期刊佳文 | 减污降碳协同效应空间关联关系及驱动因素研究

当前中国正面临应对气候变化与持续改善空气质量的双重挑战与机遇，在生态环境多目标协同治理的背景下，中国生态文明建设进入推动大气污染物与CO₂协同减排的关键阶段[1]。2022年6月生态环境部等七部门联合印发的《减污降碳协同增效实施方案》强调了在城市层面开展减污降碳协同治理工作的紧迫性与必要性[2]。2024年1月生态环境部稳步推进第一批城市和产业园区减污降碳协同创新试点工作。环渤海地区重化工业占比较高，超过一半的城市被列入中国大气污染防治重点区域，在实施减污降碳协同增效工作方面有巨大潜力。综合考虑城市集聚效应、大气污染物空间溢出效应以及与CO₂排放同根、同源、同过程特性等因素[3]，环渤海地区实现绿色、低碳、高质量发展的关键在于从传统的点源控制转向区域联防联控模式。这种模式不仅有助于应对复杂环境问题，还能为其他地区提供有力的借鉴和示范作用。

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第3次报告中强调在实施CO₂减排政策的同时会伴随大气环境污染治理效益的产生[2]，而且协同治理大气污染物和CO₂具有显著的健康效益[4-5]。有学者[6]将控制大气污染物排放的同时协同减排CO₂，或是在进行CO₂减排的同时对大气污染物协同减排定义为减污降碳协同效应。国内关于这一方面展开了大量研究，研究尺度涵盖国家[7]、省份[8]、城市群[9]、典型城市[10]等层面。部分研究基于复合系统协同度模型[11]、超效率SBM模型[12]、格鲁贝尔-劳埃德指数[13]等方法量化评估减污降碳协同效应，还有应用STIRPAT[14]、LEAP[15]等模型对其进行预测和协同风险分析[16]。研究内容主要包括减污降碳协同控制潜力[17]、实现路径[18]以及从实施政策或措施为视角来探究其效果[19-20]，也有对数字经济[21]、经济结构转型[22]、产业结构扭曲[23]与减污降碳协同效应的影响机制展开讨论。一些学者认为减污降碳协同治理能够加速重点行业向绿色低碳转型赋能[24-25]。通过利用空间自相关分析[26-27]、空间探索分析[28]、地理探测器[29]、多尺度地理加权回归模型[30-31]等方法对减污降碳协同效应时空变化特征及影响因素的研究也较多，结果表明，减污降碳协同效应存在明显的区域差异[32-33]，且具备固化和动态变化两种特征[34]。影响减污降碳协同效应的各种因素在不同时空尺度下也表现出异质性[35-36]，应综合考虑不同区域的环境背景、产业结构和社会经济特征来制定减排政策[37]。减污与降碳具有一致的责任主体[38]，构建多主体协同治理体系来实现区域合作，可以统筹谋划、一体推进，实现降本增效[39]。

由于城市层面的能源消耗数据获取困难导致CO₂排放量的计算结果精度不足[35]，量化描述减污降碳协同效应的空间分异现象受限于属性数据，无法准确反映区域关联性。另外学者们通常应用传统空间计量模型等方法分析其影响因素，缺乏从关系数据视角进行深入剖析。鉴于此，该研究可能存在以下3个方面的边际贡献：①利用长时序夜间灯光数据反演计算并修正环渤海地区43个城市的CO₂排放量，可以在很大程度上减少传统测算方法的局限性和依赖性，并进一步完善现有方法；②该研究不仅从属性数据出发刻画城际减污降碳协同效应的空间异质性，还基于社会网络分析法揭示各城市在协同治理网络中存在的联系和交互特点，挖掘区域潜在合作机遇，为其空间测度提供新的研究视角；③该研究应用二次指派程序尝试从复杂因素中探寻影响减污降碳协同效应空间关联网络的关键原因，以期为探索推动协同增效的合理路径提供指引，助力环境质量持续改善和“双碳”目标的共同实现。

