楊曉燕，賈秋淼，孫大利，胡永鋒，呂曉劍

（1.北京市應(yīng)對(duì)氣候變化研究中心，北京100071；2.中標(biāo)合信（北京）認(rèn)證有限公司，北京100031）

城市化和工業(yè)化帶來(lái)城市繁榮的同時(shí)，也不斷加劇了環(huán)境污染，尤其是“洛杉磯光化學(xué)煙霧事件”、“倫敦?zé)熿F事件”的發(fā)生，引起學(xué)者的深入關(guān)注，相繼開(kāi)展了諸多定量和定性的關(guān)于城市化和工業(yè)化與生態(tài)破壞、環(huán)境污染之間的交互作用關(guān)系及其機(jī)理的研究。

Grossman等［1］在1995年提出的目前被廣泛接受的環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線（EKC曲線）的假說(shuō)，認(rèn)為城市化與環(huán)境保護(hù)擬合曲線呈現(xiàn)“倒U型”關(guān)系，即整體上來(lái)說(shuō)環(huán)境情況隨著經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)呈現(xiàn)出先惡化再改善的趨勢(shì)。但是國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，EKC的“倒U型”曲線取決于不同時(shí)期、具體地區(qū)、污染指標(biāo)以及估計(jì)方法的選擇，不存在適合所有地區(qū)、所有污染物及估計(jì)方法的單一情況［2］。Al-Mulali等［3］發(fā)現(xiàn)對(duì)于中-高等收入的國(guó)家其生態(tài)環(huán)境與GDP之間存在EKC假說(shuō)。Richard等［4］通過(guò)美國(guó)50個(gè)州的數(shù)據(jù)驗(yàn)證了七種大氣污染與人均GDP之間的EKC假說(shuō)，而R-Roda等［5］基于西班牙的研究發(fā)現(xiàn)只有SO2符合EKC假說(shuō)。但Stern等［6］對(duì)158個(gè)國(guó)家研究中卻沒(méi)有出現(xiàn)收入與PM2.5的EKC假說(shuō)的證據(jù)，只表明國(guó)民收入的提高對(duì)PM2.5濃度產(chǎn)生較小的正影響。對(duì)6個(gè)發(fā)展中國(guó)家的污染物濃度與國(guó)民收入的分析發(fā)現(xiàn)，不同國(guó)家兩者之間的關(guān)系呈現(xiàn)不同模式，并不呈現(xiàn)傳統(tǒng)的EKC曲線［7］。Sinha等［8］對(duì)印度139個(gè)城市的研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，對(duì)于高收入和工業(yè)化發(fā)達(dá)的城市，SO2濃度與城市收入之間存在EKC曲線，對(duì)于其他中低收入城市，兩者之間關(guān)系分別是“N型”和直線關(guān)系。

基于對(duì)中國(guó)城市的數(shù)據(jù)分析表明，中國(guó)工業(yè)化對(duì)PM2.5濃度的影響呈現(xiàn)顯著的“倒U型”［9］；城市SO2濃度與城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展符合“倒U型”曲線；而對(duì)于NO2、PM10濃度及綜合污染指數(shù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間呈“U型”關(guān)系［10］。按照區(qū)域研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)東、中、西部地區(qū)環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線均呈“N型”［11］。而劉華軍［12］以中國(guó)160個(gè)地級(jí)市為研究樣本，研究PM2.5和PM10作為霧霾污染衡量指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者呈現(xiàn)線性遞減關(guān)系?？梢?jiàn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染之間不是單一關(guān)系，有可能呈現(xiàn)正U型、倒U型、正N型、倒N型等其他曲線關(guān)系，甚至還會(huì)出現(xiàn)直線關(guān)系或沒(méi)有相關(guān)關(guān)系［13-15］；另一方面，影響環(huán)境質(zhì)量的因素除了經(jīng)濟(jì)發(fā)展外，還有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化、人口遷移、土地利用方式、投資等諸多城市社會(huì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)因素，而缺乏考慮其他對(duì)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致研究結(jié)果的片面性；除了經(jīng)濟(jì)因素的單一性之外，空氣質(zhì)量指標(biāo)的單一性如只選擇SO2濃度、PM10濃度等作為單一的解釋變量，也造成了分析結(jié)果的片面性。

