城市軌道交通減排治污效應評估

馮國強?李菁

摘要 興建軌道交通成為城市擴張過程中減排治污的重要舉措。由于缺乏系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及樣本選擇導致的內(nèi)生性偏誤，使得系統(tǒng)的跨城市估計軌道交通減排治污效應的文獻相對匱乏。而系統(tǒng)評估軌道交通的外部性，對改進和優(yōu)化線路規(guī)劃、站點設置以及網(wǎng)絡布局，具有重要意義。本文利用斷點回歸（RD）評估了從2015年10月到2018年9月期間，全國省會城市新增線路對空氣污染的治理效應，以此檢驗軌道交通的減排治污效果。回歸結(jié)果表明：①新增軌道交通對空氣質(zhì)量（AQI）的治理并不顯著，但卻能使PM2.5降低20.03%，PM10降低20.46%。②人口規(guī)模會對軌道交通的減排效果產(chǎn)生異質(zhì)性影響，常駐人口不足600萬時，新增軌道交通能減少17%～29%的機動車尾氣污染;人口規(guī)模在1 200～1 500萬時，對機動車尾氣的減排治污效果在24%～77%之間不等，減排效果最明顯。③隨著線路數(shù)量的增加，軌道交通減排的規(guī)模效應遞減。城市新增至第三條軌道交通線路時，減排治污效應最為明顯;超過第7條之后，新增線路不再存在減排治污的規(guī)模效應，治理作用難以奏效。④減排治污的規(guī)模效應集中在累積里程數(shù)達到50～100 km以及每百萬常住人口累積通車里程達到3～5 km，其余累積里程難以實現(xiàn)減排治污的項目初衷。⑤進一步分析表明，交通創(chuàng)造效應和交通分流效應是新增軌道交通減排效應呈現(xiàn)異質(zhì)性的原因，也是導致減排治污規(guī)模效應遞減的原因。本文的政策啟示是，利用興建軌道交通來實現(xiàn)減排治污效果須因地制宜，并非規(guī)劃和開通越多線路，就越有利于改善城市空氣質(zhì)量，要以提升交通的分流效應為前提。

關鍵詞 軌道交通;減排;空氣污染;污染治理

中圖分類號 X506 ?文獻標識碼 A ?文章編號 1002-2104（2019）10-0143-09 ? DOI：10.12062/cpre.20190609

興建軌道交通成為各大城市治理擁堵和空氣污染的舉措之一。截至2018年底，全國32個城市共開通運營156條軌道交通線路（含直轄市4個、省會城市19個、計劃單列市5個、一般地級市4個），通車運營里程達5 066.76 km，覆蓋196個區(qū)（縣）。北京、上海等一線城市的軌道交通覆蓋程度已經(jīng)超越倫敦、紐約等國際大都市，成為全球軌道交通網(wǎng)絡最大的城市。理論上，軌道交通的通車運營一定程度上能夠替代私家車出行，進而減少機動車尾氣排放帶來的空氣污染問題，然而由于缺乏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及樣本選擇存在的內(nèi)生性偏誤，導致系統(tǒng)估計軌道交通對空氣污染治理效應的研究相對匱乏。而實證評估軌道交通的減排效應，對改進和優(yōu)化軌道交通線路規(guī)劃、站點設置以及網(wǎng)絡布局，具有重要的實踐價值和指導意義。

1 文獻綜述

空氣污染已經(jīng)成為全球性的難題。WHO提供的最新數(shù)據(jù)顯示，每年大約有700萬人因接觸到污染空氣中可滲透到肺部和心血管系統(tǒng)的細微顆粒而死亡。根據(jù)世界銀行2016年數(shù)據(jù)，作為全球最大的發(fā)展中國家，中國每年近200萬人死亡于空氣污染，每年因空氣污染帶來的福利損失接近經(jīng)濟總量的10%。機動車尾氣是被公認的重要污染源之一[1-2]。在中國，機動車的尾氣排放貢獻了城市空氣當中74%的碳氫化合物、63%的CO和37%的NO2，同時也是PM2.5的重要來源[3]。盡管各大城市通過錯峰限行、尾號限行等方式來減少道路上行駛的機動車數(shù)量，借此緩和尾氣排放對空氣質(zhì)量造成的影響，但大量研究表明該舉措治理空氣污染的收效甚微[4-6]。除利用行政限行這類“堵”的策略來減少私家車出行頻次，進而改善空氣質(zhì)量以外，地方政府還采取興建軌道交通這類“疏”的辦法，來替代私家車出行，以此實現(xiàn)減排治污[7-8]。

