城市蔓延、私人交通與霧霾污染

王素鳳，項瑩瑩

（安徽建筑大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，安徽合肥 230601）

引言

隨著大量的農(nóng)村人口不斷向城市聚集，城市的土地面積不斷向外擴展，中國的城鎮(zhèn)化進程得到快速推進。相比于人口城鎮(zhèn)化的發(fā)展速度，土地城鎮(zhèn)化的增長速度明顯快于人口城鎮(zhèn)化的增長速度，導(dǎo)致城市的空間結(jié)構(gòu)不斷向城市邊界擴張，即城市蔓延[1]。城市蔓延的過程中會產(chǎn)生一些負(fù)面影響，比如環(huán)境污染、交通擁堵等。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2020 中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》，2020 年全國337 個地級市中有135個城市空氣質(zhì)量超標(biāo)，主要污染物為PM2.5、PM10、O3等。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國移動源環(huán)境管理年報》報告了2019 年中國機動車保有量達到3.48 億輛，已經(jīng)連續(xù)11 年成為世界機動車產(chǎn)銷第一大國。高德地圖發(fā)布的《2017 年度中國主要城市交通分析報告》稱，2017 年中國364 個城市中有26%的城市處于交通擁堵狀態(tài)，55%的城市交通處于緩行狀態(tài)，僅有19%的城市不受交通擁堵的影響。機動車排放的汽車尾氣是影響城市大氣污染的主要來源[2]。面對當(dāng)前城市發(fā)展過程出現(xiàn)的城市蔓延、交通擁堵以及霧霾污染問題，思考霧霾污染與城市蔓延之間存在什么樣的關(guān)系，霧霾污染與交通擁堵之間存在什么樣的關(guān)系，霧霾污染與城市蔓延、道路交通這三者之間存在什么樣的關(guān)系，研究這些問題對于改善城市空氣質(zhì)量、提升城市居民生活幸福感以及推動城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義?？紤]到行政區(qū)域的調(diào)整劃分以及數(shù)據(jù)缺失等問題，本文采用中國2009—2018 年280 個地級市的面板數(shù)據(jù)，分別考察城市蔓延和私人交通對霧霾污染的影響，并以私人交通作為門檻變量，考察城市蔓延對霧霾污染影響的門檻效應(yīng)。

1 文獻綜述與研究假設(shè)

1.1 城市蔓延與霧霾污染

城市蔓延是城市化進程中土地城鎮(zhèn)化大于人口城鎮(zhèn)化的一種現(xiàn)象。目前，關(guān)于城市蔓延對霧霾污染的影響，國內(nèi)外學(xué)者主要有三種觀點：第一種觀點認(rèn)為，城市蔓延加劇了城市的霧霾污染[3]。具體來說，城市蔓延會直接導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用地大量減少，大量的建筑用地（工廠、學(xué)校、商場、住宅等）不斷地侵蝕著農(nóng)業(yè)用地，而建筑用地在建設(shè)過程中產(chǎn)生的大量揚塵和煙塵對城市的環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生了消極的影響；與此同時，建設(shè)用地的不斷增加，工業(yè)用地向郊區(qū)轉(zhuǎn)移造成第一產(chǎn)業(yè)比重的下降，二、三產(chǎn)業(yè)比重的增加，相較于第一產(chǎn)業(yè)，第二產(chǎn)業(yè)對霧霾污染的影響更大；無序的、低密度的城市蔓延不僅會造成城市基礎(chǔ)建設(shè)的低效率和建設(shè)資源的浪費，還會對綠地面積造成破壞[4]，導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)，不利于改善城市的環(huán)境質(zhì)量。范建雙和周琳等[5]采用動態(tài)空間面板模型研究發(fā)現(xiàn)，城市蔓延對霧霾污染的影響具有空間溢出效應(yīng)，城市蔓延不僅會導(dǎo)致本地霧霾污染的增加也會對鄰近地區(qū)的霧霾污染產(chǎn)生消極影響。第二種觀點認(rèn)為，城市蔓延可以降低霧霾污染[6]。城市向周邊地區(qū)蔓延可以緩解城市中心區(qū)的壓力，比如交通擁堵、人口密度大、環(huán)境質(zhì)量差，相較于城市中心區(qū)，郊區(qū)的人口密度小，建筑密度低，大氣的凈化能力強，可以降低排放的污染物濃度；同時，隨著城市蔓延水平的提高，城市的空間結(jié)構(gòu)開始發(fā)生變化，城市的社會經(jīng)濟文化中心開始逐漸向郊區(qū)轉(zhuǎn)移，促進了郊區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展，對于改善老城區(qū)的空氣質(zhì)量以及提高人民生活幸福感具有重要的積極意義。第三種觀點認(rèn)為，霧霾污染與城市蔓延之間存在非線性關(guān)系。邵帥和李欣等研究發(fā)現(xiàn)，緊湊集約的城市空間結(jié)構(gòu)有利于顯著地降低霧霾污染，而低密度無序擴張的城市發(fā)展不利于降低霧霾污染[7]。鑒于上述研究，提出假設(shè)1。