本文利用京津冀地區(qū)三個(gè)主要大城市北京、天津、石家莊的2004—2017年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，利用熵值法將SO2濃度、NO2濃度、可吸入顆粒物濃度（PM10）和好于Ⅱ級(jí)天天數(shù)構(gòu)建的綜合空氣質(zhì)量綜合指數(shù)作為解釋變量，這種處理方式將傳統(tǒng)的單獨(dú)大氣污染物濃度分開(kāi)考察變成了綜合考察，簡(jiǎn)化并明確了環(huán)境污染度量指標(biāo)；同時(shí)也將城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展如GDP、城市化率等諸多因素構(gòu)建的綜合經(jīng)濟(jì)發(fā)展指數(shù)作為因變量，綜合考察城市化發(fā)展水平對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響，進(jìn)一步定量化大氣環(huán)境與城市化發(fā)展之間的關(guān)系?？紤]到北京、天津、石家莊三個(gè)城市在京津冀區(qū)域的不同的城市定位及發(fā)展類型，選擇這三個(gè)城市作為研究對(duì)象，能有效驗(yàn)證城市發(fā)展與大氣污染之間的不同關(guān)系。本文在考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展這一因素外，將城鎮(zhèn)化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地利用等作為控制變量納入考慮因素，構(gòu)建一個(gè)包含城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中的城市化水平提升、城市規(guī)模擴(kuò)張、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)、生活水平提高等系統(tǒng)指標(biāo)體系下的模型檢驗(yàn)，進(jìn)一步分析它們對(duì)研究結(jié)論的影響，以期為探究空氣污染的宏觀機(jī)理提供素材。另一方面，京津冀地區(qū)是中國(guó)首都“經(jīng)濟(jì)圈”，2012年前后的霧霾天氣不僅對(duì)交通安全造成影響，也極大地危害著人體健康，對(duì)京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)快速發(fā)展產(chǎn)生影響。近幾年，京津冀區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量雖然得到了明顯改善，但是每年冬季進(jìn)入采暖季后，空氣污染形勢(shì)仍然十分嚴(yán)峻，在新的社會(huì)治理體系下，改善大氣環(huán)境成為京津冀城市發(fā)展的重要內(nèi)容［16］。因此，研究北京、天津、石家莊城市化發(fā)展過(guò)程中的大氣污染問(wèn)題，對(duì)于區(qū)域聯(lián)防聯(lián)治大氣污染問(wèn)題，以及促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展有重大意義，同時(shí)為京津冀地區(qū)的城市生態(tài)文明建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 區(qū)域概況

京津冀地區(qū)是全國(guó)大氣污染比較突出、灰霾污染嚴(yán)重的區(qū)域，該地區(qū)的大氣污染呈現(xiàn)同步性和區(qū)域性特點(diǎn)的同時(shí)，由于受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化水平、土地利用方式等的不同影響，各自的污染也呈現(xiàn)出各自的特殊性。

北京市是中國(guó)目前城市化水平最高的城市之一。截至2018年底全市總?cè)丝跒?154萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率達(dá)到86.5%，地區(qū)生產(chǎn)總值實(shí)現(xiàn)30320億元，三產(chǎn)比重分別為0.4∶18.6∶81。根據(jù)北京市源解析的結(jié)果，機(jī)動(dòng)車、燃煤、工業(yè)生產(chǎn)為大氣污染的主要本地源。

天津市是環(huán)渤海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)中心。截至2018年底常住人口達(dá)到1559.6萬(wàn)元，城鎮(zhèn)化率83.15%，地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到18809.64億元，三產(chǎn)比重為0.9∶40.5∶58.6。受產(chǎn)業(yè)、人口等影響，汽車尾氣、煤炭燃燒、發(fā)電和工業(yè)生產(chǎn)是天津大氣污染的主要貢獻(xiàn)源［17］。