從國外利用軌道交通治理空氣污染的經(jīng)驗來看，文獻當中呈現(xiàn)出截然不同的觀點。一部分研究為軌道交通減排治污效應找到了直接或間接證據(jù)，認為開通軌道交通有效減少了城市主要的尾氣污染物[9-11]。但也有文獻表明新增軌道交通并不存在顯著的治污效果[12-13]，甚至還會帶來空氣質(zhì)量的惡化[14] 。還有研究揭示，軌道交通的減排治污效果和站點設置有關系，通常情況下地下站點的懸浮顆粒和碳氧化合物的濃度遠高于地面站點[13-15]。

就國內(nèi)利用軌道交通來減排治污的經(jīng)驗而言，Huang等利用問卷數(shù)據(jù)，揭示了西安地鐵開通顯著減少了附近居民的汽車和電動自行車的擁有數(shù)量，進而起到減排效果[16]。一系列研究利用北京的數(shù)據(jù)也得到相似的結(jié)論[7、17]。在具體的減排證據(jù)上，Chen and Whalley揭示了臺北市在軌道交通開通前后，CO、NO2的濃度下降了5%～15%，但其他尾氣污染物不受影響[18]。Zheng et al發(fā)現(xiàn)軌道交通顯著降低了長沙市區(qū)的CO濃度，但對懸浮顆粒物、O3的濃度沒有影響[19]。梁若冰、席鵬輝發(fā)現(xiàn)新增軌道交通對SO2、NO2、CO和懸浮顆粒物均有遏制作用[7]。

無論是國際上利用軌道交通治理空氣污染的實證研究，還是國內(nèi)的經(jīng)驗研究，都無法得到一致的結(jié)論，很大程度上和樣本選擇與估計方法有關。利用單一城市樣本的研究雖能揭示軌道交通對該城市空氣污染的治理機制，但未必能典型地代替其他城市的治理機制;而利用跨城市樣本的研究而言，很大程度上會受到樣本的選擇偏誤和估計方法的影響，從而難以克服內(nèi)生性問題。

2 模型與數(shù)據(jù)

2.1 計量方程

斷點回歸是以某一事件作為斷點，考察因變量在這一斷點前后是否發(fā)生突變。若協(xié)變量在斷點前后保持連續(xù)變化，那么就有理由相信因變量在斷點處的突變是由該事件所致。相比差分模型，斷點回歸能夠剝離樣本自帶的固有趨勢，同時還可以有效識別其他政策措施與政策沖擊的作用。本文利用斷點回歸來評估新增軌道交通的減排效果。 回歸方程如下：

Airid=α0+α1 Did+α2 f（x）+α3 f（x）Did+Xidγ+

σi+μt+εit

（1）

其中，Airid為城市i在日期d的空氣污染程度，回歸時分別包括衡量城市的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）和PM2.5、PM10、SO2、CO、 NO2、O3單項污染物濃度。Did是新增軌道交通線路的虛擬變量，新線路開通運營日期之后為1，之前為0。x是執(zhí)行變量，用來表示距離新線路開通的天數(shù)，開通運營當日為0，之前為負，之后為正。f（x）是以x為自變量的多項式函數(shù);引入Did與f（x）的交互項是為了允許斷點兩側(cè)的斜率不同。Xid為控制變量，包括當天的最高溫度、最低溫度、是否有雨（含霧）、是否有雪、風力大小等天氣變量。σi為城市固定效應。μt為時間固定效應，本文分別控制了年份、月份、法定節(jié)假日、以及一個星期中第幾天等，用來控制季節(jié)性因素以及工作時間安排帶來的影響。εit為隨機擾動項。在上述回歸方程中， α1是斷點處局部平均效應（LATE）的估計量，捕獲了新增軌道交通線路前后城市減排效果的變化。

