中央與地方政府PM2.5治理策略分析

周 珍，邢瑤瑤，林 云，于曉輝，譚志斌，王 潔

(1.首都師范大學 管理學院,北京 100089; 2.北京理工大學 能源與環(huán)境政策研究中心 100081; 3.北京物資學院,北京 101149)

0 引言

黨的十九大報告提出加快生態(tài)文明體制改革，建設美麗中國，首當其沖的是著力解決突出的環(huán)境污染問題。已有研究[1～3]發(fā)現(xiàn)，治霾主要有三方面的影響：(1)PM2.5濃度降低會減少呼吸系統(tǒng)等疾病的發(fā)病率及死亡率，給民眾帶來健康收益；(2)企業(yè)需要投入成本，以保證污染去除設備的投入和運轉(zhuǎn)；(3)環(huán)境規(guī)制會影響企業(yè)的產(chǎn)能，對當?shù)氐慕?jīng)濟造成影響。文獻[4～7]研究在治理CO2的同時具有SO2、NOX等污染物濃度降低的協(xié)同效應，且協(xié)同效應具有空間異質(zhì)性。例如，地區(qū)間由于能源消費結(jié)構(gòu)與人口密度的不同，CO2治理的協(xié)同效應存在地區(qū)差異。只有了考慮了污染物治理的空間異質(zhì)性協(xié)同效益，相應的政策的設計才具有配置效率。同樣的，在PM2.5治理中，由于各地區(qū)GDP、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口數(shù)量等差異，治霾給民眾、企業(yè)以及政府帶來的協(xié)同效益均存在空間異質(zhì)性。例如，在北京去除1單位PM2.5與在河北去除1單位PM2.5所需要的直接治理成本、帶來的民眾健康收益以及經(jīng)濟發(fā)展影響會存在很大的差異。因此，PM2.5合作治理的政策設計需要考慮污染治理給民眾、企業(yè)、政府等多主體帶來的多方效益，只有這樣才可能使治理污染投入的資源在地區(qū)間達到最優(yōu)配置。

另外，現(xiàn)有研究多借鑒基于總量控制原則的CO2減排建立空氣污染治理博弈模型，論證了霧霾合作治理比非合作治理成本更低[8,9]?？偭靠刂浦傅氖牵褐灰渲幸粋€地區(qū)達到了整個區(qū)域的去除量目標，就認為整個區(qū)域的所有地區(qū)均達標。由于PM2.5的濃度過高會對當?shù)氐拿癖姷慕】祹砦：?，中國政府?012年頒布了《大氣污染防治行動計劃》，明確要求各地區(qū)PM2.5的濃度在規(guī)定時間內(nèi)要下降到規(guī)定標準，因此總量控制不適合PM2.5治理。例如，總量控制下，相鄰地區(qū)減排1單位對本地區(qū)的貢獻等于1單位。而在濃度控制下，由于跨界傳輸率的不同，相鄰地區(qū)1單位的減排對本地區(qū)的貢獻少于1單位。因此，本文探究基于濃度控制的PM2.5治理，在減排指標約束下的合作治理是否一定優(yōu)于非合作治理？減排指標的設置對局中人治理策略選擇有何影響？局中人的策略選擇對污染物的整體減排量又有何影響？本文將對上述問題進行理論與方法探究，并在京津冀區(qū)域?qū)χ卫砟Ｐ妥鰧嵶C分析。

2 模型準備

2.1 PM2.5濃度與質(zhì)量的轉(zhuǎn)換關系

設當年PM2.5的生產(chǎn)量和去除量分別為Oi,Pi，去年生產(chǎn)量和去除量分別為Oia,Pia，則地區(qū)i相對于去年的PM2.5減排量為(Oi-Pi)-(Oia-Pia)。設地區(qū)i的PM2.5減排影響到地區(qū)j的比例為δri，當i=j時，表示本地影響。那么，假設區(qū)域內(nèi)共有n個地區(qū)，地區(qū)i空氣中的PM2.5當年的減少量Pri可以表示為：

Pri=δ1i[(O1-P1)-(Oia-P1a)]+

δ2i[(O2-P2)-(O2a-P2a)]+…+

δni[(On-Pn)-(Ona-Pna)]

