长江经济带城市雾霾污染的周末效应及假期效应研究

邓宏兵,蹇雪莹

(1.中国地质大学(武汉)经济管理学院，武汉 430074；2.湖北省区域创新能力监测与分析软科学研究基地，武汉 430074)

雾霾天气是一种大气污染状态，PM2.5被认为是造成雾霾污染的主要物质.PM2.5对大气污染、人体健康、经济发展等方面造成很大影响，相关研究不断增多[1-4].同时，对PM2.5的影响因素及其治理也展开了深入研究[5-7].“周末效应”是在研究股票收益率的周内异常波动规律时提出的[8]，随着研究的拓展，这一概念被逐步引用到各个研究领域，用于研究某些因素在周循环中的变化特征.已有研究表明，许多城市的气温、降水以及包括PM2.5的空气污染等方面是存在周末效应的[9-11].

2016年初，习近平总书记在推动长江经济带发展座谈会上提出“要把修复长江生态环境摆在压倒性位置，共抓大保护，不搞大开发”.基于长江经济带的重要地位及雾霾污染对经济社会发展的严重危害，研究长江经济带雾霾污染的“周末效应”对促进长江经济带高质量发展具有重要理论及实践意义.相关研究表明，长江经济带雾霾污染存在空间关联性[12-13].对长江经济带雾霾污染的周末效应的研究仅限于对个别城市或者长三角等区域的研究[14-16]，时间分析主要是以单一年份或短时间序列研究为主，对于长江经济带这种横跨我国东中西部地区雾霾污染的长时间序列研究仍很缺乏.

1 研究区域及数据来源

由于部分城市数据缺失，研究区域则为长江经济带124个城市(长江经济带九省二市中除甘孜藏族自治州、凉山彝族自治州、神农架、天门市、仙桃市、潜江市以外的地级以上城市).图1中斜线区域为无数据区域，其他区域均为研究区域.研究所用数据来自于中国空气质量在线监测分析平台的PM2.5逐日浓度资料，124个城市的PM2.5浓度年均值、月均值以及周均值均为日均值计算所得.根据2015年—2018年日历情况，剔除了法定节假日后，将2015年—2018年的PM2.5浓度监测资料分为工作日和周末两种类型进行统计分析，工作日为周一到周五，周末为周六和周天，以此来考察长江经济带PM2.5是否存在“周末效应”，以及呈现怎样的变化.同时，考虑到长的假期才会产生明显与平时时间不一样的人类活动.因此，将长达7天的国庆节以及春节假期作为考察PM2.5假日效应存在与否的期间.

图1 长江经济带数据说明及城市分布Fig.1 Data description and urban distribution of the Yangtze River Economic Belt

2 PM2.5的时空分布与演变特征

根据《中国环境空气质量标准》，中国空气质量标准浓度为35 μg·m-3，其中0～35 μg·m-3为一级，35～75 μg·m-3为二级.长江经济带124城市的PM2.5浓度在0～75 μg·m-3之间，为了能够更差异化的了解长江经济带的PM2.5浓度的时间发展趋势，我们将PM2.5浓度划分为0～35 μg·m-3、35～50 μg·m-3、50～75 μg·m-3三级.同时在分析PM2.5浓度的空间分布时，基于不同浓度区间的城市数量占比在时间上的发展趋势以及考虑到长江经济带PM2.5浓度值数据大小将50～75 μg·m-3定义为研究区域的高值区.

据2015年到2018年长江经济带124个城市PM2.5年均浓度值分布态势可知(图2)，PM2.5具有明显的时空差异.从时间上来看，2015年到2018年雾霾污染浓度降低，50～75 μg·m-3高浓度城市数量占比从2015年54%到2018年9%，以超过10%的速度下降；低浓度城市数量占比从2015年19%到2018年45%，城市数量呈梯度快速增加，这与习近平总书记于2016年在推动长江经济带发展座谈会上对于“共抓大保护、不搞大开发”的发展方向的提出与实施具有很大关系.基于2015到2018年的雾霾PM2.5浓度值发展趋势可以看出长江经济带PM2.5生态治理取得了一定的成效.PM2.5浓度年均值呈现出梯形下降趋势，雾霾污染减少，但城市间差异较大.2015年PM2.5年均值最高为襄阳市，达到了73.09 μg·m-3，最低值丽江市为15.97 μg·m-3；2016年最高为自贡市，达到了72.82 μg·m-3，最低迪庆州为15.29 μg·m-3；2017年最高为宿州，达到了69.92 μg·m-3，最低迪庆州为10.04 μg·m-3；2018年最高为徐州，达到了56.91 μg·m-3，最低迪庆州为9.54 μg·m-3.

