城镇化与大气污染关系研究进展

陈德超，王诗雨， 章熙然

（1.苏州科技大学 地理科学与测绘工程学院，江苏 苏州 215009；2.苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州 215009）

城镇化问题是当代中国实现高质量现代化所必须解决的重大问题，城镇化的高质量发展要求实现城镇经济、文化、社会和生态的整体性协调。2005年9月29日，中央政治局第25次集体学习会主题是“国外城市化发展模式和中国特色的城镇化道路”。2020年，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》明确指出“推进以人为核心的新型城镇化”，将绿色发展理念贯穿于空间领域。这也为生态文明新视角下的城镇化研究提供了政策支持。

随着城镇化进程的加快，人口过度集聚、交通拥挤、资源短缺和环境污染等“城市病”层出不穷[1]。经济增长依赖于煤炭、钢铁、石化和装备制造产业为主导的重工业刚性生产模式，而这些高能耗、高排放产业都会引起空气质量下降。城镇化在带来大量收益的同时，也加剧了包括大气在内的环境改变，导致“城市病”[2]，由细颗粒物引发的雾霾等污染事件成为快速城镇化过程中的“新常态”，并呈现出复合型、累积性和跨区域的污染特征。该文综述城镇化与环境空气的相互作用关系研究，不仅是城镇化与生态环境作用关系研究的重要延伸，也是顺应国家生态文明建设的迫切需求，引导城镇化绿色发展和制定环境政策的重要依据。

1 城镇化测度与大气污染指标

1.1 城镇化测度

城镇化通常用城镇人口和二三产业占比来衡量，然而，伴随城镇化从传统型向新型城镇化迈进，其价值取向、发展模式等也有所不同，见表1。近年来，学者们也从以人为本的新型城镇化角度出发不断完善城镇化指标体系，以全面表征日益丰富的城镇化内涵。

表1 传统城镇化与新型城镇化的比较

1.2 大气污染指标

依据统计口径、数据可得性和监测数据来源等，大气污染度量指标分为浓度类、排放类和综合类，见表2，三类指标各有其局限性。

表2 大气污染物指标分类介绍

2 城镇化对大气污染的影响研究

2.1 传统城镇化对大气污染的影响

传统城镇化的核心内涵是人口、经济、土地指标的城镇化，其对大气污染的影响也各有侧重。

2.1.1 人口城镇化对大气污染的影响

人口向城镇集中推动着社会经济活动的空间集聚，并引起能源消费、能源利用及污染治理方式等多方面的改变，从而对大气环境造成影响。人口数量是城镇大气污染的主要驱动因子[6-8]，人口城镇化过程中产生的交通尾气排放、生活燃料逐渐成为城市空气质量下降的主要原因。焦若静[9]、文雯等[10]采用不同等级城市人口规模与大气污染的关系进行实证研究，发现集聚人口数量会因为人口基数的不同而存在较大差异，城镇化对大气污染的影响程度也不相同。

2.1.2 经济城镇化对大气污染的影响

经济城镇化的持续推进促使了产业、资本等要素向城镇聚集，拓宽了收入和消费渠道，经济建设取得了一定进步，此时高能耗、高排放产业聚集都会引起大气质量下降。为研究经济城镇化与大气污染之间的关系，美国环境经济学家Grossman和Krueger于1991年提出环境库兹涅茨曲线（Environment Kuzents Curve，EKC）。国内一些学者[11-12]发现环境库兹涅茨曲线在中国同样适用。李春生[13]、聂飞[14]、ZHEN H等[15]所选环境指标与人均GDP呈现较显著的EKC特征，但在到达转折点的时间早晚、时间跨度等方面与发达国家有所不同。 然而，经济和环境之间的“倒U型”曲线关系并不是绝对的。刘华军等[16]以PM2.5和PM10作为空气质量衡量指标，发现城市空气污染与人均收入之间不符合“倒U型”的EKC假说，而是呈现负相关关系；王瑞玲等[17]对经济与环境数据的实证研究结果表明，我国工业“三废”排放量的EKC特征包括倒“U”型、正“U”型、“三次曲线”三种类型。

