中国三大城市群经济能源交通结构对比及其对大气污染的影响分析

徐 健，李 莉*，安静宇，黄 成，陈勇航，李小敏，李天威

（1.国家环境保护城市大气复合污染成因与防治重点实验室，上海 200233；2.上海市环境科学研究院，上海 200233；3.东华大学环境科学与工程学院，上海 201620；4. 中国环境科学研究院，北京 100012；5. 环境保护部环境工程评估中心，北京 100012）

随着生态文明建设的深入推进，绿色、循环、低碳发展正在成为我国经济发展方式转变的主旋律[1]，涵盖了产业[2]、交通[3，4]、社会建设[5]的各个方面。世界经济发展历程表明，单个城市的经济增长对其周边区域甚至国家的经济发展已很难起到强大的支撑作用，区域增长极群正逐渐取代单个城市而成为新的区域经济增长引擎[6]。其中，我国东部地区京津冀、长三角和珠三角城市群是我国经济发展水平最高、城市化进程最快、发展基础最好、创新驱动能力最强和最具国际竞争力的区域，已经成为提升我国综合实力、带动全国经济发展的重要引擎。“一带一路”、京津冀协同发展、长江经济带三大国家战略的提出与实施，既是三大区域不可多得的机遇，也对三大区域的可持续发展提出了新的要求[7-9]。同时，京津冀、长三角、珠三角也是我国经济发展与环境保护矛盾最突出的地区，伴随着经济社会的高速发展，区域环境空气污染日益凸显，已经成为制约经济环境协调可持续发展的瓶颈。在经济发展新常态下，如何深化结构调整、把握经济与环境的发展方向成为三大区域将要面临和解决的重要问题[10-13]。本文系统分析了京津冀（含北京、天津、河北）、长三角（含江苏、浙江、安徽、上海）、珠三角（含广东省）三大区域经济、产业、能源、交通的结构性特征及其对空气污染的影响，对三大区域的异同点开展了对比分析，以期为深入研究三大区域的结构性污染问题进而提出相关结构调整对策建议提供数据支撑。

1 经济结构对比分析

1.1 产业结构逐步优化，“三二一”的经济格局已经形成

本文分析了三大区域2010年和2015年的三次产业结构变化情况，见图1。2010年，京津冀三次产业结构占比为6.5∶43.2∶50.4，已经呈现“三二一”格局，同期，长三角和珠三角的产业结构仍以第二产业为主，占比约为50%。随着产业结构在转型升级中取得积极进展，第三产业迅速发展，2015年三大区域整体上均已形成“三二一”的经济格局，京津冀、长三角、珠三角的第三产业占GDP的比重分别达到56.1%、50.6%和50.6%，相较于2010年分别提高了5.8、6.7和5.2个百分点，逐步成为拉动经济增长的重要支撑，第二产业占比则有所下降，呈现出明显的后工业化特征。

图1 三大区域2010年和2015年的产业结构比较

1.2 河北和安徽仍以第二产业为主导，且第一产业占比相对较高

2015年三大区域内各省市三次产业结构分布见图2。三大区域各省市中，河北和安徽仍呈现明显的以第二产业为主的经济结构，第二产业占比分别为48.3%和49.7%，并且两省第一产业占比均在11%以上，远高于三大区域其他省市，表明河北和安徽仍是工业大省和农业大省；其他省市第三产业占GDP的比重均已高于第二产业。其中，天津、江苏、浙江和广东第三产业占比在49%～52%，北京和上海两市第三产业占比则分别达到了79.7%和67.8%，后工业化阶段特征明显。

根据产业结构情况，三大区域各省市目前的经济结构状态大致可分为三种：一是第三产业显著占优，代表省份为北京和上海；二是第二产业和第三产业齐头并进，代表省份为天津、江苏、浙江和广东；三是以第二产业为支柱、第一产业占比仍相对较高，代表省份为河北和安徽。与此同时，河北、安徽也是三大区域中空气污染最为突出的地区，偏重的产业结构给两地空气污染治理带来巨大压力。

