基于結(jié)構(gòu)方程模型的我國(guó)區(qū)域霧霾水平評(píng)價(jià)

洪 宇

（安徽財(cái)經(jīng)大學(xué) 統(tǒng)計(jì)與數(shù)學(xué)學(xué)院，安徽 蚌埠 233030）

0 引言

霧霾是“霧”和“霾”的統(tǒng)稱(chēng)，通常指的是一種污染性天氣，它是人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)在特定的自然條件下反應(yīng)產(chǎn)生。目前，我國(guó)政府提倡生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護(hù)，出臺(tái)大氣防治污染條例和環(huán)境保護(hù)政策，但是近年來(lái)霧霾污染仍頻繁發(fā)生，已經(jīng)嚴(yán)重影響到我國(guó)居民的生活起居以及道路交通，霧霾污染問(wèn)題在我國(guó)政府和社會(huì)各界廣受關(guān)注。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者站在環(huán)境角度和社會(huì)角度對(duì)霧霾的產(chǎn)生原因及污染水平進(jìn)行了探究。王躍思（2014）[1]認(rèn)為霧霾的產(chǎn)生分為兩個(gè)來(lái)源：一次來(lái)源主要是由社會(huì)生產(chǎn)直接排放到空氣中的顆粒物；二次來(lái)源主要是因人類(lèi)活動(dòng)所排放的氣態(tài)污染物，如氮氧化物、二氧化硫等，在大氣中通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)形成的。孟曉艷（2014）[2]認(rèn)為霧霾是隨著氣溫變暖、空氣濕度增加、顆粒物濃度提高、風(fēng)速較小等原因形成的。因此，我國(guó)政府根據(jù)研究結(jié)果，由通過(guò)使用大氣中PM2.5濃度對(duì)霧霾污染水平進(jìn)行測(cè)度，進(jìn)一步使用空氣質(zhì)量指數(shù)體系對(duì)霧霾污染水平加以衡量。為了提高霧霾污染水平研究的科學(xué)性，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家通過(guò)不同方法對(duì)霧霾污染水平進(jìn)行測(cè)度。Ram（2012）[3]根據(jù)冬季印度恒河平原區(qū)域大氣中因社會(huì)生產(chǎn)和道路交通所產(chǎn)生的二次無(wú)機(jī)氣溶膠和黑炭含量反映霧霾污染水平。于興娜（2012）[4]根據(jù)氣溶膠的光學(xué)特性，量化了霧霾污染的水平。王立平（2016）[5]依據(jù)政策、經(jīng)濟(jì)、人口三個(gè)方面綜合反映地區(qū)霧霾污染水平。

霧霾污染固然可以通過(guò)測(cè)定大氣廢氣以及顆粒物濃度來(lái)衡量其發(fā)生水平，但歸根結(jié)底仍是地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、居民生活過(guò)程中排出的垃圾廢氣所造成的。本文在構(gòu)建霧霾污染評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，應(yīng)用結(jié)構(gòu)方程模型綜合評(píng)價(jià)方法，根據(jù)我國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)對(duì)各省域霧霾水平進(jìn)行測(cè)度評(píng)價(jià)，分析其空間變化特征、找出其主要影響因素，進(jìn)而提出有關(guān)政策建議。

1 指標(biāo)體系構(gòu)建

為了適應(yīng)我國(guó)霧霾污染分析的實(shí)際需要，并結(jié)合我國(guó)國(guó)情，本文根據(jù)霧霾的主要成分及社會(huì)因素建立一套科學(xué)的指標(biāo)體系。研究表明，在評(píng)價(jià)霧霾污染程度的過(guò)程中，霧霾的影響因素不僅包括可測(cè)的指標(biāo)，還包括不可測(cè)指標(biāo)，因此在前人的研究基礎(chǔ)上，使用潛在變量指標(biāo)和觀測(cè)變量指標(biāo)對(duì)研究進(jìn)行改進(jìn)，建立霧霾污染指標(biāo)體系過(guò)程中必須遵從科學(xué)性、系統(tǒng)性、可比性、可操作性原則。

綜上所述，建立霧霾污染程度指標(biāo)體系，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 霧霾污染程度結(jié)構(gòu)方程模型指標(biāo)

