基于回歸分析法的天津市交通及土地利用對(duì)環(huán)境的影響研究

李 立，李 欣，章靜敏

（河北工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，天津 300401）

基于回歸分析法的天津市交通及土地利用對(duì)環(huán)境的影響研究

李 立，李 欣，章靜敏

（河北工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，天津 300401）

試圖通過(guò)軟件分析，將2006到2015年天津市交通及土地利用對(duì)環(huán)境的影響量化。取天津市SO2、NO2、PM10近10年的平均濃度數(shù)據(jù)作為因變量，私人汽車擁有量、天津市地區(qū)生產(chǎn)總值和人均綠地面積為自變量，并用Eviews軟件進(jìn)行回歸分析。結(jié)果顯示，天津市機(jī)動(dòng)車尾氣仍是影響空氣污染的主要因素，而綠地系統(tǒng)并未起到自凈作用，因此應(yīng)該大力發(fā)展公共交通和綠地建設(shè)，并借鑒西方國(guó)家精明增長(zhǎng)戰(zhàn)略，合理規(guī)劃土地布局，從根本上減少機(jī)動(dòng)車出行，降低環(huán)境污染。

交通及土地利用；回歸分析；環(huán)境污染；Eviews

城市的交通規(guī)劃與土地開(kāi)發(fā)模式影響了這個(gè)城市的社區(qū)模式，導(dǎo)致了居民不同的出行行為，從而對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，如何協(xié)調(diào)交通、土地利用和環(huán)境三者的關(guān)系，是一個(gè)城市實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)的研究主要傾向于兩兩之間的關(guān)系，多側(cè)重于定性研究，定量研究較少[1]。國(guó)外學(xué)者在三者關(guān)系的定量研究已經(jīng)趨于成熟，建立了微觀仿真模擬模型、計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型、空氣質(zhì)量模型等表示交通、土地利用以及環(huán)境相互關(guān)系的模型[2]。這些模型的變量居多，數(shù)據(jù)量大，對(duì)數(shù)據(jù)精度的要求較高，計(jì)算復(fù)雜。此外，目前天津雖然已有相關(guān)的環(huán)境評(píng)價(jià)體系，但是有關(guān)評(píng)價(jià)其環(huán)境與交通、土地利用方面的研究較少，且相關(guān)的數(shù)據(jù)不夠新。因此，本文選取代表交通和土地利用因素的相關(guān)變量，以天津市為例，建立多元線性回歸模型模擬天津市空氣污染物的影響因素分布情況，將交通、土地利用對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行量化實(shí)現(xiàn)，并做出分析總結(jié)。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

交通、土地利用和環(huán)境，是城市空間的關(guān)鍵構(gòu)成要素，它們相互作用，相互影響，研究三者之間的共生互動(dòng)關(guān)系，對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)三者之間的關(guān)系做出了大量的研究。

來(lái)自哥倫比亞省維多利亞市的維多利亞運(yùn)輸政策研究院分析師Todd Litman分析了交通規(guī)劃在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境方面分別對(duì)土地利用產(chǎn)生的直接和間接影響，認(rèn)為分散的、邊緣化發(fā)展和依靠汽車代步的城市交通規(guī)劃會(huì)導(dǎo)致蔓延，并對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境產(chǎn)生壞的影響，緊湊、填入式和多模式的交通規(guī)劃會(huì)支持精明增長(zhǎng)，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境產(chǎn)生好的影響[3]。大城市交通委員會(huì)通過(guò)交通和土地利用相聯(lián)系方面采取舉措來(lái)控制灣區(qū)溫室氣體排放量，提出從提高汽車和燃料效率、關(guān)注精明增長(zhǎng)、改變?nèi)藗兊慕煌ǔ鲂行袨榈却胧4]。Youngkook Kim通過(guò)分析空氣污染的時(shí)空模式，針對(duì)城市空氣污染建立面板空氣質(zhì)量模型，分析了機(jī)動(dòng)車出行距離、土地利用和氣象因素對(duì)五類污染物濃度的影響，為污染減排政策和計(jì)劃的評(píng)估提供了決策依據(jù)[5]。

