中国NOx排放时空分布变化及其驱动因素分析*

牛铭杰 赵海霞# 孟 菲 顾 湘

(1．中国科学院流域地理学重点实验室，中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏 南京 210008； 2.中国科学院大学，北京 100049；3.南京信息工程大学法政学院，江苏 南京 210044)

NOx主要指一氧化氮、二氧化氮以及其他氮氧化合物，是一种主要的空气污染物，不仅会对人体健康产生威胁，而且能导致酸雨的形成、臭氧层的破坏等[1-3]。“十二五”期间，国家出台新的节能减排目标，将NOx列为新的减排指标，“脱硝”成为继“脱硫”后“十二五”期间的又一重要减排目标。《“十三五”生态环境保护规划》指出“十二五”期间全国NOx排放量减少18.6%，并将未来五年减排目标定为减少15%。在此背景下，对全国NOx排放的研究将有助于为中国减排政策的制定实施提供更具针对性的参考。

“十二五”后，国内学者对于NOx排放量的研究逐渐增多，排放因子法能间接计算NOx排放量[4]。王圣等[5]、梁俊宁等[6]分别计算了火电、煤化工行业的NOx排放因子，为后续研究奠定了基础。同时，也有学者利用遥感监测技术分析NOx浓度的变化特征[7-9]。随后，学术界对NOx排放量时空特征的分析逐渐深入，已有研究主要从工业[10]、能源消费[11]和电力行业[12]等方面分析探讨NOx的时空分布特征，或针对京津冀地区[13]、长三角地区[14]、13大城市群[15]、农村地区[16]和中国省域范围[17-18]等区域研究其时空变化规律。关于NOx排放时空分布的驱动机理，大量研究表明，能源效率[19]185、产业结构[20]、经济发展[21]、人口[22]、汽车保有量[23]1196等均是重要的驱动因素。在研究方法上，目前学者大都采用结构分解法(SDA)[24]、对数平均迪氏指数法(LMDI)法[19]179等定量研究其驱动机理，少数学者采用定性的方法[23]1195从原理上对NOx排放的驱动因素进行解析。可以发现，目前对NOx排放量时空分布及其驱动因素的研究已较丰富，但驱动机理的研究方法较单一，且多针对单个驱动因素进行分析，没有考虑驱动因素之间的交互作用。NOx来源复杂，其排放和分布的驱动因素多种多样，且中国各地区具有地域差异，发展政策也不尽相同，因此有必要对各驱动因素间的交互作用进行探析。本研究利用地理探测器，分析NOx排放空间分异性的驱动因素，并研究驱动因素之间的交互作用，以深入分析NOx排放空间分异原因。

1 研究方法与数据处理

1.1 地理探测器

地理探测器是可用来探测空间分异性及其驱动因素的统计学方法，主要基于“如果某个自变量对某个因变量有重要影响，那么自变量和因变量的空间分布应该具有相似性”的核心假设[25]。计算公式如下：

(1)

本研究采用地理探测器交互探测研究NOx排放时空变化的驱动机理。交互探测能识别两个驱动因素之间的交互作用，评估多驱动因素交互时是否会增加或减弱对应变量的解释力。由于NOx排放的驱动因素具有综合性，本研究着重探讨驱动因素间交互作用的影响。

1.2 指标体系选取

NOx排放驱动因素很多，借鉴前人研究成果，综合考虑数据的可获得性，筛选人口数量、经济发展、产业结构、汽车保有量、能源结构、环境规制用以分析NOx排放驱动因素，具体见表1。

1.3 数据来源与处理

涉及数据主要为社会经济统计数据，其中NOx排放量、人口、GDP、汽车保有量等数据主要来源于中国统计年鉴，个别省份2018年NOx排放量数据来源于各省份统计年鉴或统计公报，能源消费和煤炭消费数据主要来源于各省份统计年鉴，环境治理投资数据来源于中国环境统计年鉴。由于统计数据缺失等原因，本次研究范围暂不包括西藏(只缺失能源数据)、香港特别行政区、澳门特别行政区和中国台湾地区。

2011—2018年GDP数据按可比指数统一转化为以2011年为基期的不变价，煤炭消耗量根据能源折标准煤系数统一折算为以标准煤为单位。驱动因素采用自然间断法将其分为5级，其中产业结构和环境规制因各省份水平相差较小，故只分为3级。

2 结果与讨论

2.1 NOx排放时空变化

“十二五”以来，中国把大幅度降低能源消耗强度、二氧化碳排放强度和主要污染物的排放总量作为重要的约束性指标，并实施节能减排等一系列措施，特别是火电厂超低排放、新能源汽车的推广及脱硝技术的成熟等，全国节能减排成效显著，NOx排放量呈逐年下降趋势，由2011年的2 404.27万t下降到2018年的1 197.15万t(见图1)，整体降幅超过50%。NOx排放强度与排放量的下降趋势基本保持一致，由2011年4.61 kg/万元下降至2018年1.32 kg/万元，下降了71.29%。

表1 NOx排放驱动因素指标体系

图1 全国NOx排放变化Fig.1 The change of NOx emission in China

尽管各省份NOx排放量总体下降趋势明显，但排放量依然较高(见图2)。河北、江苏、山东、广东、河南等人口密度、工业发展水平较高的中东部地区较高，广西、云南、宁夏、西藏等经济发展落后的西部地区较低。如河北2018年NOx排放量高达96.50万t，由于工业发达且重化工业占比高，化石燃料的大量使用导致NOx排放量居高不下。与2011年相比，2017年天津、河南、内蒙古、宁夏的NOx排放量下降最明显，超过60%，上海、山西、吉林、云南、陕西、甘肃下降超过50%。但2017年以来，全国NOx排放量下降速率总体降低，个别省份如浙江2018年甚至有反弹。

