超越质量与浓度：面向损害的空气污染与温室气体环境绩效的时空演变及其影响因素

《Building and Environment》：Beyond mass and concentration: Spatiotemporal evolution and influencing factors of damage-oriented environmental performance for air pollution and greenhouse gases

　　

## 摘要

将生态环境评价从传统的"浓度-总量导向"转变为"损害导向"方法，对于实现城市可持续发展至关重要。现有的环境绩效评估主要依赖于基于总量或浓度的指标，且聚焦于PM2.5和CO2，忽视了不良产出之间的损害异质性、其他危害健康的污染物以及非CO2温室气体（GHGs）。本研究构建了一个整合空气污染物归因早逝货币化价值（DVSL）、温室气体社会成本（SCs）和劳动力质量的损害导向环境绩效指数（EPI）。研究将流行病学模型、统计生命价值（VSL）方法、拉姆齐公式和非径向方向距离函数（NDDF）模型相结合，评估了2005—2023年中国30个省份的EPI。采用固定效应面板模型考察了技术-组织-环境（TOE）框架下十种因素的影响。结果表明，DVSL-PM2.5和DVSL-NO2呈现"上升-稳定-下降"的轨迹，而DVSL-O3则持续上升。SC-CO2、SC-CH4和SC-N2O呈现不同的演化轨迹，分别以交替增长和稳定阶段、初期稳定后增长、以及总体稳定为特征。PM2.5、O3和NO2的全国平均EPI分别为0.64、0.67和0.52，对应的轨迹分别为U型、总体稳定和U型。CO2、CH4和N2O的全国平均EPI分别为0.54、0.58和0.51，在初期稳定后均呈上升趋势。技术、组织和环境因素在各空气污染物和温室气体的EPI中表现出显著的协同效应和复杂的权衡关系。本研究支持在经济发展与环境治理之间寻求平衡的努力，从而促进区域可持续发展。

## 引言

空气污染和气候变化是最紧迫的生态挑战之一，阻碍了联合国可持续发展目标（SDGs）的实现，并对全球生态系统和人类健康构成严重威胁。这一双重危机在中国尤为严峻，中国是世界上最大的发展中经济体[1]。2023年，中国二氧化碳（CO2）排放量达到126亿吨，约占全球排放量的35%，且仍在持续上升[2]。为应对气候变化，中国制定了一份雄心勃勃的脱碳路线图：2030年前实现碳达峰，2035年较峰值水平将全经济体温室气体（GHG）净排放量减少7%—10%，并在2060年前实现碳中和。然而，尽管在空气污染控制（APC）方面取得了巨大进展，但公共健康负担依然沉重。例如，人口加权的细颗粒物（PM2.5）浓度在每年约92%的日子里仍然超过世界卫生组织（WHO）的日常指导值（15 μg/m3）[3]。至关重要的是，空气污染物和温室气体共享若干主要排放部门，包括电力和供热、工业、交通运输以及居民活动，而化石燃料燃烧是重要的共同排放过程[4]。以往研究表明，APC措施有助于脱碳，而温室气体减排（GER）政策有助于改善空气质量[5]。因此，中国正转向APC和GER的综合治理框架，优先采用同时应对这两大危机的协同措施[6]。

实施与APC和GER相关的措施必然涉及巨大的经济成本，这可能制约经济活动[7]。因此，决策者必须在环境严格性和经济活力之间导航复杂的权衡。环境绩效指标量化了决策单元（DMUs）在给定资源投入水平下同时最大化有利经济产出并最小化环境污染的能力。具体来说，它们表明了减排潜力得以实现的程度。评估环境绩效有助于识别DMUs中的标杆领先者和落后者，并揭示这些DMUs如何平衡其经济生产与环境保护[8]。

全面评估环境绩效——涵盖空气污染物和温室气体——对于诊断治理状况、确定未来协同共益的优先杠杆以及设计优化的综合政策至关重要。现有的环境绩效评估文献通常将空气污染物或温室气体的汇总排放清单纳入评估模型，隐含地将所有不良产出的边际影响视为同等重要[[8]、[9]、[10]]。然而，这种传统范式严重忽视了不同空气污染物和温室气体对社会经济系统造成的异质性且严重的危害。这种遗漏可能向环境绩效评估引入重大的系统性偏差。为弥补这一方法缺陷，环境绩效评估必须考虑不同环境污染物造成的不同程度的损害。将这些损害成本纳入考量，促进了APC和GER分别从浓度导向治理和总量导向治理向损害导向治理的转变。具体而言，浓度导向的APC方法强调降低大气中污染物浓度以达到空气质量标准[11]。相比之下，总量导向的GER方法强调对温室气体排放总量和温室气体排放强度的双重控制，分别表现为温室气体排放的总质量和单位经济产出对应的温室气体排放质量[12]。这一转变推进了中国建设"美丽中国"和"健康中国"的战略目标，同时有助于履行其减排承诺。