图2 2015年三大区域各省市产业结构

1.3 重工业规模大、比重高，是造成空气污染的内在因素之一

比较2010年和2015年三大区域的轻、重工业结构，如图3所示。三大区域工业结构偏重，其中京津冀重工业占比最高，长三角次之，珠三角最低。2015年京津冀、长三角、珠三角重工业在工业中的占比分别为78%、69%和62%。重工业占比与空气污染程度具有一致性，呈现京津冀重于长三角、长三角重于珠三角的阶梯态势，表明重工业是造成空气污染的主要内在结构性污染因素之一[14]。

1.4 三大区域均以装备制造为主导行业，但优势行业各有差异

本文根据2015年各行业的产值资料，统计得到三大区域及区域内各省市的行业结构，见图4。统计结果显示，2015年京津冀、长三角、珠三角的工业总产值中，装备制造业比重均最高，分别为29.1%、40.4%和46.0%。此外，京津冀第二大行业和第三大行业分别为钢铁和化工，2015年两大行业在京津冀地区工业总产值中占比分别为16.0%和9.4%。长三角第二大行业和第三大行业分别为化工和纺织服装，2015年在区域工业总产值中占比分别为16.2%和7.9%。珠三角第二大行业为化工，其占工业总产值比重为10.3%；此外，电力、纺织和食品加工各有5%的贡献。

从2015年三大区域各省市在主要行业中的产值占比（图5）可以看出，钢铁行业集中在河北和江苏，两省钢铁行业产值在三大区域钢铁行业总产值中的占比分别为32.1%和29.4%；化工、有色、纺织服装等传统行业中，长三角所占份额在三大区域中均达到50%以上，其中化工、纺织服装占比更是分别达到68.6%和70.7%，而在省级层面上又以江苏的贡献最为突出；建材行业以长三角和珠三角为主；三大区域石化行业产值中，各省市所占的比例则在4.1%～20.6%。

综上可知，三大区域工业结构不尽相同。除装备制造业外，京津冀以钢铁、化工为主，长三角以化工、纺织为主，珠三角则以化工为主。其中，钢铁行业几乎每个环节都会产生污染物，既是一次细颗粒物的排放源，也是细颗粒物污染的主要前体物SO2和NOx的来源[15]；而化工和纺织行业则是O3的前体物VOCs的主要来源[16,17]。这也是京津冀和长三角空气污染比珠三角严重的主要因素之一。

2 能源消费结构对比分析

2.1 能源消费结构总体仍以化石燃料为主，是造成空气污染的直接原因

图3 三大区域各省市重工业产值占比

图5 2015年三大区域各省市主要行业产值占比

2015年京津冀、长三角、珠三角能源消费总量分别为4.45亿吨、7.36亿吨和3.01亿吨标准煤，其中煤炭和石油消费总量占比分别为84.6%、80.5%和69.6%，三大区域对化石能源的依赖程度仍然较高，但呈现自北向南递减的态势。结合各省市的土地面积可知，三大区域从北向南单位土地面积能源消费量分别为0.21万、0.21万和0.17万吨标准煤/km2，可见在能源消费密度上珠三角要低于京津冀和长三角。煤炭在能源消费总量中的比重分别为京津冀68.6%、长三角60.1%、珠三角42.3%，同样呈现自北向南递减的态势；石油消费量占比为京津冀16.0%、长三角20.4%、珠三角27.3%；天然气消费量占比为京津冀8.6%、长三角6.4%、珠三角6.4%。化石燃料直接燃烧或伴随化石燃料使用的重点行业排放的SO2、NOx和烟粉尘是造成空气污染的直接原因[18]。