王建蓉在新型城鎮(zhèn)化的背景下，針對(duì)交通擁堵，交通環(huán)境等問(wèn)題，對(duì)協(xié)調(diào)交通和土地利用，創(chuàng)造生態(tài)型交通規(guī)劃方法，從而達(dá)到滿足可持續(xù)發(fā)展要求的目的[6]。趙榮欽等人研究了土地利用方式、結(jié)構(gòu)、規(guī)模和強(qiáng)度對(duì)區(qū)域碳循環(huán)的影響機(jī)理，提出政策框架和實(shí)施策略[7]。閆小培、毛蔣興針對(duì)產(chǎn)生的嚴(yán)重的交通與土地利用問(wèn)題，通過(guò)全面分析廣州市土地利用模式特征，并考慮政策、能源及環(huán)境等影響因素，得出了廣州城市交通系統(tǒng)的發(fā)展的影響作用規(guī)律[8]。刀谞等人對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)及政策行為和城市環(huán)境污染狀況等交通LUCC驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行模型分析，認(rèn)為北京市交通LUCC的驅(qū)動(dòng)因子分別是社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)及政策行為、城市環(huán)境污染狀況、其他類型土地利用狀況和城市生態(tài)承載力[9]。

二、模型建立

（一）研究區(qū)概況

天津市作為一個(gè)老工業(yè)城市，是北方重要的先進(jìn)制造業(yè)基地，2006年3月22日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議將天津完整定位為“環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)中心，國(guó)際港口城市，北方經(jīng)濟(jì)中心，生態(tài)城市”，更加奠定了天津市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)地位。2015年末，全市常住人口1 547萬(wàn)人，GDP比去年增長(zhǎng)9.3%，全市民用汽車擁有量為283.05萬(wàn)輛。本文以天津市為例，通過(guò)建立多元線性回歸模型，研究天津市交通、土地利用因素對(duì)環(huán)境的影響。

（二）變量指標(biāo)甄選

1.分析對(duì)象

鑒于2012年后，我國(guó)部分省市才將PM2.5作為新增指標(biāo)，因此，本研究只對(duì)SO2，NO2，PM10的年平均濃度值作為研究數(shù)據(jù)。

2.自變量的選取

交通和土地利用是影響空氣污染物濃度的兩大因素。其中交通因素是污染物濃度的促進(jìn)因素。劉瀏通過(guò)對(duì)統(tǒng)計(jì)年鑒中有關(guān)交通部分的分析，認(rèn)為代表交通促進(jìn)因素的有年度客貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量、公路里程和民用機(jī)動(dòng)車擁有量三類指標(biāo)，而前兩項(xiàng)指標(biāo)不能體現(xiàn)城市機(jī)動(dòng)車保有量及交通水平，私人汽車保有量基本涵蓋了城市中尾氣污染的主要人群[10]。因此，本文選取私人汽車保有量作為促進(jìn)空氣污染物濃度的交通因素進(jìn)行分析。

土地利用與產(chǎn)業(yè)布局有著密不可分的關(guān)系。城市的綠化系統(tǒng)中的綠色植物能夠吸收并同化部分有害氣體，并通過(guò)對(duì)空氣產(chǎn)生降溫、滯塵等生態(tài)功能參與城市廢棄物代謝和能量循環(huán)過(guò)程[11]。因此，綠地面積在一定程度上代表了城市的自凈能力，屬于污染物濃度的削減因素。此外，工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)必定伴隨著環(huán)境的污染，地區(qū)生產(chǎn)總值體現(xiàn)了城市工業(yè)發(fā)展的規(guī)模，屬于工業(yè)促進(jìn)因素。因此，本文選取人均綠地面積和天津市地區(qū)工業(yè)產(chǎn)值分別代表土地利用因素進(jìn)行分析。

綜上，本文選取代表交通影響因素的私人汽車擁有量、代表土地利用影響因素的天津市地區(qū)生產(chǎn)總值和人均綠地面積作為自變量。

3.數(shù)據(jù)的收集

本研究中各大氣污染物年平均濃度數(shù)據(jù)和人均綠地面積均來(lái)自天津市各年環(huán)境狀況公報(bào)，地區(qū)生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家數(shù)據(jù)庫(kù)，私人汽車擁有量數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。

三、模擬回歸

（一）回歸分析數(shù)據(jù)

為了定量的研究各影響因素對(duì)環(huán)境污染物的影響關(guān)系程度，本文采用建立回歸方程的方式進(jìn)行分析。根據(jù)上文分析，本文將2006-2015年城市的主要污染物SO2、NO2、PM10平均濃度數(shù)據(jù)作為因變量，并選取代表交通影響因素的私人汽車擁有量、代表土地利用影響因素的天津市地區(qū)生產(chǎn)總值和人均綠地面積作為自變量，其2006-2015年數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 大氣污染物回歸分析數(shù)據(jù)

