趙偉,劉昊錚,蒲海霞
1. 重慶工商大學(xué) 公共管理學(xué)院, 重慶 400067; 2. 重慶工商大學(xué) 長江上游經(jīng)濟研究中心, 重慶 400067;3. 重慶工商大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 重慶 400067
“十三五”期間, 我國社會經(jīng)濟領(lǐng)域取得突破性進展, 工業(yè)化、 城市化快速推進, 物質(zhì)財富快速增長[1]. 與此同時, 生態(tài)環(huán)境問題大范圍、 高頻率發(fā)生[2], 霧霾加劇[3]、 酸雨頻發(fā)[4]等現(xiàn)象對生態(tài)系統(tǒng)[5]及人體健康[6]造成了一定威脅, 空氣污染已經(jīng)成為限制我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素. 刻畫“十三五”期間我國空氣質(zhì)量時空演變特征, 揭示其內(nèi)在驅(qū)動機制, 破解空氣質(zhì)量與社會經(jīng)濟發(fā)展不協(xié)調(diào)的現(xiàn)實困境, 是“十四五”時期我國強化空氣污染防治、 提升大氣治理能力、 推進高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在.
目前, 相關(guān)學(xué)者從不同角度分析了空氣質(zhì)量的時空演變特征及驅(qū)動機制. 縱觀相關(guān)研究成果, 在研究時空視角上, 大多基于長時間序列[7]、 短時間序列[8]及單一年份[9]等數(shù)據(jù), 從全國尺度[10-11]、 典型區(qū)域尺度[12-13]、 重點城市尺度[14-15]分析單一空氣污染物[16-17]、 多種空氣污染[18-19]及空氣質(zhì)量綜合指數(shù)[20-21]等層面的時空分布及演變特征; 在驅(qū)動因素及研究方法上, 大多基于社會經(jīng)濟[22]、 氣象條件[23-24]和綜合條件[25-26]等因素, 運用逐步回歸模型[27]、 地理探測器[28]、 面板回歸模型[29]等方法分析全域空氣質(zhì)量的驅(qū)動機制. 并且, 對空氣質(zhì)量時空分布及演變特征的研究, 大多側(cè)重以長時間序列或空氣污染嚴(yán)重年份為研究對象, 尚缺乏以國民經(jīng)濟和社會發(fā)展為基礎(chǔ)對空氣質(zhì)量時空演變進行定量分析; 在空氣質(zhì)量驅(qū)動機制方面, 從空間視角出發(fā), 分區(qū)探索其空間異質(zhì)性的研究較少. 因此, 本文基于2016-2020年AQI數(shù)據(jù), 利用全局自相關(guān)、 熱點分析等方法, 探索“十三五”期間我國空氣質(zhì)量時空演化特征, 運用空間效應(yīng)模型等方法揭示空氣質(zhì)量社會經(jīng)濟驅(qū)動機制, 并在我國行政區(qū)劃的基礎(chǔ)上, 探索其區(qū)域差異性, 為“十四五”我國空氣質(zhì)量差異化治理提供現(xiàn)實依據(jù).
AQI數(shù)據(jù)(2016-2020年)來源于空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺(www.aqistudy.cn), 港澳臺及南海諸島地區(qū)的AQI數(shù)據(jù)因缺失嚴(yán)重未列入統(tǒng)計分析, 故本文統(tǒng)計31個省級行政區(qū)AQI數(shù)據(jù).AQI值越大表明空氣質(zhì)量越差, 反之表明空氣質(zhì)量越好. 分級標(biāo)準(zhǔn)來自《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ633-2012)(表1). 社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)主要來源于《中國能源統(tǒng)計年鑒2018》《中國城市統(tǒng)計年鑒2018》及中國國家統(tǒng)計局網(wǎng)站(http: //www.stats.gov.cn)等.
