雾霾文献综述与经济分析

彭件新

(西北大学经济管理学院，陕西 西安 710127)

1.引言

2014年各地都发生了不同程度的雾霾事件，引起了社会公众的广泛关注。在社会经济日益发展的今天，人们越来越重视周边的环境。环境不仅影响到未来发展的基础，还影响着人们的健康。劳动力的健康得不到保证，经济进一步发展所需的人力资源就变成无源之水。

北京适值APEC，通过人工驱霾、限行、禁燃等措施保证了此次会议的成功举办;然而这终究是治标之策。若要治本，还得从控制污染源头，监控污染过程等加以入手，分析雾霾发生的成因，并制定相应的减少雾霾和维持环境安全的政策。辅之以广泛的公众参与，相信解决雾霾问题还是可能的。

在气象学上，把由于大量微小水滴浮于空中，使水平能见度小于1.0km的称为雾;由于细微干尘粒浮于空中，使水平能见度小于10.0km的称为霾，有时形象的称之为灰霾。两者的混合就是通常所说的雾霾［1］。而我们要治理的主要对象是霾，而雾相对次要一些。尽管大雾天也影响人们的安全出行，但比起霾所引起的环境问题就要逊色的多。

2.综述雾霾文献

本文通过分析国内外关于雾霾的相关文献，把所有的文献归并为几个主题，然后分主题详细阐述。并总结目前关于雾霾分析的理论成果，以期对将来的理论研究有借鉴作用。

2.1 雾霾的英文文献综述

通过资源与环境经济学的学习我们知道，命令型的治理机制往往效率较低。仅仅利用命令控制这样高度规制性的工具，不能很好地起到减少雾霾的作用。Yongyut Tiyapairat－Edsel E.Sajor在泰国清迈的案例研究中指出“一刀切”的模式失败之处在于未考虑各地区的异质性、复杂性和灰分燃烧的背后动因，因此作者建议应将本地案例研究中的经验推广到计划和政策的制定过程中，巩固本地政府的自治权利，加强跨区域的合作［2］。中国学者进行了更细致的研究，分析了灰霾的组分问题，对雾霾的形成机制有一个更清晰的认识。他们认为灰霾天气比非灰霾天气，颗粒物集中度增加，颗粒物中的水溶性无机物离子量也增加。研究空气颗粒物的水溶性成分可以了解城市灰霾形成的关键因素。在城市案例分析中，他们认为北京颗粒物形成过程中起主要作用的是汽车尾气排放。通过研究11种不同直径范围的颗粒物，比较灰霾天和非灰霾天颗粒物中水溶性无机物的分布范围，分析哪种无机物对雾霾形成的影响最大。他们还纠正了以往对霾的定义，过去只注重可视度，并不强调湿度，而湿度对霾的形成和延续有重大影响。灰霾指的是可视性低于10公里且湿度小于90%的天气状况。实证分析的结果:灰霾天PM1.8/PM10的值相关性非常高，主要是由于来自地层表面的粗颗粒物比新形成的细颗粒物消散的快，稳定的天气和薄边界层强化了这一现象。灰霾天的颗粒物分布范围比非灰霾天峰值更高，3.2－5.6μm的粗颗粒物峰值要比0.56－1.0μm的细颗粒物更高。由于采样时间在四月，北京相对较高的风速也有助于道路灰尘的悬浮。铵根、硝酸根、硫酸根离子在雾霾形成中的影响最大。湿度高有助于液滴状颗粒物的形成。10月北京颗粒物的主要来源是玉米收获之后的生物质燃烧(灰分中无机离子含量高)。钾离子作为云层凝固核对于放热和可视性的降低有显著作用。悬浮的道路灰尘、土壤尘、建筑灰尘主要是镁离子和钙离子的来源。PM1.8和PM10中的硫酸根、硝酸根和铵根在灰霾天更多，原因在于相对高湿度下二氧化硫、氮氧化物和氨气经过多阶段反应的快速转化。硝酸根与硫酸根的物质比例可以用来作为污染来源于点源污染还是移动污染的指标，因为汽车尾气更多得排放氮氧化物，而硫化物更多的来自于煤的燃烧［3］。