石家莊市是京津冀地區(qū)重要的中心城市之一。截至2018年底常住人口1095.16萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率為63.16%，地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到6082.6億元，三產(chǎn)比重為6.9∶37.6∶55.5。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中第二產(chǎn)業(yè)特別是重工業(yè)占絕對(duì)主導(dǎo)地位，其能耗高、污染大，煤炭消費(fèi)比重過(guò)大，導(dǎo)致石家莊的大氣污染以工業(yè)污染排放為主［18］。

2 指標(biāo)體系構(gòu)建、數(shù)據(jù)處理及模型設(shè)置

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

城市化伴隨著人口的增加、人民生活消費(fèi)水平等日益增加，從而增加了城市生活廢棄物、改變城市小氣候、加大城市熱島等問(wèn)題［19］，對(duì)城市大氣環(huán)境造成影響。經(jīng)濟(jì)發(fā)展是一個(gè)城市化進(jìn)程中的重要過(guò)程，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響主要是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)投資等，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)在三次產(chǎn)業(yè)間進(jìn)行調(diào)整時(shí)會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生不同的影響［20-21］。一方面，城市土地規(guī)模的擴(kuò)張必然帶來(lái)城市交通、住宅等的增加，在城市建筑設(shè)施等施工和拆遷中會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵以及其他大氣污染物［19］；另一方面，城市中各類不同功能地塊的結(jié)合與布局構(gòu)成了城市布局，不合理的城市布局會(huì)增加能耗和污染物，而合理地增加城市綠地面積等會(huì)有效地降低污染物［22］。在借鑒學(xué)者們的研究基礎(chǔ)上，本文綜合考量城市化過(guò)程中的人口、經(jīng)濟(jì)、土地利用等對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響，基于城市化的基本內(nèi)涵，結(jié)合北京、天津、石家莊三個(gè)城市的實(shí)際情況、數(shù)據(jù)的可獲得性以及城市間的可對(duì)比性，選取反映城市化發(fā)展水平的指標(biāo)體系（表1）如下：地區(qū)生產(chǎn)總值（X1）、人均GDP（X2）、三產(chǎn)比重（X3）、城市化率（X4）、固定資產(chǎn)投資（X5）、居民消費(fèi)水平（X6）、社會(huì)消費(fèi)品零售總量（X7）、城市人均居住面積（X8）、建成區(qū)面積（X9）和城市綠化覆蓋率（X10）。

根據(jù)研究?jī)?nèi)容，不同學(xué)者分別選取可吸入顆粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）等污染物濃度表征空氣污染狀況。本文綜合考慮到研究樣本數(shù)據(jù)的可得性和時(shí)間序列的可對(duì)比性，并參照《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 663—2013）的規(guī)定，評(píng)估大氣環(huán)境污染的指標(biāo)（表1）包括：可吸入顆粒物年均濃度（Y1）、SO2年均濃度（Y2）、NO2年均濃度（Y3）、空氣質(zhì)量達(dá)到及好于Ⅱ級(jí)的天數(shù)（Y4）。這些指標(biāo)是中國(guó)城市空氣質(zhì)量的主要表現(xiàn)因素，且有長(zhǎng)時(shí)間序列的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)?？紤]到PM2.5濃度自2012年起才有國(guó)家規(guī)定進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測(cè)列出，在時(shí)間序列上長(zhǎng)度有限，故本研究從時(shí)間序列完整性、分析科學(xué)性上考量，未將PM2.5單獨(dú)列為空氣質(zhì)量的表征指標(biāo)。

表1 城市化與大氣環(huán)境質(zhì)量相關(guān)性指標(biāo)體系Table 1 Index system of urbanization and atmospheric environmental quality

由于相比單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)，多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)方法更科學(xué)和全面地反映城市化水平［19，22］，本文構(gòu)建了城市化指標(biāo)和大氣環(huán)境污染兩級(jí)指標(biāo)體系，在各單項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過(guò)熵值法分別構(gòu)建城市化綜合指數(shù)和大氣環(huán)境污染綜合指數(shù)。