2.2 樣本數(shù)據(jù)與描述性統(tǒng)計

本文利用中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測平臺提供的空氣質(zhì)量指數(shù)及單項污染物的歷史數(shù)據(jù)，作為被解釋變量。中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測平臺提供的空氣質(zhì)量指數(shù)是六項污染物單項指數(shù)的總和，指數(shù)越高，表明空氣污染越嚴重;單項污染物指數(shù)是污染物日均濃度與日均（24小時）二級濃度限值的比值，比值越大，污染物的排放量就越大。城市新增軌道交通線路的數(shù)據(jù)是從城市軌道交通網(wǎng)（www.cnsubway.com）以及搜索引擎中檢索，然后手工整理獲得，時間跨度是從2015年10月1日至2018年9月30日。樣本期間新增線路44條，回歸當中我們剔除掉新增里程數(shù)不足10 km的線路樣本。控制變量中，氣象數(shù)據(jù)來自“2345天氣網(wǎng)”，法定假日以及是否調(diào)休等，根據(jù)國務院辦公廳每年發(fā)布的節(jié)假日安排通知整理得到。

我們以新線路開通前后30天作為時間窗口來觀察軌道交通的減排治污效應。變量的統(tǒng)計性描述見表1。平均而言，開通軌道交通后PM10、SO2、CO、O3濃度分別下降1.95%、1.72%、0.64%、4.72%，AQI以及PM2.5、NO2濃度在開通軌道交通之后反而上升。這說明總體而言，軌道交通對治污效果并不明顯，并且在污染物之間存在異質(zhì)性影響。當然，上述統(tǒng)計的初步結(jié)論能否通過顯著性檢驗，以及是否穩(wěn)健需要進一步的實證分析來驗證。

3 實證結(jié)果與分析

3.1 基準回歸結(jié)果

表2顯示了對模型（1）進行非參數(shù)斷點估計的結(jié)果。其中，PM2.5、PM10、CO、 NO2的系數(shù)為負，O3的系數(shù)為正，說明新增軌道交通減少了懸浮顆粒和CO、 NO2的排放量，增加了O3的排放量（O3增加與O3的二次污染物屬性有關）。但是，只在一半帶寬和最優(yōu)帶寬時，新增軌道交通才顯著減少懸浮顆粒（PM2.5、PM10）的排放量，對CO、 NO2、O3這幾種尾氣污染物的減排效應統(tǒng)計上不顯著。其中，新增軌道交通導致PM2.5減少20.03%（11.68/58.298），PM10減少20.46%（18.91/92.405）。當帶寬增加到最優(yōu)帶寬的二倍時，新增軌道交通對所有的污染物不再具有顯著的減排治污效應，這說明新增軌道交通的效果難以持續(xù)。因此，總體而言，利用興建軌道交通來改善城區(qū)空氣質(zhì)量，實現(xiàn)減排治污，效果并不理想。

3.2 異質(zhì)性影響

當然，根據(jù)表2得到的總體結(jié)論，不能推斷軌道交通對全部城市，以及新增的全部線路，都不存在減排治污效應，需進一步檢驗其中的異質(zhì)性影響。最大的異質(zhì)性源自兩個方面，一為出行總需求，二為供給水平。前者與常駐人口的規(guī)模有關，后者與軌道交通的網(wǎng)絡規(guī)模有關，為此，我們根據(jù)人口規(guī)模和樣本期間新增的線路條數(shù)，來檢驗其對減排效應產(chǎn)生的異質(zhì)性影響。

3.2.1 人口規(guī)模的異質(zhì)性影響

新增軌道交通能否減排治污，關鍵在于其能否消化一部分城鎮(zhèn)人口的出行需求，通過減少私家車出行頻次來達到減排。理論上，城市的出行總需求和常住人口規(guī)模有關，為此我們按照新線路開通當年年初的常駐人口數(shù)量，以地鐵項目獲批的硬性條件之一——300萬人口規(guī)模為區(qū)間，將城市劃分成以下五組，分別為常駐人口在600萬人以下、600～900萬人、900～1 200萬人、1 200～1 500萬人以及1 500萬人以上城市，以此檢驗人口規(guī)模對軌道交通減排效應產(chǎn)生的異質(zhì)性影響。回歸結(jié)果見表3。