由表1知，我國(guó)霧霾污染程度指標(biāo)的構(gòu)建應(yīng)綜合考慮地區(qū)發(fā)展情況、居民生活因素以及空氣污染因素。其中，“空氣污染”作為最直接影響霧霾污染的形成原因，因把空氣污染作為直接影響潛在指標(biāo)，可由“二氧化硫”、“氮氧化物”、“煙（粉）塵”的排放量三個(gè)可測(cè)指標(biāo)綜合反映；而“地區(qū)發(fā)展”和“居民生活”作為間接形成霧霾污染的原因，因此把這兩種因素作為間接影響潛在指標(biāo)，可分別由“地區(qū)生產(chǎn)總值”、“第二產(chǎn)業(yè)增加值”、“城市面積”、“居民電力消費(fèi)量”、“民用汽車(chē)數(shù)量”、“地區(qū)人口”六個(gè)可測(cè)指標(biāo)綜合反映。

因此，我國(guó)霧霾污染水平的構(gòu)成因子應(yīng)由上述指標(biāo)所組成的指標(biāo)體系進(jìn)行分析研究得出。

2 分析方法

結(jié)構(gòu)方程模型又可稱(chēng)為SEM（Structure Equation Modeling）模型，其本質(zhì)在于運(yùn)用廣義線性方程來(lái)表示潛變量以及顯變量之間因果關(guān)系的統(tǒng)計(jì)方法。其中，顯變量又可稱(chēng)為可測(cè)變量，往往表示分析對(duì)象的客觀本質(zhì)因素；潛變量又可稱(chēng)為不可測(cè)變量，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中有許多指標(biāo)不可以被量化，但又客觀存在，根據(jù)這些性質(zhì)引入潛變量的概念，對(duì)不可測(cè)指標(biāo)變量具體化，表示分析對(duì)象的潛在因素，符合現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)研究的客觀性，提高實(shí)際分析中的準(zhǔn)確性和全面性。結(jié)構(gòu)方程模型的優(yōu)勢(shì)在于，模型引入了潛變量和顯變量的概念，能夠?qū)Σ豢蓽y(cè)變量模型進(jìn)行分析；并且能夠研究變量間的內(nèi)生性以及可能存在的路徑依賴(lài)性。非常適合對(duì)霧霾污染這種多方面、復(fù)雜的自然現(xiàn)象進(jìn)行探究和分析。

3 實(shí)證分析

3.1 模型設(shè)定

根據(jù)結(jié)構(gòu)方程模型選取變量并設(shè)定假定條件：

（1）“地區(qū)發(fā)展”、“居民生活”和“空氣污染”是結(jié)構(gòu)方程模型的潛在變量。其中，“地區(qū)發(fā)展”和“居民生活”是造成霧霾污染的內(nèi)生潛變量，二者之間相互影響，并共同影響“空氣污染”，因此后者是結(jié)構(gòu)方程模型的外生潛變量。

（2）“地區(qū)生產(chǎn)總值”、“第二產(chǎn)業(yè)增加值”、“城市面積”、“居民電力消費(fèi)量”、“民用汽車(chē)數(shù)量”、“地區(qū)人口”、“二氧化硫”、“氮氧化物”和“煙（粉）塵”排放量九個(gè)指標(biāo)是結(jié)構(gòu)方程模型的觀察變量。其中，“二氧化硫”、“氮氧化物”和“煙（粉）塵”是外生顯變量，并直接決定著霧霾污染的污染程度，而其他六個(gè)觀察變量是結(jié)構(gòu)方程的內(nèi)生顯變量，間接影響著霧霾污染的發(fā)生程度。

本文把霧霾污染結(jié)構(gòu)方程模型指標(biāo)體系進(jìn)行分組，評(píng)價(jià)目的分別為“地區(qū)發(fā)展對(duì)霧霾污染的影響”、“居民生活對(duì)霧霾污染的影響”、“綜合影響”三個(gè)方面，對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的顯變量、潛變量指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 霧霾污染評(píng)價(jià)目的