表1 空氣質(zhì)量指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)
1.2.1 全局自相關(guān)模型
空氣污染具有典型的區(qū)域傳輸性, 其空間分布相關(guān)性顯著, 本文采用全局自相關(guān)模型分析中國AQI空間相關(guān)性, 莫蘭指數(shù)(Moran’sI)是全局自相關(guān)中使用最廣泛的方法, 其公式如下:
(1)
Moran’sI的顯著性通常采用Z統(tǒng)計量進行檢測, 其公式如下:
(2)
式中:E(I)、VAR(I)分別表示Moran’sI的數(shù)學(xué)期望和變異系數(shù).
1.2.2 熱點分析
(3)
式中:Xj為城市j的AQI,n為城市數(shù)量,Wij為空間權(quán)重矩陣,d為距離尺度.
(4)
1.2.3AQI驅(qū)動力基本模型設(shè)定及空間效應(yīng)模型
1)AQI驅(qū)動力基本模型設(shè)定
AQI變化受到地形地貌、 氣候條件等自然因素及人類社會經(jīng)濟活動的雙重影響, 尤其是區(qū)域覆蓋面積較大時, 人類活動的影響更為顯著. 結(jié)合已有研究成果[30], 選取第二產(chǎn)業(yè)比重(X1)、 人口密度(X2)、 人均GDP(X3)、 能源消耗總量(X4)、 居民平均每百戶家用汽車擁有量(X5)、R&D經(jīng)費(X6)、 城鎮(zhèn)人口占比(X7)、 建成區(qū)綠化覆蓋率(X8)分別表示工業(yè)化、 人口聚集、 經(jīng)濟發(fā)展、 能源消耗、 社會發(fā)展、 技術(shù)進步、 城市化、 環(huán)境保護. 基本假設(shè)上述解釋變量與空氣質(zhì)量存在線性關(guān)系, 并設(shè)定模型如下:
Y=α0+α1X1+α2X2+α3X3+α4X4+α5X5+α6X6+α7X7+α8X8+ε
(5)
式中:Y為AQI;X1, …,X8分別為8個自變量; ɑ0, …, ɑ8為待估計的模型參數(shù);ε為誤差隨機項. 西藏因能源數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重未列入此統(tǒng)計分析, 以減小異常值對模型精度的影響.
2) 空間效應(yīng)模型
AQI區(qū)域性特征明顯, 空間效應(yīng)對其影響顯著. 使用空間效應(yīng)模型探索AQI的社會經(jīng)濟驅(qū)動機制. 空間效應(yīng)模型主要有空間滯后模型(SLM)和空間誤差模型(SEM), 在進行選擇時, 需要采用最小二乘法(OLS)確定空間相關(guān)性的約束模型, 若拉格朗日乘數(shù)LM(lag)比LM(error)在統(tǒng)計上顯著, 且R-LM(lag)比R-LM(error)顯著, 則選擇空間滯后模型, 其表達式為:
Y=ρWY+α0+α1X1+α2X2+α3X3+α4X4+α5X5+α6X6+α7X7+α8X8+ε
(6)
式中:Y為AQI;ρ為空間回歸系數(shù);W為空間權(quán)值矩陣;X1, …,X8分別為8個自變量; ɑ0, …, ɑ8為待估計的模型參數(shù);ε為誤差隨機項.
反之, 則選擇空間誤差模型, 其表達式為:
lnY=α0+α1X1+α2X2+α3X3+α4X4+α5X5+α6X6+α7X7+α8X8+ε
(7)
ε=λWε+μ
(8)
式中:Y為AQI;λ為空間誤差系數(shù);W為n×1階的空間權(quán)值矩陣;X1, …,X8分別為8個自變量; ɑ0, …, ɑ8為待估計的模型參數(shù);ε為誤差隨機項;μ為正態(tài)分布的隨機誤差向量.
“十三五”期間我國AQI均值處于輕度污染及以下. 僅海南、 云南的AQI為優(yōu), 占比為6.45%; 有25個省份的AQI為良好, 占比達到80.65%; 天津、 河北、 新疆、 河南的AQI為輕度污染, 占比為12.90%(圖1). 結(jié)果表明, “十三五”期間我國空氣質(zhì)量整體較好, 且呈現(xiàn)出兩頭少中間多的“棗核”型特征, 空間上南方(海南、 云南等)地區(qū)顯著優(yōu)于北方(河南、 新疆等)地區(qū), 空間差異性顯著.