图2 2015年—2018年长江经济带PM2.5不同浓度城市数量占比Fig.2 Ratio of the number of cities with different PM2.5 concentrations in the Yangtze River Economic Belt from 2015 to 2018

从空间分布来看(图3)，呈现出东部高西部低的格局.污染的重灾区主要在长江经济带的中下游地区，少部分是上游的成渝地区.这与上游地区森林覆盖多和人类活动少有一定关系，而污染严重的下游偏北区域与空气质量较好的上游偏南地区呈“对角”分布.具体而言，达到0～35 μg·m-3标准空气质量的区域的空间演化为：2015年为云南12个城市、贵州5个城市、四川广元市、攀枝花市和阿坝州以及安徽安顺市和黄山市、浙江舟山市；2016年增加了云南的文山州和保山市和浙江市的丽水市，而贵州的毕节地区PM2.5浓度超过了35 μg·m-3；2017年，云南红河州、贵州的贵阳市、毕节地区、遵义市，四川巴中市、安徽安顺市、浙江台州市都达到了空气质量标准；2018年增加了21个城市，分别是贵州1个、四川4个、湖南4个、湖北2个、江西3个、浙江6个和上海市.从50～75 μg·m-3高值区域发展趋势来看，2015年处于高值区的省市有九个，分别是四川、重庆、湖南、湖北、安徽、江苏与浙江；2016年上海和浙江PM2.5浓度均下降到50以下，省市数量减少到了7个，2017年仅重庆市脱离了高值区，2018年处于高值区的仅有四川和湖北分别1个城市、安徽和江苏分别4个城市；高值区得到有效减少，但35～50 μg·m-3区间的城市数量仍然仍然不小，涉及区域在不断扩大，与空气质量标准也存在一定差距.

图3 2015年—2018年长江经济带124城市PM2.5浓度分布/(μg·m-3)Fig.3 Distribution of PM2.5 concentration in 124 cities in the Yangtze River Economic Belt from 2015 to 2018/(μg·m-3)

3 PM2.5周末效应指数分布规律及周期性变化特征

参考文献[10]，界定周末效应大小W=C周末-C工作日、周末效应指数为(C周末-C工作日)/C工作日×100%，据此计算长江经济带124个城市PM2.5周末效应指数大小与分布.由于城市数量较多，将周末浓度大于工作日浓度称为正周末效应，周末浓度小于工作日浓度称为负周末效应.就PM2.5周末浓度来看，2015年周末浓度最高，均值达到48.87 μg·m-3；2016年下降0.11 μg·m-3；2017年下降5.42 μg·m-3；2018年下降13.16 μg·m-3，这种下降趋势与整体PM2.5值的下降趋势相似.

3.1 PM2.5周末效应指数分布规律

总体看，长江经济带城市周末效应具有很大的不确定性(图4).长江经济带整体的周末效应的正负性不仅反映长江经济带人类活动的显著与否，更能反映区域间的差别.从2015年到2018年，其中201 5年、2017年、2018年PM2.5正周末效应反映大部分城市的周末浓度比工作日浓度高，说明大部分城市周末机动车尾气排放及人类活动相比工作日而言是增加的，而从大范围而言空气污染越严重的地区贫困程度越小[17]，正周末效应则反映出收入增加从而导致区域居民周末活动增加，因此这种变化与人们对生存质量要求不断提高是具有一定关系的；2016年的负周末效应主要是中游城市群由正周末效应变化为负周末效应而导致整体上负周末效应.2015年—2018年表现为正周末效应的城市数量分别为78个、60个、86个、69个，从整体而言长江经济带表现出正周末效应，但区域内由于地形以及发展、治理程度等不同产生了差异.从PM2.5周末效应指数值的空间分布可以发现，周末效应强度在不同的区域表现出不同的值.中下游地区表现为正周末效应，尤其是长三角区域，中下游地区表现为正周末效应的城市历年占比分别为83%、65%、79%、81%；上游地区除2016年表现为正周末效应以外，均表现为负周末效应，上游地区表现为负周末效应的城市历年占比为70%、38%、51%、59%，且上游地区历年表现为负周末效应的城市数量是高于表现为正周末效应的城市数量.从区域分布来说，不论是工作日还是周末排放，中下游地区PM2.5浓度较上游地区高，中下游地区较上游地区而言经济发展快，人口基数大，城镇化范围较上游地区大，工作日生产和周末出行机动车排放比上游地区多.人类的存在增加了对各种事物的需求，从而容易向大自然排放更多的污染物质，从而导致PM2.5浓度的差异.