根據(jù)上述假定以及評(píng)價(jià)目的，建立如下模型分析霧霾污染水平：

其中，式（1）表示霧霾污染水平外生變量的測(cè)量方程，x是“二氧化硫”、“氮氧化物”和“煙（粉）塵”組成的顯變量集合，ξ表示“空氣質(zhì)量”向量集，Λx表示x在ξ上的因子載荷矩陣，δ是外生變量測(cè)量方程的誤差。式（2）表示霧霾污染水平內(nèi)生變量的測(cè)量方程，y是“地區(qū)生產(chǎn)總值”、“第二產(chǎn)業(yè)增加值”、“城市面積”、“居民電力消費(fèi)量”、“民用汽車(chē)數(shù)量”、“地區(qū)人口”組成的顯變量集合，η表示“地區(qū)發(fā)展”、“居民生活”組成的向量集，Λy表示y在η上的因子載荷矩陣，ε是內(nèi)生變量測(cè)量方程的誤差。式（3）描述了結(jié)構(gòu)方程模型中的內(nèi)生潛變量和外生潛變量間的因果關(guān)系，根據(jù)上述條件，Β是表示內(nèi)生潛變量η之間相互影響的關(guān)系矩陣，而Γ是表示外生潛變量ξ對(duì)內(nèi)生潛變量η影響的關(guān)系矩陣，ζ表示方程不能夠解釋的部分。

3.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)年統(tǒng)計(jì)年鑒—2017》，全國(guó)共31個(gè)省份的2016年數(shù)據(jù)，使用Amos 24軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.3 模型擬合結(jié)果

（1）地區(qū)發(fā)展對(duì)霧霾污染影響

綜上所述，構(gòu)建地區(qū)發(fā)展對(duì)霧霾污染影響結(jié)構(gòu)方程模型，結(jié)果如圖1所示。

圖1 地區(qū)發(fā)展對(duì)霧霾污染影響結(jié)構(gòu)方程模型

地區(qū)發(fā)展影響空氣污染的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為0.73，影響程度較大且影響方向?yàn)檎?，符合結(jié)構(gòu)方程模型的假定條件（1），即地區(qū)發(fā)展是地區(qū)霧霾污染的影響因素之一。而地區(qū)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)增加值、城市面積影響地區(qū)發(fā)展的路徑系數(shù)分別為0.98、1.00、0.73，影響力都較大，符合結(jié)構(gòu)方程模型假定條件（2）。表3為地區(qū)發(fā)展對(duì)霧霾污染影響結(jié)構(gòu)方程的參數(shù)估計(jì)。

表3 地區(qū)發(fā)展對(duì)霧霾污染影響結(jié)構(gòu)方程參數(shù)估計(jì)

以上結(jié)果說(shuō)明，地區(qū)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)增加值、城市面積盡管會(huì)對(duì)一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)起著促進(jìn)作用，但同樣會(huì)給地區(qū)帶來(lái)環(huán)境污染。

（2）居民生活對(duì)霧霾污染影響

構(gòu)建居民生活對(duì)霧霾污染影響結(jié)構(gòu)方程模型，結(jié)果如下頁(yè)圖2所示。

圖2 居民生活對(duì)霧霾污染影響結(jié)構(gòu)方程模型

居民生活影響空氣污染的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為0.83，影響程度較大且影響方向?yàn)檎?，符合結(jié)構(gòu)方程模型的假定條件（1），即居民生活是地區(qū)霧霾污染的影響因素之一。而居民電力消費(fèi)量、民用汽車(chē)數(shù)量、地區(qū)人口影響居民生活的路徑系數(shù)分別為0.95、0.99、0.91，影響力都較大，符合結(jié)構(gòu)方程模型假定條件（2），即居民電力消費(fèi)量、民用汽車(chē)數(shù)量、地區(qū)人口都是影響地區(qū)霧霾污染的影響因素。表4為居民生活對(duì)霧霾污染影響結(jié)構(gòu)方程的參數(shù)估計(jì)。

表4 居民生活對(duì)霧霾污染影響結(jié)構(gòu)方程參數(shù)估計(jì)

以上結(jié)果說(shuō)明，居民電力消費(fèi)量、民用汽車(chē)數(shù)量、地區(qū)人口是一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)繁榮的重要標(biāo)志，但同樣會(huì)給地區(qū)帶來(lái)環(huán)境污染。

（3）綜合影響

為了考慮到地區(qū)發(fā)展和居民生活之間可能會(huì)相互影響，因此需構(gòu)建綜合影響結(jié)構(gòu)方程模型，對(duì)霧霾影響因素綜合分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 綜合影響結(jié)構(gòu)方程模型

