GDP與環(huán)境空氣質量的關系：以昆明市2013—2022年環(huán)境空氣為例

孫霏 周圓

摘 要：國內生產總值（Gross domestic product， GDP）可反映地區(qū)的經濟實力和市場規(guī)模，環(huán)境空氣質量指數(shù)AQI及污染物濃度（SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3）可反映環(huán)境空氣質量，二者具有相關性。本研究以高原山地省會城市—昆明市為代表，研究近10年（2013—2022年）環(huán)境空氣質量與區(qū)域GDP的環(huán)境庫茲涅茨EKC曲線，并分析空氣中代表性污染物濃度的變化趨勢及相互關系，再對環(huán)境空氣AQI指數(shù)變化做出ARIMA模型的預測。近10年來，昆明市環(huán)境空氣AQI指數(shù)與GDP的發(fā)展呈現(xiàn)良性促進，隨著GDP增長總體呈現(xiàn)下降向好趨勢。環(huán)境空氣中O3與PM10、PM2.5和CO具有中度相關性。未來兩年環(huán)境空氣AQI指數(shù)可能受到O3的影響而分別升高2.5%和3.7%。

關鍵詞：GDP；環(huán)境空氣；地表水；模型預測；變化趨勢

中圖分類號：X51文獻標志碼：A文章編號：1673-9655（2024）01-00-04

0 引言

GDP（Gross Domestic Product ，GDP）是國內生產總值，反映了一國（或地區(qū)）的經濟實力和市場規(guī)模， 用于衡量最終商品和服務的貨幣價值[1]。

環(huán)境質量本質是一種自然環(huán)境的質量，也是自然資本的存量，反映環(huán)境對人類生存、發(fā)展和資源利用的適宜程度，由自然的再生能力而積累，同時也由于污染、破壞等作用而貶值[2]。

經濟發(fā)展與環(huán)境質量密切相關，環(huán)境庫茲涅茨曲線（Environmental Kuznets Curve，EKC）是研究經濟與環(huán)境質量關系的模型曲線。該曲線表明在經濟發(fā)展的初期，環(huán)境質量會隨著經濟發(fā)展而下降；當經濟增長達到一定階段后，環(huán)境質量會隨著經濟增長得到改善， 能在一定范圍內反映經濟發(fā)展與環(huán)境污染的關系[3]。

隨著經濟的發(fā)展、公眾環(huán)保意識的提高，城市空氣質量引發(fā)人們越來越多的關注。本研究通過深入分析昆明市主城區(qū)在近10年（2013—2022年）

環(huán)境空氣質量的變化特征及其與GDP之間的關系，探索高原山地省會城市經濟發(fā)展與環(huán)境空氣質量的相關性，為環(huán)境規(guī)劃與城市發(fā)展提供監(jiān)測理論依[4]。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

環(huán)境質量評價的指標來源于環(huán)境空氣國控監(jiān)測點數(shù)據(jù)。其中昆明市環(huán)境空氣質量分析采用7項指標（SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3和AQI），數(shù)據(jù)來自2013—2022年的昆明市主城區(qū)空氣質量國控監(jiān)測點。數(shù)據(jù)均采用年均值進行分析與作圖。經濟發(fā)展指標（GDP）來自昆明市統(tǒng)計局官方網(wǎng)站。

1.2 評價與計算方法

選取2013—2022年的昆明市環(huán)境空氣的

7項指標（SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3和AQI）數(shù)據(jù)和經濟發(fā)展指標（GDP），用環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）模型描述經濟增長與環(huán)境空氣質量的演進關系[5]。使用經過優(yōu)化后的EKC曲線擬合回歸方程為Y=β0+β1X+β2X2，式中β0、β1、β2為相關系數(shù)，Y為對應指標數(shù)值，X為GDP。計算EKC曲線的擬合度并繪圖。運用斯皮爾曼（Spearman）相關系數(shù)法進行相關性分析。Spearman相關系數(shù)又稱秩相關系數(shù)，用來估計兩個變量X、Y 之間的相關性。采用ARIMA模型對數(shù)據(jù)進行基于時間序列的分析預測[6]。數(shù)據(jù)分析采用SPSS軟件（IBM SPSS Statistics，20.0版本）和R軟件（3.6.1版本）。

2 結果與討論

2.1 GDP與環(huán)境空氣質量的EKC曲線

昆明市GDP與環(huán)境空氣各指標的擬合方程如表1所示。昆明市環(huán)境空氣的SO2、PM10、PM2.5、CO濃度與GDP的相關系數(shù)R2＞0.8，β1＜0。表明隨著GDP增長，SO2、PM10、PM2.5、CO濃度下降，上述環(huán)境空氣質量指標與經濟的協(xié)調發(fā)展是良性的（圖1 A， E， C， D）。

NO2、O3和AQI與GDP的相關系數(shù)R2＞0.5，有一定相關性。NO2和AQI隨著GDP增長而降低。O3濃度隨著GDP的增長而上升（圖1B， F， G）。