(1)

記每個地區(qū)空氣中PM2.5濃度與質(zhì)量之間存在轉(zhuǎn)換關系為φi，則PM2.5空氣中的減少量Pri與下降濃度εi的關系為：

εi=Pri·φi

(2)

2.2 PM2.5綜合治理成本函數(shù)的建立

接下來本文通過分別建立PM2.5治理的民眾健康收益、經(jīng)濟發(fā)展影響以及直接治理成本函數(shù)來構(gòu)建PM2.5綜合治理成本函數(shù)。

(1)民眾健康收益函數(shù)構(gòu)建

本文參考文獻，選取PM2.5造成的呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病、兒科、內(nèi)科、慢性以及急性支氣管炎、哮喘以及急性效應與慢性效應死亡這九項作為疾病終端，將PM2.5治理前的健康成本減去PM2.5治理后的健康成本作為治理PM2.5所帶來的健康收益，即民眾健康收益。參考文獻[10～14]的環(huán)境健康價值評估模型以及PM2.5的濃度與質(zhì)量之間的轉(zhuǎn)換關系，建立PM2.5的去除量與單位人口的健康效應變化量的關系如式(3)所示：

ΔEij=Ij0{[1-exp(βj(ρi-(Pi-Pia)φi))]-

[1-exp(βj(ρi-ρo))]}

(3)

本文采用疾病成本法[12]對治理PM2.5帶來的呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病、兒科、內(nèi)科、急性支氣管炎以及哮喘這六種疾病的健康收益價值進行評估，采用傷殘調(diào)整生命年法[13]估計地區(qū)治理PM2.5帶來的慢性支氣管炎的健康收益價值，使用調(diào)整人力資源法[14]對PM2.5帶來的慢性及急性死亡的健康收益價值進行評估。則地區(qū)的民眾健康收益函數(shù)為:

Ij0ΔEij+pi·cij·Ij0·Dalysi·ΔEij

(4)

其中，pi表示地區(qū)i當年的常住人口，cij表示地區(qū)i第j個疾病終端的單位病例成本，HCLij表示地區(qū)i第j個疾病終端的基于人均GDP的個人人力資本；Dalysi表示第j個疾病從發(fā)病到死亡所損失的全部健康壽命年。

(2)經(jīng)濟發(fā)展影響函數(shù)構(gòu)建

根據(jù)2015年地區(qū)減少的PM2.5濃度計算得到2015年空氣中PM2.5濃度降低1ug/m3帶來的損失ΔEi=Ei/Pi2015。則地區(qū)i的經(jīng)濟發(fā)展影響函數(shù)為:

Cie=ΔEi·Pi·τ(τ為時間因子)

(5)

(3)直接治理成本函數(shù)構(gòu)建

本文將PM2.5的治理轉(zhuǎn)換為兩種關鍵前體物SO2與NOX的治理。記地區(qū)iPM2.5質(zhì)量與SO2和NOX質(zhì)量的轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為μiSO2,μiNOx，下面分別建立SO2與NOX的去除成本模型。

根據(jù)曹東等[15]構(gòu)建的污染物去除成本函數(shù)，建立SO2去除成本模型如下：

(6)

其中，CiSO2為地區(qū)iSO2的去除成本，Wi為地區(qū)i的廢氣排放量，PiSO2為地區(qū)i的SO2去除量，θ,φ,μ均為待確定參數(shù)。

根據(jù)文獻[16]，記NOX去除量與去除成本之間的線性關系系數(shù)為σi，地區(qū)i的NOX去除成本函數(shù)為:

CiSO2=σi·PiNOx

(7)

(8)

綜上所述，地區(qū)i治理PM2.5綜合治理成本為該地區(qū)的直接治理成本加上治理PM2.5的經(jīng)濟發(fā)展影響再減去民眾健康收益，即：

Ci=Cid+Cie-Rih

(9)

3 PM2.5治理博弈模型

3.1 PM2.5非合作治理模型

對于PM2.5的減排有兩種方式，一是去除工業(yè)上的污染物，二是去除民眾生活中排放的污染物，如利用限行等措施減少汽車尾氣排放的PM2.5。研究表明，生活去污的單位成本遠高于工業(yè)去污[17]，因此，各地區(qū)優(yōu)先考慮工業(yè)去污方式。