在省级层面，北京、上海、广东煤炭消费占比均在50%以下，分别为13.7%、36.0%和42.3%。河北、安徽和江苏的煤炭比重在三大区域中处于高位，2015年三省煤炭消费占比分别达到86.5%、76.5%和67.5%。可见，庞大的煤炭消费量给河北、安徽和江苏空气质量的持续改善造成了巨大压力。石油为能源消费的第二大能源品种，在北京、上海、广东和天津的消费占比为27%～36%，在江浙皖的能源消费中占比为15%～22%，在河北则仅为8.0%。天然气消费目前仍处于发展阶段，三大区域中除北京的天然气消费占比达到29%，其他省市占比均在10%及以下。

2015年三大区域各省市按品种分的能源消费结构见图6。

2.2 工业是主要的能源消费部门，第三产业能耗总量逐步走高

各地区能源消费占比如图7所示。由图可见，工业仍是能源消费的主体。2015年京津冀、长三角和珠三角工业能源消费量分别占到了能源消费总量的66.6%、68.9%和60.8%。此外，生活领域能耗在三大区域的能源消费总量中占比分别为13.4%、10.1%和14.5%，交通运输能源消费占比则分别为6.5%、9.4%和10.4%。对比分析可见，工业能耗比重呈现京津冀、长三角大于珠三角的态势，而生活、交通能耗呈现珠三角大于京津冀和长三角的态势，表明在能源的利用方式上，珠三角要优于京津冀和长三角。

图6 2015年三大区域各省市按品种分的能源消费结构

在省级层面，北京工业能耗占比已经极低，仅为26.0%，第三产业和生活能耗为能源消费的主要部门。此外，上海的工业能耗占比为51.5%，第三产业能耗占比逐步增高，能源消费结构逐步优化。其他省市的工业能耗占比均高于60%。

3 交通结构对比分析

3.1 公路交通仍为主要运输方式，其他运输方式稳步发展

2000—2015年三大区域货运量和货物周转量的变化趋势如图8所示。2015年，京津冀、长三角和珠三角公路货运量分别占到了货运总量的84.5%、60.6%和76.0%，以柴油为主的公路运输仍在交通运输体系中占据主导地位。其他运输方式中，京津冀的铁路运输能力增长较快，2015年货运量和货物周转量占比分别为10.1%和27.7%；长三角和珠三角的水路运输迅速增长，2015年货运量占比分别为37.0%和21.2%，货物周转量占比则高达79.4%和74.8%。柴油货车作为公路运输的主要工具，同时也是NOx的重要排放源之一[19,20]，与水运和铁路相比具有运量小、速度慢、污染高、管理难等多个缺点，应逐步将货运从公路转为水运和铁路运输。从三大区域货运方式的历年变化情况来看，长三角和珠三角的水运依托优越的地理位置得以迅速发展，京津冀则以其密集的铁路网逐步将货运由公路转向铁路，运输方式趋于合理。

图7 2015年三大区域分部门能源消费构成

2000—2015年三大区域客运量和旅客周转量的变化趋势见图9。公路、铁路、水运、民航四种运输方式中，三大区域公路运输的客运量占比均在80%以上。随着铁路系统的日益完善，三大区域铁路客运量也显著增加，2015年占比均在13%左右。结合里程数来看，民航和铁路旅客周转量占比逐年提高，截至2015年，京津冀、长三角和珠三角民航旅客周转量占比已经分别达到49%、29%和42%，铁路占比则分别达到37%、34%和17%。尽管三大区域在客运量上公路运输仍占据绝对优势，但旅客周转量上的发展趋势不尽相同：京津冀的铁路和民航逐步取代公路成为主要的客运方式，长三角从以公路为主、铁路为辅逐渐演变成公路、铁路、民航共同发展，珠三角则是从以公路为主逐渐演变为以公路和民航为主。

3.2 汽车保有量增速较快，货车占比逐年降低

根据国家统计局历年统计数据[21]，2000年以来三大区域民用汽车保有量和汽柴油消费量变化趋势如图10所示。2015年京津冀、长三角和珠三角的民用汽车保有量分别为1 882万、3 142万和1 471万辆，是2000年的7.3倍、13.6倍和8.5倍，占全国民用汽车保有量的比重分别为11.6%、19.3%和9.0%，同时，汽车保有量增速分别为8%、13%和10%。可以看出长三角民用汽车保有量最多、增速最快。在车辆结构上，三大区域货车保有量占比已从2000年的40%～50%降至2015年的10%左右，客车保有量占比相应增长到90%左右，这也是国家经济发展、人们消费水平提高的一个体现。