圖1 “十三五”期間中國AQI五年均值
“十三五”期間我國海南、 云南的AQI-Y(年均值)均保持為優(yōu), 而河南、 河北、 新疆等地的AQI-Y長期處于輕度污染(表2). 2016-2020年,AQI-Y為優(yōu)的占比分別為: 6.45%、 6.45%、 6.45%、 12.90%、 12.90%, 2019年有較小程度上升; 輕度污染占比分別為: 16.13%、 19.35%、 12.90%、 3.23%、 0, 表現(xiàn)為先上升后下降, 且到2020年AQI-Y輕度污染已全部消除, 進一步證實了我國AQI的“棗核”型特征. 2016-2020年, 我國AQI-Y分別為: 78.80、 79.55、 75.70、 72.38、 67.29, 下降趨勢明顯. 結(jié)果表明, “十三五”期間我國空氣質(zhì)量改善趨勢明顯, 僅2017年有較小程度的下滑,AQI-Y輕度污染已完全消除, 但仍然以良為主, 優(yōu)占比較少且提升不明顯.
表2 2016-2020年AQI-Y
2.3.1 全局自相關(guān)分析
對AQI-Y進行全局自相關(guān)分析(表3), 其Moran’sI指數(shù)均大于0, 且均通過了1%的顯著性檢驗(p<0.000 1), 表明AQI-Y空間相關(guān)性顯著, 空間集聚效應(yīng)明顯. 2016-2020年,AQI-Y的Moran’sI指數(shù)分別是0.561、 0.564、 0.481、 0.499、 0.492, 其變化呈現(xiàn)出“M”型特征, 整體有下降趨勢. 結(jié)果表明,AQI-Y的空間集聚程度呈減小趨勢, 在空間上表現(xiàn)為高值區(qū)或低值區(qū)更加分散.
表3 2016-2020年AQI-Y全局自相關(guān)參數(shù)
2020年新冠疫情導(dǎo)致部分產(chǎn)業(yè)發(fā)展放緩,AQI指數(shù)不具有顯著代表性, 故本文以2019年季節(jié)AQI均值(AQI-S)為研究對象, 對AQI-S進行全局自相關(guān)分析(表4). 其Moran’sI指數(shù)均大于0, 且均通過了顯著性檢驗(p<0.000 1), 表明AQI-S空間相關(guān)性顯著, 空間集聚明顯. 其中, 夏季的AQI-S的空間聚集程度最高, 春秋次之, 冬季最低.
表4 2019年AQI-S全局自相關(guān)參數(shù)
2.3.2 熱點分析
“十三五”期間我國AQI-Y的冷、 熱點分布特征基本一致, 表現(xiàn)出北熱、 南冷的空間分異特征(圖2). 從熱點區(qū)域來看, 2016年熱點圖顯示(圖2a), 高熱點(99%信度)區(qū)域包括內(nèi)蒙古、 河北、 北京等9個地區(qū), 中熱點(95%信度)區(qū)域包括河南、 安徽、 上海, 低熱點(90%信度)區(qū)域包括湖北、 遼寧; 2017年(圖2b)與2018年(圖2c)高熱點區(qū)域先增加后減少; 2019年(圖2d)與2020年(圖2e)高熱點區(qū)域呈增長趨勢. 從2020年熱點圖來看, 高熱點區(qū)域與2016年一致, 僅遼寧由2016年的低熱點區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)橹袩狳c區(qū)域, 說明AQI高值區(qū)域空間分布格局基本穩(wěn)定, 河北、 北京等北部及中部地區(qū)AQI已長時間、 大范圍處于較高水平. 從冷點區(qū)域來看, 2016年高冷點(99%信度)區(qū)域為廣東、 廣西、 海南, 中冷點(95%信度)區(qū)域為云南、 貴州, 低冷點(90%信度)區(qū)域為湖南, 2017-2020年, 高冷點區(qū)域為云南、 廣東、 海南, 中冷點區(qū)域為貴州、 廣西, 說明AQI低值區(qū)域空間分布格局穩(wěn)定, 海南、 云南等南部地區(qū)是AQI水平較低的主要聚集區(qū)域.