假設(shè)1：城市蔓延對霧霾污染的影響呈現(xiàn)先負(fù)后正的特點，即二者存在U 形曲線關(guān)系。

1.2 私人交通與霧霾污染

人口向城市不斷集聚，私家車數(shù)量的迅速增加，導(dǎo)致城市道路交通通行緩慢甚至導(dǎo)致城市的交通擁堵[8,9]。私家車在城市道路上的行駛速度受到很多因素的影響，比如交叉路口的數(shù)量、紅綠燈的數(shù)量、斑馬線、道路寬度[10]、私家車數(shù)量等。道路交通處于緩行和擁堵狀態(tài)下，車輛處于頻繁啟動的狀態(tài)，相比于暢通狀態(tài)下消耗更多的化石燃料，產(chǎn)生更多的汽車尾氣[11-13]。隨著城市化的發(fā)展，由于私家車在時間和空間上的可達性，私家車對于緩解城市中心的交通擁堵程度和促進城市內(nèi)部區(qū)域職住分離具有重要的意義。私家車數(shù)量的逐年增加讓原本的道路交通基礎(chǔ)設(shè)施不能滿足交通行駛的要求，造成道路交通通行效率的下降，而通過建造城市軌道交通、快速公路等方式可以提高城市的道路交通基礎(chǔ)設(shè)施利用效率和通行速度。軌道交通、快速公交（Bus Rapid Transit，BRT）等公共交通工具相對于私人交通工具具有一定的轉(zhuǎn)移作用，公共交通工具對于霧霾污染具有抑制作用[14]，因此當(dāng)公共交通發(fā)展到一定水平時，公共交通的轉(zhuǎn)移效應(yīng)就會產(chǎn)生效果。交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷發(fā)展和完善有利于發(fā)揮私人交通的環(huán)境友好型作用。上述觀點認(rèn)為私人交通對霧霾污染的影響不僅具有負(fù)外部性還具有正外部性，據(jù)此提出假設(shè)2。

假設(shè)2：隨著私人交通發(fā)展水平的提高，霧霾污染的變化趨勢呈現(xiàn)出先增后減的倒U 形特點。

1.3 城市蔓延、私人交通與霧霾污染

城市蔓延主要利用土地結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化以及私人交通方式的改變對霧霾污染產(chǎn)生直接或間接的影響，其中私家車在城市蔓延中起到重要的推動作用。城市蔓延與私人交通之間的關(guān)系主要有以下幾種觀點：第一，私人交通促進城市蔓延。張鄧斕等[15]發(fā)現(xiàn)私人汽車消費數(shù)量的增加會加劇城市蔓延，但是私人汽車消費達到一定程度時，私人汽車消費將減弱對城市蔓延的影響。藏家新等[16]研究認(rèn)為相比于公共交通對城市蔓延的制約作用，目前私人交通對城市蔓延的推動作用顯著增強。第二，城市蔓延會影響私人交通的發(fā)展。趙一帆等[17]城市蔓延會促進人們購買私家車的數(shù)量。第三，非線性關(guān)系。姜竹青等[18]使用空間計量的方法發(fā)現(xiàn)城市化水平與私人交通之間存在先上升后下降的倒U 形關(guān)系。