图4 2015年—2018年长江经济带124城市PM2.5周末效应强度分布Fig.4 Distribution of PM2.5 weekend effect intensity in 124 cities in the Yangtze River Economic Belt (%) from 2015 to 2018

PM2.5周末效应指数最高的城市分别是南昌市、连云港市、常州市和黄石市，除南昌市为省会城市以外，其他城市距离省会城市南京市、武汉市的距离分别为290 km、291 km、114 km、84 km，距离较其他城市而言较近.因此，PM2.5浓度不仅与当地生产、生活有关，与距离发达城市的距离也会有一定关系，不仅在经济上产生关联影响，在空气污染上也会产生影响.考虑到PM2.5空间关联性以及城市经济发展程度，根据各城市与长江经济带主要城市的距离以及PM2.5浓度及PM2.5周末效应指数的关系可以发现(图5)，当周围城市离长江经济带主要城市距离越远，PM2.5浓度及周末效应值都会减少.这一结果表明，在PM2.5空间关联的情况下，经济发达城市对周围城市PM2.5排放值会产生一定的影响，周围城市会对发达城市产生一定的依赖，或者说发达城市会带给周围城市经济发展上的帮助，从而带动周围城市生产增加，导致PM2.5浓度增加，这种经济上的直接联系导致雾霾污染上的间接影响.通过对长江经济带成都、重庆、武汉、南京、上海、长沙、杭州、南昌八个城市的周末效应的分析(表1)，发现除成都外这7个城市具有明显的周末PM2.5浓度大于工作日浓度的正周末效应，且周末效应值随着城市发展程度基本成正比关系，且成都周围大部分城市也表现出负周末效应.这些结果表明，发达城市对于周围城市影响是真实存在的，并且长江经济带主要城市，与北京这样的发达城市不同的是，在工作日期间没有产生与周末相似的人类活动强度，周末活动强度明显高于工作日.其中作为主要城市的昆明、贵州在距离临近效应中发挥作用较小，因此只选择了另外八个城市作为说明.

图5 PM2.5浓度、周末效应指数与城市间距离关系Fig.5 Relationship between concentration of PM2.5，weekend effect index and distance between cities

表1 长江经济带主要城市周末与工作日浓度统计Tab.1 Concentration statistics of major cities in the Yangtze River Economic Belt on weekends and weekdays μg·m-3

3.2 周末效应的季节变化及周变化

长江经济带PM2.5浓度具有季节性(图6)，最大浓度发生在冬季，最小浓度发生在夏季.这很可能与季节的风速、降雨等自然气象条件有关，通过周变化则更细微的观察长江经济带雾霾浓度的变化.

图6 2015年—2018分季节PM2.5浓度/(μg·m-3)Fig.6 PM2.5 concentration in different seasons from 2015 to 2018/(μg·m-3)

3.2.1 季节变化 根据PM2.5浓度平均值所计算出来的季节性的工作日与周末浓度而言(图7)，周末PM2.5浓度值与工作日PM2.5浓度值的季节性变化与整体趋势一致，四季中都呈现出逐年逐渐降低趋势，且春季和冬季的周末效应较为明显.夏季降雨增多与风速增加等气象条件可能导致雾霾浓度更低的水平，相对于其他季节而言冬季降雨量稀少，雨水对空气的冲刷较少，PM2.5颗粒物易悬浮在空气中，且冬季气温较低，冷空气下沉不利于PM2.5扩散.有研究认为煤炭燃烧、机动车尾气排放冬、春季大气污染的贡献较大[18]，长江经济带PM2.5浓度以及正周末效应均表现出冬季最高、夏季最低的季节特征.除了人类活动外，可能气象条件也会对PM2.5的形成产生重大影响.

图7 分季节PM2.5周末与工作日浓度/(μg·m-3)Fig.7 Concentration of PM2.5 on weekends and weekdays by season/(μg·m-3)

长江经济带主要城市春季和冬季的周末效应也非常明显(图8)，夏季和秋季的周末效应具有不确定性，成都市仅在夏季和秋季表现出正周末效应，其他城市则是在春季和冬季表现出正周末效应；夏季杭州、南京、上海呈负周末效应，从整体而言正周末效应居多，但城市之间具有较大差异，城市根据其不同的发展方式呈现出不同的变化.