以2019年為例, 春、 夏、 冬季AQI-S的冷、 熱點分布特征基本一致, 均呈現(xiàn)出北熱、 南冷的空間分異特征, 秋季則呈現(xiàn)熱點集中、 冷點零散分布的特征(圖3). 春季(圖3a)的熱點圖顯示, 高熱點區(qū)域包括內(nèi)蒙古、 河北、 北京等7個地區(qū), 低熱點區(qū)域包括江蘇、 陜西、 遼寧; 夏季(圖3b)熱點分布由北向南擴散; 秋季(圖3c)熱點分布逐漸向中部地區(qū)收縮, 高熱點區(qū)域減少至湖北、 安徽等6個; 冬季(圖3d)熱點分布由中向北擴散. 說明我國春夏秋冬的AQI高值區(qū)域呈先擴散后收縮再擴散的特征, 夏季AQI高值區(qū)域聚集最明顯. 從冷點分布來看, 春季的集中程度最高, 其高冷點區(qū)域包括云南、 廣東、 廣西等5個地區(qū), 低冷點區(qū)域包括湖南、 江西、 福建, 夏季冷點分布向南收縮趨勢明顯, 秋季則表現(xiàn)為零散分布, 冬季又呈現(xiàn)出南方集中且有進一步向南收縮的趨勢, 說明我國春夏秋冬的AQI低值區(qū)域呈現(xiàn)出向南收縮的趨勢, 春季AQI低值區(qū)域聚集最明顯. 進一步分析發(fā)現(xiàn), 在AQI整體處于較高水平的春季AQI低值區(qū)域集聚趨勢最明顯, 在AQI整體處于較低水平的夏季AQI高值區(qū)域聚集趨勢最顯著, 表明AQI集聚程度與AQI值的相關(guān)性較低, 盡管AQI整體較低, 但仍會出現(xiàn)局部區(qū)域污染嚴(yán)重的情況.
基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站GS(2019)1825號標(biāo)準(zhǔn)地圖制作, 底圖邊界無修改.圖2 2016-2020年中國AQI冷熱點空間分布
2.4.1 全國空氣質(zhì)量社會經(jīng)濟驅(qū)動力
社會經(jīng)濟發(fā)展對空氣質(zhì)量影響滯后效應(yīng)顯著, 參考已有研究成果[31], 基于2019年AQI及2018年社會經(jīng)濟數(shù)據(jù), 依據(jù)上述假設(shè)及公式, 分析空氣質(zhì)量變化的社會經(jīng)濟驅(qū)動機制.
基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站GS(2019)1825號標(biāo)準(zhǔn)地圖制作, 底圖邊界無修改.圖3 2019年中國AQI季均值冷熱點空間分布
采用ArcGIS檢驗2019年AQI-Y的空間相關(guān)性, 其Moran’sI指數(shù)為0.499, 空間相關(guān)性顯著, 使用SPSS進行社會經(jīng)濟自變量的多重共線性檢驗, 方差膨脹因子(VIF)均遠(yuǎn)小于10, 表明模型不存在多重共線性, 在GeoDa平臺上, 利用最小二乘法(OLS)選取空間回歸模型, 結(jié)果表明, LM(lag)較LM(error)更為顯著, 且R-LM(lag)較R-LM(error)更為顯著, 故選擇空間滯后模型(表5).