还有研究者认为2013年中国中东部地区的灰霾天气主要原因在于初始气体污染物(二氧化硫、二氧化氮)快速转化为无机离子(硫酸盐、硝酸盐)导致PM2.5的爆炸性增长，尤其是化石燃料燃烧和尾气排放加大氮氧化物形成;金属离子是氧化过程的催化器，二氧化氮在二氧化硫转化成硫酸盐的过程中也扮演着催化剂的作用，无机硫化、氮化离子加重了灰霾的形成。外部原因在于强冷空气和地理大气状况的不寻常循环。空气污染使大气氧化能力增强，减少可见度，恶化环境质量。污染来源与沉积物之间的转化过程非常复杂，共同影响环境。根据中国大气悬浮颗粒物研究小组，空气污染定义为PM2.5日含量超过75微克每立方米。京津冀地区的二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳主要来自于化石燃料燃烧和尾气排放，燃烧和尾气排放产生的氮氧化物对二氧化硫转化为硫酸盐有重要的作用。中国中东部地区持续的灰霾天气，也跟地理和大气环境阻止污染物扩散有关。灰霾天气大气低压积累污染物，高温高湿，南风速度偏低，大气边界层太薄，水平对流更常见，污染物空间扩散大幅减少，导致区域污染物的聚集，使得京津冀灰霾持续很长时间。同时，高湿导致各种污染物的协同作用，有机物、硫酸盐和硝酸盐导致了PM2.5迅速增加。京津冀地区的PM2.5如此之高的原因还在于被西北风吹来的西北地区的灰尘。大气循环、当地大气因素、边界层结构和地理条件都会影响污染扩散。地区集中计划共同减少排放，对区域环境质量的改善、减弱不同污染物的协同作用有重要作用［4］。还有学者分析了北京地区雾霾的来源(汽车尾气、尘暴、灰尘和工业排放)，深度分析了PM2.5的来源、组成和污染程度，对未来的PM2.5的管制进行了展望［5］。

2.2 区域雾霾治理

彭应登分析了雾与霾的异同性。雾是水蒸气的凝结，而霾是悬浮颗粒物漂浮在空中形成。两者的共同性在于可见度低，不过还受空气湿度影响，空气湿度在80% －90%之间的是雾和霾的混合体，这才是我们所说的雾霾。他对北京近期雾霾形成的原因、PM2.5的组分及其来源进行了分析，认为不利气象条件是13年初北京雾霾形成的主要原因，空气污染物是次要原因，并对治理雾霾提出了措施和建议。在减排得不到减缓的条件下，控制机动车和燃煤污染势在必行，必须加强重污染日应急措施的研究和制定［6］。周涛和汝小龙主要提供了解决北京雾霾的对策，包括制定标准体系，京津冀地区大气污染联防联控，健全极端不利气象条件下大气污染监测和预警体系［7］。周蓉也强调大气污染联防联控，加大超标排放污染物的处罚力度［8］。李家才强调灰霾是一次污染物和二次污染物的混合体，治理灰霾需从控制氮氧化物、二氧化硫、挥发性有机物和颗粒物等一次性污染物入手;并认为珠三角地区可以借鉴洛杉矶的治理经验，设立空气质量标准和实施计划、组建区域性空气质量管理机构、全方位控制空气污染源、严格技术标准和采用先进检测方法控制机动车尾气排放、排放权交易等，珠三角地区应该修改空气质量标准并制定达标计划，建立区域性空气污染控制机构，扩展污染源和污染物的控制范围，通过技术控制机动车尾气排放，且可以运用市场激励手段［9］。尽管并未考虑扩大控制范围的经济成本，但他的这篇文章准确区分了haze、fog、smog，三者分别对应霾、雾和烟。谭明华从区域经济发展的角度分析了珠三角地区的灰霾治理，他认为珠江三角洲地区城市灰霾增加的原因主要是区域经济的发展，该地区发达的市场经济条件使得经济政策比灰霾治理的技术政策更有效率。譬如从大气污染的外部性着手用征税或补贴改善大气环境，对排放进行管制，探索排污权交易。政府须加大财政支持力度，并建立灰霾治理联席会议制度［10］。崔红艳、刘翠、薛科社等对西安的雾霾成因进行了分析，并给出相应的治理对策。崔认为西安空气污染物主要由机动车尾气、煤烟、扬尘和有机废气组成。冬季供暖也导致雾霾出现频率增加，这在北方城市中应该不是个别现象。秦岭的存在使西安出现“冷湖效应”，污染物更难排出。而宣传环保意识，绿色出行;制定空气质量标准;加强城市气候环境评估和预报，加强城市绿化建设等可以有效预防雾霾［11］。另外两位则认为西安PM2.5主要来源于燃煤、燃油和扬尘，近年来西安细小颗粒物(PM2.5和PM1.0)呈增加趋势。总的来说，雾霾成因包括:风速小的气候因素，汽车尾气和城市建设等人类活动，北黄土高原南秦岭造成类似盆地的地理区位［12］。相对较复杂的是从大气物理角度说明雾霾的形成过程。赵桂香，杜莉，卫丽萍等对山西省天气实况资料分析计算物理量，从环流形势、形成条件和维持机制方面分析持续性雾霾天气的原因［13］。吴庆梅，张胜军则利用观测资料对北京持续性雾霾天气进行分析，并对低空扰动、山谷风及热岛效应对PM10的影响进行了分析［14］。