一方面，隨著土地城鎮(zhèn)化大于人口城市化的進程中，當(dāng)私人交通的負(fù)外部性大于正外部性時，此時私人交通因其自身數(shù)量的增加導(dǎo)致城市道路交通產(chǎn)生集聚效應(yīng)即交通擁堵，交通擁堵產(chǎn)生的汽車尾氣加劇了城市的霧霾污染程度[19]；另一方面，隨著城市不斷向周圍蔓延，當(dāng)私人交通的正外部性大于負(fù)外部性時，此時私人交通因自身優(yōu)點的原因可以縮短居住地和工作地的距離，促進城市中心職住分離，降低城市中心的居住密度，緩解擁堵的城市交通，提高道路交通的通行效率，從而改善城市的環(huán)境質(zhì)量，同時可以通過改變汽油的油品質(zhì)量，減少汽油在消耗過程中產(chǎn)生的污染物，從而發(fā)揮私人交通對環(huán)境的正外部性作用。城市蔓延作為城市化發(fā)展中的一個產(chǎn)物，對霧霾污染的影響是長期存在的，因此，在私人交通的作用下，城市蔓延對霧霾污染的影響是非線性的，進而提出假設(shè)3。

假設(shè)3：在不同的私人交通發(fā)展水平下城市蔓延對霧霾污染的影響可能存在門檻特征。當(dāng)私人交通未跨過門檻值之前，城市蔓延對霧霾污染的影響具有促進作用；當(dāng)私人交通跨過門檻值后，城市蔓延的環(huán)境效應(yīng)為正，即城市蔓延對霧霾污染具有抑制效應(yīng)（圖1）。

圖1 基于私人交通發(fā)展水平下城市蔓延對霧霾污染的影響機制

綜上所述，首先，現(xiàn)有文獻大多研究城市蔓延、私人交通與霧霾污染兩兩之間的影響，較少有學(xué)者將城市蔓延、私人交通與霧霾污染放在同一個研究框架下，探究私人交通、城市蔓延以及二者的交互項對霧霾污染的影響；其次，目前研究城市蔓延、私人交通對霧霾污染影響的學(xué)者選取的研究樣本對象多集中在大中城市或者某個區(qū)域，缺少選擇將數(shù)量較多的地級市作為研究對象，因此本文采用中國2009—2018 年280 個地級市的面板數(shù)據(jù)作為研究樣本；最后，考慮到自然因素在霧霾污染的形成擴散中發(fā)揮著重要的作用，因此將影響霧霾污染的自然因素作為控制變量納入研究中。

2 模型設(shè)定與數(shù)據(jù)選取

2.1 模型設(shè)定

為了驗證假設(shè)1 和假設(shè)2，本文將城市蔓延和私人交通的二次項納入計量模型中，分別設(shè)定公式（1）、公式（2）：

式中，ln PM2.5it表示城市i在時間t的霧霾污染濃度，單位為μg/m3；ln carit表示第i個城市在時間t的私人交通；sprawlit表示第i個城市在時間t的城市蔓延；Xit表示第i個城市在時間t的一系列控制變量，包括經(jīng)濟發(fā)展水平（gdp）、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（indus2）、人均綠地面積（rgre en）、降水量（rain）、日照時長（sunt）和風(fēng)速（wind）；β0為待估的常數(shù)項，公式（1）中β1、β2為待估的半彈性系數(shù)，β3為彈性系數(shù)，公式（2）中β1、β2、β3為待估的彈性系數(shù)；εit為隨機誤差項。

本文采用Hansen 在1999 年提出的面板門檻模型，探究不同私人交通發(fā)展水平下城市蔓延對霧霾污染的影響是否存在門檻效應(yīng)，構(gòu)建面板門檻模型公式：