表5 中國空氣質(zhì)量與社會經(jīng)濟回歸結(jié)果參數(shù)
OLS模型回歸結(jié)果與空間滯后模型基本一致, 但空間滯后模型精度(R2=0.654)顯著優(yōu)于OLS模型(R2=0.531). 模型回歸結(jié)果顯示: 工業(yè)化、 經(jīng)濟發(fā)展、 城市化、 環(huán)境保護對AQI-Y的變化影響不顯著, 人口聚集、 能源消耗、 社會發(fā)展對AQI-Y變化呈顯著正相關(guān). 其中, 人口密度每平方公里增加100人, 將引起AQI-Y上升0.479; 能源消耗每增加1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤, 將引起AQI-Y上升0.610; 居民平均每百戶家用汽車擁有量增加1輛, 將引起AQI-Y上升0.275. 技術(shù)進步與AQI表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān),R&D經(jīng)費每增加1億元, 將引起AQI-Y下降0.294.
2.4.2 區(qū)域空氣質(zhì)量社會經(jīng)濟驅(qū)動力
基于地理分區(qū)的方式進一步探索空氣質(zhì)量變化機制的空間差異性. 采用分區(qū)較多的經(jīng)濟地理區(qū)劃時存在樣本數(shù)量不足、 自變量多重共線性嚴(yán)重等問題, 故本文采用三大經(jīng)濟帶(東部經(jīng)濟帶包括: 遼寧、 北京、 天津、 河北、 山東、 江蘇、 上海、 浙江、 福建、 廣東、 廣西、 海南, 中部經(jīng)濟帶包括: 黑龍江、 吉林、 內(nèi)蒙古、 山西、 安徽、 江西、 河南、 湖北、 湖南, 西部經(jīng)濟帶包括: 新疆、 西藏、 青海、 云南、 貴州、 四川、 重慶、 陜西、 寧夏、 甘肅)分區(qū)的方式, 選取人口聚集、 能源消耗、 社會發(fā)展、 技術(shù)進步四個在上述模型中顯著相關(guān)的自變量進行分析. OLS模型表明, 三大經(jīng)濟帶均適合空間滯后模型(表6).
表6 區(qū)域空氣質(zhì)量與社會經(jīng)濟回歸結(jié)果參數(shù)
在東部經(jīng)濟帶, 人口聚集、 能源消耗、 社會發(fā)展與AQI-Y顯著正相關(guān), 人口密度每平方公里增加100人,AQI-Y將會上升0.388; 能源消耗每增加1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,AQI-Y上升0.506; 居民平均每百戶家用汽車擁有量增加1輛,AQI-Y就會上升0.984. 技術(shù)進步與AQI-Y表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān),R&D經(jīng)費每增加1億元,AQI-Y就會下降0.199. 在中部經(jīng)濟帶, 人口聚集、 社會發(fā)展、 技術(shù)進步與AQI-Y相關(guān)性不顯著, 能源消耗與AQI-Y顯著正相關(guān), 其每增加1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,AQI-Y上升1.341. 在西部經(jīng)濟帶, 能源消耗、 社會發(fā)展、 技術(shù)進步與AQI-Y相關(guān)性不顯著, 人口集聚與AQI顯著正相關(guān), 人口密度每平方公里增加100人,AQI-Y將會上升0.907.
本文基于2016-2020年AQI數(shù)據(jù), 以31個省市為研究對象, 利用全局自相關(guān)、 熱點分析等方法分析了“十三五”時期我國空氣質(zhì)量時空演變特征, 結(jié)合2018年社會經(jīng)濟數(shù)據(jù), 揭示了空氣質(zhì)量的社會經(jīng)濟驅(qū)動機制, 在此基礎(chǔ)上, 分區(qū)探索了其驅(qū)動機制的空間異質(zhì)性, 研究結(jié)果有利于加強空氣污染治理能力, 推動區(qū)域“高質(zhì)量發(fā)展”. 主要研究結(jié)論如下:
1) “十三五”期間, 我國空氣質(zhì)量整體較好, 大部分地區(qū)空氣質(zhì)量類別為良好, 海南、 云南為優(yōu), 呈現(xiàn)較為明顯的“棗核”型特征, 空間上南方地區(qū)顯著優(yōu)于北方地區(qū).