2.3 一般化雾霾成因和治理

孙太利指出尾气排放、煤燃烧、建筑扬尘和秸秆焚烧是雾霾主要因素，并指出需要加大环境立法和应急预案制定［15］。渠雪从气象和人为活动两个方面解释雾霾成因。提出可以通过以下途径解决雾霾问题:确定城市排放清单和控制措施，提高企业环境准入门槛，最重要的是分析城市经济发展特征，合理解决人力资源矛盾［16］。张兴赢认为雾和霾相互伴生，无法完全分离，所以常常一起提及。能源结构的优化而不是限行才是治理之本［17］。还有人指出雾霾是由气象因素和环境因素共同造成的。较高的空气湿度和静风是雾霾形成的基本气象条件。计量分析表明能见度与空气湿度显著负相关，能见度与风速正相关，但可决系数偏低，能见度与温差呈负相关，可决系数也偏低，能见度与PM2.5的浓度显著负相关。应把属地管理与联防联控相结合，以便更好得控制雾霾［18］。张小曳，孙俊英，王亚强等指出雾－霾问题的主因是气溶胶污染，霾呈区域性分布与气象条件有关，且主要影响二次气溶胶。2013年中东部地区的持续性雾－霾天气主要原因在于异常的静稳天气(Plam指数)和高气溶胶浓度。人为气溶胶粒子活化为云雾凝结核CCN，使得雾的形成超越了自然现象本身。通过PM10(俗称飘尘)的组分分析发现其主要成分是矿物气溶胶、硫酸盐气溶胶、碳气溶胶(OC有机碳和元素碳)、硝酸盐气溶胶、铵(源于农业氮肥分解和动物排放有机质分解)。北京气溶胶粒子主要源于燃煤、燃油和居民活动排放。因而需要调整能源结构来根治这个问题［19］。胡名威分析雾霾产生的原因还提及了工业废气的排放，包括汽车在内的机动车保有量的上升是主要成因之一。至于提出改变工业布局的治理措施是否可行，很多文献都没有做经济分析［20］。刘新静、张书成认为应对城市雾霾，国家层面须转变经济增长方式，个人层面须转变生活方式［21］。杨小阳、白志鹏提及了针对雾霾法律层面的应对:制定清洁空气法律，分解责任，设定达标期限，对策建议是:优化能源结构，联防联控严格行业准入，控制静止源和移动源污染物，提高公众环保意识［22］。邹进上、莫天麟、江怒认为2013年北京雾霾的主要原因是本身大量排污、周边城市污染物的叠加和不利气象条件。分析空气污染物的种类及组分，主要是硫化物、一氧化碳、光化学烟雾、氮化物、二氧化碳、重金属、放射性污染物、煤烟颗粒等。提出治理途径如节能减排，防护林工程，加强排放前的预处理，加强预报［23］。他们未分析节能减排所带来的经济下行的后果，也没有对已有的防护林体系进行考察，没有考虑对地方财政的压力和企业的不作为。