確定治理成本之前，通過比較地區(qū)iPM2.5最大降低濃度εi與中央政府給該地區(qū)規(guī)定的PM2.5濃度ri之間的關系，來判斷地區(qū)i依靠工業(yè)去污能否達到本地的治理目標。在單獨治理時各地區(qū)之間的信息不溝通，無法確定其他地區(qū)的去除量，因此，假設其他地區(qū)的去除量與去年相等，因此式(1)可以簡化為：Pri=δii[(Oi-Pi)-(Oia-Pia)]。則該地區(qū)空氣中PM2.5最大下降濃度εi=φi·δii[(OPi-PPi)-(Oia-Pia)]。

那么，通過式(10)可以判斷地區(qū)i依靠工業(yè)去污能否達到本地的治理目標：

φi·δii[(Opi-Ppi)-(Oia-Pia)]≥ri

(10)

如果滿足式(10)，則直接使用PM2.5單獨治理成本優(yōu)化模型確定本地治理策略，詳見3.1.1；否則，需要通過其他渠道來完成空氣中PM2.5的減少目標，詳見3.1.2。

3.1.1 地區(qū)可以依靠本地去污達標

根據(jù)上文分析，此時地區(qū)i首先滿足式(10)；其次，地區(qū)i的去除量不能超過本地區(qū)的最大去除量PPi，即：0≤Pi≤PPi。因此，地區(qū)iPM2.5單獨治理成本優(yōu)化模型為：

(11)

3.1.2 地區(qū)無法依靠本地去污達標

此時，由于工業(yè)去污成本較低，地區(qū)i首先將去除能力內(nèi)的工業(yè)污染去除完畢，記該部分成本為Civ，能夠降低的PM2.5濃度為φi·δii[(Opi-Ppi)-(Oia-Pia)]；而未達標的剩余濃度為ri-φi·δii[(Opi-Ppi)-(Oia-Pia)]，這部分PM2.5濃度的降低有兩種方案：

(2)購買鄰近地區(qū)的去除量：通過降低鄰近地區(qū)的污染傳輸量來達到本地PM2.5濃度下降目標，支付的成本為鄰近地區(qū)治理這部分PM2.5所需的直接治理成本與經(jīng)濟發(fā)展影響，記該成本為Cib，購買的去除量可通過式(12)求解得到：

(12)

其中，第一個約束條件表示地區(qū)j的減排傳輸?shù)降貐^(qū)i的量能夠使得地區(qū)i完成自己工業(yè)去除能力外的減排目標，第二個約束條件表示地區(qū)j的去除量要介于去年的去除量與該地區(qū)去除量上限之間。

地區(qū)i剩余減排目標的治理策略為最小成本方案所對應的策略，相應的成本為：Cis=min{Cit,Cib}。因此，地區(qū)i無法依靠本地去污達標時總成本為Ci=Civ+Cis。

上述模型幫助各地區(qū)在單獨治理時選擇治霾策略，當各地區(qū)按照這種策略進行減排時，需要重新計算各地區(qū)受到的來自所有地區(qū)減排帶來的民眾健康收益，各地區(qū)均得到一個實際的綜合治理成本。

3.2 PM2.5治理合作博弈模型

設合作聯(lián)盟為S=(1,2,…,m)?N，當m=n時，為全局合作。合作聯(lián)盟內(nèi)的各地區(qū)之間的信息共享，可以共同確定聯(lián)盟內(nèi)各地區(qū)的減排量，而對于聯(lián)盟外的地區(qū)，則無法確定其他地區(qū)的去除量，因此，假設聯(lián)盟外地區(qū)的去除量與去年相等，因此式(1)可以化簡為：

Pri=δ1i[(O1-P1)-(O1a-P1a)]+

δ2i[(O2-P2)-(O2a-P2a)]+…+

δmi[(Om-Pm)-(Oma-Pma)]

