开放合作研究团队第53期Seminar学习讨论会
2023年2月21日晚18:30-20:30，中山大学区域开放与合作研究院学习讨论会以线上的方式成功举行。本次学习讨论会由谢然硕士生分享文献《High-speedrail accessibility and haze pollution in China:A spatial econometric sperspective》。参加学习讨论会人员包括毛艳华教授、荣健欣副研究员、博士后以及博士生和硕士生等，另有澳门科技大学、澳门城市大学博士生通过线上形式参与了本次学习讨论会。
High-speedrail accessibility and haze pollution in China:A spatial econometric sperspective
Fan Zhang, Feng Wang, Shujie Yao
一、引言
过去二十年来，伴随着中国经济的快速扩张，中国空气污染严重。国家生态环境部发布通知称，在337个中国城市中，有180个城市的平均细颗粒物（PM2.5）浓度在2019年超过了规定标准。超过空气质量标准的天数比例高达18%，对中国的可持续发展目标构成严重挑战。空气中的微粒会进入人体，增加患心血管疾病、呼吸道感染和癌症的风险。
从影响因素来看，交通污染物的排放已成为空气污染的关键影响因素之一：高铁、汽车和飞机每100人公里分别排放4千克、14千克和17千克二氧化碳，与公路或航空运输等其他外部交通基础设施相比，高铁更适合中国广大的人口和领土。电动高铁具有环保和低污染的特点，大力发展清洁环保的城市对外交通基础设施，在中国伟大复兴进程中保持经济高质量发展势在必行。随着中国城市空气质量的恶化，高铁（HSR）作为一种有效的交通系统，在全国范围内遏制雾霾污染，已引起人们的高度关注。因此通过从理论和实证角度重新审视交通基础设施发展与环境污染之间的联系具有重大意义。
二、研究设计
本文引入高铁可达性的概念，运用广义空间两阶段最小二乘法分析了高铁对中国雾霾污染的影响。然后采用多时点DID策略识别高铁与雾霾污染的因果关系。基于2010-2018年285个城市的面板数据集，本文发现高铁可达性对雾霾污染有负面影响。高铁可达性每增加一个标准差，PM2.5浓度降低0.22%。然而，高铁减少污染的效果因城市而异。研究发现，高铁可以通过提高资源配置效率、促进产业结构变革和技术创新来减少雾霾污染。本研究提出了一种新的污染解决方案，即通过提高城际交通效率来提高城市化质量。
本文的边际贡献主要体现在以下三个方面：
1.在模型变量设计上：应用社会网络分析方法，本文引入了高铁可达性的概念，在高铁复杂网络的基础上计算每个城市的接近中心度，该网络结合了车站、区域和整个高铁系统之间的可达性。高铁可达性比简单的高铁虚拟变量更能反映交通基础设施状况。
2.在研究的技术方法上：由于空气是流动的，因此在不考虑空间相关性的情况下，对空气污染的研究将是偏颇的。本研究采用空间计量经济学技术，基于一个新的理论框架，实证量化了高铁可达性对中国城市雾霾污染的影响，这可以更好地控制雾霾污染空间相关性。
3.在理论机制方面：本文系统地分析了高铁对雾霾影响可能发生的确切机制。通过建立和估计联立方程系统，本研究发现，高铁可以通过提高资源配置效率、促进产业结构调整和升级以及加速技术创新来减少雾霾污染。
三、理论假设
高铁对环境质量有一个直接影响，即与其他交通工具相比，减少人均里程数的污染量，三个间接影响，即促进资源配置效率提高、产业结构转型和技术进步。
在此基础上本文提出了以下三个假设：
假设一：在产量不变的条件下，高铁可以通过提高资源配置效率来减少污染总量。
假设二：高铁通过促进产业结构调整和升级来减少环境污染
假设三：高铁通过促进技术创新减少环境污染
四、数据来源
本文数据采用2010-2018年中国285个城市面板数据。
国家铁路客运列车时刻表和www.12306.cn，国家信息地理标准网，《中国城市统计年鉴2011-2019》;汽车从CEIC数据库;《2010-2018年民航发展统计公报》。
五、实证研究
（一）模型公式
式中i为285个城市的截面单位，t为时段。PM2.5，表示雾霾污染PM2.5的年平均浓度。W为基于285个城市地理距离构造的(285×285)空间权重矩阵。(lnpm2.5)'为每年t的(285×1)列向量。X为一组控制变量。μ控制个体固定效应。λ控制时间固定效应，ε为误差项。
高铁对雾霾污染水平的影响是模型中主要的解释变量。这个变量可以用高铁的可达性(HSR_Acc)来表示，也可以用一个简单的虚拟变量来表示城市i是否运行高铁(HSR_Dummy)。HSR_Acc值越大，可达性越强。HSR_AT为城市的最短出行时间。具体计算公式如下，其中，dijt代表t年高铁i市与j市之间的最短距离。vijt代表给定年份i城市到j城市的火车速度。
、
控制变量包括:(1)pgdp及其平方项，分别为2010年不变价格下的人均GDP及其平方项;(2)人口密度，以每平方公里的人数来衡量;(3)绿色覆盖率gre，用绿色面积占总面积的比例来衡量;(4)SO2、二氧化硫(SO2)处理质量，以工业SO2处理量与工业SO2总排放量之比衡量，反映政府环保法规和环保投资;(5)城市，城市化水平，用第二、第三产业劳动力占总就业人数的比例来衡量;(6)年末金融机构存款余额占国内生产总值的比重;(7)汽车，每百人拥有汽车;(8)机场，一个城市是否有民用机场。