本文主要研究京津冀城市化對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響作用，收集了人口、城市、經(jīng)濟(jì)、土地利用等共10個(gè)變量，其中反映大氣污染程度的PM10、SO2、NO2以及空氣質(zhì)量達(dá)到好及好于Ⅱ級(jí)天數(shù)的數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《環(huán)境狀況公報(bào)》與《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》；地區(qū)生產(chǎn)總值、人均GDP、三產(chǎn)比重、城市化率、固定資產(chǎn)投資、居民消費(fèi)水平、社會(huì)消費(fèi)品零售總量、城市人均居住面積、建成區(qū)面積和城市綠化覆蓋率等社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都來(lái)自于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《北京市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《天津市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《石家莊市統(tǒng)計(jì)年鑒》以及各市《國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》。數(shù)據(jù)時(shí)間跨度為2003—2017年。

2.2 數(shù)據(jù)處理

多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)方法包括主觀賦權(quán)評(píng)價(jià)法和客觀賦權(quán)評(píng)價(jià)法。為了保證評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性，本研究采用客觀賦權(quán)法，消除人為主觀因素的影響［23］。熵值評(píng)價(jià)法是客觀賦權(quán)評(píng)價(jià)法中的一種，具有信息量越大、不確定性越小的優(yōu)點(diǎn)，可以明確地判斷指標(biāo)的客觀性和科學(xué)性［24］。評(píng)價(jià)方法的基本步驟如下［25-26］。

2.2.1 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于選取的各項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)量綱、數(shù)量級(jí)均有差異，為消除因量綱不同對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，需要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。計(jì)算方法為：

2.2.2 計(jì)算權(quán)重

本文選取熵值法確定指標(biāo)權(quán)重。由于計(jì)算熵時(shí)，要取自然對(duì)數(shù)，Z-Score標(biāo)準(zhǔn)化值必須為正數(shù)。因此，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化值進(jìn)行修正，令Uij＝Zij+d，其中d是正數(shù)，這樣就得到了標(biāo)準(zhǔn)化矩陣U＝（U）m×n，然后利用熵值法計(jì)算方法計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重（wj），具體見(jiàn)表2。

2.2.3 綜合指數(shù)的運(yùn)算

城市化程度綜合指數(shù)計(jì)算公式為：

大氣環(huán)境污染綜合指數(shù)計(jì)算公式為：

式中：f（X）為城市化綜合評(píng)價(jià)函數(shù)；f（Y）為大氣環(huán)境污染綜合評(píng)價(jià)函數(shù)；wj為各指標(biāo)權(quán)重；Uj、Aj為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

2.3 模型設(shè)置

研究表明，大氣環(huán)境污染與城市化可能存在多種關(guān)系，所以在此分別采取一次線性、二次曲線和三次曲線進(jìn)行擬合［11-15］。

式中：Y為大氣環(huán)境污染情況；β0、β1、β2、β3分別為模型系數(shù)；X為城市化水平。

3 城市化水平與大氣環(huán)境質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)

3.1 城市化水平發(fā)展過(guò)程及其綜合評(píng)價(jià)