（二）模型的檢驗(yàn)

本文建立多元線性回歸方程：y=c+c（1）*x1+ c（2）*x2+c（3）*x3，并用Eviews軟件逐一進(jìn)行分析，采用簡(jiǎn)化形式執(zhí)行，并針對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行模型的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如下：

1.擬合優(yōu)度檢驗(yàn)（R2檢驗(yàn)）

為了檢驗(yàn)描述各大氣污染物的多元線性回歸方程與數(shù)據(jù)的擬合程度，我們采取擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行說(shuō)明，方程與數(shù)據(jù)的擬合程度由統(tǒng)計(jì)量R2表示。

根據(jù)模擬結(jié)果，二氧化硫回歸方程的決定系數(shù)R2=0.816 297，二氧化氮回歸方程的決定系數(shù)R2= 0.735 738，可吸入顆粒物的決定系數(shù)R2=0.935 637，由決定系數(shù)來(lái)看三個(gè)回歸方程均比較顯著。

2.方程顯著性檢驗(yàn)（F檢驗(yàn)）

F檢驗(yàn)解釋了自變量與污染物濃度之間的線性關(guān)系。我們通過(guò)計(jì)算統(tǒng)計(jì)量F值來(lái)說(shuō)明被解釋變量與所有解釋變量之間總體線性關(guān)系是否顯著。

通過(guò)對(duì)二氧化硫進(jìn)行模擬回歸的F檢驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)=8.887 114，P值=0.012 590＜0.05，表明這三個(gè)自變量對(duì)因變量y產(chǎn)生顯著線性影響的判斷所犯錯(cuò)誤的概率為0.012 590，拒絕零假設(shè)，說(shuō)明x1，x2，x3整體上對(duì)y呈顯著性線性影響，因此回歸模型通過(guò)了F檢驗(yàn)。

通過(guò)對(duì)二氧化氮進(jìn)行模擬回歸的F檢驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)=5.568 258，P值=0.036 130＜0.05，表明這三個(gè)自變量對(duì)因變量y產(chǎn)生顯著線性影響的判斷所犯錯(cuò)誤的概率為0.036 130，拒絕零假設(shè)，說(shuō)明x1，x2，x3整體上對(duì)y線性影響顯著，因此回歸模型通過(guò)了F檢驗(yàn)。

通過(guò)對(duì)可吸入顆粒物進(jìn)行模擬回歸的F檢驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)=29.073 74，P值=0.000 569＜0.05，表明這三個(gè)自變量對(duì)因變量y產(chǎn)生顯著線性影響的判斷所犯錯(cuò)誤的概率為0.000 569，拒絕零假設(shè)，說(shuō)明x1，x2，x3整體上對(duì)y呈顯著性線性影響，因此回歸模型通過(guò)了F檢驗(yàn)。

3.變量顯著性檢驗(yàn)（t檢驗(yàn)）

t檢驗(yàn)可以看出每個(gè)自變量對(duì)因變量的影響，如果某個(gè)自變量的影響不顯著，應(yīng)該將它從線性回歸方程中剔除。

通過(guò)對(duì)二氧化硫進(jìn)行模擬回歸的t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，在顯著性水平α=0.05時(shí)，常數(shù)項(xiàng)和x1的Prob（收尾概率）小于0.05，通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)。

通過(guò)對(duì)二氧化氮進(jìn)行模擬回歸的t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，在顯著性水平α=0.05時(shí)，只有x3的Prob（收尾概率）大于0.05，沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，常數(shù)項(xiàng)和其他變量均通過(guò)t檢驗(yàn)。

通過(guò)對(duì)可吸入顆粒物進(jìn)行模擬回歸的t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，在顯著性水平α=0.05時(shí)，常數(shù)項(xiàng)所有變量的Prob（收尾概率）均小于0.05，均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)。

4.自相關(guān)性檢驗(yàn)（DW檢驗(yàn)）

為了判斷數(shù)據(jù)之間是否存在自相關(guān)性，故通過(guò)DW統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行自相關(guān)檢驗(yàn)。當(dāng)DW值顯著的接近于0或4時(shí)，則存在自相關(guān)性，而接近于2時(shí)，則不存在自相關(guān)性。經(jīng)分析，三個(gè)線性回歸方程中DW值接近于2，不存在自相關(guān)，因此回歸模型有效。