當常住人口不足600萬或在1 200～1 500萬時，新增軌道交通能夠減少機動車尾氣排放造成的污染物數(shù)量（PM2.5、CO、NO2），進而顯著提高城市空氣質(zhì)量。其中，常住人口在1 200～1 500萬之間時，新增軌道交通不但減少了機動車尾氣的排放量，對PM10、SO2也有減排效應，但卻會提高O3的污染濃度。在其他人口規(guī)模的城市，新增軌道交通沒有治理效果。

根據(jù)回歸結(jié)果，我們進一步測算新增線路的治理效果，從中比較軌道交通減排治污效應有效性的大小，測算結(jié)果見表4。常住人口在1 200萬～1 500萬時，除O3外，新增線路對各項污染物存在24%～77%的減排治污效應，整體減排治污的效果達到48.3%。不足600萬時，對PM2.5、CO、NO2存在17%～29%不等的減排治污效應，總體減排效應為24.65%，顯然低于1 200～1 500的城市。從中能夠推斷，常住人口在1 200～1 500萬的城市，新增軌道交通發(fā)揮的減排治污效應最明顯。

3.2.2 新增線路條數(shù)的異質(zhì)性影響

對多數(shù)城市而言，越早開通的線路往往以連接城市中心區(qū)域為主，而越是伴隨著城市擴張新開通的線路，更多地連接著中心區(qū)域與城郊，承擔著聚集和疏散的作用。因此，新增線路的次序一定程度上體現(xiàn)了線路規(guī)劃的功能差異，進而會影響減排治污效應的發(fā)揮。我們按照城市新增線路的次序，分別檢驗城市在樣本期間開通的首條線路（Line1）、第二條線路（Line2）、第三條線路（Line2）、一直到第十條線路（Line10）產(chǎn)生的治理效果，按新增線路條數(shù)進行分組回歸，回歸結(jié)果見表5。

結(jié)果顯示，城市在樣本期間開通第三條線路時，產(chǎn)生的減排治污效應最大，此時無論是總體的空氣污染的程度，還是幾種主要的機動車尾氣污染物，都得到了顯著治理。但是，城市在樣本期間開通第7條以上線路時，治理效果不再有效。這其中的原因在于，越往后規(guī)劃的線路，更多為拓展城市的發(fā)展空間，從而帶來更高的交通創(chuàng)造效應[22]，削弱了軌道交通的減排效果。

3.3 穩(wěn)健性檢驗

3.3.1 模型設定檢驗

斷點回歸的結(jié)果揭示了結(jié)果變量在斷點處存在跳躍，但這個結(jié)果若能穩(wěn)健，前提是控制變量在斷點處能夠連續(xù)，否則結(jié)果變量在斷點處的跳躍可能是控制變量的跳躍所致，從而影響回歸的解釋力。解決的辦法是將結(jié)果變量替換為控制變量，帶入原模型進行回歸，若回歸結(jié)果顯示斷點前后并未顯著發(fā)生變化，則說明控制變量未發(fā)生跳躍，模型設定無誤。模型設定檢驗的結(jié)果見表6。當控制變量作為結(jié)果變量帶入模型，回歸結(jié)果皆不顯著。這說明，控制變量在斷點前后均能保持連續(xù)，前文利用斷點回歸得到的回歸結(jié)果穩(wěn)健。

3.3.2 反事實檢驗

模型設定沒有問題，那么斷點的設置是否合理仍然需要進一步討論。我們將斷點向前移動5天、15天和20天，以構(gòu)造反事實進行安慰劑檢驗，從中驗證上文斷點選擇的合理性及其推斷的穩(wěn)健性。如果安慰劑檢驗的結(jié)果與前文的結(jié)論相反，則說明斷點選擇合理、回歸結(jié)果穩(wěn)健。回歸結(jié)果見表7。當斷點前移之后，PM2.5、PM10不再受影響，而前移5天導致對空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）的影響顯著為正。反事實分析中加權LATE（最優(yōu)帶寬）的估計量和基準回歸也截然相反，由此驗證了斷點的合理性。因此，基準回歸中斷點的影響仍然存在，前文的結(jié)論穩(wěn)健。

