新型城鎮(zhèn)化視閾下霧霾污染問題研究
——基于面板門檻模型的實(shí)證分析

劉怡彤

(山西晉中理工學(xué)院，山西 晉中 030600)

1 引言

2013年以來，國內(nèi)許多城市霧霾污染頻繁發(fā)生。日益嚴(yán)重的霧霾污染不僅影響人民生活質(zhì)量，也是經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的瓶頸，因此，打破霧霾污染造成的發(fā)展瓶頸，已成為全社會關(guān)注的焦點(diǎn)。

2 文獻(xiàn)回顧

梁偉等[1]通過空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)測量霧霾污染，并且使用廣義空間三步最小二乘法(GS3SLS)進(jìn)行全局估計，結(jié)果表明，城市化率的上升會使霧霾污染程度下降。劉晨躍等[2]把中介效應(yīng)法用于檢驗不同城市化效應(yīng)對霧霾污染的影響。研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)城鎮(zhèn)化和人口城鎮(zhèn)化可以通過相關(guān)路徑間接影響霧霾污染，土地城市化則對霧霾污染沒有具體的影響路徑。劉伯龍等[3]使用改進(jìn)的STIRPAT模型研究城市化對霧霾污染的影響。調(diào)查結(jié)果顯示，每提高1%的城市化水平將使霧霾污染濃度增加0.029%。陳桂秋[4]通過分析霧霾現(xiàn)狀及其形成的地理空間，表明城鎮(zhèn)化的經(jīng)濟(jì)性、人類活動的利己性一定程度上導(dǎo)致了霧霾污染。孫中偉等[5]在對流動人口生活在城市中的意愿進(jìn)行實(shí)證分析的基礎(chǔ)上，得出城市空氣污染會導(dǎo)致流動人口留下的意愿下降，從而阻礙城市化進(jìn)程。劉曉紅等[6]通過FMOLS回歸發(fā)現(xiàn)中東部地區(qū)的城鎮(zhèn)化會加重霧霾污染，而西部地區(qū)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程會減緩霧霾污染。

綜上所述，從現(xiàn)有的研究結(jié)論來看，城市化與環(huán)境污染的關(guān)系尚無定論，這也為本研究提供了空間?，F(xiàn)有的大部分研究都集中在城市化與環(huán)境污染的關(guān)系。而較少有通過構(gòu)建一個綜合性指標(biāo)來衡量新型城鎮(zhèn)化水平，并用此研究新型城鎮(zhèn)化發(fā)展水平與霧霾污染的關(guān)系。并且鮮有采用門檻模型研究新型城鎮(zhèn)化對霧霾污染的門檻效應(yīng)。基于此，本文擬在前人研究的基礎(chǔ)上，以2010～2020年的全國15省為研究對象，通過構(gòu)建新型城鎮(zhèn)化綜合評價體系，來研究新型城鎮(zhèn)化對霧霾污染的門檻效應(yīng)。

3 模型構(gòu)建

在新型城鎮(zhèn)化對霧霾污染的影響過程中，存在若干個臨界點(diǎn)，當(dāng)相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)跨過這一點(diǎn)時，將導(dǎo)致新型城鎮(zhèn)化對霧霾污染產(chǎn)生不同的影響。這個臨界點(diǎn)就是門檻值。Hansen的面板門檻模型通過分析不同階段下門檻變量對核心解釋變量的影響，著重研究核心解釋變量與被解釋變量間的非線性關(guān)系，具體的模型表達(dá)式如下。

單門檻模型是門檻模型的基本模型，其表示形式如下：

yit=μ+β1zit(qit≤γ)+β2zit(qit>γ)+θXit+μit+eit

(1)

式(1)中i表示的是截面的不同，t代表時期。yit表示的是被解釋變量，qit表示的是門檻變量，γ表示的是門檻變量的具體數(shù)值，μit表示的是個體效應(yīng)，eit表示的是隨機(jī)誤差項。其他變量為相關(guān)的參數(shù)。