式中，ln carit為門檻變量；γ為門檻估計值，I(·)為指示函數(shù)，滿足條件取1，不滿足取0；εit為隨機誤差項。

門檻值的估算方法：首先，將門檻變量的所有觀測值作為可能的門檻值納入模型，采用最小二乘法（OLS）進行回歸，得到殘差平方和，當(dāng)殘差平方和為最小殘差平方和即滿足=arg minS(γ)時，得到門檻估計值；其次，構(gòu)造似然比統(tǒng)計量使用Bootstrap 反復(fù)抽樣得到相應(yīng)的P值，即當(dāng)P值為0.01、0.05、0.10 時，門檻值在1%、5%和10%的顯著性水平下通過檢驗；最后，構(gòu)造似然比檢驗統(tǒng)計量確定門檻值的置信區(qū)間。

2.2 變量選取與來源

2.2.1 被解釋變量

被解釋變量設(shè)定為霧霾污染（PM2.5）。關(guān)于城市蔓延對霧霾污染的影響的文獻中大多數(shù)學(xué)者多選取工業(yè)廢氣、工業(yè)二氧化硫、工業(yè)煙塵以及綜合三者的環(huán)境污染指數(shù)作為衡量霧霾污染的指標(biāo)，少數(shù)學(xué)者使用PM2.5濃度數(shù)據(jù)。借鑒邵帥[20]的做法，本文采用達爾豪斯大學(xué)大氣成分分析組公布的V4.CH.03 版本的年度PM2.5數(shù)據(jù)集①網(wǎng)站：http://fizz.phys.dal.ca/～atmos/martin/?page_id=140。，利用ArcGIS 軟件將格柵數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化解析為中國2009—2018 年280 個地級市的PM2.5濃度值。

2.2.2 解釋變量

門檻變量：私人交通（car）。將地級市擁有的私家車數(shù)量作為衡量私人交通的指標(biāo)。

核心解釋變量：城市蔓延指數(shù)（sprawl）。關(guān)于測度城市蔓延指數(shù)的方法主要有單指標(biāo)方法和多指標(biāo)方法，本文主要采用的是單指標(biāo)方法[17]，即將城市建成區(qū)面積增速比率與市轄區(qū)人口增速比率之比作為衡量城市蔓延的指標(biāo)。

公式（4）中，sprawlit表示城市i在時間t的城市蔓延指數(shù)；Sit和Si0分別表示城市i在t年和基期的建成區(qū)面積；Pit和Pi0分別表示城市i在t年和基期的市轄區(qū)人口，本文以2009 年為基期。若sprawl≤1，說明城市未發(fā)生蔓延；若sprawl ＞1，表示城市發(fā)生蔓延，值越大說明城市蔓延程度越嚴(yán)重。表1 為不同年份城市蔓延排名前8 的城市。

表1 不同年份城市蔓延排名前8的城市

2.2.3 控制變量

經(jīng)濟發(fā)展水平（gdp）以城市地區(qū)生產(chǎn)總值（2009 年不變價）衡量；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（indus2）采用第二產(chǎn)業(yè)占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重衡量[21]；綠化水平（rgreen）以人均綠地面積衡量；氣象變量包括：降雨量（rain）、風(fēng)速（wind）和日照時長（sunt），這些數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)。本文采用的數(shù)據(jù)主要來源于《2010—2019 中國城市統(tǒng)計年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》以及地級市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，對于缺失值，采用插值法補齊。除了城市蔓延之外，其余變量均取對數(shù)。描述性統(tǒng)計如表2 所示。

表2 描述性統(tǒng)計

3 實證結(jié)果分析

3.1 面板模型的檢驗

3.1.1 平穩(wěn)性檢驗

因本文采用的數(shù)據(jù)是面板數(shù)據(jù)，在進行數(shù)據(jù)分析之前需要檢驗面板數(shù)據(jù)是否存在單位根，從而避免在回歸中出現(xiàn)偽回歸的現(xiàn)象。檢驗單位根的方法很多，比如LLC 檢驗、IPS 檢驗、HT 檢驗、Fisher 檢驗等，本文選擇其中的LLC 檢驗、IPS 檢驗、ADF 檢驗作為檢驗方法。檢驗結(jié)果顯示所有變量在三種檢驗方法下均顯著拒絕存在單位根，即數(shù)據(jù)是平穩(wěn)的（表3），不存在單位根，可以進行回歸分析。