4 進一步討論

4.1 軌道交通減排治污的機制分析

軌道交通能否有效減排治污，取決于軌道交通能否有效替代汽車出行，從而減少機動車尾氣排放。因此，新增線路的減排治污效應，一定程度上也體現(xiàn)在治堵效應上。新增軌道交通對道路擁堵程度的影響存在創(chuàng)造效應和分流效應[20-21]，兩種效應同時體現(xiàn)在減排治污上，對減排治污的作用截然相反。只有當分流效應大于創(chuàng)造效應時，新增線路才表現(xiàn)出明顯的減排治污效果。

為直觀新增線路如何影響道路擁堵情況，進而起到減排治污的效果，我們以高德地圖（Amap）發(fā)布的高峰時段城市交通擁堵延時指數(shù)（RCDI=高峰時段的旅行時間/自由流旅行時間，數(shù)值越大則道路越擁堵）作為因變量，通過斷點回歸來檢驗新增線路能否緩解道路擁堵程度，以揭示其中的減排治污機制。回歸中，分別控制了影響機動車出行能見度的霧霾天氣和天氣變量，結(jié)果見表8。

表8分別顯示了人口規(guī)模和新增線路條數(shù)對擁堵程度產(chǎn)生的異質(zhì)性影響。從結(jié)果上看，當人口不足1 500萬時的回歸系數(shù)為負，創(chuàng)造效應小于分流效應，不足900萬時才作用顯著。結(jié)合前文的分析可以推斷，當人口不足600萬時，新增線路的減排效應很大程度上是通過分流效應所致，一旦常住人口超過600萬，新線路的減排治污效果還需配合其他分流舉措，包括限行、燃油提價、提高機動車排放標準等，才能起到減排治污的效果。即便如此，通過治堵來實現(xiàn)減排治污仍然是軌道交通發(fā)揮治理效果的主要途徑。

對新增線路條數(shù)的回歸結(jié)果顯示，線路新增至第三條的城市分流效果凸顯，再增加線路時分流效果不如創(chuàng)造效果。結(jié)合前文分析減排效果的結(jié)論，能夠推斷，至開通第三條軌道交通線路時，能夠有效化解擁堵來降低機動車尾氣排放數(shù)量，進而起到治污效果，但繼續(xù)增加線路，減排效果未必有效。上述結(jié)論與城市在早期與晚期設計軌道交通線路時，其承載的規(guī)劃功能是相匹配的。

4.2 軌道交通減排治污的規(guī)模效應

軌道交通具有網(wǎng)絡經(jīng)濟特性，會影響正外部性的發(fā)揮。我們將軌道交通累積里程數(shù)按0～50 km、50～100 km、100～200 km、200～300 km以及300 km以上，來檢驗減排治污的規(guī)模效果，回歸結(jié)果見表9的第一欄。當軌道交通累積里程數(shù)在50～100 km之間時，新增線路能有效減排，但主要體現(xiàn)在PM2.5、PM10上，對其他污染物排放影響不大。不足50 km和超過100 km時不存在治理效果，增加到200 km后治理效應系數(shù)變?yōu)檎龜?shù)。這其中的潛在因素是增加到200 km之后，拓展城市邊界成為主要的線路規(guī)劃功能，導致創(chuàng)造效應遠高于分流效應。

當然規(guī)模效應的發(fā)揮還與人口規(guī)模有關。為此，我們引入每百萬常住人口累積通車的里程數(shù)，將樣本分成每百萬人口通車里程數(shù)在3 km以內(nèi)，3～5 km和5 km以上進行回歸，回歸結(jié)果見表9第二欄。當每百萬常住人口累積通車里程數(shù)在3～5 km時，新增線路的減排效應明顯，不足3 km和超過5 km時總體不顯著。

