城市规模缩小背景下监测相关污染减排的空间分布：来自中国全国空气质量监测推广的实证证据

《Sustainable Cities and Society》：Spatial distribution of monitoring-related pollution reductions under urban shrinkage: Evidence from China’s nationwide air quality monitoring rollout

　　

摘要

城市萎缩已成为环境治理中越来越重要的研究背景，但目前尚不清楚在城市规模缩小的情况下，监测技术是否能带来不同的污染控制效果。本研究通过整合1公里网格化人口数据、1公里卫星观测的PM浓度数据以及空间差异比较模型，评估了中国全国范围内空气质量监测站建设对城市萎缩背景下空气污染的控制作用。我们确定了33个处于城市萎缩状态的城市，发现2001年至2019年间，无论是处于萎缩状态还是非萎缩状态的城市，PM_2.5浓度均有所下降。通过分析监测站建设的不同阶段，我们发现，在非萎缩城市中，监测站的建立显著降低了城市层面的PM_2.5浓度（下降10.88 μg?m^-3，P值＜0.01），而在萎缩城市中虽也有下降，但统计上并不显著（下降6.77 μg?m^-3，P值＞0.1）。在网格单元层面，无论是萎缩城市还是非萎缩城市，监测点附近的PM_2.5浓度均有所下降，下降幅度分别约为0.67 μg?m^-3（P值＜0.01）和0.46 μg?m^-3（P值＜0.01）。同心圆分析进一步表明，在城市萎缩背景下，监测站带来的PM_2.5浓度下降效应在空间上呈现更明显的衰减趋势（联合Wald检验，P值＜0.01）。这些研究结果表明，城市萎缩会导致与监测相关的污染控制效果在空间上更加集中，这凸显了在多个空间尺度上评估环境治理的重要性。

引言

城市萎缩通常指人口持续减少、经济衰退以及社会结构变化的现象，这一现象已在全球范围内普遍出现，并对公共健康造成严重影响（Jang等人，2025年）。自20世纪末以来，城市萎缩就被视为城市研究中的重要问题，且并不仅限于某些特定地区（Wiechmann和Pallagst，2012年）。2000年至2019年间，全球有5000多座城市出现了人口下降现象（Meng等人，2021年），而最新预测显示，未来几十年内约有37%的普通城市将会出现规模缩小（Zhai等人，2022年）。这些趋势引发了公共卫生方面的担忧，因为人口外流和财政压力可能导致弱势群体增多，同时削弱地方卫生系统功能（Glauber，2022年；Sugawara等人，2021年；Zhu等人，2023年）。

环境中的颗粒物是这一公共卫生问题所带来的最严重的环境风险之一，每年都会导致超过600万人过早死亡（Murray等人，2020年）。日益严重的健康负担促使各国政府出台各种环境法规，但由于种种原因，这些法规的有效执行往往面临困难（Ghanem等人，2020年；Gray和Shimshack，2011年）。近年来，空气质量监测网络的不断完善为加强环境监管提供了有力工具，它有助于减少信息不对称，提高地方执行情况的透明度，便于上级部门进行监督（Axbard和Deng，2024年；Greenstone等人，2021年；Niu等人，2020年）。然而，当监测覆盖范围存在不足时，这类监测技术也可能导致监管力度的不均衡（Agarwal等人，2023年；Zou，2021年）。因此，地方政府可能会调整监管力度或合规报告方式，以此降低成本并降低政治风险（Andrews，2008年；He等人，2020年）。尽管从地方政府的角度来看这种做法是合理的，但实际上却会削弱基于监测的环境治理效果。

城市萎缩可能会加剧这种空间治理上的矛盾。一方面，人口减少、车辆数量下降以及工业活动收缩等因素可以降低排放量和能源需求（He等人，2023年；Jarzebski等人，2021年；Ma和Yoon，2024年），从而减轻当地的空气污染压力，减少实施严格监管措施的必要。另一方面，城市萎缩往往会导致财政收入减少、基础设施老化且能效低下，同时这些城市仍依赖于高污染的产业（MOSS，2008年；Wang等人，2023年）。这些状况会增加监管成本，迫使地方政府不得不调整监测或监管策略，以应对经济和政治方面的压力。这两种相互矛盾的因素使得城市萎缩对基于监测的治理效果的影响在理论上难以确定。不过，目前尚不清楚城市萎缩地区的地方政府是否会以不同于非萎缩地区的方式利用有限的监测覆盖资源。