表3 面板單位根檢驗檢驗

3.1.2 多重共線性檢驗

為避免選取的指標(biāo)間存在多重共線性問題，需要對所有的變量進行多重共線性檢驗。多重共線性的判斷標(biāo)準(zhǔn)為方差膨脹因子即vif 是否大于10，當(dāng)vif 大于10 則認(rèn)為指標(biāo)之間存在多重共線性。表4 檢驗結(jié)果顯示所有變量的vif 以及平均vif 皆小于10，因此可以認(rèn)為選取的指標(biāo)之間不存在多重共線性問題。

表4 多重共線性檢驗

3.1.3 個體效應(yīng)

由于本文選擇的研究樣本個體是中國280 個地級市，而每個地級市的情況存在差異，F(xiàn)統(tǒng)計量在1%的水平下強烈拒絕混合回歸優(yōu)于固定效應(yīng)回歸，即存在個體固定效應(yīng)。與此同時采用LSDV（最小二乘虛擬變量估計）進行估計，估計結(jié)果顯示大部分虛擬變量在1%的水平上拒絕原假設(shè)個體虛擬變量的系數(shù)為0，即認(rèn)為拒絕混合回歸，存在個體固定效應(yīng)。

3.1.4 異方差檢驗

考慮到選取的面板數(shù)據(jù)為短面板數(shù)據(jù)（N=280，T=10，N＞T），可能存在異方差問題，因此采用White[22]提出的檢驗是否存在異方差問題的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)P值為0.0000，強烈拒絕不存在異方差的原假設(shè)，即存在異方差問題。對此采用聚類穩(wěn)健標(biāo)準(zhǔn)誤法以及Driscoll 等[23]在1998 年提出的方法進行校正（具體見表5、表6、表8、表9）。

表5 城市蔓延的非線性估計

3.1.5 豪斯曼檢驗

面板數(shù)據(jù)模型回歸需要判斷選擇哪種效應(yīng)模型，具體有固定效應(yīng)模型和隨機效應(yīng)模型。一般情況下采用豪斯曼檢驗來判斷是否選擇固定效應(yīng)模型，但是如果存在異方差問題，傳統(tǒng)的豪斯曼檢驗則無法使用，此時需要對模型進行校正檢驗，采用穩(wěn)健的豪斯曼檢驗（過度識別檢驗）進行模型的選擇。傳統(tǒng)的豪斯曼檢驗結(jié)果的P值為0.001，強烈拒絕原假設(shè)隨機效應(yīng)是最優(yōu)的，即認(rèn)為固定效應(yīng)模型優(yōu)于隨機效應(yīng)模型，故選擇固定效應(yīng)模型。穩(wěn)健的豪斯曼檢驗的P值為0.0000，強烈拒絕選擇隨機效應(yīng)，即選擇固定效應(yīng)模型。傳統(tǒng)的豪斯曼檢驗和穩(wěn)健的豪斯曼檢驗均顯示固定效應(yīng)模型最優(yōu)。

3.2 城市蔓延對霧霾污染的影響

為了驗證假設(shè)1，城市蔓延對霧霾污染是否存在非線性影響，以及存在什么樣的影響，本文將城市蔓延的二次項加入回歸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)霧霾污染與城市蔓延之間存在U 形的非線性關(guān)系，即城市霧霾污染會隨著城市蔓延程度的增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，劉曉紅等[24]運用靜態(tài)和動態(tài)面板模型探究2007—2016年中國273 個地級市的霧霾污染與城市蔓延之間的關(guān)系，研究結(jié)果認(rèn)為霧霾污染與城市蔓延之間存在U 形曲線關(guān)系，與本文的研究結(jié)論一致。進一步探究中國不同區(qū)域間霧霾污染與城市蔓延的關(guān)系是否存在差異，按照經(jīng)濟發(fā)展水平將中國分為東部地區(qū)、中部地區(qū)和西部地區(qū)，分別研究城市蔓延對霧霾污染的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)東部、中部、西部地區(qū)的霧霾污染與城市蔓延之間的關(guān)系與全國樣本的研究結(jié)論是一致的。