能源消费产生的CO₂排放量与夜间灯光数据存在较好的相关性[40-41]。应用IPCC清单估算法测算环渤海地区“三省两市”的CO₂排放量，与各省份的夜间灯光数据总亮度值建立无截距线性回归方程[42]，并参考顾羊羊等[43]研究方法对模拟量进行修正。利用相同方法计算环渤海地区43个城市的CO₂排放量。

耦合协调模型能够有效反映不同子系统间协同发展态势以及整个系统的综合效果[27]。大部分研究假设CO₂减排系统与大气污染物控制系统同等重要[34-35]。借鉴王淑佳等[44]研究方法对耦合协调模型进行修正，以评估不同城市减污降碳协同效应的差异。耦合协调度等级以及发展阶段的划分标准参考文献[44-45]。

修正引力模型不仅可以揭示空间关联关系的演变特征，还同时考虑了经济距离和地理距离对空间关联的影响[46]。参考已有研究[47]构建修正引力模型计算得到环渤海地区43个城市之间的减污降碳协同效应引力值并建立空间引力矩阵，利用“均数原则法”将其转换成二值矩阵，为后续社会网络分析提供基础数据。

社会网络分析法能够有效克服“属性数据”局限，对“关系数据”进行全局性分析。结合修正引力模型描绘的减污降碳协同效应空间影响强度，应用社会网络分析法对其空间关联网络的整体结构、网络中心性及凝聚子群特征等进行分析[48]，具体公式参考文献[49]。

二次指派程序是一种对“关系数据”进行随机置换的非参数检验方法，能够有效避免多重共线性问题[50]。参考已有研究[30，35，51]和数据可获得性，选取相关研究变量(见表1)应用二次指派程序验证减污降碳协同效应空间关联网络的驱动因素，构建如下模型。

该研究所用的两种夜间灯光数据均来源于美国国家海洋和大气管理局的美国国家地理数据中心官方网站(https://www.ngdc.noaa.gov/eog/download.html)。大气污染物排放数据仅包含工业SO₂和工业烟(粉)尘，来源于《中国城市统计年鉴》以及各省份和各城市统计年鉴。以《中华人民共和国环境保护税法》中的当量系数值和全球变暖潜能值分别计算大气污染物和CO₂的污染当量。能源消费数据来源于《中国能源统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴》《中国城市统计年鉴》，常住人口、地区生产总值、科学技术支出、财政支出、产业结构合理化指数所需的原始数据来源于《中国城市统计年鉴》和各省份、各城市统计年鉴以及国民经济社会发展统计公报。各城市之间球面距离利用ArcGIS10.8软件计算得到。节能环保支出数据来源于地方人民政府和财政局网站。计算通风系数所需的原始数据来源于欧洲中期天气预报中心的ERA-Interim栅格气象数据。部分缺失数据按其综合增长率补齐。另外，山东省莱芜于2019年1月8日并入济南市，在该研究中将莱芜的所有数据均合并至济南市。

2011−2021年环渤海地区减污降碳协同效应呈较小幅波动变化的趋势(见图1)。自“十二五”时期以来，大气污染防治工作已取得较为明显的成效，但与CO₂减排尚未实现良好的同步效果，导致减污降碳协同效应整体偏低。受新型冠状病毒感染防控影响，2020年减污降碳协同效应达到最高值(0.43)，处于过渡期的协调发展阶段。随着经济活动的逐步恢复，能源需求回弹，大气污染物控制系统和CO₂减排系统的协同作用在2021年有所减弱，与崔连标等[32]研究结果一致。

研究期间，环渤海地区各城市的减污降碳协同效应发展阶段存在差异(见表2)。超过80%的城市陷入降碳滞后型失调阶段。石家庄市、邯郸市、济南市、潍坊市、临沂市、沈阳市处于勉强协调发展阶段，原因在于这6个城市的大气污染物和CO₂排放当量始终高于地区平均值。作为我国重要工业基地−天津市和唐山市一直是环渤海地区大气污染物和CO₂排放“双高”重点城市，成为高度协调中心。减污降碳协同效应与大气污染物和CO₂排放的空间集聚特征存在重合现象，且主要集中在经济较发达、人口稠密、能源消费量大和煤炭消费比重高的区域。