根據(jù)模型修正指數(shù)對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，最優(yōu)模型結(jié)果很好的反映了構(gòu)成霧霾影響因素綜合情況。地區(qū)發(fā)展影響空氣污染的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為0.67，居民生活影響空氣污染的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為0.86，影響程度較大且影響方向?yàn)檎?，符合結(jié)構(gòu)方程模型的假定條件（1）。而間接影響因素的路徑系數(shù)都在0.7以上，影響力都較大，符合結(jié)構(gòu)方程模型假定條件（2）。表5為地區(qū)發(fā)展、居民生活對(duì)霧霾污染綜合影響結(jié)構(gòu)方程的參數(shù)估計(jì)。

表5 綜合影響結(jié)構(gòu)方程參數(shù)估計(jì)

綜合（1）和（2）結(jié)論，地區(qū)發(fā)展規(guī)模和居民生活中都可能造成霧霾污染，同時(shí)也考慮到二者之間可能互相影響，并有可能產(chǎn)生副產(chǎn)物共同作用于霧霾污染。因此，對(duì)于霧霾污染的復(fù)雜性和多方面性，需要綜合地區(qū)發(fā)展以及居民生活兩個(gè)方面。

3.4 霧霾水平綜合評(píng)分

根據(jù)結(jié)構(gòu)方程模型擬合結(jié)果，可以對(duì)我國(guó)全國(guó)各省霧霾污染狀況進(jìn)行建模，結(jié)果如下：

其中，上式方程是各組評(píng)價(jià)目的所對(duì)應(yīng)的霧霾污染評(píng)價(jià)綜合指數(shù)，fji(i=1，2，3;j=1，2，3)是各顯變量的權(quán)重系數(shù)，wji(i=1，2，3;j=1，2，3)是各潛變量的權(quán)重系數(shù)。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)結(jié)構(gòu)方程模型擬合結(jié)果，并結(jié)合霧霾污染水平綜合評(píng)價(jià)目的，為了得到霧霾水平評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)專(zhuān)家評(píng)分法，對(duì)地區(qū)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)增加值、城市面積、居民電力消費(fèi)量、民用汽車(chē)數(shù)量、地區(qū)人口、二氧化硫、氮氧化物和煙（粉）塵九個(gè)分量按照輕度污染、中度污染、重度污染三個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分值：

輕度污染—中度污染：（0.5，-1.5，-0.5，0.0，-0.5，0.5，-1.5，-1.5，-1.5）

中度污染—重度污染：（0.5，1.0，0.5，0.0，1.5，1.0，1.0，1.0，1.0）

其中，評(píng)分以0.0為中間程度，正向?yàn)槌潭仍酱?，反之越小?/p>

綜上所述，根據(jù)結(jié)構(gòu)方程評(píng)價(jià)模型，并結(jié)合各組變量的權(quán)重歸一化結(jié)果，分別計(jì)算地區(qū)發(fā)展、居民生活和綜合影響對(duì)霧霾污染水平的評(píng)分，并對(duì)三種評(píng)分結(jié)果進(jìn)行平均得到最終評(píng)分結(jié)果和全國(guó)各省霧霾污染水平綜合排名。參照全國(guó)各省份空氣質(zhì)量達(dá)到及大于2級(jí)的天數(shù)，進(jìn)行排序，將結(jié)構(gòu)方程模型對(duì)全國(guó)各省霧霾污染水平綜合排名與實(shí)際空氣質(zhì)量水平進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)霧霾污染水平結(jié)構(gòu)方程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和各組的權(quán)重系數(shù)，計(jì)算得到輕度污染—中度污染的界定標(biāo)準(zhǔn)為-0.22，中度污染—重度污染的界定標(biāo)準(zhǔn)為0.29，進(jìn)一步對(duì)霧霾污染水平進(jìn)行分組，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 全國(guó)各省霧霾污染水平綜合評(píng)分和污染程度

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論分析

結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果顯示，居民生活和地區(qū)發(fā)展對(duì)霧霾污染的影響都是正向的，說(shuō)明居民生活和地區(qū)發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染均能產(chǎn)生霧霾污染。

結(jié)合實(shí)際，居民生活過(guò)程中產(chǎn)生的垃圾廢氣等會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，進(jìn)而形成霧霾污染。居民生活造成霧霾污染主要分為三個(gè)方面：（1）居民的用電需求越高，對(duì)地區(qū)的發(fā)電水平要求也相對(duì)越高，而我國(guó)各地區(qū)發(fā)電站仍以火力發(fā)電為主，大量的電力需求將會(huì)對(duì)大氣造成嚴(yán)重的污染。（2）隨著我國(guó)居民生活質(zhì)量不斷提升，民用汽車(chē)的使用量也在不斷增加，不僅造成了城市交通負(fù)擔(dān)，也造成了嚴(yán)重的霧霾污染。（3）隨著大量的人口涌入經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，不僅產(chǎn)生了大量的社會(huì)問(wèn)題，同時(shí)給地區(qū)的環(huán)境造成了較大的負(fù)擔(dān)。故而，因居民生活所造成的環(huán)境污染不可忽視。