3.1.1 城市化進(jìn)程變化

通過(guò)熵值評(píng)價(jià)法確定城市化水平各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，并計(jì)算北京市、天津市、石家莊市2004—2017年城市化水平綜合指數(shù)，繪制出城市化綜合指數(shù)動(dòng)態(tài)變化圖（圖1）。結(jié)果表明，2004—2017年三城市的城市化水平一直處于直線上升趨勢(shì)，尤其是在2010年之后，城市化進(jìn)程快速發(fā)展、迅速上升。但城市化發(fā)展水平不同：北京、石家莊城市化水平的年均增長(zhǎng)率保持在20%以上，天津市城市化水平的年均增長(zhǎng)率保持在4%以上。在上升速度上，石家莊城市化上升水平表現(xiàn)最快，由2004年的0.021上升到2017年的0.116，升幅達(dá)到552%，2010年后城市化發(fā)展速度超過(guò)北京；天津的城市化水平發(fā)展速度整體比較平穩(wěn)，在2004—2010年期間其城市化水平在三個(gè)城市中表現(xiàn)最為明顯；對(duì)于北京市來(lái)說(shuō)，整體呈直線上升趨勢(shì)，但是2010年之前的城市化綜合水平發(fā)展迅速，自2010年以后相對(duì)平穩(wěn)。從權(quán)重分析來(lái)看，三個(gè)城市的城市化率的影響因素不同。三產(chǎn)和城市化率對(duì)北京市的城市化貢獻(xiàn)最大，固定資產(chǎn)投資和城市綠化覆蓋率對(duì)天津市的貢獻(xiàn)率最大，而城市綠化覆蓋率和人均居住面積則對(duì)石家莊市的貢獻(xiàn)率最大。從城市化綜合指數(shù)和貢獻(xiàn)率來(lái)看，三個(gè)城市的城市發(fā)展模式和特征存在差異。

圖1 京津冀城市2004—2017年時(shí)間序列內(nèi)城市化綜合指數(shù)動(dòng)態(tài)變化及趨勢(shì)圖Fig.1 Dynamic changes and trend of comprehensive urbanization index in the three cities during 2004—2017

表2 京津冀城市化與大氣環(huán)境污染各指標(biāo)權(quán)重值Table 2 Weight values of urbanization index and atmospheric environmental pollution index in the three cities

3.1.2 大氣環(huán)境質(zhì)量變化情況

圖2 京津冀城市2004—2017年大氣環(huán)境污染情況時(shí)間序列動(dòng)態(tài)變化圖Fig.2 Dynamic changes of atmospheric environmental pollution index for the three cities in 2004—2017

從2004—2017年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、環(huán)境公報(bào)數(shù)據(jù)（圖2）可以看出，北京、天津、石家莊均在2013年、2014年連續(xù)兩年達(dá)到了大氣污染的最嚴(yán)重狀況，空氣Ⅱ級(jí)天數(shù)達(dá)到了最低值，PM10濃度超標(biāo)（GB 3095—2012）嚴(yán)重。從圖2a中可以看出，北京市的PM10、SO2、NO2濃度從2004年開(kāi)始整體呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)，而且PM10和NO2濃度在2013—2014年期間出現(xiàn)小幅反彈，在2015年之后恢復(fù)到下降的趨勢(shì)；從Ⅱ級(jí)天數(shù)來(lái)看，2004—2012年期間均呈現(xiàn)出明顯增加的趨勢(shì)，在2013—2016年期間Ⅱ級(jí)天數(shù)下降到200天以內(nèi)，2013年達(dá)到最低值僅有167天。從貢獻(xiàn)度分析來(lái)看，對(duì)于北京市的大氣環(huán)境質(zhì)量起到主要作用的是Ⅱ級(jí)天天數(shù)和SO2濃度。對(duì)于天津市（圖2b）、石家莊市（圖2c）來(lái)說(shuō)，在2004—2017年期間PM10、SO2、NO2濃度變化基本上可以分為四個(gè)階段：2004—2006年平穩(wěn)期，2007—2011年緩慢下降期，2012—2013年突增期，2014—2017年下降期；Ⅱ級(jí)天天數(shù)和這三個(gè)污染物濃度變化相似，尤其與PM10的濃度變對(duì)化最為接近，在2013—2014年期間PM10濃度超標(biāo)嚴(yán)重達(dá)到最大值的情況下，Ⅱ級(jí)天數(shù)也達(dá)到最低值，尤其是石家莊市，2013年的Ⅱ級(jí)天數(shù)只有49天，空氣質(zhì)量狀況改善迫在眉睫。從貢獻(xiàn)度分析發(fā)現(xiàn)，Ⅱ級(jí)天數(shù)均是石家莊市和天津市大氣環(huán)境質(zhì)量的主要影響因素。