与此同时，汽柴油消费量也迅速升高。2015年京津冀、长三角和珠三角汽柴油消费量分别是2000年的3.0倍、3.4倍和2.6倍，要低于汽车保有量的增长率，这主要得益于汽车年行驶里程数和百公里油耗的降低，以及摩托车等其他机动车的淘汰。快速上升的汽车保有量以及伴随而来的汽柴油消费量，也带来了更多的NOx和VOCs排放，一定程度上抵消了标准严化、黄标车和老旧车淘汰所带来的环境质量改善效果，给经济发达的城市群地区，特别是大城市的大气环境造成巨大压力。

图8 2000—2015年三大区域货运方式的变化

3.3 公共交通营运数稳步增高，轨道交通发展迅速

城市公共交通方面，根据国家统计数据[21]，2000—2015年三大区域公共交通（公共汽、电车和轨道交通）营运数快速增长，见图11。长三角2015年公共交通营运数达到了10万辆，居三大区域之首，京津冀和珠三角均在6万辆左右；2015年，京津冀和长三角的公共交通营运数均是2000年的2倍以上，珠三角则是2000年的3倍。从公共交通结构及运输能力来看，轨道交通扮演着越来越重要的角色。2000年，京津冀以不到3%的轨道交通数量贡献了公共交通中约9%的客运量，长三角和珠三角的轨道交通数量不足1%，贡献的客运量也仅为1%～2%；截至2015年，京津冀和珠三角的轨道交通客运量占比达到32%左右，长三角为24%。

3.4 港口货物吞吐量持续攀升，船舶大气污染问题凸显

2000—2015年，我国沿海主要港口货物吞吐量快速上升，2015年达到了78.5亿吨，是2000年的6倍以上。其中，2015年五大港口群货物吞吐量合计占比96%。而在我国五个港口群中，环渤海和长三角是货物吞吐量最大的两大港口群，包含有大连港、天津港、青岛港、上海港、宁波-舟山港等大型港口。2015年两大沿海港口群分别完成货物吞吐量38.4亿吨和20.5亿吨，占全国沿海港口货物吞吐量的比重分别为49%和26%。具体见图12。

在京津冀、长三角和珠三角三大区域中，长三角是港口分布最为密集、吞吐量最大的港口群（见图13）。区内拥有8个沿海主要港口、26个内河规模以上港口。自2000年以来，各区域港口货物吞吐量逐年上升，尤其是长三角地区港口货物吞吐量年增速达到10%以上；2015年三大区域由北向南港口货物吞吐量分别达到了14.5亿吨、49.1亿吨和17.1亿吨。而作为运输工具的船舶目前仍以燃用柴油为主，存在柴油品质和船舶设备配置参差不齐的问题，因此导致船舶SO2和NOx排放居高不下[22]。相对而言，长三角面临的港口船舶带来的大气污染问题要更为突出。

图9 2000—2015年三大区域客运方式的变化

4 环境空气质量状况对比分析

4.1 SO2浓度稳定达标，NO2和PM10浓度有待改善

图14显示了三大区域2005—2015年常规大气污染物SO2、NO2和PM10年均浓度的变化趋势。尽管三大区域能源消费量和煤炭消费量持续走高，但是SO2浓度总体呈下降趋势，2015年均低于国家空气质量二级标准，这主要得益于我国在煤炭消费总量快速增长的过程中对SO2采取了严格的控制政策，包括燃煤电厂脱硫、燃煤锅炉和窑炉清洁能源替代、农村散煤治理等。其中，2015年三大区域中珠三角SO2浓度最低，为13μg/m3；长三角各省市SO2浓度高于珠三角省而低于京津冀，为16～25μg/m3。三大区域各省市NO2浓度则差异较大。近十年来，京、津、沪三市NO2浓度一直处于高位，其中津、沪两市近两年趋于好转，与其庞大的机动车保有量和使用量相关；河北省2005—2012年NO2浓度低于二级标准，2013—2015年则要高于二级标准；江浙皖和广东省NO2浓度稳定达标，仅2013年时江、浙两省NO2浓度略高于二级标准，而安徽从2010年开始NO2浓度逐年上升。三大区域PM10浓度呈明显的梯度分布。仅从2013—2015年的数据来看，京津冀PM10浓度高于100μg/m3，长三角在 70～100μg/m3，三大区域中仅珠三角PM10浓度稳定达标。具体见图14。