3.3 私人交通對霧霾污染的影響

環(huán)境庫茲涅茨曲線假說認(rèn)為霧霾污染與經(jīng)濟發(fā)展之間存在先上升后下降的倒U 形曲線關(guān)系，而私人交通發(fā)展水平從側(cè)面反映了一個城市的經(jīng)濟發(fā)展程度，故將私人交通的二次項加入回歸模型中，探究私人交通對霧霾污染是不是存在非線性影響，以及存在什么樣的影響。

從全國樣本來看，不論是加入還是未加入控制變量，私人交通的一次項與二次項系數(shù)符號均未發(fā)生改變，即私人交通的一次項系數(shù)為正，二次項系數(shù)為負(fù)，且均通過1%的顯著性水平檢驗，說明霧霾污染與私人交通之間存在倒U 形曲線關(guān)系，即隨著私家車數(shù)量的增加導(dǎo)致城市的交通擁堵，私家車在擁堵狀態(tài)下排放的汽車尾氣會造成城市霧霾污染程度的增加[25]，然而隨著私家車使用的油品質(zhì)量和發(fā)動機燃油效率的不斷提高，私家車在行駛過程中排放的汽車尾氣對城市的空氣質(zhì)量影響逐漸減少，私人交通將發(fā)揮其對環(huán)境的正面抑制作用，即私人交通會緩解城市的霧霾污染[26]。東部地區(qū)、中部地區(qū)以及西部地區(qū)霧霾污染與私人交通之間關(guān)系的估計結(jié)果如表6 所示，總體來說，東、中、西部三大區(qū)域的霧霾污染與私人交通之間均存在顯著的先升后降的倒U 形關(guān)系。具體來說，東部、中部、西部地區(qū)的私人交通的一次項回歸系數(shù)均顯著為正，分別為0.8476、0.3428、0.3249，說明霧霾污染會隨著私人交通發(fā)展水平的提高而加劇，且私人交通對霧霾污染的影響呈現(xiàn)區(qū)域邊際遞減的現(xiàn)象，即對東部區(qū)域影響最大，中部區(qū)域次之，西部區(qū)域最低。

表6 私人交通的非線性估計結(jié)果

3.4 城市蔓延和私人交通對霧霾污染的影響

3.4.1 門檻效應(yīng)檢驗

在對面板門檻模型進行分析之前，需要判斷面板門檻模型是否存在門檻效應(yīng)，如果存在門檻效應(yīng)，計算存在的門檻數(shù)量以及對應(yīng)的門檻值。本文以私人交通作為門檻變量，利用Stata15.0 軟件采用Bootstrap反復(fù)抽樣300 次得到單一門檻、雙重門檻以及三重門檻的檢驗結(jié)果。如表7 所示，私人交通在1%的水平上通過單一門檻的顯著性檢驗，在5%的顯著性水平下通過雙重門檻的顯著性檢驗，然而沒有通過三重門檻的顯著性檢驗，因此以上檢驗結(jié)果說明私人交通存在雙重門檻。私人交通的第一個門檻值為11.6130，對應(yīng)原始值約為110 525 輛（e11.6130），95%的置信區(qū)間為[11.6074,11.6195]，私人交通的第二個門檻值為12.2473，對應(yīng)的原始值約為208 417 輛（e12.2473），95%的置信區(qū)間為[12.2096,12.2536]。對應(yīng)的似然比函數(shù)圖LR 見圖2。