用公式分別計(jì)算三個(gè)城市的大氣環(huán)境污染綜合指數(shù)（圖3）?？梢钥闯?，北京市的大氣環(huán)境污染綜合指數(shù)自2004年始整體呈曲線下降的趨勢(shì)。天津、石家莊兩市大氣環(huán)境污染綜合指數(shù)呈現(xiàn)顯著的“倒V型”，變化曲線具有一致性：2004—2012年的大氣環(huán)境質(zhì)量下降；2013年達(dá)到最高值，主要是由于這兩個(gè)城市PM10、PM2.5的年均濃度嚴(yán)重超標(biāo)；2014—2017年大氣環(huán)境污染指數(shù)逐漸趨于下降。除北京市外，石家莊市和天津市的大氣環(huán)境污染均在2013年出現(xiàn)了反復(fù)，根據(jù)2013年《國(guó)家環(huán)境公報(bào)》顯示，京津冀區(qū)域內(nèi)的PM2.5、PM10濃度均超標(biāo)，且超標(biāo)天數(shù)中重度及以上污染天數(shù)比例達(dá)到20.7%，空氣污染嚴(yán)重。自2013年之后國(guó)家發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，京津冀地區(qū)隨后發(fā)布《2013—2017年清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃》和打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃、“大氣十條”的實(shí)施，區(qū)域空氣質(zhì)量改善決心顯著。

3.2 城市化水平綜合指數(shù)與大氣環(huán)境污染綜合指數(shù)之間的擬合分析

3.2.1 大氣環(huán)境污染情況與城市化之間的關(guān)系

將城市化水平綜合指數(shù)作為自變量（X軸），將大氣環(huán)境污染綜合指數(shù)作為因變量（Y軸），利用SPSS軟件分別對(duì)因變量和自變量進(jìn)行了線性回歸、二元線性回歸和三元線性回歸（表3）。

圖3 京津冀城市2004—2017年大氣環(huán)境污染綜合指數(shù)動(dòng)態(tài)變化圖Fig.3 Dynamic trend of comprehensive atmospheric environmental pollution index for the three cities in 2004—2017

表3 京津冀城市大氣環(huán)境污染綜合指數(shù)與城市化綜合指數(shù)的模型擬合結(jié)果Table 3 Curve fitting between the comprehensive atmospheric environmental pollution index and the comprehensive urbanization index for the three cities

從表3中的R2值來(lái)看，在5%的顯著水平下，各個(gè)城市的擬合曲線存在不同形式。對(duì)于北京市來(lái)說(shuō)，二次曲線和三次曲線的F檢驗(yàn)P值均小于0.05，R2值均達(dá)到0.9以上，再根據(jù)t檢驗(yàn)P值來(lái)分析，二次曲線的擬合通過(guò)了5%的檢驗(yàn)，但是三次曲線沒(méi)有通過(guò)，因此綜合考慮選取二次曲線進(jìn)行擬合模型較為合適。從R2和F檢驗(yàn)值來(lái)看，天津市擬合曲線為二次曲線，石家莊市為三次曲線。因此，模擬曲線方程式分別為：

京津冀三城市處于同一區(qū)域內(nèi)，但是城市的發(fā)展格局、發(fā)展階段以及發(fā)展模式等均存在較大的差異，在大氣污染治理方面也存在明顯的投入差異、技術(shù)差異等，造成大氣環(huán)境污染指數(shù)與城市化指數(shù)之間的關(guān)系出現(xiàn)三種形式：“倒U型”、“倒N型”和“正U型”（圖4）。北京的大氣環(huán)境質(zhì)量與城市化水平之間存在“倒U型”關(guān)系，且基本上處于“倒U型”的右半段部分，表明隨著城市化水平的不斷提高，北京城市的大氣污染情況是逐漸減輕的，符合ECK曲線假設(shè)。在城市化指數(shù)為0.06～0.08期間，大氣環(huán)境污染指數(shù)的下降速率最快，年份基本上是在2010—2014年期間，正是北京大氣污染防治持續(xù)加大力度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展開(kāi)始由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變的時(shí)期。天津市的大氣環(huán)境污染指數(shù)和城市化指數(shù)雖然也擬合為二次曲線，但是從形狀來(lái)看，可能是呈現(xiàn)“正U型”，且基本上處于“正U型”的前半段，雖然從目前情況來(lái)看，其大氣環(huán)境污染指數(shù)是隨著城市化發(fā)展下降的，但是后期如何發(fā)展則無(wú)法判斷，加大城市污染治理力度，可能會(huì)逐漸發(fā)展成“倒U型”關(guān)系，如果放松治理，則污染情況會(huì)出現(xiàn)反復(fù)，就可能出現(xiàn)“倒U型”的擬合關(guān)系。因此，對(duì)于天津市來(lái)說(shuō)兩者之間的關(guān)系還需要進(jìn)一步研究。