同樣地，可以由式(13)判斷合作聯(lián)盟依靠工業(yè)去除污染物是否可以達到聯(lián)盟內(nèi)地區(qū)的減排目標：

Pri≥ri

(13)

如果滿足式(13)，那么使用PM2.5治理合作博弈模型來確定合作聯(lián)盟的成本；否則，類比3.1.2，需要通過其他渠道來完成空氣中PM2.5的減少目標。

對于PM2.5治理合作博弈模型，各地區(qū)首先需要滿足式(13)；此外，各地區(qū)的去除量應該滿足不超過本地區(qū)的最大去除量，即：0≤Pi≤Ppi,i=(1,2,…,m)。

因此，PM2.5治理合作博弈模型為：

(14)

根據(jù)上述模型可以得到各地區(qū)在不同合作情形下的治霾策略，以及重新計算民眾健康收益后各個地區(qū)的綜合治理成本。

4 京津冀PM2.5治理實證分析

4.1 京津冀PM2.5非合作治理實證分析

京津冀各地區(qū)出臺的大氣污染防治工作方案中，設定了2017年本地的PM2.5濃度下降目標：北京相對于2016年PM2.5濃度要降低18%，天津13%，河北6%，相應的PM2.5減少濃度分別為13ug/m3、9ug/m3以及4ug/m3[18,19]。本文以京津冀區(qū)域完成2017年的去除目標作為研究對象，研究京津冀各地的直接治理成本、健康收益、經(jīng)濟損失等[11～16]，分別從中央政府與地方政府視角對局中人PM2.5治理策略的意向進行分析。

4.1.1 北京單獨治理PM2.5

當北京單獨治理PM2.5時，根據(jù)式(10)可以判斷，將北京去除量的上限即15.64萬噸全部去除掉僅僅能夠降低10.35ug/m3的PM2.5，這距離北京的PM2.5降低目標13ug/m3還差2.65ug/m3，這意味著北京依靠工業(yè)去污無法達到PM2.5下降目標。根據(jù)3.1.2，對于工業(yè)去污無法達標的部分，兩種去污方案及其成本分別為:

(1)民用去污：根據(jù)趙峰俠等[17]的研究，北京市限行一年可以減排SO20.2萬噸，造成直接經(jīng)濟損失84億元/年，因此，減排1萬噸PM2.5的成本為903億元，Cit=5775075.53萬元。

(2)購買鄰近地區(qū)去除量：根據(jù)式(11)的求解得到，河北地區(qū)在本地去除81.80萬噸PM2.5，能夠使北京地區(qū)達到減排目標，此時北京需要支付的成本最?。篊1b=1189335.04萬元。

比較兩種方案成本大小，北京選擇向河北購買去除量。因此，北京無法單獨完成治理目標，除了本地工業(yè)去污外，還需支付成本幫助河北去污以達到本地治霾目標。

4.1.2 天津單獨治理PM2.5

天津單獨治理PM2.5時，可以判斷滿足式(10)，因此，天津使用PM2.5單獨治理成本優(yōu)化模型進行決策：

使用Mathematica 8.0對上式進行求解得到天津單獨治理PM2.5時的去除量為14.63萬噸。

4.1.3 河北單獨治理PM2.5

河北單獨治理PM2.5時，可以判斷滿足式(10)，同理，根據(jù)式(11)并求解得到河北單獨治理PM2.5時的去除量為71.15萬噸。但由于北京需要河北去除81.80萬噸的PM2.5才能達標，比較發(fā)現(xiàn)，河北本地達標需要去除污染物的量小于北京需要在河北去除的量，而北京會支付超出河北基礎減排量外的直接治理成本與經(jīng)濟發(fā)展影響成本，因此，河北只需支付基礎減排量PHa這部分的直接治理成本與經(jīng)濟發(fā)展影響即可，而享受的健康收益則為河北地區(qū)的實際去除量即81.80萬噸帶來的健康收益。

綜上，各地區(qū)確定單獨治理時PM2.5減排量后，重新計算民眾健康收益后京津冀三地的綜合治理成本分別為：北京1897785.63萬元，天津1900455.48萬元以及河北3683650.42萬元。