2.4 别国的治理经验与其他

方晓介绍了美国、欧盟和日本的经验。美国的做法是全国空气质量全天候监测、针对排放源发布规范;欧盟是制定空气质量标准，征收拥堵费和汽车税;日本是制定环境标准，设立大气污染监视系统并实时公布监测数据，加强环境立法和强制柴油机汽车安装过滤器［24］。王新、何茜介绍了英美日德法等发达国家的做法。英国是立法确立检测标准(清洁空气法1956)、发展公共交通(进入市中心的小汽车收拥堵费，严格车辆执照颁发)、严控汽车尾气(新车安装催化器，发展电动汽车和自行车交通)、建设城市绿化带、开发谷歌地球图层实时公布空气质量;美国则从立法(空气污染控制法1955)、强制执行、监控、技术改进、定点监测分享数据联动治理(区域管理)、使用节能家电等入手;日本也是立法(汽车安装过滤器)、城市绿化;德国则通过空气清洁与行动计划、技术减排(未安装过滤装置的汽车征收附加费)、开发清洁能源、集中供暖使用可再生能源等实现;法国也监测并公布空气质量、严格空气质量法令(规定PM2.5和PM10的浓度)、减少污染方案(减排方案、大气保护方案等)［25］。中国应完善大气污染法律体系，调整经济结构，规划区域布局，倒逼企业升级改造，向公众提倡低碳生活。王旭光视角比较独特，研究雾霾治理和经济发展的关系。雾霾治理需要从时间、空间、各行业配套治理开始，建立雾霾数据库以及分析数据的应用软件，还要政府、企业、公众共同参与，短期内在雾霾治理和经济发展上求平衡，长期根治雾霾，促进经济增长的良性发展［26］。

3.雾霾治理——一个理论分析视角

3.1 雾霾成本效益分析的局限性

防治雾霾的CBA(成本效益分析)方法可能用处不大，因为准确估计雾霾治理的收益和防治的成本都比较困难。当这两者都有较大误差时，经成本效益分析所得的净收益的参考意义并不大。事实上，雾霾够严重就值得付诸行动去治理。环境的不可逆性使得我们不敢冒险，听之任之其不断恶化。我们不需要知道准确的净收益究竟为多少，只要净收益大于0就值得行动。从长远来看，治理雾霾无疑是利国利民的;需要抉择的是，当下我们可以拿出多少收入来治理雾霾。至于要治理到什么程度，是效率政策所要求的。大部分环境问题的治理中，人类是短视的，并不充分要求成本有效性，往往采取命令规制直接达到某一个目标，即使代价可能超过有效成本水平。下文拟从理论分析视角得出社会最优的雾霾污染水平。

3.2 理论模型的推导

设雾霾污染水平为Q，由于能见度与雾霾之间是负相关关系，实证分析也可以用1－能见度水平来表示。人口总数为P，雾霾导致的呼吸道疾病死亡率增加的平均值为γ，单位时间工资为W，社会总收入由人均收入乘以社会总人数表征。治理总成本为C，无疑C是Q的函数C=C(Q)，要求其满足凸性假设，即一阶导数大于0，二阶导数小于0。