图10 2000—2015年三大区域汽车保有量及汽柴油消费量的变化趋势

图11 2000—2015年三大区域城市公共交通营运数量及轨道交通客运量变化

4.2 PM2.5和O3问题严峻

根据PM2.5和臭氧监测数据的可获得性，本文仅对2013—2015年三大区域PM2.5年均浓度和臭氧日最大8小时平均第90百分位数浓度（以下简称O3浓度）进行分析，见图15。

从PM2.5浓度来看，京津冀PM2.5浓度为三大区域最高，长三角次之，珠三角最低；其中，仅珠三角PM2.5浓度在2015年低于二级标准，其他省市均存在不同程度的超标。京津冀各省市PM2.5浓度逐年下降，但距达标仍有较大差距。2015年北京PM2.5浓度为京津冀最高，达到81μg/m3，是二级标准的2.3倍，浓度最低的天津是二级标准的2倍。长三角的江苏和浙江的PM2.5浓度呈逐年下降的趋势，上海2014年PM2.5浓度较2013年下降明显，2015年与2014年基本持平，三省一市2015年PM2.5浓度在47～58μg/m3，是二级标准的1.3～1.7倍。广东省2015年PM2.5浓度为34μg/m3，首次低于二级标准。

图12 五大港口群沿海货物吞吐量历年变化趋势

图13 2000—2015年三大区域港口货物吞吐量变化

从O3浓度来看，2015年北京和江苏O3浓度分别为203、167μg/m3，居三大区域各省市第一、第二位，且2013—2015年逐年上升；河北、上海和浙江O3浓度接近二级标准，但2015年与2014年相比均有不同程度的上升；天津和广东2015年O3浓度较2014年有所下降，且已经低于二级标准；安徽2015年O3浓度为三大区域最低，为 106μg/m3。

4.3 区域大气污染与经济能源交通水平的关系

图14 2005—2015年三大区域常规大气污染物浓度变化

NO2主要产生于燃煤、燃油和燃气排放，燃煤主要来自于电厂、工业尤其是重工业的煤炭消耗，燃油主要来自于机动车使用，燃气主要来自于工业。本文以三大区域主要城市为例初步探究机动车保有量和NO2年均浓度的关系，如图16所示。进入21世纪后，随着城市化进程的加快、人们生活水平的提高，各城市汽车保有量持续快速增长，而近年来随各地发展水平的不同增速开始出现差异。北京、天津、广州、深圳、杭州等近年来汽车保有量增速已控制在极低的水平，其他城市增速则仍然较高。从NO2的年均浓度变化趋势来看，京津冀地区的北京、天津和石家庄市NO2浓度起伏较大，2015年与2014年相比浓度虽未达到二级标准，但均有所降低，这可能是京津冀积极调整工业结构、实施工业污染治理和交通污染治理的结果；就长三角来说，虽然近年来江苏和浙江NO2浓度均低于二级标准，但经济相对发达的苏州、杭州、南京、宁波、无锡等城市的NO2浓度仍存在不同程度的超标，表明除汽车保有量增长的贡献外，工业对NO2的贡献率仍然较高；珠三角的广州、深圳、珠海、东莞四个城市的NO2浓度则逐年降低，且深圳、珠海、东莞三市的NO2浓度低于二级标准，结合前述分析，珠三角重工业占比为62%，煤品和油品消费占比合计为70%，均低于京津冀和长三角的水平，表明珠三角较为合理的工业结构和能源消费结构有效抑制了NO2浓度的增长。