雙門檻模型的形式如下：

yit=μ+β1zit(qit<γ1)+β2zit(γ1≤qit<γ2)+β3zit(qit≥γ2)+θXit+μit+eit

(2)

式(2)中，γ1、γ2為兩個門檻值。其余同上。

為了較全面地反映各省市新型城鎮(zhèn)化水平對霧霾污染的影響，本文引入影響霧霾污染的重要因素，包括：人均GDP(AGDP)、人口聚集(people)、工業(yè)企業(yè)科學(xué)技術(shù)投入(RD)、能源消費(fèi)(ec)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(industry)、能源強(qiáng)度(ei)等，在此基礎(chǔ)上，分別討論不同經(jīng)濟(jì)水平、能源強(qiáng)度、新型城鎮(zhèn)化水平的情況下，新型城鎮(zhèn)化水平對霧霾污染的非線性關(guān)系。經(jīng)過整理，并對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)化處理，得到如下模型：

lnPM=μ+β1lnUrbanit(qit<γ1)+β2lnUrbanit(γ1≤qit<γ2)+β3lnUrbanit(qit≥γ2)+θXit+μit+eit

(3)

4 變量選取與數(shù)據(jù)來源

4.1 被解釋變量

本文使用由哥倫比亞大學(xué)社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和應(yīng)用中心發(fā)布的基于衛(wèi)星監(jiān)測的全球PM2.5濃度年均值的柵格數(shù)據(jù)[7]，并利用ArcGIS軟件將其解析為2010～2020年我國15個省年均PM2.5濃度的具體數(shù)值。衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)是地球大氣化學(xué)模擬模型構(gòu)建的基礎(chǔ)以及大氣污染清單編制的基礎(chǔ)，能夠更準(zhǔn)確地反映某一地區(qū)的PM2.5濃度及其波動趨勢，因此它可以被用來研究霧霾污染問題。

4.2 核心解釋變量

根據(jù)新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的3個研究原則，即以人為本，生產(chǎn)城市一體化和綠色生態(tài)。同時為了使新型城鎮(zhèn)化的解釋變量更真實(shí)準(zhǔn)確，本文在參考大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上主要從經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化、生態(tài)城鎮(zhèn)化以及社會城鎮(zhèn)化3個方面表征新型城鎮(zhèn)化水平，構(gòu)建出如表1所列的新型城鎮(zhèn)化綜合評價指標(biāo)體系。本文采用熵值法計算每個指標(biāo)的權(quán)重。熵值法是根據(jù)客觀原始數(shù)據(jù)提供的信息量確定每個評估指標(biāo)的權(quán)重，以避免人為因素干擾賦權(quán)過程。信息量越大，不確定性越小，熵越小，指標(biāo)的權(quán)重越大[8]。

本文選用熵值法對15個省份的新型城鎮(zhèn)化水平進(jìn)行了測度。具體步驟如下：

(1)原始數(shù)據(jù)處理。構(gòu)建霧霾污染較嚴(yán)重的15個省份的新型城鎮(zhèn)化水平評價矩陣X=(xij)m×n。為了使各項指標(biāo)同質(zhì)化以便各項指標(biāo)具有可比性，需要對各項指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

正向指標(biāo)：

(4)

式(4)中：(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

負(fù)向指標(biāo)

(5)

式(5)中：(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

(2)計算第i個評價指標(biāo)的熵值ei:

(6)

式(6)中：k=1/lnm;

(3)計算第i項評價指標(biāo)的權(quán)重:

(8)

式(8)中：?i=1-ei,為第i項評價指標(biāo)的差異系數(shù)。

(4)綜合評價數(shù)值計算:

(9)

式(9)中：wi是第i項評價指標(biāo)的權(quán)重；vij是標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)。Fi為第i個評價對象最后計算出的綜合得分值。

表1 新型城鎮(zhèn)化綜合指標(biāo)體系

本文中以 2010年及 2020年的新型城鎮(zhèn)化水平為例進(jìn)行說明，相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表2 2010年和2020年國內(nèi)15個省份的新型城鎮(zhèn)化水平結(jié)果