路徑分析結(jié)果顯示，居民生活造成的霧霾污染相較于地區(qū)發(fā)展所造成的霧霾污染更加嚴(yán)重，這說(shuō)明了：（1）發(fā)展規(guī)模較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，可能會(huì)更注意環(huán)境的保護(hù)，對(duì)霧霾污染的防治工作做得更加充分。（2）相比地區(qū)整體規(guī)模，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可能會(huì)是造成霧霾污染的重要因素，因此一些以第二產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)地位省份的霧霾污染水平相對(duì)較高。（3）隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化得到加強(qiáng)，城市建筑面積進(jìn)一步擴(kuò)大，但也造成了嚴(yán)重的建筑揚(yáng)塵，加重了霧霾污染程度。因此，地區(qū)發(fā)展規(guī)模也是造成霧霾污染的重要因素之一。

全國(guó)霧霾污染水平分布狀況顯示，我國(guó)重度霧霾的省份有河南、陜西、河北、山東、四川，這五個(gè)省份主要集中在我國(guó)的中部地區(qū)。這些地區(qū)的共同點(diǎn)一般都是第二產(chǎn)業(yè)所占比重較大，人口密度比較稠密，城鎮(zhèn)化發(fā)展比較迅速，所造成的霧霾污染程度也相對(duì)較高。

4.2 政策建議

上述結(jié)論揭示了居民生活和地區(qū)發(fā)展均會(huì)給環(huán)境造成較重的負(fù)擔(dān)，加深了霧霾污染程度，同時(shí)也為政府及相關(guān)部門(mén)的防治霧霾污染工作提供了政策啟示。具體建議如下：

（1）居民生活建議。各地區(qū)政府需要對(duì)居民宣傳節(jié)能環(huán)保意識(shí)，推廣使用耗電量較小的家用電器，節(jié)約用電，同時(shí)應(yīng)減少公共設(shè)施用電的預(yù)算。建議居民選擇乘使公共車(chē)輛，選擇步行或騎行單車(chē)，減少私家車(chē)的使用，增強(qiáng)居民的減排意識(shí)。我國(guó)應(yīng)繼續(xù)支持發(fā)展我國(guó)西北部地區(qū)，提高人員待遇，吸引外來(lái)人員，使我國(guó)地區(qū)人口均衡發(fā)展。

（2）地區(qū)發(fā)展建議。各地區(qū)要在保護(hù)環(huán)境的前提下發(fā)展經(jīng)濟(jì)，長(zhǎng)期“防霾”、“治霾”，應(yīng)進(jìn)一步將生態(tài)環(huán)境問(wèn)題作為評(píng)價(jià)全方面發(fā)展的重要標(biāo)準(zhǔn)。霧霾污染水平較高的省份應(yīng)合理優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，縮減第二產(chǎn)業(yè)增加值，或制定節(jié)能減排政策，減少因工業(yè)所造成的污染。各省市應(yīng)合理規(guī)劃城市建筑面積，優(yōu)先植樹(shù)，保持并逐步增加地區(qū)森林覆蓋面積，減少對(duì)綠色植物的破壞。我國(guó)中部地區(qū)需要依托現(xiàn)有基礎(chǔ)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，要以核心技術(shù)研發(fā)為著力點(diǎn)推進(jìn)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化，努力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高資源節(jié)約和綜合利用水平，降低霧霾水平，做到生態(tài)、經(jīng)濟(jì)齊頭并進(jìn)發(fā)展。

（3）經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)發(fā)展并不是矛盾的，全國(guó)各地區(qū)需要在盡量減少生態(tài)環(huán)境破壞的前提下謀求發(fā)展，在確保生態(tài)壞境的基礎(chǔ)上檢驗(yàn)地區(qū)發(fā)展水平。因此，各地區(qū)要加大科技研發(fā)的投入力度，以核心技術(shù)研發(fā)為著力點(diǎn)，努力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，是發(fā)展經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也是降低霧霾水平的有效手段。