2.1.3 土地（空间）城镇化对大气污染的影响

城市扩张是城镇化的另一个重要特征，在中国包括自发扩张和行政扩张两种形式，建设用地规模加大使环境容量减少，导致大气质量下降，甚至发生雾霾[18]。有学者认为城镇化不仅表现为人口和经济的城镇化，空间利用的变化也对城镇化区域空间格局产生深刻影响[19]，城市空间密度越大，单位面积的能耗和污染物排放也越多，土地城镇化与雾霾污染存在“倒U型”关系也被证实[20-22]，两者会加剧空间区域异质性，同时符合预期的城市建成区绿化覆盖率能够显著地改善大气质量。

这些研究发现，大气环境与城镇化子系统之间的关系可能不完全符合EKC曲线，不同的区域和城市也有着不同的演化规律。所选用的指标数据、估计方法等不同会带来结果的差异，但无可否认的是，亟需治理的大气污染使中国经济发展面临着严峻的环境约束，长远而言，依托技术进步、产业优化升级，实现高增长、低污染的绿色发展模式是城镇化的必然选择。

2.2 新型城镇化对大气污染的影响

传统城镇化发展模式下，城市资源短缺、环境污染、生态破坏的问题日益突显，城市发展所依托的资源环境的承载能力下降。为解决传统城镇化进程中存在的生态问题，党的十八届三中全会明确提出了坚持走中国特色新型城镇化道路。

2.2.1 绿色城镇化

为响应国家政策，新型城镇化中绿色城市理念在我国出现，但时间并不长（见表3），目前国内关于绿色城市的研究仍处在初步探索阶段[23-24]。创新发展绿色新型技术，建立绿色环保、资源节约、能源减耗可以有效解决城镇化进程中生态破坏问题，更好推进城镇化发展。基于生态文明视角，学者通过构建生态环境指标体系分析和研究我国绿色城镇化发展[25-27]，认为可以从产业、金融、财政、社会等层面进行政策完善，这将为中国绿色城镇化的转型升级提供概念性框架和战略思路，这为在不破坏生态环境并充分利用自然力的前提下，创造繁荣的城市经济提供可行路径。

表3 国内绿色城市实践历程

2.2.2 多维城镇化对大气污染的影响

新型城镇化将绿色城镇化纳入城镇化指标体系，从而构建多维城镇化指标体系。多维城镇化是涉及经济、社会、人口、土地、生态等多个维度交互叠加影响下的复杂动态演进过程，多维城镇化不同发展阶段对大气污染物的影响存在“拐点效应”和“空间溢出效应”。学者[28-31]从三维、四维甚至更多维角度尝试构建城镇化评价指标体系，对PM2.5浓度的驱动影响进行研究，探索出一种定量分析手段对城镇化进程对大气污染的作用机制与现实影响进行分析。这种多维城镇化时空系统协调度评价模型的构建，改善了城镇化协调度评价缺乏多维度时空综合分析的现状。

城镇化发展近几十年里，指标体系从单一的以人口、GDP为标准，到如今综合考虑经济、社会、环境等多个方面的统一协调发展（如图1所示），已取得了阶段性的成就。但在现有的评价指标体系中，并未突出绿色发展，例如，大多指标体系中，在经济层面，把关注点单一的放在经济发展上，忽略了经济与环境、资源相交叉指标（如环境保护投资占GDP比重、环保产业所占比重等指标）的制定，忽视了经济发展中的资源环境问题。因此，构建并完善城市发展动力学系统，从更加系统的视角来研究城镇化对大气污染的影响将是未来研究的重点与难点。

图1 城镇化指标

3 大气污染对城镇化的反馈作用研究

大气污染对城镇化进程的反馈效应分析是完善大气污染与城镇化互动机理研究框架的关键，亦是协同推进生态文明建设与新型城镇化的重要参考。目前大部分文献认可城镇化进程会影响空气质量这一观点，但鲜有学者（见表4）明确地就大气污染对中国城镇化的反馈效应进行研究。大气污染可能会危害个人健康从而引致人口向外迁移，不利于地区人力资本积累[32-33]；大气污染还可能通过影响人的身心健康而降低个体、企业的生产效率；大气污染会导致城市居住环境舒适度降低、区域投资环境竞争力下降。相关研究[34-37]证实，人口规模、经济发展、产业结构、开放水平、科研创新等都是影响城镇化进程的重要因素，在理论上可以认为大气污染会对城镇化的发展具有反馈效应，这为研究大气污染对城镇化的反馈作用机理提供了理论依据。