由表2的新型城鎮(zhèn)化水平綜合得分可以看出，2010年15個省份新型城鎮(zhèn)化前五依次是江蘇、山東、北京、天津以及湖北；同樣，2020年 15 個省份新型城鎮(zhèn)化前五依次是江蘇、山東、北京、天津以及河南。從整體上來看，15個省份的新型城鎮(zhèn)化水平都在提升；按照中部、東部、西部3個區(qū)域劃分來看，東部省份的新型城鎮(zhèn)化水平較高，其次是中部地區(qū)，西部地區(qū)最低。

4.3 控制變量

影響霧霾污染因素是多樣的，本文考慮了數(shù)據(jù)的可得性，同時借鑒前人對霧霾影響因素的研究[9，10]，本文從《中國統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》《中國城市統(tǒng)計年鑒》等獲取到影響霧霾污染的相關(guān)指標(biāo)：能源消費(fèi)(Ec)、科技研究與發(fā)展經(jīng)費(fèi)(R&D)、人口聚集(People)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(Industry)、能源強(qiáng)度(Ei)人均國內(nèi)生產(chǎn)總值(AGDP)，并將其作為控制變量。

(1)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(AGDP)：選取人均意義上的地區(qū)生產(chǎn)總值進(jìn)行度量。

(2)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(Industry)：按第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與地區(qū)GDP的比率來衡量。

(3)科技水平( RD )：選取地區(qū)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)研究與試驗發(fā)展經(jīng)費(fèi)。

(4)能源強(qiáng)度(Ei)：選取一次能源消耗量與GDP的比重來衡量。

(5)人口聚集(People)：用各地區(qū)的人口總數(shù)來表示。

(6)能源消費(fèi)(Ec)：工業(yè)能耗水平是影響大氣污染的最直接因素，因此，選擇化石能源(包括煤、焦炭、柴油、原油、汽油、煤油、和燃料油)作為能耗指標(biāo)。

本文研究的地域范圍為中國霧霾較嚴(yán)重的15個省份，樣本區(qū)間為2010～ 2020年。具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表3。

表3 面板數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計

5 實(shí)證分析

5.1 實(shí)證檢驗

5.1.1 單位根檢驗

門檻回歸模型要求變量均為平穩(wěn)變量，因此為避免虛假回歸，需要在門檻回歸之前對各變量執(zhí)行單位根檢驗。本文使用三種方法，分別為Levin,Lin,Chu檢驗(LLC檢驗)、Fisher-ADF檢驗(ADF檢驗)、Fisher-PP檢驗(PP檢驗)。檢驗結(jié)果如表4所示。

表4 單位根檢驗結(jié)果

5.1.2 協(xié)整檢驗

表5的協(xié)整檢驗結(jié)果表明，除了Panel v、Panel rho 和Group-rho，其余統(tǒng)計量均在1% 的顯著性水平下顯著，也就是拒絕原假設(shè)，說明該面板模型具有協(xié)整關(guān)系，并且可以直接執(zhí)行面板回歸。

表5 協(xié)整檢驗結(jié)果

5.2 霧霾污染門檻效應(yīng)檢驗結(jié)果

從表6可以看出，選擇不同門檻變量，新型城鎮(zhèn)化對霧霾污染的門檻效應(yīng)不同。當(dāng)以人均GDP與能源強(qiáng)度作為門檻變量時，門檻變量的單門檻模型和雙門檻模型的P值均通過了顯著性檢驗，而三門檻模型的P值未通過顯著性檢驗。說明在經(jīng)濟(jì)增長與能源強(qiáng)度的影響下，新型城鎮(zhèn)化對霧霾污染的影響發(fā)生了二次突變。當(dāng)以新型城鎮(zhèn)化本身作為門檻變量時，門檻變量的單門檻模型的P值通過了顯著性檢驗，而其余都沒有通過。研究表明，新型城鎮(zhèn)化對霧霾污染的非線性影響在不同因素的影響下存在本質(zhì)區(qū)別。探討不同因素的影響下新型城鎮(zhèn)化與霧霾污染的關(guān)系很有意義。在此分析基礎(chǔ)上，本文進(jìn)行面板門檻回歸。