此外，现有研究主要聚焦于单一污染物的评估，往往将分析范围仅限于二氧化硫（SO2）、PM2.5和CO2[13]。因此，一个能够整合高致病性空气污染物——如二氧化氮（NO2）和臭氧（O3）——以及非CO2温室气体——如甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）——的全面定量框架仍然明显缺失。与此同时，当前的评估框架通常依赖仅反映劳动力总量的指标，未能充分捕捉人力资本质量的关键异质性。此外，以往研究广泛考察了碳效率、绿色经济效率和生态效率等宏观指标的宏观层面决定因素。这些指标通常由传统的CO2、PM2.5、SO2、工业固废和废水指标体系衍生而来。然而，与单一空气污染物和温室气体环境绩效相关的社会经济因素仍缺乏充分了解。

为弥补这些空白，本研究构建了一个损害导向的环境绩效指数（EPI），该指数考虑了不同环境污染物造成的差异性损害。利用中国30个省份的面板数据集，本研究考察了空气污染物和温室气体EPI的时空演化及其影响因素。首先，本研究量化了三种空气污染物（PM2.5、O3和NO2）的DVSL和三种温室气体（CO2、CH4和N2O）的SCs。估算过程结合了流行病学模型、统计生命价值（VSL）方法和拉姆齐公式。其次，构建了一个损害导向的EPI评估框架，纳入了空气污染的DVSL、温室气体的SCs，以及同时捕捉劳动力规模和质量的劳动力指标。基于该指标体系，应用非径向方向距离函数（NDDF）模型测量了2005—2023年中国30个省份的污染物和温室气体特异的EPI。第三，在"技术-组织-环境"（TOE）框架下识别影响因素，并使用固定效应面板模型系统量化其对单一温室气体和空气污染物EPI的影响。此外，本研究从政策实施的角度分析了三种空气污染物和三种温室气体的损害成本及其相应EPI的时空演化。

本研究的创新贡献如下：（1）提出了一个综合的损害导向EPI评估框架，深化了环境绩效的测度方法论，弥补了以往研究忽视温室气体和空气污染物间损害异质性的不足。该方法通过显式地将社会系统纳入传统的资源、经济和生态系统三元组中，拓展了EPI的概念。这一转变有助于从"浓度-总量导向"治理转向由这些损害的货币化经济成本引导的"损害导向"治理。（2）将三种主要温室气体（CO2、CH4、N2O）和三种主要空气污染物（PM2.5、O3、NO2）——它们造成显著的健康负担——纳入统一的研究框架，克服了以往研究仅考虑PM2.5、SO2或CO2等单一环境产出的局限性。（3）通过结合遥感和统计数据，综合运用流行病学、VSL和NDDF模型等方法，评估了三种空气污染物和三种温室气体的EPI。这些贡献丰富了可持续城市发展的理论基础。（4）基于TOE框架识别影响因素，并评估其对空气污染物和温室气体EPI的差异化影响，为政策制定提供了新的理论指导。

## 章节片段

### 文献综述

EPI通常使用综合指标体系或数据包络分析（DEA）构建[8,14]。尽管综合指标体系能够捕捉复杂的多维概念[15]，但指标选择和赋权仍然存在一定的主观性[8]。相比之下，DEA是一种非参数方法，可规避这些赋权偏差[16]。与综合指标方法相比，DEA整合了多种因素——如环境污染、经济产出和……

### 材料与方法

本研究开发的综合评估框架如图1所示。遵循世界气象组织（WMO）[47]，本研究聚焦于三种最重要的长寿命温室气体：CO2、CH4和N2O。对于空气污染物，本研究纳入了PM2.5、O3和NO2，依据了全球疾病负担（GBD）研究2021和美国健康指标与评估研究所（IHME）2024年全球空气质量报告的研究发现[[48]、[49]、[50]]。

### DVSLs和SCs的演化特征

2005—2023年DVSLs的时空演化与政策转变密切相关，呈现出明显的东向西空间梯度（图S1）。在时间维度上，DVSLs在阶段0（2005—2012年）经历了快速的初期扩张，DVSL-PM2.5、DVSL-O3和DVSL-NO2的年均增长率分别为23%、14.8%和32%。在阶段I（2013—2017年），DVSL-PM2.5和DVSL-NO2的增长明显放缓，在阶段II过渡为负年均增长率……

### DVSLs、SCs和EPIs的时空演化

本研究表明，DVSL-PM2.5和DVSL-NO2已从上升趋势转变为下降趋势，而DVSL-O3则继续呈现上升趋势，这得到了文献的印证[98]。这一现象可能归因于O3复杂的生成机制以及气候变化的叠加影响。一方面，O3是一种二次污染物，由挥发性有机化合物（VOCs）和NOx等前体物在太阳辐射作用下通过光化学反应生成[99]。……

### 结论

本研究构建了一个损害导向的EPI框架，系统评估了中国30个省份空气污染物和温室气体的EPI及其影响因素。主要发现如下：

（1）在货币化损害方面，DVSLs和SCs的时间演化表现出显著的异质性。在研究期间，DVSL-PM2.5和DVSL-NO2呈现"上升-稳定-下降"的轨迹，逐渐与GDP和能源消费脱钩。关键转折点……

### 数据可用性声明

支持本研究结果的部分数据、模型或代码可通过合理请求向通讯作者获取。

### CRediT作者贡献声明

王家：原创写作、方法论、数据整理、概念构思。刘文桂：项目管理、资金获取。徐鹏鹏：写作—审阅与编辑、资源提供、项目管理、资金获取。

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