VOCs是O3和PM2.5的重要前體物，它在光照條件下能與NOX發(fā)生光化學反應，進而促進臭氧生成。同時，VOCs也是PM2.5的重要前體物，其濃度的增加會導致O3和PM2.5濃度增加[7]。本研究注意到，在2020—2021這兩年，環(huán)境空氣中PM2.5與O3也有協(xié)同增加的趨勢。細顆粒物和臭氧協(xié)同控制是深入打好藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要課題，因此加強細顆粒物、臭氧和VOCs的協(xié)同監(jiān)測，對精準科學制定協(xié)同控制策略具有積極意義。

2.2 GDP與環(huán)境空氣質量相關性分析

運用Spearman相關系數(shù)法分析環(huán)境空氣質量與GDP相互關系（圖2），分析數(shù)據(jù)為2013—2022年的環(huán)境空氣質量的SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3和AQI。分析結果表明：GDP與環(huán)境空氣的7項指標均呈現(xiàn)顯著性相關（P＜0.05），其中GDP與O3之間呈顯著性正相關，即O3濃度隨著GDP上升而增加；GDP與SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO和AQI之間呈顯著性負相關，即上述環(huán)境空氣質量指標隨著GDP的上升而下降。空氣中各污染物之間具有中等以上相關性，相關系數(shù)在0.5～0.8。其中，SO2、PM10、PM2.5之間具有顯著相關性（相關系數(shù)＞0.95），O3與PM10、PM2.5和CO的相關性大于其它污染物。

對流層中的O3是NOX、CO、CH4和非甲烷揮發(fā)性有機化合物（Non Methane Volatile Organic Compounds，NMVOCs）光化學氧化過程中產生的二次污染物，對人體健康不利，也是導致全球變暖的重要溫室氣體[8]。已有研究表明，2016—2020年我國自然背景地區(qū)和城市區(qū)域O3年均濃度同步快速上升，年均增長分別為1.5 μg/m3和2.0 μg/m3[9]。

Lu等人基于2013年和2014年的O3濃度，預判了2016年和2017年中國地表臭氧水平持續(xù)增加，并提出為了緩解O3引起的空氣污染和氣候變暖，應協(xié)同降低NOX、CO、NMVOCs和CH4的人為排放濃度[10]。

2.3 環(huán)境空氣質量變化預測

基于2013—2022年環(huán)境空氣AQI指數(shù)，采用ARIMA模型，經過模型識別、定階、驗證擬合和最優(yōu)模型判別步驟，對未來兩年的環(huán)境空氣質量做出預測。模型公式為：y（t）=8.101+0.858×y（t-1）。

對2022年之后的未來兩年環(huán)境空氣質量做出預測（圖3）。預測結果顯示，環(huán)境空氣AQI在2023年和2024年的預測值分別為49.62和50.67，與2022年相比，可能分別升高2.5%和3.7%。

3 結論

近10年來，昆明市環(huán)境空氣質量與經濟的協(xié)調發(fā)展是良性的。總體上環(huán)境空氣質量隨著地區(qū)GDP增長總體呈現(xiàn)“倒U型”特征，即環(huán)境污染物濃度隨著GDP的增加呈現(xiàn)下降趨勢，環(huán)境空氣質量持續(xù)提升。

昆明市環(huán)境空氣中SO2、NO2、PM10、CO濃度隨著GDP的增加呈現(xiàn)下降趨勢，O3濃度隨著GDP的增加呈現(xiàn)上升趨勢。空氣中各污染物之間具有中等以上相關性，與O3具有中等相關性的污染物依次為PM10、PM2.5和CO。未來兩年，環(huán)境空氣AQI指數(shù)可能比2022年分別升高2.5%和3.7%，AQI指數(shù)升高主要是基于臭氧的貢獻值增加。因此，細顆粒物和臭氧協(xié)同控制是深入打好藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要課題，加強細顆粒物和臭氧協(xié)同監(jiān)測，減少相關行業(yè)VOCs排放對區(qū)域PM2.5的影響[12]，對精準科學制定協(xié)同控制策略具有積極意義。

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The Relationship between Ambient Air Quality and GDP： a Case Study of Ambient Air in Kunming from 2013 to 2022

SUN Fei， ZHOU Yuan

（The Ecological and Environmental Monitoring Station of DEEY in Kunming， Kunming Yunnan 650228， China）

Abstract： GDP stands for gross domestic product and indicates the region's economic strength and market size. Ambient air quality index（AQI） and pollutant concentration （SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3） represent the air quality. The former is related to the latter. In this study， Kunming City is one provincial capital of the plateau mountain area. The environmental Kuzets EKC curve of the environmental air quality index （AQI） and the local GDP over the last ten years （2013—2022） were investigated， as well as the change trend and mutual relationship of the concentration of representative air pollutants. The ARIMA model was then used to forecast the AQI index of the ambient air. In the last 10 years， the AQI index and GDP development in Kunming have all shown a favorable trend. There was a moderate correlation between O3、PM10、PM2.5 and CO. The AQI of ambient air may rise by 2.5% and 3.7%， respectively， owing to the impact of O3 in the next two years.

Key words： GDP; ambient air; model prediction; trend of change

收稿日期：2023-04-25

作者簡介：孫霏（1983-），男，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。

通信作者：周圓，高級工程師。