表7 私人交通的門檻檢驗結(jié)果

圖2 私人交通的雙重門檻LR圖

3.4.2 門檻回歸結(jié)果分析

門檻回歸結(jié)果見表8，當(dāng)私人交通低于第一個門檻值11.6130（e11.6130=110 525 輛）時，城市蔓延對霧霾污染的估計系數(shù)為正，說明隨著私家車數(shù)量的增加，城市蔓延會加劇城市的霧霾污染，這與毛文峰的研究結(jié)論一致[27]；當(dāng)私人交通在第一個門檻值和第二個門檻值12.2473（e12.2473=208 417 輛）之間時，城市蔓延對霧霾污染的影響系數(shù)為正，但是未通過顯著性檢驗；當(dāng)私人交通跨過第二個門檻值時，城市蔓延對霧霾污染的影響系數(shù)為負(fù)，且通過顯著性水平檢驗，說明隨著私人交通發(fā)展水平的提升，城市蔓延對霧霾污染具有抑制效應(yīng)，這與李強等的研究結(jié)論一致[28]。可能的原因為當(dāng)城市的私人交通發(fā)展水平較低時，對應(yīng)城市的經(jīng)濟發(fā)展水平也較低，城市不斷向外擴展城市的邊界，破壞了原有的生態(tài)環(huán)境，削弱了環(huán)境的凈化能力，一系列的建筑物和配套基礎(chǔ)設(shè)施的施工建設(shè)造成大量的建筑灰塵和揚塵，惡化了城市的環(huán)境質(zhì)量；隨著私家車數(shù)量的不斷增加即跨過門檻值，城市人口不斷向城市集聚，導(dǎo)致城市道路的交通擁堵和環(huán)境污染，城市通過不斷地向周圍蔓延可以緩解城市中心的交通壓力，降低城市中心區(qū)的人口密度，從而改善了城市的霧霾污染程度。

表8 門檻回歸結(jié)果估計

進一步分析門檻回歸中控制變量對霧霾的影響。經(jīng)濟發(fā)展水平對霧霾污染的估計系數(shù)顯著為負(fù)，說明城市經(jīng)濟發(fā)展水平的提高有助于降低城市的霧霾污染[29]。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對霧霾污染的影響系數(shù)為負(fù)，且通過1%的顯著性檢驗，說明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級對霧霾污染具有緩解作用[30]。人均綠地面積的門檻回歸系數(shù)未通過顯著性檢驗，說明人均綠地面積對霧霾污染的影響不明顯。降雨量和日照時長的門檻回歸系數(shù)顯著為負(fù)，風(fēng)速的回歸系數(shù)為正，說明降雨量和日照時間的增加可以降低霧霾污染的濃度[31]，而風(fēng)速的增加可能會促進霧霾污染向周圍的擴散，加重了周邊地區(qū)的霧霾污染程度[32]。

3.4.3 穩(wěn)健性檢驗

為了避免設(shè)定的模型存在估計偏誤，采用面板固定效應(yīng)模型進行穩(wěn)健性檢驗（表9）。具體來說，將私人交通作為虛擬變量與城市蔓延的乘積作為交互項納入面板固定效應(yīng)模型中，當(dāng)私人交通小于門檻值11.6130（e11.6130=110 525 輛）時，其與城市蔓延的交互項用sppc_1 表示。當(dāng)私人交通在門檻值11.6130（e11.6130=110 525 輛）和12.2473（e12.2473=208 417 輛）之間時，其與城市蔓延的交互項用sppc_2 表示。當(dāng)私人交通大于門檻值12.2473（e12.2473=208 417 輛）時，其與城市蔓延的交互項用sppc_3 表示。依次加入經(jīng)濟發(fā)展水平（ln gdp）、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（ln indus2）、人均綠地面積（ln rgreen）、降水量（ln rain）、日照時長（ln sunt）和風(fēng)速（ln wind）進行回歸，回歸結(jié)果顯示：①在門檻值未達到11.6130 之前時，城市蔓延對霧霾污染的估計系數(shù)始終為正，且均通過1%的顯著性水平檢驗，說明城市蔓延每提高1 個單位，就會導(dǎo)致霧霾污染的濃度在4.9%和5.2%之間不同程度的增加，即城市蔓延會加劇霧霾污染；②在門檻值介于11.6130和12.2473 之間時，城市蔓延對霧霾污染的影響具有消極作用，但未通過顯著性檢驗；③在跨過門檻值12.2473 之后，表9 中的第（1）列至第（7）列的城市蔓延對霧霾污染的回歸系數(shù)均顯著為負(fù)，城市蔓延每增加1 個單位，霧霾污染就會下降2.6%～2.8%，說明城市蔓延有助于降低城市中心的霧霾污染濃度。上述回歸結(jié)果與面板門檻回歸的結(jié)果基本一致，因此說明設(shè)定的面板門檻模型是穩(wěn)健的。