相反，NOx排放强度呈西北高、东南低的分布格局，且东西部差异明显。山西、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏、新疆等西部地区排放强度较高，其中排放强度最高的是宁夏，2018年仍达3.87 kg/万元，远高于北京市0.46 kg/万元(见图3)。一方面，西部地区如新疆的主导产业以石油天然气开采、石油化工为主，NOx排放量大；另一方面，相较北京、上海、江苏与广东等东部地区，西部地区脱硝技术仍然较落后，所以NOx排放强度较高。与2011年相比，2017年各省份NOx排放强度有不同程度下降，除北京降幅为49.39%外，其余地区降幅均超过50%。

2.2 NOx排放变化驱动因素

图2 各省份NOx排放变化Fig.2 The change of NOx emissions in each province

图3 各省份NOx排放强度变化Fig.3 The change of NOx emission intensity in each province

表2 2011年NOx排放量驱动因素交互探测

表3 2017年NOx排放量驱动因素交互探测

2011、2017年NOx排放量驱动因素交互探测结果见表2和表3。2017年，经济发展与人口数量、汽车保有量、环境规制，汽车保有量与人口数量、环境规制之间的交互作用对NOx排放量空间分异的解释力较强，均在74%以上，且与2011年相比均有不同程度提高。中国目前仍处于经济快速增长的时代，经济发展仍是NOx排放的重要驱动力，2017年，全国各省份NOx排放量与GDP之间显示出明显的正相关关系(见图4)。另一方面，汽车保有量呈快速增长态势，且汽车尾气脱硝技术还不成熟，2017年全国机动车NOx排放量为574.30万t，约占NOx总排放量的45.6%。同时，虽然中国2009年开始大力推行新能源汽车，且新能源商用车(如公交车)已取得较大进展，但民用汽车领域进度仍然缓慢，因此汽车保有量对NOx排放量空间分异的解释力有所提高。此外，汽车保有量与人口数量、经济发展直接相关，环境规制也受经济发展状况及发展理念的影响，环渤海地区、长三角地区及珠三角地区作为中国发达地区，经济实力、人口数量均居前列，汽车保有量相应较多，环境规制强度也相应较高，因此两两交互作用的解释力度较强。

图4 2017年GDP与NOx排放量Fig.4 GDP and NOx emission in 2017

2017年，产业结构与人口数量、经济发展、能源结构、环境规制，能源结构与人口数量、环境规制，人口数量与环境规制之间的交互作用对NOx排放量空间分异的解释力较弱，且与2011年相比均有不同程度降低。火电厂脱硝机组投运容量大幅增加，由2011年0.97亿kW增加至2017年的9.20亿kW，使煤炭燃烧对NOx排放的贡献度降低。同时，《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(GB 18352.6—2016)相比上一代标准更严格，其实施将促使NOx排放量减少77%，也遏制了汽车NOx排放量的增加。但也应注意到，2017年中国能源结构中煤炭消费占比达67.2%，远高于美国、日本的30%，中国整体煤炭消费偏高的局面并未完全打破，2017年能源结构与其他指标交互作用虽有降低但解释力仍能达到60%～85%。此外，中国第二产业占比整体高于40%，与欧美发达国家约20%的比例差距较大，因此产业结构与人口数量、经济发展和汽车保有量的交互作用解释力仍然达60%以上。

此外，根据部分地区已公开的最新数据，分析2018年北京、河北、内蒙古、黑龙江、江苏、浙江、江西、广东、四川、甘肃与宁夏的NOx排放量的驱动因素。经济发展与汽车保有量依然是NOx排放量空间分异最主要的驱动因素，解释力分别达74.02%、72.24%，与其他驱动因素交互作用也均在75%以上，因此加速推广新能源汽车与新一代汽车尾气排放标准的实施，并继续改善中国能源消费结构，增加清洁能源消费占比，立足生态文明、发展绿色经济是今后中国NOx减排的主导方向。

3 结 论

(1) 2011—2018年，中国NOx排放量整体下降超过50%。“十二五”期间脱硝政策的实施效果虽较明显，但整体排放量仍然较大，呈中东部高、西部低的格局，其中河北、江苏、山东、广东、河南等人口密度、工业发展水平较高的东部和中部地区NOx排放量较高，广西、云南、宁夏、西藏等经济发展落后的西部地区NOx排放量较低。

(2) 2011—2018年，中国NOx排放强度整体降低71.29%，呈西北高、东南低的分布格局，且东西部差异明显，其中排放强度较高的区域主要分布在脱硝技术落后的山西、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏、新疆等西部地区。北京、上海、江苏、广东等东部地区工业生产技术与脱硝技术较先进，排放强度较低。

(3) 2017年，经济发展与人口数量、汽车保有量、环境规制，汽车保有量与人口数量、环境规制之间的交互作用对NOx排放量空间分异的解释力较强，且与2011年相比均有不同程度提高；产业结构与人口数量、经济发展、能源结构、环境规制，能源结构与人口数量、环境规制，人口数量与环境规制之间的交互作用对NOx排放量空间分异的解释力较弱，且与2011年相比均有不同程度降低。