（三）多重共線性分析

1.多重共線性的識(shí)別

通過(guò)Eviews軟件計(jì)算解釋變量之間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)，得出相關(guān)系數(shù)矩陣，根據(jù)相關(guān)系數(shù)的模擬結(jié)果，各自變量之間的相關(guān)度均達(dá)到0.9以上，解釋變量之間存在高度線性相關(guān)性，表明模型確實(shí)存在嚴(yán)重的多重共線性。

2.多重共線性消除

本文采用向后逐步回歸法，利用Eviews軟件對(duì)二氧化硫回歸模型中變量之間存在的多重共線性進(jìn)行消除[12]，經(jīng)過(guò)變量篩選得到的最優(yōu)方程中包含了變量x1、x2，方程整體上顯著；常數(shù)c和變量x1、x2分別對(duì)方程的線性影響顯著；DW值接近于2，不存在自相關(guān)，此時(shí)，關(guān)于二氧化硫污染物影響的線性回歸方程為：y=0.076 862-1.88E-6 x1。

對(duì)二氧化氮回歸模型中變量之間的多重共線性進(jìn)行消除的由回歸結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)變量篩選得到的最優(yōu)方程中包含了變量x1、x2，方程整體上顯著；常數(shù)c和變量x1、x2分別對(duì)方程的線性影響顯著，且不存在自相關(guān)，此時(shí)，關(guān)于二氧化氮污染物影響的線性回歸方程為：y=0.095 946-1.65E-05x1+ 0.000 891x2。

對(duì)可吸入顆粒物回歸模型中變量之間的多重共線性進(jìn)行消除的回歸結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)變量篩選得到的最優(yōu)方程中包含了變量x1、x2、x3，方程整體上顯著；常數(shù)c和變量x1、x2、x3分別對(duì)方程的線性影響顯著，且不存在自相關(guān)，此時(shí)，關(guān)于可吸入顆粒物濃度影響的線性回歸方程為：y=0.055 103-0.000 647x1+1.00E-05x2。

四、結(jié)論

（一）模型回歸結(jié)果

根據(jù)模型的回歸結(jié)果，天津市人均綠地面積對(duì)二氧化硫、二氧化氮的濃度均沒(méi)有影響，卻能夠降低可吸入顆粒物的濃度，天津市人均擁有綠地面積每增加1平方米，將會(huì)使可吸入顆粒物濃度降低0.010 845mg/m3。而地區(qū)工業(yè)產(chǎn)值與二氧化碳、二氧化硫和可吸入顆粒物的濃度有密切的關(guān)系，天津市每增加1億元工業(yè)總產(chǎn)值，將使二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物的濃度分別減少0.000 016 5mg/m3、0.000 647mg/m3和0.000 031 2mg/m3。私人汽車擁有量與二氧化硫濃度的變化不相關(guān)，但卻是引起市區(qū)內(nèi)二氧化氮和可吸入顆粒物濃度發(fā)生變化的主要因素，天津市每增加1萬(wàn)臺(tái)私人汽車，將帶來(lái)0.000 891 mg/m3的二氧化硫濃度、0.000 01mg/m3的二氧化氮濃度和0.002 375mg/m3的可吸入顆粒物濃度的增加。

（二）城市工業(yè)作用的探討

上述三個(gè)回歸模型中的地區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值增加，相應(yīng)污染物的濃度卻減少，這與“工業(yè)污染廢氣導(dǎo)致城市空氣污染程度增加”這個(gè)常識(shí)相悖。筆者認(rèn)為出現(xiàn)這一問(wèn)題的原因主要有兩方面：（1）國(guó)家治理環(huán)境的措施力度逐年加大，許多工業(yè)廠房紛紛向天津市周圍的縣市進(jìn)行轉(zhuǎn)移，市區(qū)內(nèi)環(huán)境逐年變好；（2）2008年1月國(guó)家頒發(fā)了《國(guó)家酸雨和二氧化硫污染防治“十一五”規(guī)劃》的通知后，天津市加大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，嚴(yán)格按照國(guó)家關(guān)于淘汰落后產(chǎn)能的政策要求，優(yōu)化了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并加強(qiáng)了對(duì)火電、冶金、建材、化工等重點(diǎn)行業(yè)的二氧化硫等污染物排放的控制。上述兩個(gè)原因可能是促使天津市大氣污染得到控制的主要原因。

（三）城市機(jī)動(dòng)車作用的探討

私人汽車擁有量與二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物正相關(guān)，私人汽車擁有量越高，這三類污染物濃度就越高，表明人們出行仍然過(guò)度依賴私家車，機(jī)動(dòng)車尾氣仍然是大氣污染加重的主要原因。