表6 門檻效應(yīng)檢驗

分析表7、表8可得，當(dāng)一個地區(qū)人均 GDP 小于門檻值 10.5194時，新型城鎮(zhèn)化對環(huán)境污染的影響系數(shù)顯著為-0.6475，這表明，當(dāng)新型城鎮(zhèn)化水平每增加 1%時，霧霾污染將降低64.75%；當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平跨越該門檻值后，新型城鎮(zhèn)化對環(huán)境污染的影響系數(shù)顯著為-0.7122，相比跨越前負(fù)向作用增強(qiáng)。當(dāng)人均國內(nèi)生產(chǎn)總值跨越第二個門檻值后，新型城鎮(zhèn)化對環(huán)境污染的影響系數(shù)顯著為-0.9455，負(fù)向作用更加增強(qiáng)。通過以上分析，當(dāng)門檻變量為人均GDP時候，新型城鎮(zhèn)化水平對15省霧霾污染具有顯著的“雙門檻效應(yīng)”，新型城鎮(zhèn)化水平對霧霾污染的緩解程度在逐步增強(qiáng)。這說明隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化一定程度使得政府有更多的資金可以投入到環(huán)境建設(shè)與治理當(dāng)中，同時企業(yè)有更多資金去研究開發(fā)新技術(shù)從而走向綠色發(fā)展的道路，這些都促進(jìn)了生態(tài)城鎮(zhèn)化的發(fā)展。另一方面，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化的推進(jìn)使得城鎮(zhèn)的醫(yī)療教育建設(shè)得以完善，提高了人們的生活水平以及國民素質(zhì)，這些都有利于綠色生態(tài)觀念的普及，有利于生態(tài)城鎮(zhèn)化的推進(jìn)。在經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化、社會城鎮(zhèn)化、生態(tài)城鎮(zhèn)化的合力推進(jìn)下，霧霾污染緩解程度增強(qiáng)。另一個可能的原因是，在人均GDP較低的情況下，發(fā)展經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)來增加收入的需求使得人們對環(huán)境的重視程度較低，而當(dāng)人們收入達(dá)到一定的高度，人們對生存環(huán)境提出了更高的要求，從而更注意綠色生態(tài)的發(fā)展，因此促進(jìn)了生態(tài)城鎮(zhèn)化的進(jìn)程，從而使得霧霾污染更加得到緩解。

表7 門檻估計值

表8 門檻效應(yīng)分析結(jié)果

不同能源強(qiáng)度下，新型城鎮(zhèn)化水平對霧霾污染同樣也具有明顯的雙門檻效應(yīng)，當(dāng)不可再生能源強(qiáng)度低于1.1010時，新型城鎮(zhèn)化水平對PM2.5濃度的影響系數(shù)為-2.0295，即城市化水平每增長1%，PM2.5濃度降低2.0295 μg/m3，且在1%水平下顯著。當(dāng)該地區(qū)新型城鎮(zhèn)化水平跨越該門檻值后，新型城鎮(zhèn)化水平對環(huán)境污染的影響顯著為-1.5981，相比跨越前負(fù)向作用減弱。在能源強(qiáng)度跨越第二個門檻1.1238后，負(fù)向作用更加減弱。這說明在不可再生能源強(qiáng)度增大的情況下，新型城鎮(zhèn)化水平對霧霾污染的削弱作用降低，這是由于不可再生能源利用效率不高導(dǎo)致生態(tài)城鎮(zhèn)化的進(jìn)展變得緩慢，由此新型城鎮(zhèn)化也發(fā)展滯緩，進(jìn)而使得大氣污染嚴(yán)重。