图8 主要城市分季节周末浓度距平图/(μg·m-3)Fig.8 Anomaly of concentration at weekends of different seasons in different regions/(μg·m-3)

3.2.2 周变化 污染物浓度的周循环在不同的年份也呈现“周末效应”特征(图9).图9表示PM2.5污染物浓度在周循环中的距平分布，图柱表示2015年—2018年周一到周日污染物日平均浓度值的距平，零值线代表除节假日外PM2.5浓度年平均浓度值.2015年、2016年、2017年、2018年的年均浓度值分别为48.63 μg·m-3、45.46 μg·m-3、43.51 μg·m-3和36.06 μg·m-3.

图9 2015年—2018年PM2.5浓度周循环距平图/(μg·m-3)Fig.9 Weekly cycle anomaly of PM2.5 concentration from 2015 to 2018 /(μg·m-3)

从图9可知，长江经济带整体上表现出来的周末效应的正负性与PM2.5浓度的周循环变化表现出来的结果相似，正周末效应明显.2015年、2016年与2017年的周末距平值均为正，周末PM2.5较高，而周循环所表现出来的正周末效应则是因为周末的浓度值是大于工作日中的大部分天数.

从PM2.5浓度值来说浓度最大值时间与正周末效应结果有一定区别，2015年—2018年浓度最大值均处于工作日期间；2015年、2016年、2018年均周一最高，分别为50.16 μg·m-3、43.73 μg·m-3和37.56 μg·m-3；2017年为周三最高，为44.93 μg·m-3.而最低值均集中在周二、周三、周四这几天，说明在周一工作日开始和周五假期开始的两天，人类活动增多，车辆出行增加，对PM2.5排放带来一定的影响，正周末效应明显.2015年—2018年周循环是在PM2.5浓度年均值降低的情况下也呈现出下降的趋势.

3.3 假日效应

从以上研究中发现，PM2.5浓度变化具有明显的“周末效应”，人们根据自己的生活作息时间自主安排了节假日.同“周末效应”相类似，节假日特别是长假期间污染物浓度也可能具有明显的“假日效应”.研究选取2015年—2018年春节、国庆长假作为研究对象，分别对PM2.5污染物在假日和全年的浓度差异进行对比分析，验证节假日及春节是否存在与“周末效应”特征相类似的“假日效应”.春节期间的PM2.5浓度明显高于年平均水平(图10)，国庆期间所产生的PM2.5浓度明显低于年平均水平；春节期间的上升，节后PM2.5浓度明显下降，说明春节假期带来的正假日效应是存在的.国庆假期所产生的PM2.5浓度均值相差不大，规律不明显，但国庆期间所导致的PM2.5浓度明显下降说明存在负假日效应.从2015年-2018年的走向来看，春节的PM2.5浓度是越来越高，而年均PM2.5浓度在不断下降，两者的反向而行说明，长江经济带的环境减排措施对于企业管制效果较好，而对于人类活动所导致的排放还没有进行较好的规制.

图10 2015年—2018年假日PM2.5浓度趋势图/(μg·m-3)Fig.10 The trend of PM2.5 concentration during holidays from 2015 to 2018/(μg·m-3)

长江经济带上中下游区域假期PM2.5浓度的发展趋势与整体相似(表2)，从2015年到2018年均呈现下降趋势；春节PM2.5浓度与年均PM2.5浓度发展趋势相反，区域上PM2.5浓度表现出上游地区大于中游地区大于下游地区的特点.长江经济带主要城市在春节期间在2017年、2018年均有城市达到了严重污染的程度(表3)，从各个城市的数据来看明显高于年均值.2015年春节最高值为武汉市(99.78 μg·m-3)、2016年为重庆市(96.22 μg·m-3)、2017年为成都市(110.56 μg·m-3)、2018年为长沙市(84.78 μg·m-3)，最低值分别为杭州市(57.33 μg·m-3)、上海市(49 μg·m-3)、上海市(31.11 μg·m-3)、上海市(31.78 μg·m-3).国庆期间最高值分别为：武汉市(54.58 μg·m-3)、重庆市(64.29 μg·m-3)、成都市(32.86 μg·m-3)、长沙市(50.43 μg·m-3)；最低值分别为：上海市(29.57 μg·m-3)、南京市(25.43 μg·m-3)、南京市(17.86 μg·m-3)、上海市(21.29 μg·m-3).因此，长三角城市假日期间整体情况较好而中上游区域城市假日期间存在不稳定的波动且PM2.5浓度整体较高.