（四）城市綠地作用的探討

城市綠地系統(tǒng)好比一個(gè)城市的“肺”，它具有吸收大量的二氧化碳，并放出大量的氧氣，同時(shí)可以阻擋灰塵的傳播，以及吸收和同化大氣污染物等優(yōu)點(diǎn)，然而在上述三個(gè)回歸方程中，代表城市綠地系統(tǒng)的人均綠地面積與二氧化硫、二氧化氮的濃度均不相關(guān)，卻與可吸入顆粒物濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的狀態(tài)，由此可以說(shuō)明，城市綠地系統(tǒng)中綠色植物可以通過(guò)其粗糙、多毛的枝葉可以吸附大氣中的粉塵，并通過(guò)雨水的沖刷，將粉塵沖洗到土壤，降低空氣中可吸入顆粒物的濃度，而綠色植物的自凈能力對(duì)二氧化硫和二氧化氮污染物濃度的影響不大。

綜合上面的研究結(jié)果，筆者可以得出以下結(jié)論：

第一，將市區(qū)內(nèi)的工業(yè)基地轉(zhuǎn)移到附近的周邊地區(qū)對(duì)市區(qū)內(nèi)的環(huán)境狀況確實(shí)有所好轉(zhuǎn)，市區(qū)內(nèi)大氣污染物濃度基本不受工業(yè)產(chǎn)值的影響。

第二，大氣中的主要環(huán)境污染已經(jīng)從二氧化硫轉(zhuǎn)變?yōu)榭晌腩w粒物，即PM10污染，天津市區(qū)內(nèi)的可吸入顆粒物的污染程度遠(yuǎn)高于其他兩項(xiàng)污染指標(biāo)，天津市的空氣污染正由氮硫氧化物向顆粒物污染轉(zhuǎn)移。

第三，天津市私人汽車擁有量的增加嚴(yán)重影響著天津市空氣中的二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物的濃度，而城市的綠地系統(tǒng)對(duì)降低可吸入顆粒物的濃度有顯著的作用，與二氧化硫和二氧化氮濃度卻沒(méi)有明顯的因果關(guān)系，可見(jiàn)要想降低空氣中污染物濃度，僅靠綠地建設(shè)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而應(yīng)該從造成二氧化硫、二氧化氮污染的機(jī)動(dòng)車尾氣找尋原因。交通對(duì)環(huán)境有明顯的影響，城市機(jī)動(dòng)車尾氣能夠帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染，當(dāng)前的限行、限號(hào)措施仍然發(fā)揮不了明顯的作用，因此應(yīng)該大力發(fā)展公共交通，借鑒西方國(guó)家精明增長(zhǎng)戰(zhàn)略，合理規(guī)劃土地布局，建立密集、緊湊、混合型社區(qū)，從而在根本上減少機(jī)動(dòng)車出行，大力發(fā)展城市綠化建設(shè)，使綠地發(fā)展不僅是為了市容美觀，還能達(dá)到提高城市的空氣凈化能力，降低大氣污染物濃度的效果。

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Im pactsof Traffic and Land Useon the Environment in Tianjin Based on Regression Analysis

LILi,LIXin,ZHANG Jing-m in
（SchoolofEconomicsand Management,HebeiUniversity of Technology,Tianjin 300401,China）

Thisstudy quantifies the impactof traffic and land use on the environmentin Tianjin from 2005 to 2014.Taking the average concentration data of SO2,NO2and PM10 in Tianjin as the dependent variable,private car ownership,GDPof Tianjin and green area per capita as the independent variables,regression analysiswas carried outwith Eviews.Results show that the automobile exhaust is still the important factor affecting air pollution,and the green space system does not play the role of self-purification.Therefore,this study suggests that public transportation and green space construction should be vigorously developed;advanced strategies should be drawn from Western countries and the land use should be reasonably planned,thusdecreasing thenumberof themotorvehiclesand lowering theenvironmentpollution.

transportation and land use;regression analysis;environmentalpollution;Eviews

F572.88

A

1674-7356（2017）-01-0053-05

10.14081/j.cnki.cn13-1396/g4.2017.01.010

2015-10-20

李 立（1968-），女，天津人，教授，博士，研究方向：項(xiàng)目評(píng)估及系統(tǒng)分析。

時(shí)間：2017-01-10

http：//www.cnki.net/kcms/detail/13.1396.G4.20170110.1639.004.htm l