當(dāng)一個地區(qū)新型城鎮(zhèn)化小于門檻值 0.2163時，新型城鎮(zhèn)化對環(huán)境污染的影響系數(shù)顯著為-2.6859，表示新型城鎮(zhèn)化水平每增加 1%，環(huán)境污染將改善 26.86%；當(dāng)該地區(qū)新型城鎮(zhèn)化跨越該門檻值后，新型城鎮(zhèn)化對環(huán)境污染的影響顯著為-1.7837，相比跨越前負(fù)向作用減弱。可能存在的原因是，盡管新型城鎮(zhèn)化倡導(dǎo)綠色生態(tài)，然而“以人為本”是新型城鎮(zhèn)化的核心，為了滿足人們的需求，城鎮(zhèn)住宅、公共基礎(chǔ)設(shè)施等大量工程項目都會在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中陸續(xù)開展，這些工程建設(shè)在一定程度上對環(huán)境造成了巨大的挑戰(zhàn)。

從控制變量可以看出，工業(yè)企業(yè)技術(shù)投資與霧霾污染成反向波動關(guān)系，工業(yè)企業(yè)技術(shù)投資有利于能源效率的提高，更有利于充分利用綠色新能源進(jìn)行生產(chǎn)，從而降低了霧霾污染。人口集聚對霧霾污染有負(fù)向影響，這是由于人口集聚有利于充分利用工業(yè)設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施等，從而有利于減少相關(guān)工程的建設(shè)，進(jìn)而降低污染。

此外，通過構(gòu)造似然比函數(shù)圖，可以更清楚地理解門檻估計值和置信區(qū)間的構(gòu)建過程。如圖1～3所示，門檻估計值都至少在 10% 的顯著性水平下顯著，圖中虛線是 95%的置信水平的臨近值。

圖1 模型1中第一、第二門檻值及置信區(qū)間

圖2 模型2中第一、第二門檻值及置信區(qū)間

圖3 模型3中單一門檻值及置信區(qū)間

6 討論與結(jié)論

本文以我國霧霾較嚴(yán)重的15個省為研究視角，基于2010～2020年省際面板數(shù)據(jù)，構(gòu)建了15省霧霾污染影響因素指標(biāo)體系，分別以人均GDP、能源強(qiáng)度與新型城鎮(zhèn)化水平為門檻變量，構(gòu)建面板門檻回歸模型，討論新型城鎮(zhèn)化水平與霧霾污染的非線性關(guān)系，結(jié)果表明：①不同因素作用下，新型城鎮(zhèn)化水平對霧霾污染的突變表現(xiàn)有所不同。其中，人均GDP作為門檻變量時，新型城鎮(zhèn)化在門檻變量跨越門檻值后對霧霾污染的負(fù)向作用有所增強(qiáng)。這是由于經(jīng)濟(jì)的增長通過技術(shù)效應(yīng)以及基礎(chǔ)設(shè)施的完善促進(jìn)了生態(tài)城鎮(zhèn)化與社會城鎮(zhèn)化，這樣的新型城鎮(zhèn)化有助于緩解霧霾污染；②在能源強(qiáng)度作為門檻變量時，新型城鎮(zhèn)化對霧霾污染程度減緩作用降低。這是由于能源強(qiáng)度大意味著能源使用效率的低下，不利于生態(tài)城鎮(zhèn)化進(jìn)程，對霧霾污染的緩解程度降低；③在新型城鎮(zhèn)化水平作為門檻變量時，新型城鎮(zhèn)化本身對霧霾污染存在單門檻效應(yīng)；④從新型城鎮(zhèn)化指標(biāo)體系來看，我國西部地區(qū)的新型城鎮(zhèn)化水平明顯低于中東部地區(qū)，故西部地區(qū)應(yīng)從經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)三方面穩(wěn)固推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，以減緩霧霾污染；⑤我國新型城鎮(zhèn)化建設(shè)規(guī)模在逐步擴(kuò)大過程中，應(yīng)把更多的關(guān)注點(diǎn)放在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)質(zhì)量的提高上，比如完善城市基礎(chǔ)設(shè)施、為城鎮(zhèn)人口提供更多就業(yè)崗位等，以提高人民的生活水平，促進(jìn)綠色低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。