表3 2015年—2018年长江经济带主要城市PM2.5浓度假日统计结果Tab.3 Statistical results of PM2.5 concentration during holidays in major cities of the Yangtze River Economic Belt from 2015 to 2018 μg·m-3

4 生态文明治理视角的长江经济带城市雾霾污染“周末效应”调控

长江经济带雾霾污染存在“周末效应”，厘清“周末效应”对掌握长江经济带雾霾污染的迁移规律、进而实施大气污染预警具有重要意义.存在“周末效应”是人类活动增多从而导致的环境污染加大的表现.基于生态文明治理视角，对于长江经济带存在的“周末效应”应进行精准调控.

1) 加快区域协同治理.长江经济带上游表现出“负周末效应”，中下游区域表现出“正周末效应”，这种区域上的雾霾污染差异反映出长江经济带联防联控机制不成熟，区域协调性不强.长江经济带“周末效应”的正负性具有明显的区域性，对于长江经济带区域整体管控规划是非常有必要的，不断推动跨省市跨区域的经验交流、技术共享与制度融通.

2) 进行长效治理.而2015年到2018年长江经济带雾霾污染程度在不断降低，但距离标准空气质量还有一定的差距，需要不断减少污染浓度为35～50 μg·m-3的城市和区域数量，达到全区域空气质量均为标准的目标.长江经济带2015年到2018年的“周末效应”总体上正周末效应在减弱，但在区域上呈不规律性的变化，在城市层面上周末效应指数也表现出时正时负的情况，因而在对长江经济带的雾霾治理时，应进行多年制规划治理，建立长时间的治理机制，健全监测机制，保证及时治理，有效降低污染.对于整体上表现出来的“正周末效应”，应从根源进行规制，达到长效治理目标，加强公众在雾霾污染治理中的作用.

3) 因地制宜.长江经济带区域主体上要保证协同治理的统筹机制，但对于长江经济带城市层面仍需要精准施策，因地制宜.对于上游成渝地区与云贵区域表现出不一致的周末效应，但大范围表现为负，应主要加快企业转型、推动绿色能源使用；中下游区域大范围表现为正，应积极对人类活动所产生的的污染进行有效防治；而长江经济带主要城市具有正周末效应，对于周边城市会产生污染联动.对于不同城市应给予不同的治理措施，对于人口密度大的主要城市应推动绿色生活方式，减少私家车的保有量，提高公众在环境保护的参与度；对于周边城市应积极鼓励购买新能源环保汽车，同时对于经济生产排放进行严格管控.

4) 因时制宜.季节不同雾霾污染程度也不同，并且春、冬两季的正周末效应较明显；春节与国庆也具有不同的假日效应.因此，在不同时间也需要采取不同的治理方式，春、冬两季在必要时可以增加人工降雨，创造有利气候条件；在春节期间应实施优惠政策增加使用公共交通，杜绝烟花爆竹燃放；同时，基于假期上游地区污染大于中下游的结果，应该在落后地区加大生态知识普及，增加居民的环境污染危机意识.

5 结论

长江经济带124个城市整体均值表现出周末PM2.5浓度值大于工作日的正周末效应.从区域来看，上游地区部分区域表现出负周末效应，中下游地区大部分城市与成渝发达地区都表现出正周末效应；而长江经济带的主要城市也表现出正周末效应，与这些主要城市的距离越近，PM2.5浓度值与正周末效应均会升高.从季节和假期来看，春季和冬季PM2.5浓度值较高，具有正周末效应；同时存在春节“假日效应”与国庆“假日效应，前者浓度较高且呈不断上升趋势，后者浓度较低且呈不规律变化.

长江经济带雾霾污染治理从2015年—2018年的雾霾浓度发展趋势看取得了一定的成效.但就周末效应而言，长江经济带124个城市的正周末效应在2015年—2018年是确定的，但城市内的正负性一直在发生变化，正周末效应是不能确定的.说明长江经济带内部的雾霾污染与人类活动方式都在改变.因此，对于长江经济带周末效应现象的应对，需要根据不同的污染源不断的改变治理措施.

随着长江经济带各城市的大力发展，如何处理好经济与环境的关系，如何缓解日益增多的人类活动与环境容量的之间的矛盾，是有效治理雾霾的关键.只有转变经济发展模式，发展清洁能源和提倡清洁生产，强化和转变市民的生态责任和生态理念，才能实现绿色发展，从而实现人类、经济以及环境的和谐发展.