治理雾霾会减少因呼吸道感染而意外死亡的人数，虽然对个人生命估价是不道德的，但为了计量生命的价值，需要估算工作年限与污染水平的函数关系，并且随着污染加深工作年限会不断减少，且污染极其严重时工作年限的变动会相当剧烈。这可以从日本的水俉病和痛痛病对工作人口的巨大影响中得到印证。同时，治理雾霾还可以获得舒适性价值，日本学者就比较强调舒适性的重要性。通过直接询问法调查居民的支付意愿或受偿意愿，由于被调查者并未涉及真正的货币支付，因而为了得到更高的舒适性水平可能会高估舒适性的价值，隐藏其真实估价。为了防止这种偏误，现在可以使用一些调查技巧。由于无法避免偏差，可以通过间接的陈述偏好方法，得出舒适性的经济价值与污染水平的关系，理论分析可知舒适性对污染水平的一阶导数应为负值。现采用中级微观经济学方法，来推导社会总效用最大化合意的污染水平。

令社会效用函数为U(C，Q)，且U(C，Q)具有良好凸性状。总效应关于消费C的一阶导数为正值，对污染Q的一阶导数为负值;各自的二阶导数符合凸性假定。并设单位治理成本为g，治理污染的支出会影响工资收入，一方面治理污染导致环境改善增加劳动力的工作时间，因此增加社会总收入;另一方面治理污染本身需要技术研发支出、环保设备投资等支出，这又会减少社会总收入。建模时我们认为g是独立的，不受其他因素影响。总收入水平为WL(Q)，工作时间L是污染水平Q的减函数。这样总治理成本g*Q，是一个关于Q函数。

规范解法为Max U(C，Q)

不存在政府税收、投资的简单经济，治理的成本加上消费支出不能超过总收入水平。保证总支出水平小于总收入，从另一个侧面也是为了增加社会的总体福利，这样收入的大部分可以用来提高社会总体福利水平。

构造拉格朗日方程L(C，Q)=U(C，Q)+λ［g*Q+CW*L(Q)］

通过以上两式，最优化可解得最优的污染水平Q，则因治理雾霾减少呼吸道疾病而获得收益大致为P*γ*W*L(Q)，治理雾霾获得舒适性的货币价值可以定义为g*Q，从预防支出角度人均舒适性价值大于单位治理成本，为便于建模我们取两者相等，治理总成本为g*Q，则净收益为NR=P*γ*W*L(Q);

3.3 进一步研究的方向

中国的环境统计起步较晚，需要加强统计体系和人才梯队的建设，收集大量数据资料，充分利用计量模型进行实证研究。只要有足够的时间序列，通过年度纵向比较，可以看出中国人均机动车保有量的变化，并通过研究年度工业产值占GDP的比重变化得到中国工业发展的概况;此外还可以通过新建住房面积的变动情况获悉建筑行业的发展态势。再加上详细的关于空气污染指数及颗粒物浓度的环境统计，就可以实证分析雾霾成因，分析机动车尾气、工业污染和建筑扬尘是否是导致雾霾的主要因素，从而治理雾霾的建议也会更加有效、更有针对性。

4.政策建议

大部分非实证的研究指出雾霾的成因有机动车尾气、工业污染、建筑扬尘等。那么首先，减少高耗能汽车使用、发展低排放、绿色能源汽车，可以大大降低汽车尾气排放，减少雾霾的发生;其次，合理进行城市功能区规划，妥善安排工业区域分布，可以减少不利天气条件下雾霾扩散的可能性;最后，建筑工地可以适当覆盖防尘膜，有效减少建筑扬尘，也有助于减弱多发的雾霾天气。雾霾的治理必须从能源和产业结构入手，中国经济的能源依赖性很强，且能源以煤炭和石油等高碳燃料为主，这些燃料的燃烧会加重雾霾的发生频率。开发新型能源稳步实现能源替代可以在不减弱经济增长的条件下，减少雾霾发生的可能性。且中国经济增长以第二产业为主，而工业发展常常需要消耗大量能源，这潜在得推动能源消费，引发不利气候条件下的雾霾发生。因此推动第三产业发展以及加快农业现代化进程，引入新增长极，可以确保经济从以工业为主向以服务业和农业为主转变。深化改革迫切要求转变经济发展方式，只有以低消耗、高产出、低污染的方式发展经济，中国经济的发展才是可持续的，雾霾的发生才会大大降低。

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