表9 面板固定效應(yīng)模型的回歸結(jié)果

4 結(jié)論與政策啟示

4.1 結(jié)論

本文以2009—2018 年中國280 個地級市的面板數(shù)據(jù)為研究樣本，實證分析了城市蔓延、私人交通與霧霾污染之間的非線性關(guān)系。進一步以私人交通為門檻變量，考察城市蔓延對霧霾污染影響的門檻特征，得出以下結(jié)論：

第一，霧霾污染與城市蔓延之間存在顯著的U 形關(guān)系，即城市蔓延在發(fā)展的初始階段，城市蔓延的霧霾效應(yīng)為正，說明城市蔓延會改善城市的環(huán)境質(zhì)量，當(dāng)城市蔓延發(fā)展到一定階段，城市蔓延會加劇霧霾污染。

第二，霧霾污染與私人交通之間存在顯著的倒U形關(guān)系。私人交通對霧霾污染的負(fù)面作用會隨著私家車數(shù)量的增加而增加，當(dāng)私人交通發(fā)展到一定程度時，其對霧霾污染的正面作用就會出現(xiàn)。

第三，在不同的私交通發(fā)展水平下城市蔓延對霧霾污染的影響存在雙重門檻特征。具體來說，當(dāng)私人交通低于第一個門檻值11.6130（e11.6130=110 525輛）時，城市蔓延加劇了霧霾污染程度；當(dāng)私人交通的門檻值在11.6130（e11.6130=110 525 輛）與12.2473（e12.2473=208 417 輛）之間時，城市蔓延對霧霾污染的影響為正，即加劇了霧霾污染程度，但是未通過顯著性檢驗；當(dāng)私人交通跨過門檻值12.2473（e12.2473=208 417 輛），城市蔓延對霧霾污染的正外部性開始產(chǎn)生作用，城市蔓延可以改善城市的空氣質(zhì)量。

4.2 政策啟示

首先，科學(xué)地制定城市的開發(fā)邊界，因地制宜地合理規(guī)劃城市空間結(jié)構(gòu)。為了避免城市蔓延對城市發(fā)展的負(fù)面影響，城市管理者可以借鑒發(fā)達城市或國家的經(jīng)驗，再根據(jù)城市的具體情況，系統(tǒng)合理地規(guī)劃城市的空間結(jié)構(gòu)，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的集聚和規(guī)模效應(yīng)，推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，促進城市可持續(xù)健康發(fā)展。

其次，提高公共交通服務(wù)水平，促進新能源汽車的使用。優(yōu)化城市的公共交通通行路線，加快城市軌道交通和快速公路的建設(shè)，提高城市公共交通的服務(wù)水平，分擔(dān)私人交通的壓力。積極倡導(dǎo)人們綠色出行，增加對新能源汽車的使用，減少城市的交通碳排放。

最后，城市要根據(jù)自身的資源環(huán)境承載能力來確定合適的城市發(fā)展規(guī)模，控制私人交通的數(shù)量，促進城市蔓延與私人交通的協(xié)調(diào)發(fā)展，避免以私家車為導(dǎo)向的城市蔓延對環(huán)境的污染，發(fā)揮城市蔓延和私人交通對環(huán)境的積極作用。