环渤海地区减污降碳协同效应空间关联整体网络呈“一核多心”的结构特征，非邻近城市突破了传统地理空间限制，产生了跨区域联动效应(见图2)。天津市是主要核心节点，邢台市、东营市和唐山市位于第二梯队的副中心地位。各中心城市的减污降碳协同效应发展水平相对较为均衡，各自具有一定影响力。北京市已进入大气污染精细化控制阶段，但对于CO₂排放的控制还在粗放型阶段，导致减污降碳协同效应处于严重失调阶段，2021年不再处于副中心地位。

整体网络理论关系数为1806个，实际关系数在2011年和2021年分别为313和325个，关联程度相对较弱。由图3可见：网络密度在2016年后稳定在0.18以上，城际协同发展仍有较大提升空间；网络关联度始终为1，表明任何一个城市均受到来自城市内部和关联网络的影响；随着城市之间互动作用的增强，网络等级在2014年达到峰值(0.69)，较为森严的等级结构正逐渐发生演变；网络效率稳定在其平均值(0.73)附近波动变化，相较于“十二五”时期，2021年网络中的“冗余”连线虽有所减少，但其具备的灵活性使其能够适应环境领域内不断出现的新挑战和问题。

在分析整体网络特征的基础上，利用度数中心度和中介中心度指标数据来揭示减污降碳协同效应空间关联网络中的个体结构特征(见表3)。研究期间，个体网络特征呈现明显的“马太效应”，天津市、唐山市和邢台市的度数中心度始终高于30，与其他城市存在密切的空间关联，其中天津市在网络中影响力最高。天津市和东营市的点出度始终较高，具有较强的辐射效应。2011年点出度高值区主要集聚在环渤海地区的中西部，2021年点出度与度数中心度的高值区已基本重合。高于点入度平均值且点入度大于点出度的城市主要位于辽宁省，表现出显著的虹吸效应。

2011年天津市的中介中心度最高为123.848，青岛市的中介中心度在2021年显著优于其他城市，扮演“贯南通北、承东启西”的枢纽角色，在连接不同地域城市、拓宽协同减排范围方面发挥了重要作用。个别城市的支配地位有所削弱，网络结构正在向合理化、均衡化发展，各节点在信息和资源传递方面更加自主。位于辽宁省、山东省部分地区城市的中介中心度始终偏低，这些城市的经济发展水平相对滞后，减污降碳协同效应较低，地理位置偏远，导致城市间连通性较弱，在关联网络中影响力不高。

各板块呈“局外扩散”溢出效应和明显的空间关联(见图4)。双向溢出板块的成员数量在2021年为12个，主要分布在山东省和河北省，该板块发至其他板块的关系数为66个，接收板块外部的关系数为68个。盘锦市、沈阳市和威海市位于经纪人板块，外部溢出关系数为14个。净溢出板块成员包括北京市、天津市、济南市和一些沿海城市，其向净受益板块发出的关系数最多。净受益板块成员主要分布在辽宁省，接收关系数是溢出关系数的6.8倍。研究期间各板块内部成员分布相对较为稳定，为减污降碳协同治理工作提供了一定程度的连续性。除净受益板块，各板块的实际内部关系比例较2011年有所上升，但是都小于期望内部关系比例，表明板块内部城市之间关系趋于紧密，但还存在潜在的互动空间尚未被发掘。

除了通风系数差异的相关系数为负值，环渤海地区减污降碳协同效应空间关联网络与各影响因素之间均存在5%水平上显著的正相关性(见表4)。产业结构合理化、能源利用、经济发展以及技术水平的差异均与被解释变量的相关系数大于0.2且在1%水平上显著。其中经济发展差异与减污降碳协同效应空间关联网络的相关系数高达0.435，二者之间关系相对最为密切，但并不意味着经济发展差异对被解释变量的影响强度最大，还有待进一步确认。另外各解释变量之间也存在一定的相关关系，若在模型中同时纳入以上变量可能会产生多重共线性问题，故还需应用二次指派程序回归分析进一步探究。