为识别PM2.5的来源，2014年环保部要求长三角、京津冀、珠三角的重点城市开展PM2.5源解析工作，并且将在全国各省会城市陆续开展PM2.5源解析工作。目前，三大区域中已有部分城市的环保局公布了PM2.5源解析结果[23-32]如图17所示。在北京、上海、杭州、深圳、广州等城市，流动源（含机动车、船舶、飞机等）尤其是机动车已成为PM2.5的首要来源，占比在25%～52%，这些城市均具有汽车保有量巨大（超过200万辆）的特点，表明应将大气污染防治的重点放在调控机动车总量及机动车尾气排放控制方面；而在石家庄、南京、宁波、合肥等城市，燃煤和工业生产为PM2.5污染的首要贡献源，这些城市的钢铁、石化、建材等重工业较为发达，由此带来的燃煤等能源消耗和工业排放也较为可观，可见这些城市治理PM2.5污染的主要方向应放在调整能源消费结构、提高工业污染治理水平上。值得注意的是，石家庄、天津、杭州的PM2.5源解析结果中，扬尘源占比达到了20%以上，天津甚至达到了30%，表明这些城市仍需强化城市管理，加快整治城市扬尘。

图15 2013—2015年三大区域PM2.5和O3浓度变化

5 结论与建议

（1）三大区域产业结构中，第二产业占比逐年降低，第三产业迅速发展，产业结构逐步优化，但区域内部经济结构差异较大，北京和上海产业结构较优，河北和安徽仍需推进。同时，产业布局具有明显的区域差异：重工业占比京津冀最高，长三角次之，珠三角最低；按行业来看，钢铁以京津冀、长三角为主，纺织、化工以长三角为主，建材则在长三角和珠三角占比较高。重工业规模大、比重高是造成京津冀和长三角大气污染重于珠三角的内在因素之一。

（2）工业仍为主要的能源消费部门，三大区域以化石燃料为主的能源结构仍然十分突出；从能源消费品种上看，京津冀煤炭消费占比最高，其次为长三角，珠三角最低。化石燃料直接燃烧或伴随化石燃料使用的重点行业排放的SO2、NOx和烟粉尘是造成空气污染的直接原因。

（3）三大区域公路交通仍为主要的运输方式。货运上，京津冀的铁路运输、长三角和广东省的水运依托各自的地理优势得以迅速发展；客运上，民航和轨道交通发展迅速。三大区域港口货物吞吐量持续攀升，船舶大气污染问题凸显，其中长三角所面临的港口船舶大气污染问题要更为突出。

（4）三大区域PM2.5和O3污染问题仍然严峻，京津冀和长三角PM2.5浓度仍然普遍超标；京津冀、长三角和珠三角地区O3浓度有所上升，空气质量持续改善压力仍然较大。在经济、能源、交通结构以及空气质量上的对比分析结果表明，三大区域在内在结构和外在空气质量表观上均存在显著差异。因此，面向空气质量持续改善，应充分考虑区域结构差异，实施分区施策和综合管控。京津冀立足于转和减，大力促进结构转型和污染物减排；长三角着力于优和控，在优化产业结构和布局的同时严格控制新增污染；珠三角立足于提和保，立足高远，提标引领，同时巩固现有环境保护成果。

图16 三大区域重点城市历年汽车保有量和NO2浓度的变化

图17 三大区域重点城市PM2.5源解析结果

（5）三大区域特别是京津冀和长三角，应大力推动产业结构战略性调整，尽快改变粗犷的产业发展模式，压减钢铁、化工、建材等传统重工业规模和数量；以控制煤炭总量、提升清洁能源比重、优化煤炭消费方式为手段，加快能源结构调整；以调控大城市机动车总量、降低区域公路运输比例、提升新能源车比重为手段，深化调整交通结构，从内在根源性因素上遏制空气污染态势。

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