（二）结果分析
莫兰检验结果显著拒绝了无空间自相关的原假设
从回归结果来看：
1.估计系数的空间滞后解释变量都在1%显著水平,而验证霾污染的一个重要空间溢出效应。
2.高铁可达性Acc的提高对雾霾污染有显著的负面影响
3.平均出行时间AT越短，雾霾污染越小，说明高铁发展减少出行时间可以减少雾霾污染。
4.与没有高铁连接的城市相比，高铁连接的城市排放的污染更少
5.人均GDP的符号显著为正，而其平方项的估计系数显著为负，说明经济增长与雾霾污染确实满足EKC假设，呈倒u型关系。
六、因果关系分析
本文采用多时点DID(Beck, Levine和Levkov, 2010;Albalate and Fageda, 2016)策略来评估高铁与雾霾污染的因果关系，并消除内生性，将每个城市在获得高铁连接后(处理组)与同期高铁未连接的城市(对照组)的平均PM2.5浓度进行比较。由于高铁连接时间因城市而异，采用多时点DID与经典DID模型中只有一个处理时间的假设不同，多时点DID模型描述的是某个城市何时被高铁连接。考虑到高铁运行前5年(2005-2009年)的平行趋势检验（运行前五年系数均为0），DID测试的时间段定义为2005-2018年。
政策效应评估所使用的DID方法难免存在自选择偏差，因此本文使用PSM方法可以为每个处理组样本匹配到特定的控制组样本，使得准自然实验近似随机。本文使用人均GDP、人口密度、政府支出和城市化可能会影响被分配到处理组可能性的因素作为协变量，估计一个用于分配到处理组的城市倾向的probit模型。
具体的平衡试验结果和DID-PSM结果如下：
从结果上来看，全国东部、中部和西部高铁城市PM2.5平均浓度都呈下降态势，其中对西部地区影响最为明显，证明了高铁与雾霾污染的因果关系。
七、机制分析
在前文基础上，采用Baron和Kenny(1986)提出的调节-中介模型，探讨高铁对雾霾污染影响的传导机制，即高铁是否通过提高资源配置效率、促进产业结构调整、技术创新来降低雾霾污染。方程设置如下：
在其余变量含义和前文保持一致的基础上，Z作为中介，在三次回归中分别代表资源配置效率(eff)、产业结构(ind)和技术创新(tec)。在方程14中，当γ1 = 0时，eff是高铁作用于雾霾污染的唯一中介物。如果γ1不等于0，可能有其他介质。资源配置效率由随机前沿分析方法计算全要素生产率(TFP)表示；产业结构由第三产业产出与制造业产出之比表示;技术创新由每百名科研和技术服务从业人员的专利授权量表示。
具体回归结果如下：
(1)、(4)、(7)列中HSR_Acc和HSR_AT的系数为表3所示的估计系数。根据式(13)，列(2)中HSR_Acc和HSR_AT的结果显示了它们对资源分配效率的影响。HSR_Acc估计系数显著为正，HSR_AT估计系数显著为负，说明高铁可达性的提高和高铁运行时间的缩短都促进了TFP的增长。这一结果反映了高铁对资源配置效率的积极作用。列(3)为式(14)的回归结果，同时将HSR和TFP作为两个自变量。正如预期的那样，lneff和HSR_Acc的符号显著为负，HSR_AT的符号显著为正。由此可见，高铁可达性的改善促进了TFP的提高，进而有效地降低了雾霾污染。资源配置效率是高铁影响雾霾污染的传导机制。
列(4)-(6)和列(7)-(9)分别是检验产业结构或技术创新作为高铁影响雾霾污染传导机制的估计结果。从(5)和(8)列的系数估计可以看出，高铁可达性的提高和出行时间的缩短有效地促进了产业结构调整和技术创新。(6)和(9)列的系数估计表明，产业结构调整和技术创新可以减少雾霾污染。
实证结果验证了前文三个理论假设，即高铁通过提高资源配置效率、促进产业结构调整升级和技术创新来减少环境污染。所有这些功能表明，高铁不同的外部性倾向于通过增加高铁可达性来减少雾霾污染。
八、结论与讨论
本文提出了高铁可达性的概念，并采用GS2SLS方法，利用2010-2018年中国285个地级以上城市的面板数据集，探讨了高铁对雾霾污染的影响。然后运用时变DID和PSM-DID方法来检验高铁对雾霾污染的因果关系，消除内生性。在此之后，本研究基于调节-中介模型探讨高铁对雾霾污染的传导机制，并得出了以下结论：
1.高铁对雾霾污染有显著的负面影响。高铁可达性每增加1个标准差，PM2.5平均浓度降低0.22%。平均出行时间每减少100分钟(一个单位)，PM2.5浓度平均降低1%。
2.高铁减少污染的效果在中国各地区存在显著差异。高铁显著减少了中国西部地区的雾霾污染，高铁发展对大中城市雾霾污染减少都有利。
3.传导机制方面，高铁可以通过提高资源配置效率、促进产业结构调整升级和技术创新来减少雾霾污染。
文章分享结束后，研究院成员展开了有关讨论。荣副研究员认为本文运用的方法比较全面，对于同领域研究具有较好的参考借鉴价值。本次学术研讨会充分体现了研究院浓厚的学术氛围，大家在学术交流中相互学习、共同进步，提高自己的学术能力，至此，本次学习讨论会圆满结束。
拟稿：谢然
编辑：陈多多
审核发布：毛艳华