從石家莊市的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大氣環(huán)境污染指數(shù)與城市化指數(shù)之間存在“倒N型”曲線關(guān)系，其大氣污染情況在城市化發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了反復(fù)，在城市化水平0.06～0.09的情況下，大氣環(huán)境污染指數(shù)在本已降低的情況下出現(xiàn)了上升，甚至在0.09的水平下，出現(xiàn)了大氣環(huán)境污染指數(shù)的最大值，可能是因其城市化發(fā)展加大，一些因素導(dǎo)致了大氣污染又重復(fù)加重的情況。

圖4 大氣環(huán)境污染指數(shù)與城市化水平指數(shù)擬合曲線Fig.4 Curve fitting between atmospheric environmental pollution index and urbanization index for the three cities in 2004—2017

3.2.2 大氣環(huán)境污染的城市化驅(qū)動(dòng)因素分類分析

Grossman等［1］認(rèn)為導(dǎo)致EKC出現(xiàn)的原因主要在于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)與結(jié)構(gòu)效應(yīng)三種影響效應(yīng)。基于Grossman等的觀點(diǎn)，并借鑒其他學(xué)者的研究［27-30］，根據(jù)每一驅(qū)動(dòng)因素的性質(zhì)，將城市化進(jìn)程中10種環(huán)境污染的城市化驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行如下歸類：三產(chǎn)比重作為結(jié)構(gòu)效應(yīng)，城市化率、固定資產(chǎn)投資、建成區(qū)面積、建成區(qū)綠化率統(tǒng)稱為規(guī)模效應(yīng)，人均GDP、生產(chǎn)總值、居民消費(fèi)水平、社會(huì)消費(fèi)品零售總額、人均居住面積變動(dòng)統(tǒng)稱為活動(dòng)效應(yīng)。以下進(jìn)一步分析這三種效應(yīng)與大氣環(huán)境污染指數(shù)之間的定量關(guān)系，結(jié)果列于表4。

表4 大氣環(huán)境污染指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化后的各城市化因變量指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系Table 4 Correlation between atmospheric environmental pollution index and the dependent variables of urbanization after standardization

對(duì)于北京市，在大氣環(huán)境污染指數(shù)與城市化各指標(biāo)的分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，規(guī)模效應(yīng)、活動(dòng)效應(yīng)均與大氣環(huán)境污染指數(shù)呈現(xiàn)在0.01水平下的負(fù)相關(guān)關(guān)系，結(jié)構(gòu)效應(yīng)與大氣環(huán)境污染指數(shù)呈現(xiàn)0.05水平下的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，城市化水平的提高對(duì)于北京市環(huán)境污染指數(shù)呈現(xiàn)的負(fù)影響，從因素分析上證明了EKC的假說(shuō)在北京市是存在的，北京市目前處于經(jīng)濟(jì)與大氣環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的后期階段。優(yōu)化調(diào)整效應(yīng)結(jié)構(gòu)及組成，可有效改善北京市的大氣環(huán)境質(zhì)量。