2) “十三五”期間, 我國空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)趨勢明顯, 僅2017年有較小程度下滑, 且輕度污染已經(jīng)完全消除, 但優(yōu)提升不明顯; 季節(jié)變化表現(xiàn)出“春冬高, 夏秋低”的“V”型特征; 月變化呈現(xiàn)出“W”型規(guī)律且高值主要在1、 2、 12月, 低值主要在7、 8、 10等月.
3) “十三五”期間, 我國空氣質(zhì)量集聚程度呈減小趨勢, 在空間上表現(xiàn)為AQI-Y的高值區(qū)或低值區(qū)更加分散; 河南、 河北、 天津等地是我國主要空氣質(zhì)量較差聚集區(qū)域, 較好區(qū)域主要聚集于云南、 海南等地; 季節(jié)空間分布格局與年均基本一致, 春、 夏分別是AQI低值和高值集聚程度最高的季節(jié).
4) 空間滯后模型表明, 在全國層面, 人口聚集、 能源消耗、 社會發(fā)展是促使空氣質(zhì)量下降的主要原因, 技術(shù)進步對空氣質(zhì)量改善有明顯的促進作用; 其空間異質(zhì)性明顯, 在東部經(jīng)濟帶其驅(qū)動機制與全國層面一致, 在中部及西部經(jīng)濟帶, 能源消耗與人口集聚分別是其空氣質(zhì)量下降的主導(dǎo)因素.
“十三五”期間我國以“改善生態(tài)環(huán)境”為主要目標(biāo), 習(xí)近平總書記多次強調(diào)“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的必要性并做出重要指示. 本文以“十三五”期間中國AQI數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 對其演變特征進行分析. 結(jié)果表明, “十三五”期間, 我國空氣質(zhì)量整體處于較好狀態(tài), 且得到了較大程度的改善, 但空氣質(zhì)量類別兩頭少中間多的“棗核”型問題并未得到根本好轉(zhuǎn), 我國大部分地區(qū)空氣質(zhì)量處于“良好”, 且空間差異性顯著, 在河南、 河北、 天津等北方地區(qū)已經(jīng)形成了大范圍、 長時間的空氣污染. 因此, 在“十四五”期間, 亟需以“深度改善空氣質(zhì)量”為目標(biāo), 以“重點治理嚴(yán)重污染區(qū)域”為手段, 進一步改善我國空氣環(huán)境, 以推進生態(tài)文明建設(shè).
諸多研究已經(jīng)證實, 社會經(jīng)濟的發(fā)展必然會影響空氣質(zhì)量. 本文結(jié)合社會經(jīng)濟數(shù)據(jù), 揭示了空氣質(zhì)量的社會經(jīng)濟驅(qū)動機制. 結(jié)果表明, 社會經(jīng)濟的發(fā)展對空氣質(zhì)量的影響不盡相同, 在東部沿海地帶, 人口聚集、 能源消耗、 社會發(fā)展是促使空氣質(zhì)量下降的主要原因, 技術(shù)進步對空氣質(zhì)量改善有明顯的促進作用, 而在中部地帶及西部地帶, 能源消耗與人口聚集分別是促使其空氣質(zhì)量下降的主導(dǎo)因素. 表明社會經(jīng)濟處于不同階段, 空氣質(zhì)量的社會經(jīng)濟驅(qū)動力差異性顯著. 因此, 在治理空氣環(huán)境中, 改善空氣質(zhì)量不等同于全面遏制社會經(jīng)濟的發(fā)展, 首先必須在厘清其驅(qū)動機制的基礎(chǔ)上, 遴選關(guān)鍵指標(biāo), 確定重點治理方向. 其次, 由于區(qū)域資源稟賦, 社會經(jīng)濟發(fā)展水平差異較大, 更需要認(rèn)清自身實際情況, 最大限度減少社會經(jīng)濟發(fā)展對空氣質(zhì)量帶來的負(fù)面影響, 以建立“生態(tài)優(yōu)先、 綠色發(fā)展”的新模式, 實現(xiàn)區(qū)域社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境相互促進、 協(xié)調(diào)發(fā)展, 促進“高質(zhì)量發(fā)展”.