中国面临着全球最为严重的空气污染问题之一，同时城市萎缩现象也十分普遍。据估计，中国每年有超过100万人死于细颗粒物污染（Lelieveld等人，2015年；Yang等人，2013年），而尽管全国城市化进程仍在推进，城市萎缩现象却愈发明显（Yang等人，2021年）。为加强空气污染控制，中国启动了全国性的城市空气质量自动监测项目，该计划在2012年至2014年间将监测网络从113个城市扩展到335个城市，最终在各个城市区域建立了1,436个自动监测站。这一举措实现了监测站规划、建设、运营及实时数据上报的集中管理，从而减少了地方篡改数据的可能性，加强了中央政府的监管力度（Greenstone等人，2021年）。不过，固定监测站的空间覆盖范围仍然存在不足，这使得该计划成为研究城市萎缩地区在平均污染控制效果以及监管资源空间分配方面是否存在差异的理想对象。

本研究通过整合1公里网格化人口数据、1公里卫星观测的PM浓度数据以及空间差异比较模型，分析了中国空气质量监测站建设在城市萎缩背景下的污染控制效果及地方监管措施的变化。具体而言，我们试图回答三个问题：（1）空气质量监测站的建设是否在萎缩城市和非萎缩城市中带来了具有统计学差异的城市平均污染控制效果？（2）城市萎缩是否影响了有限的监测覆盖范围所导致的城市内部监管差异程度？（3）城市萎缩是否改变了监测站周边污染控制效果的空间衰减规律？为回答这些问题，我们采用了三层实证分析方法：用于分析平均污染控制效果的城月模型、用于分析监测点附近与远处差异的网格单元模型，以及用于分析污染控制效果空间衰减规律的同心圆模型。

本研究从三个方面为环境监管、政策实施策略、城市治理以及环境正义相关研究做出了贡献。首先，它将地方层面的污染控制监管措施与城市萎缩背景联系起来，揭示了财政和人口压力如何影响地方政府的监管决策。其次，它将城市萎缩问题视为监测效果在空间上分布日益不均的问题，尤其是当监测覆盖范围不足时。这些研究结果拓展了环境正义领域的经济学研究，表明战略性的监管措施会加剧城市萎缩地区的环境不平等现象，进而对公共健康产生直接影响。最后，它进一步明确了在城市萎缩背景下基于监测的监管措施应采取的政策方向：需要扩大监测覆盖范围，引入多种互补的监测手段，同时加强对监测核心区域之外的社区的保障，以确保污染控制效益能够公平地惠及所有地区。

章节节选

中国的城市萎缩现象

在过去二十年里，越来越多的中国城市出现了持续的人口下降现象。根据2006年至2015年的普查数据，Deng等人（2019年）共识别出43个处于城市萎缩状态的城市，占其研究的286个城市的15%。Yang等人（2021年）将时间范围扩展到1992年至2019年，并利用经过校正的DMSP/OLS以及NPP/VIIRS夜间灯光数据，发现共有153个城市处于城市萎缩状态，占654个城市单位的23%，这一结果进一步证明了城市萎缩现象的普遍性。

城市萎缩城市的识别方法

为了使城市萎缩的判定标准与空气质量监测站的位置以及污染分析中所使用的建成区网格相匹配，我们主要依据建成区人口密度的持续下降来判定城市是否处于萎缩状态。建成区人口密度是指各城市建成区内网格化人口总数除以相应的建成区土地面积。网格化人口数据来源于GlobPOP，这是一套精度为30弧秒的全球网格化人口数据集（Liu等人，2024年）。

城市萎缩与空气污染

以持续下降的建成区人口密度作为判定标准，我们在367个地级市中筛选出了33个处于城市萎缩状态的城市，占比为8.99%。在这33个城市中，2000年至2010年间其平均建成区人口密度下降了13.59%，而2010年至2020年间这一数值进一步上升至18.46%。其余334个城市则被归类为非萎缩城市，同期其平均建成区人口密度分别上升了23.38%和10.91%。这一分类标准是后续所有分析的基础。

在空间分布方面

讨论

城市萎缩会加剧环境和公共卫生方面的挑战，尤其是在空气污染问题上。本研究为了解城市萎缩如何影响基于监测的环境治理在空间上的表现提供了初步证据。通过对比萎缩城市与非萎缩城市，我们分析了城市萎缩如何影响与监测相关的污染控制效果在空间上的分布情况，以及有限的监测覆盖如何导致不同区域之间的环境效益存在差异。

结论

本研究通过整合1公里网格化人口数据、1公里卫星观测的PM浓度数据以及空间差异比较模型，分析了中国全国范围内空气质量监测站建设在城市萎缩背景下的空气污染控制效果及地方监管措施的变化。我们确定了33个处于城市萎缩状态的城市，并从城市层面的污染控制效果、网格单元层面的近远区域差异以及空间衰减规律三个层面分析了空气质量监测站建设带来的影响。

研究结果表明，空气质量监测站的建设

CRediT作者贡献说明

马丰迪：文本撰写——审阅与编辑、文本撰写——初稿撰写、可视化分析、正式分析、数据整理、概念构建。万亮：文本撰写——审阅与编辑、概念构建。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

Fengdi Ma|Liang Wan

韩国首尔大学环境规划研究所，首尔广纳克区广纳克路1号，邮编08826