對(duì)于天津市，結(jié)構(gòu)效應(yīng)與大氣環(huán)境污染指數(shù)在0.01置信水平下呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，意味著要改善環(huán)境質(zhì)量，要逐步調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。規(guī)模效應(yīng)因素中，只有建成區(qū)面積與大氣環(huán)境污染指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其他因素關(guān)系不明顯?；顒?dòng)效應(yīng)中，人均GDP、生產(chǎn)總值、居民消費(fèi)水平、社會(huì)消費(fèi)品零售總額均與大氣環(huán)境污染指數(shù)呈現(xiàn)0.01水平的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而這種負(fù)相關(guān)關(guān)系應(yīng)考慮到公眾環(huán)保意識(shí)、綠色生活低碳消費(fèi)水平意識(shí)的提高，才能表現(xiàn)出來(lái)。

對(duì)于石家莊市，其各城市化因變量與大氣環(huán)境污染指數(shù)的相關(guān)關(guān)系不明顯，可能是由于各城市化因變量對(duì)大氣環(huán)境污染指數(shù)的影響是共同作用的結(jié)果，但本文統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)量偏少，兩者之間的關(guān)系不能明顯體現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)EKC假說(shuō)，污染排放隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而增加，達(dá)到某點(diǎn)之后又隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而下降，對(duì)于石家莊市來(lái)說(shuō)，這個(gè)拐點(diǎn)還存在不確定性，因此，城市化各因素對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的深入影響還需要開(kāi)展進(jìn)一步深入的研究。

城市化正是通過(guò)以上多種效應(yīng)作用于環(huán)境質(zhì)量，不同的效應(yīng)在不同城市化發(fā)展階段對(duì)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生不同的影響，有正的驅(qū)動(dòng)作用［31-33］，也有負(fù)的制動(dòng)作用［34-36］。在城市化進(jìn)程演進(jìn)中，不同效應(yīng)之間相互作用，共同構(gòu)成了城市化對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響與傳動(dòng)機(jī)制［37］。伴隨著城市化發(fā)展階段演進(jìn)，不同效應(yīng)此消彼長(zhǎng)，正是這種此消彼長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致了城市化與大氣環(huán)境質(zhì)量出現(xiàn)環(huán)境庫(kù)茲涅茨的幾種不同曲線的關(guān)系，而非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

4 結(jié)論和建議

本文采用2004—2017年北京、天津、石家莊三城市的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了城市化發(fā)展水平與大氣環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系，主要獲得以下結(jié)論。

（1）北京市的城市化發(fā)展指數(shù)與大氣環(huán)境污染指數(shù)已進(jìn)入“倒U型”曲線的右側(cè)，三大效應(yīng)的各變量與大氣環(huán)境污染指數(shù)間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即符合EKC假說(shuō)，北京市已進(jìn)入城市發(fā)展與大氣環(huán)境質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展的階段，通過(guò)技術(shù)研發(fā)進(jìn)一步支持城市化發(fā)展改善大氣環(huán)境質(zhì)量。

（2）天津市的城市化發(fā)展指數(shù)與大氣環(huán)境污染指數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)入“正U型”曲線的左側(cè)，若加強(qiáng)環(huán)保政策力度，曲線關(guān)系會(huì)持續(xù)下降進(jìn)入“倒U型”右側(cè)，環(huán)保政策一旦松懈，大氣污染則會(huì)反復(fù)。結(jié)構(gòu)效應(yīng)、活動(dòng)效應(yīng)以及規(guī)模效應(yīng)因素建成區(qū)面積與大氣環(huán)境污染指數(shù)呈現(xiàn)0.01置信水平下的負(fù)相關(guān)關(guān)系。深化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型應(yīng)是改善天津市大氣環(huán)境質(zhì)量的主要措施。

（3）石家莊市的城市化發(fā)展與大氣環(huán)境污染指數(shù)之間的擬合曲線呈“倒N型”，三大效應(yīng)的各因變量對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響不明確，表明城市化發(fā)展過(guò)程中大氣環(huán)境污染出現(xiàn)了反復(fù)，城市化發(fā)展與大氣環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的拐點(diǎn)未出現(xiàn)，還需進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)，加大環(huán)境政策執(zhí)行力度。