）。衡量地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的常用指標(biāo)有GDP和人均GDP，人均GDP剔除人口因素的影響，更能體現(xiàn)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)所處的發(fā)展階段，為此本文選取人均GDP作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的代理變量。在具體進(jìn)行分析時(shí)，使用各城市地區(qū)生產(chǎn)總值的增長指數(shù)將各年名義地區(qū)生產(chǎn)總值轉(zhuǎn)換成以2005年為基年的實(shí)際地區(qū)生產(chǎn)總值，然后除以人口總數(shù)，即可得到人均地區(qū)生產(chǎn)總值，數(shù)據(jù)來自《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

（4）科教支出水平（sced）。科技支出能夠提高技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[7]，從而提高了城市環(huán)境效率，此外，科教支出可以提高人們的環(huán)保意識(shí)，推動(dòng)城市環(huán)境的改善。基于數(shù)據(jù)的可得性，本文使用財(cái)政支出中科學(xué)事業(yè)和教育事業(yè)支出占財(cái)政總支出的比重來表示科教支出，數(shù)據(jù)來源于《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

（5）工業(yè)化水平(indu)。使用第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP的比重來表征工業(yè)化水平，數(shù)據(jù)來自《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

（6）降雨量(rain)。在分析氣象因素對(duì)環(huán)境污染的影響時(shí)，降水量常常作其代理變量進(jìn)行分析。此外，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2005—2016年空氣質(zhì)量較好的前10個(gè)城市年平均降雨量是空氣質(zhì)量較差的前10個(gè)城市年平均降雨量近2倍。基于此，本文將降雨量作為影響城市霧霾的影響因素，數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》。

主要變量的描述性統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 中國城市霧霾影響因素相關(guān)變量的描述性統(tǒng)計(jì)

2 實(shí)證結(jié)果及分析

2.1 基于固定效應(yīng)模型的實(shí)證結(jié)果

模型實(shí)證估計(jì)結(jié)果如表2所示，F(xiàn)檢驗(yàn)（p值為0）和Hausman檢驗(yàn)（p值為0.01）表示應(yīng)選擇固定效應(yīng)模型，從表2第2列的固定效應(yīng)模型回歸結(jié)果可知，解釋變量lnsced前系數(shù)顯著為負(fù)，表明科教支出能夠顯著降低城市霧霾程度。解釋變量lnindu前系數(shù)顯著為正，反映工業(yè)化會(huì)導(dǎo)致城市霧霾程度加大。解釋變量lnrain前系數(shù)顯著為負(fù)，揭示城市降雨會(huì)能夠降低城市霧霾程度，這與現(xiàn)實(shí)情況一致，即降雨能夠增加城市空間濕度，凈化城市空氣，降低城市霧霾濃度。以上只是較為粗略地反映了這種影響，為了更細(xì)致地刻畫上述關(guān)系，本文進(jìn)一步使用分位數(shù)回歸來分析。

2.2 基于分位數(shù)回歸的實(shí)證結(jié)果

固定效應(yīng)本質(zhì)上是一種均值回歸，很難反映不同分布位置上因變量受自變量的影響。分位數(shù)回歸能給出被解釋變量的全面信息，通過對(duì)不同分位數(shù)進(jìn)行回歸，可得到不同分位點(diǎn)下的回歸系數(shù)，由此可對(duì)被解釋變量在不同分位點(diǎn)上的特征進(jìn)行分析。結(jié)合固定效應(yīng)模型和分位數(shù)回歸的優(yōu)點(diǎn)來研究變量之間的關(guān)系，可以更好地在控制個(gè)體差異的基礎(chǔ)上,分析被解釋變量對(duì)解釋變量條件分布在不同分位點(diǎn)上的相互關(guān)系[8],因此本文在固定效應(yīng)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入分位數(shù)回歸分析不同分位點(diǎn)下各因素對(duì)城市霧霾的影響情況。

表2 回歸系數(shù)估計(jì)

分位數(shù)回歸結(jié)果如表2中第3列至第8列所示，分位數(shù)回歸變化趨勢見下頁圖1。在所有分位點(diǎn)上，lnpopu的系數(shù)在1%水平上顯著為正，且彈性系數(shù)呈現(xiàn)先升后降的趨勢，說明城市霧霾在較小和較大水平上，城市規(guī)模對(duì)其影響較小。經(jīng)濟(jì)發(fā)展在所有分位點(diǎn)上的彈性系數(shù)也均為正，但是多數(shù)分位點(diǎn)上不顯著，這也側(cè)面反映中國城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展是以環(huán)境污染為代價(jià)的低質(zhì)量發(fā)展，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展是解決城市霧霾的重要途徑。lnindu在1%水平上對(duì)城市霧霾具有顯著正向影響，隨著分位點(diǎn)的提高，回歸系數(shù)呈整體下降趨勢，這說明隨著城市霧霾的增加，工業(yè)化水平對(duì)其的正向影響逐漸降低。lnrain在所有分位點(diǎn)上均具有較強(qiáng)的顯著性，并且彈性系數(shù)均為負(fù)，這表明降雨量對(duì)城市霧霾具有負(fù)向影響，從圖1來看，所有彈性系數(shù)的絕對(duì)值呈遞增趨勢，這表明城市霧霾程度越大，降雨對(duì)優(yōu)化城市空氣質(zhì)量，降低城市霧霾程度越明顯。這也反映中國主要城市中出現(xiàn)的兩個(gè)特征事實(shí)，一是城市空氣質(zhì)量良好城市的降雨量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于城市空氣質(zhì)量較差城市的降雨量；二是中國北方城市在冬季干燥少雨，霧霾頻發(fā)且較為嚴(yán)重。