5 結(jié)論與政策建議

受樣本選擇偏誤和內(nèi)生性處理難題的限制，文獻當中對于城市軌道交通對空氣污染的治理效應并沒有得到一致的結(jié)論。本文利用斷點回歸系統(tǒng)評估了2015年10月至2018年9月省會城市新增軌道線路的減排治污效應。回歸結(jié)果表明：①此段時間新增線路對空氣質(zhì)量的綜合治理（AQI）并不顯著，但卻使PM2.5降低20.03%，PM10降低20.46%。②新增線路的減排治污效應對于不同人口規(guī)模存有異質(zhì)性影響。不足600萬時，新增線路能夠減少17%～29%的機動車尾氣污染物排放量;人口在1 200～1 500萬時，減排治污效應在24%至77%之間不等，其作用最明顯。③新增到第三條軌道交通時到減排治污效應最明顯，超過第7條之后，治理效果難以有效。④交通創(chuàng)造效應和分流效應是軌道交通減排效應呈現(xiàn)異質(zhì)性的原因，并且其減排治污的規(guī)模效應集中體現(xiàn)在累積里程數(shù)在50～100 km以及每百萬常住人口累積通車里程在3～5 km的城市，其余里程難以實現(xiàn)減排治污的項目初衷。

當然，受樣本選擇的局限，結(jié)論僅適用于推斷第二輪軌道交通建設浪潮，即在城市擴張過程中新建軌道交通的減排治污效應。這種擴張需求一定程度上導致新增線路對空氣質(zhì)量的改善作用有限，其規(guī)劃目的著重在于提高地方的經(jīng)濟產(chǎn)出。基于實證結(jié)論，地方政府若需要通過發(fā)展軌道交通來提高減排治污效果，需要注意以下幾點：第一，興建軌道交通來減排治污須因地制宜，并非規(guī)劃和開通越多線路，就越有利于改善城市空氣質(zhì)量。第二，實現(xiàn)減排治污的關鍵在于增加軌道交通的分流效應，化解道路壓力。具體舉措包括增加宣傳力度，提高民眾對軌道交通站點設置、出口情況、運行方向、可換乘站點與線路、接駁路線以及安全出行與防護等信息的知曉程度。另外提高軌道交通的公共服務質(zhì)量，增加民眾選擇搭乘軌道交通出行的便捷程度也能提升分流效應。第三，必要時需要采取其他措施，包括限行、提高機動車排放標準等，配合軌道交通提升分流效應，實現(xiàn)減排治污。

（編輯：劉照勝）

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Assessment of emission reduction effect of urban rail transit

FENG Guoqiang LI Jing

（School of Economics， Lanzhou University， Lanzhou Gansu 730000，China）

Abstract The construction of rail transit has become an important measure to reduce pollution in the process of urban expansion. Due to the lack of systematic data and endogenous errors in sample selection， there is a relative lack of systematic and crosscity literature on estimating the emission reduction and pollution control effects of rail transit， while systematic investigating externalities of the rail transit system is of great significance for improving and optimizing the route planning， site setting and network layout. The aim of this paper is to investigate the impact of openings of rail transit lines on air pollution reduction in the provincial capital cities from October 2015 to September 2018， by employing the regression discontinuity analysis（RD）.Our results show that： ①openings of the new rail transit lines in this period does not significantly improve air quality， but it makes PM2.5 of the city reduce by 20.03 percent， and PM10 reduce by 20.46 percent. ②The emission reduction and pollutants control effects of new lines have heterogeneous effects among cities with different resident size. When the size is less than 6 million， openings of the new rail transit can reduce the emission of motor vehicle exhaust pollutants by 17 percent to 29 percent. While the size is between 12 million and 15 million， the emission reduction effects vary from 24 percent to 77 percent. ③With the increase of the number of lines， the scale benefit of the emission reduction effect of rail transit decreases. When the new rail transit line is added to the third line， the effect of pollution reduction and pollution control is the most obvious. After exceeding the 7th line， there is no scale effect anymore， and the effect of pollution reduction and pollution control is difficult to be effective in statistics. ④the scale effect concentrates on the aggregate mileage of 50～100 km and 3 to 5 km per million residents， elsewise it is difficult to achieve the original intention of emission reduction and pollution control targets. ⑤Further analysis shows that traffic creation effect and traffic diversion effect are the causes of heterogeneity of emission reduction effect of new lines， and also the causes of decreasing scale effect of emission reduction and pollution control. The policy enlightenment of this paper is that the use of rail transit to achieve emission reduction and pollution control targets must be adapted to local conditions， not planning and opening more lines， the more conducive to improving urban air quality. It is necessary to enhance the traffic diversion effect as the premise for achieving emission reduction targets.

Key words rail transit; emission reduction; air pollution; pollutants control