4.2 京津冀PM2.5合作治理實證分析

4.2.1 北京-天津合作

根據(jù)式(13)判斷，當北京和天津合作治理PM2.5時，可以使天津依靠工業(yè)去污達到去除目標，而無法使北京達標，對于剩余的污染物需要向河北購買去除量。根據(jù)3.1.2計算得到，北京需要河北達到77.95萬噸的去除量。

在確定了北京-天津合作治理PM2.5的減排量以及河北單獨治理的減排量之后，重新確定北京-天津以及河北的綜合治理成本分別為：3700787.55萬元，3723234.57萬元。

4.2.2 北京-河北合作

同理，根據(jù)式(13)可以判斷，北京-河北合作治理PM2.5時工業(yè)去污能夠完成兩個地區(qū)的減排目標，此時北京和河北使用式(14)PM2.5治理合作博弈模型來進行決策，使用Mathematica 8.0求解得到當北京和河北合作治理PM2.5時，北京需要去除PM2.515.64萬噸，而河北需要去除81.857萬噸。此時，天津單獨治理的去除量為14.63萬噸。北京-河北以及天津的綜合治理成本分別為：5584153.92萬元，1900357.04萬元。

4.2.3 天津-河北合作

同理，根據(jù)式(13)可以判斷，天津-河北合作治理PM2.5時工業(yè)去污能夠完成兩個地區(qū)的減排目標，此時天津和河北使用式(14)PM2.5治理合作博弈模型來進行決策，對模型求解得到天津需要去除14.28萬噸PM2.5，而河北需要去除69.76萬噸。此時，北京單獨治理的去除量為15.64萬噸，但北京無法完成減排目標，需要向河北支付1189335.04萬元的成本以保證其達到81.80萬噸的去除量。因此，此時天津-河北以及北京的綜合治理成本分別為：5547782.8萬元，1899245.1萬元。

4.2.4 京津冀全局合作

京津冀全局合作治理PM2.5時，根據(jù)式(13)可以判斷，依靠工業(yè)去污能夠完成三個地區(qū)的減排目標，因此根據(jù)式(14)得到京津冀完全合作治理PM2.5時，總成本為7220498.32萬元，此時，京津冀三地的去除量分別為：15.64萬噸，13.74萬噸，77.95萬噸。

4.3 合作與非合作治理情況對比分析

根據(jù)前文的計算及分析，所有聯(lián)盟方式的成本及去除量如表1所示。

表1 不同聯(lián)盟結(jié)構(gòu)下去除量和去除成本比較(單位：萬噸、萬元)

我們發(fā)現(xiàn)，在濃度控制模式下，合作或非合作的治理模式會導致區(qū)域內(nèi)總的PM2.5去除量以及局中人不同治理策略時區(qū)域成本均發(fā)生變化：

(1)當合作與非合作去除量一樣時，合作與非合作的PM2.5治理成本無差異。這是因為考慮到地區(qū)間PM2.5的非對稱性跨界傳輸因子，每個地區(qū)的污染治理由于對本地的貢獻最大，平均單位去除成本最低，所以無論合作與否，各地區(qū)均優(yōu)先選擇去除本地污染物，然后再根據(jù)跨界傳輸因子以及平均單位去除成本選擇鄰近地區(qū)進行減排。此時中央政府與京津冀地方政府對于合作與非合作治理PM2.5的偏好一致，由于合作時難免會產(chǎn)生溝通協(xié)調(diào)成本，因此，二者此時會更傾向于選擇非合作治理。

(2)當合作與非合作的去除量存在差異時，從表1可以看出，全局合作聯(lián)盟的治理成本最低。這是由于合作可以使地區(qū)之間共享信息，合作聯(lián)盟便可以對聯(lián)盟內(nèi)成員的去除量進行合理分配，以最小的去除量來完成治理目標，從而使合作治理成本比非合作時低。但另一方面，從表1可以看出，全局合作聯(lián)盟的去除量也最低。相對于地，這是由于非合作時地區(qū)間信息無法共享，各地區(qū)無法得知其他地區(qū)的去除量，為了保證完成治理目標，此時各地區(qū)的減排量比合作時的多，導致了成本的上升。因此，以地方政府的視角，合作能夠在完成中央政府目標的基礎上更少的成本，地方政府更傾向于合作治理。而以中央政府的視角，非合作能夠促使各地區(qū)在完成目標的基礎上去除更多污染，帶來更高的社會環(huán)境效益，使各地區(qū)更快速地達到空氣質(zhì)量標準，因此，中央政府更傾向于非合作治理。