各影响因素回归分析结果如表5所示，调整后的判定系数为0.233，并通过了1%显著水平检验。通风系数差异与环渤海地区减污降碳协同效应空间关联网络具有显著的负相关，通风系数差异较大使各城市面临的环境考验可能会有所不同，将会影响区域协同治理的策略。其他影响因素对被解释变量具有不同程度的积极影响。经济发展差异的回归系数(0.354)最高，产业结构合理化差异回归系数为0.131，均在1%水平上显著。经济水平发达的城市能够产生虹吸效应，使得资金、人才在当地汇集，基于网络溢出效应将协同减排优势向其他城市传递。产业结构合理化差异较大，根据各城市的产业特点在政策制定、管理经验等方面会产生互补效应，促使城际建立共享机制。城市间距离越近，越容易受邻近城市的辐射影响。对节能环保投入较大的城市可能拥有更多的条件探索并实施更积极的减污降碳协同减排策略，这些成功经验对其他城市具有借鉴意义。技术水平差异与能源利用差异的回归系数相对较小，均通过了10%显著水平检验。

a)环渤海地区减污降碳协同效应尚未进入高质量协调发展阶段，协同减排能力较低，表现为降碳滞后型。各城市的减污降碳协同效应发展阶段类型存在较为显著的差异。

b)区域减污降碳协同效应空间关联网络整体呈现“一核多心”的结构形态，网络密度处于较低水平，等级森严的空间结构逐渐被打破，城际空间互动和溢出效应仍具提升潜力。

c)个体网络结构特征存在明显的“马太效应”。天津市、东营市、北京市、青岛市、烟台市等城市是减污降碳协同效应的“领头羊”，内外向关联水平均较高；而本溪市、滨州市、营口市等城市扮演网络边缘被动者角色。

d)各板块间存在显著的空间关联。双向溢出板块主要分布在山东省和河北省，经济水平发达城市和一些沿海城市组成关联网络的“发动机”，沈阳市、盘锦市和威海市等城市担当了“中介”和“桥梁”功能，辽宁省多数城市接收了其他城市的大量溢出。

e)各驱动因素对环渤海地区减污降碳协同效应空间关联均具有显著影响。其中，经济发展差异和产业结构合理化差异更有利于其关联强度与辐射效应的扩大，而通风系数差异具有负向驱动作用。

a)针对环渤海地区减污降碳协同效应的网络结构特征及各驱动因素的影响程度，建立“引领−跟随”型协同机制。强化以天津市、东营市、唐山市、北京市等城市的先行示范作用，发挥经济发展水平较高的城市关于人才、技术、资本、信息等方面的“溢出高地”潜能。山东省、河北省城市应加快产业结构、能源结构合理化调整，加大对清洁能源的开发利用，推动节能环保产业发展以提高资源利用效率。鼓励网络边缘城市主动增强与其他城市的合作，搭建多元化参与渠道，促进均衡减排格局的形成。

b)针对不同板块采取差异化的减污降碳协同治理策略。双向溢出板块应扩大其影响力，将减排优势传递给更多的城市。强化净溢出板块减污降碳政策的执行和贯彻，定期评估减排成果。净受益板块应向其他板块城市学习先进技术和管理经验，根据自身优势探索减污降碳协同增效的路径。充当“经纪人”角色的城市应建立高效的信息传递和资源整合渠道以优化不同板块间的协同效益。

c)跳出“单个地区”，从更大的空间范围实施减污降碳协同治理。环渤海地区各城市应加强沟通和协调，加快建立科学有效的跨区域监测和评估体系以及城际信息技术共享平台，使各城市能更好、更充分地了解减污降碳情况，最大化合作成效。城市间应加快实现产业链和价值链的协同，在绿色发展相关领域对接合作，通过产业合作和协同创新，实现资源共享、优势互补。

d)该研究基于环境管理视角，通过物理学耦合协调模型以及经济学中社会网络分析法和二次指派程序的交叉应用，弥补了现有文献对分析减污降碳协同效应空间特征与影响因素的不足，为多主体协同治理促进区域高质量发展提供了新思路。针对进一步强化减污降碳协同治理体系抵御外部环境冲击能力这一议题，如何从韧性理论视角提出应对策略有待深入研究。随着减污降碳协同增效内涵的不断丰富，完善协同效应评价体系、改进其测度方法也是后续研究重点。