2.3 城市規(guī)模、人均GDP與城市霧霾的非線性分析

總體而言，上文中的固定效應(yīng)回歸和分位數(shù)回歸是一種線性回歸。根據(jù)環(huán)境庫茲列茨曲線認(rèn)為，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和環(huán)境間存在非線性關(guān)系，為此，本文進(jìn)一步討論經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和城市規(guī)模等因素對(duì)城市霧霾的非線性影響，在式（4）的基礎(chǔ)上引入城市規(guī)模和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的二次項(xiàng)來進(jìn)行分析。模型如下：

圖1 分位數(shù)回歸趨勢圖

從表3列（1）的回歸結(jié)果可以看出，解釋變量lnpopu2前系數(shù)在1%的顯著性水平下為負(fù)，這表明城市人口規(guī)模與霧霾之間存在倒“U”型的非線性關(guān)系。城市霧霾是人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)的產(chǎn)物，在城市化的初期，城市規(guī)模相對(duì)較小，經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)所產(chǎn)生的污染較小，對(duì)城市霧霾的影響較輕，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市規(guī)模會(huì)對(duì)城市霧霾的正向影響越大。當(dāng)城市人口規(guī)模達(dá)到臨界值（通過計(jì)算為292.0849萬人）之后，隨著城市規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大，城市霧霾呈現(xiàn)下降趨勢。而經(jīng)濟(jì)水平的平方項(xiàng)lnpgdp2為正，但不顯著。

表3中列（3）、列（4）是針對(duì)固定效應(yīng)回歸所做的穩(wěn)健性檢驗(yàn)，其中，列（3）將科教支出替換成教育支出，列（4）是用科技支出替換科教支出。表3中列（5）、列（6）是對(duì)本文城市規(guī)模與城市霧霾之間非線性關(guān)系的穩(wěn)定檢驗(yàn)，其中列（5）將科教支出替換成教育支出，列（6）是用科技支出替換科教支出。從穩(wěn)健性檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文選取的各因素對(duì)城市霧霾的影響，以及城市規(guī)模與城市霧霾間倒“U”型的非線性關(guān)系均相對(duì)穩(wěn)健。

表3 城市規(guī)模、人均GDP與城市霧霾的非線性關(guān)系的估計(jì)結(jié)果

3 結(jié)論與政策啟示

本文基于2005—2016年中國30個(gè)省會(huì)城市（含自治區(qū)首府和直轄市，不含拉薩）的面板數(shù)據(jù)，利用面板固定效應(yīng)模型和分位數(shù)回歸分析城市人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科教支出水平、工業(yè)化水平和氣象條件等因素對(duì)城市霧霾的影響。

研究發(fā)現(xiàn)科教支出能夠顯著降低霧霾，在城市霧霾城市較低時(shí)，科技支出對(duì)城市霧霾的影響較大，而在城市霧霾水平較高時(shí)，其對(duì)城市霧霾的影響較小。工業(yè)化會(huì)導(dǎo)致城市霧霾程度加大，隨著城市霧霾的增加，其他因素的綜合影響也在增加，工業(yè)化水平對(duì)城市霧霾的正向影響相對(duì)降低。城市降雨能夠降低城市霧霾程度，城市霧霾濃度越高，降雨量對(duì)降低城市霧霾濃度的作用越強(qiáng)。中國城市人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)城市霧霾產(chǎn)生正向影響，城市霧霾濃度在較小和較大水平上時(shí)，城市規(guī)模對(duì)其影響相對(duì)較小。城市人口規(guī)模與霧霾之間存在倒“U”型的非線性關(guān)系，在城市發(fā)展的初始階段，城市規(guī)模越大，城市霧霾程度呈現(xiàn)上升的態(tài)勢，當(dāng)城市人口規(guī)模越過臨界值（通過計(jì)算為292.0849萬人）之后，隨著城市規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大，城市霧霾城市出現(xiàn)下降趨勢，這可能由于城市規(guī)模達(dá)到一定程度后，城市發(fā)展由量的擴(kuò)展，變?yōu)橘|(zhì)的發(fā)展，也從無序膨脹轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虬l(fā)展，一方面城市發(fā)揮了人口集聚的規(guī)模效應(yīng)，另一方面城市對(duì)環(huán)境保護(hù)的措施在逐步建立，對(duì)城市環(huán)境污染物集中處理，有利于城市霧霾的改善。這一結(jié)論驗(yàn)證了城市霧霾與城市人口之間的相互關(guān)系，也為中國應(yīng)向著建設(shè)大城市方向發(fā)展提供了參考。

基于本文的研究結(jié)論，政策啟示在于：（1）增加城市科教事業(yè)支出一方面能夠提高市民的素質(zhì)，提高人們節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境的意識(shí)，有利于城市空氣的改善。另一方面，促進(jìn)科技創(chuàng)新，提高環(huán)境效率，降低城市霧霾程度。（2）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，降低工業(yè)化對(duì)城市霧霾的影響，尤其是城市霧霾較重城市，逐步實(shí)現(xiàn)由制造業(yè)為主轉(zhuǎn)向以服務(wù)業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。（3）城市降雨能夠降低城市霧霾程度，對(duì)于霧霾高發(fā)的城市和高峰時(shí)期，城市可以采取人工加濕的方法增加城市空氣濕度，減輕霧霾污染。（4）合理布局和發(fā)展大城市有利于城市霧霾的改善，發(fā)揮環(huán)境治理的規(guī)模效應(yīng)和集聚效應(yīng)，以改善城市霧霾。（5）面對(duì)中國城市出現(xiàn)的霧霾現(xiàn)象，本文發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)城市霧霾產(chǎn)生正向影響，這也反映中國城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的低環(huán)境效率，改善城市霧霾，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)由低質(zhì)量發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展勢在必行。