(3)隨著PM2.5不斷得到治理，跨界傳輸?shù)街車貐^(qū)的PM2.5逐漸減少，因此各地區(qū)之間的跨界傳輸因子會不斷降低，在其他條件不變的情況下，合作與非合作治理之間的總成本差距也隨之降低。這是因為當減排指標及其他成本參數(shù)不變時，每個地區(qū)的污染治理對本地的貢獻會更大，幫助其他地區(qū)完成減排指標的能力越小，即治理PM2.5產(chǎn)生的泄露越少，因此，合作與非合作的差距會縮小，由于合作治理需要付出交易成本，各級政府更傾向于采用非合作治理的方式。相反，如果PM2.5沒有得到妥善的治理，某地區(qū)跨界傳輸?shù)街車貐^(qū)的PM2.5的量會增大，地區(qū)間的跨界傳輸因子也會增大，在其他條件不變的情況下，該地區(qū)幫助其他地區(qū)完成減排指標的能力也會增大，所以會增大合作與非合作治理的總成本差距，此時中央政府會希望各地區(qū)非合作治理以增加總?cè)コ?，而地區(qū)政府更偏好于合作治理以降低支付的治理成本。

5 結(jié)論與政策建議

本文考慮了PM2.5治理對民眾、企業(yè)、政府帶來的協(xié)同效應，構(gòu)建了PM2.5治理綜合成本函數(shù)；并考慮地區(qū)間的非對稱的跨界傳輸影響，建立非合作及合作博弈的PM2.5治理模型。最后以京津冀為例，在給定減排指標下，分別從中央和地方政府的視角分析了合作與非合作治理的策略偏好，得到以下結(jié)論與相關政策建議：

(1)當合作與非合作去除量相同時，兩種方式的PM2.5治理成本無差異，中央政府與京津冀地方政府對于合作與非合作治理PM2.5的偏好也一致。由于合作需要溝通成本，非合作治理為更好的選擇。

(2)當合作與非合作去除量有差異時，合作治理成本更低，但區(qū)域內(nèi)的總?cè)コ恳哺佟＞┙蚣降胤秸鼉A向于合作治理而中央政府傾向于非合作治理以增加社會環(huán)境效益。中央政府在確定各地區(qū)的減排指標時，如果能夠使地區(qū)在合作與非合作時的污染物去除量一致，那么該地區(qū)就不會以降低污染物去除量為代價尋求合作治理，此時合作與非合作均能達到配置效率。

(3)隨著時間推移，各地區(qū)PM2.5濃度越來越低時，地區(qū)間跨界傳輸因子降低，合作與非合作治理之間的總成本差距也隨之降低，此時各級政府均偏好非合作治理的方式。否則，地區(qū)間的跨界傳輸因子增大，而合作與非合作治理的總成本差距也隨之增大，此時中央政府偏好非合作治理而地方政府偏好合作治理。

(4)對于京津冀地方政府而言，在非合作治理時，北京僅僅依靠工業(yè)去除污染物無法達到PM2.5濃度減少目標，對于北京沒有完成的減排目標，向河北購買去除量成本最小。在部分合作治理時，北京和天津合作治理PM2.5也無法僅僅通過去除工業(yè)污染物達到北京地區(qū)的PM2.5濃度減少目標，只有合作聯(lián)盟中有河北的情況下，北京才有可能通過工業(yè)去除污染物完成本地的PM2.5濃度減少目標。這說明當前的指標設置會促使北京自覺幫助河北減排，但當前在北京的幫助下，河北并沒有完全去除掉本地污染物，因此各地區(qū)的減排指標設置應該考慮各地區(qū)的經(jīng)濟能力，并進一步研究如何設置指標能夠使河北在北京的經(jīng)濟能力范圍內(nèi)的幫助下，去除完本地污染物。