表4 大气污染对城镇化反馈研究

4 城镇化与大气环境耦合协调作用

城镇化与生态环境是一种相互作用、交互耦合的关系[38]，大气环境作为生态环境的重要组成，可作为一个单独而完整的系统与城镇化系统发生复杂的交互耦合关系，且受到学者关注。从研究尺度来看，涉及全国、省域、城市群，再到特定城市，并取得了丰硕的研究成果[39-45]。这些研究表明新型城镇化与大气环境之间存在着受制于地理毗邻关系的交互作用模式，且二者协调性在地区间具有显著的空间溢出效应，但缺乏对城镇化与大气环境耦合演变关系的系统分析，见表5。

表5 城镇化与大气环境耦合协调研究

在探索区域城镇化与环境协调发展的新的方法的同时[50]，樊文平等[51]基于城镇化的指标、空间、时间三维时序立体数据表，构建多个城镇化子系统。总的来看，目前，城镇化与大气环境交互作用的耦合协调阶段讨论较少涉及，缺乏一个对不同区域的耦合协调模式不同判别的比较，未来需注重在一定大气环境保护目标下（功能状态下）的城市发展约束，已有学者开始呼吁构建中国背景下城市群发展与大气质量的研究框架，城镇化与大气环境耦合协调性的研究还远未丰富，相关理论需要更多实证案例支撑。

通过对相关文献的梳理和分析发现，自然因素是大气污染扩散的重要因素。因不同地理位置其风速、气温等自然指标不同，对大气污染的影响有偏差，所以学者大多考虑在人为因素下，对城镇化与大气污染互动机理进行研究，主要集中在传统/新型城镇化对大气污染的影响、大气污染对城镇化的反馈作用和二者耦合协调三个方面，如图2所示。

图2 城镇化与大气污染的相互关系

5 城镇化对大气污染的溢出效应

大气污染本身具有空间溢出效应，区域间跨城市传输影响较为明显[52]。城市之间在地理位置上的邻近特征和产业转移、土地扩张等城镇化活动上的紧密联系进一步增强了大气污染的空间传输作用[53]。在研究城镇化和大气污染的相互关系过程中，并不能完全解释大气污染的成因，但是可以通过构建空间模型[54-57]来分析其相关性和溢出效应，见表6。

表6 空间模型

城镇化对大气污染的空间溢出效研究，是在空间模型的基础上纳入上一年的污染指标来构建动态的空间模型，动态空间模型更好地解决了“鸡蛋相生”的内生性问题和时间累积效应。学者通过运用动态空间杜宾模型、系统动态面板回归模型等对城市化子系统不同发展阶段与PM2.5浓度的关系进行拟合对比[28，58-59]，城镇化的不同会引起PM2.5向邻近和非邻近城市的外溢程度不同，同时发现动态空间模型优化并不全面，不断完善和应用动态空间模型是未来研究的重点与难点。

6 结语

通过对相关文献的梳理和分析发现，学者们就中国城镇化与大气污染互动机理已进行了一定研究，主要集中在对我国传统/新型城镇化对大气污染的影响、大气污染对城镇化的反馈作用和二者耦合协调三方面进行了客观的分析和研究，结论如下：（1）在城镇化对于大气污染影响机制研究中，以往学者都是从城镇化的一个或几个维度来研究其与大气污染的关系，未能形成系统性框架来研究城镇化、城市群发展与大气污染间的互动机理。学者们在构建城镇化指标体系方面逐步完善，把生态文明角度下的绿色城镇化纳入城镇化指标之一，并且考虑环保投资、环境规制等，使城镇化指标更系统、全面。（2）在大气污染是否会对城镇化发展产生一定的反馈作用方面的研究比较少，有少数学者已经从理论角度进行模型分析，相关研究仍停留在大气污染对经济发展、人口流动、政府治理能力和居民幸福感影响等方面，而没有考虑城市环境空气受自然因素影响的特殊性和突变性。因而，城镇化与大气污染间的相互作用关系有待进一步去探索。（3）城镇化与大气污染的耦合协调性研究较少，大量学者都把重点放在经济与生态环境方面的耦合协调度研究，缺乏一个对不同区域的耦合协调模式不同判别的比较，也就是缺乏一个明确的大气污染控制或改善目标（针对不同的城市化发展阶段）。