王麗瓊

泉州師范學院資源與環(huán)境科學學院，福建 泉州 362000

氮氧化物NOx(NO、NO2)是構成區(qū)域大氣復合污染的關鍵污染物，NOx不但與光化學煙霧污染有密切關系，也與酸雨污染以及溫室氣體的增加緊密相關，它對人體健康和生態(tài)環(huán)境均具有很大的危害性。工業(yè)化和城市化過程離不開化石能源，在各種大氣污染物中，NOx排放與人類化石能源利用之間的關系最為密切，在不斷加速的工業(yè)化和城市化過程中，我國NOx排放量的增長幅度在大氣污染物中也是最快的，國家“十二五”環(huán)境保護工作重點強調了NOx的總量控制及減排任務。當前國內已有對氮氧化物排放總量及減排的時空分布特征進行研究，如稂小洛通過NOx的排放因子，計算并分析了中國區(qū)域1980—2000年分部門行業(yè)的NOx排放情況[1]，王麗瓊采用環(huán)境學習曲線研究各省際NOx具體減排潛力及NOx排放量削減方案[2-3]。以上研究多采用經濟計量方法分析各區(qū)域氮氧化物排放量及減排目標，將研究單元視為相互獨立且均質的個體，分析其在空間分布上的規(guī)律性，缺乏對研究對象空間依賴性和異質性的探討，本文將采用空間自相關模型，探討2003—2011年區(qū)域氮氧化物排放強度空間格局演變，并對引起氮氧化物排放強度區(qū)域差異的成因進行了探討。

1 氮氧化物排放強度數據來源

經濟發(fā)展依靠能源推動，不同燃料類型和行業(yè)的生產活動對NOx排放有顯著影響。在劃分不同燃料和行業(yè)基礎上，查閱2004—2012年《中國統(tǒng)計年鑒》和《中國能源統(tǒng)計年鑒》基礎數據[4-5]，根據不同的排放因子[1-3]，對中國各區(qū)域2003—2011年NOx排放總量及萬元產值NOx排放量（NOx排放強度）進行了估算。

2 氮氧化物排放強度全局空間自相關

2.1 全局空間自相關測度

全局指標用于探測整個區(qū)域的空間模式，以空間權重為基礎，使用單一數值反映該區(qū)域整體的空間相關程度，是屬性值在空間上的聚集或者分散程度。本研究采用Moran's I系數來衡量全局空間自相關性，可用公式表示：

式中，n為研究區(qū)域的空間樣本個數，xi和xj表示空間樣本單元的相應屬性值，Wij是空間權重系數矩陣，表示空間單元的鄰近關系，采用基于共同邊界的一階Rook權重矩陣。Moran's系數值屬于［－1，1］之間，值愈接近1，表明具有相似屬性的空間單元產生集聚；值愈接近－1時表明具有相異屬性的空間單元產生集聚。如果 Moran's接近或等于0，表明空間單元屬性屬于隨機分布狀態(tài)。同時，對全局空間自相關分析的結果需進行Z值顯著性檢驗，根據Z值大小，在設定顯著性水平下做出接受或拒絕零假設的判斷[6-7]。

2.2 全局空間自相關分析

利用GeoDa軟件計算和繪制2003—2011年中國氮氧化物排放強度的空間自相關指數Moran'sⅠ值及Moran散點圖(圖1)，各年Moran'sⅠ值均為正，通過Z值檢驗，均在99%的可置信水平以上，表明全國氮氧化物排放強度具有空間正相關關系，表現出相似值之間的空間集聚，氮氧化物排放強度低的省份趨于相互靠近、排放強度高的省份也相互靠近的空間關系結構，2003—2011年，Moran'sⅠ值略有增長，空間集聚程度略有加大。

3 氮氧化物排放強度局部空間自相關

3.1 局部自相關測度

全局空間相關只說明區(qū)域間空間差異的平均程度，但整體空間中可能存在部分正的空間自相關與負的空間自相關共存，因此采用局部空間自相關測度揭示可能的空間變異性。局部指標用于計算每一個空間單元與鄰近單元中某一屬性的相關程度，本研究采用Moran'散點圖和LISA分析進一步研究要素在局部區(qū)域的集聚分散趨勢，檢驗局部地區(qū)是否存在統(tǒng)計顯著的高值或者低值[6-7]。

3.2 氮氧化物排放強度Moran散點圖

圖1 中國主要年份(2003,2005,2007,2009,2011)氮氧化物排放強度 Moran 散點圖 Fig.1 Moran scatter plot of NOx emission intensity in China (2003, 2005, 2007, 2009, 2011)

(1)Moran散點圖（圖1）中的“高-高”(HH)和“低-低”(LL)象限表明氮氧化物排放強度的觀測值存在較強的空間正相關，即具有均質性(集聚分布格局)；“高-低”(HL)關聯和“低-高”(LH)關聯表示存在較強的空間負相關，即表明研究時段內氮氧化物排放強度存在空間異質性(離散分布格局)，從2003、2005、2007、2009和2011這5a的Moran 散點圖可知，各年份中30個省份存在空間的依賴性和異質性，4種空間結構都存在，位于HH和LL象限的省份數多于位于HL和LH象限的省份數，氮氧化物排放強度水平在局部范圍內呈現集中分布，集聚態(tài)勢明顯。“高-高”(HH)顯著區(qū)代表高值區(qū)域被同是高值區(qū)域所包圍的空間聯系關系，指氮氧化物排放強度高值集中的省份，主要分布于西北和黃河中游地區(qū)；“低-低”(LL)顯著區(qū)代表低值區(qū)域被同是低值區(qū)域所包圍的空間聯系關系，指氮氧化物排放強度低值集中的省份，主要分布于東南部沿海、北部沿海地區(qū)和長江中游地區(qū)；“高-低”關聯(HL)顯著區(qū)是局部高值離群點類型，指氮氧化物排放強度相對高于周圍的省份，主要分布于西南和西北部分地區(qū)；“低-高”關聯(LH)區(qū)是局部低值離群點類型，主要分布于西南和黃河中游部分省份。

(2)縱向比較5a可知，空間集聚效應未發(fā)生變化的共有22個省份，占全國總量的73.33%，主要分布在沿海地區(qū)和長江中游地區(qū)，西南部分地區(qū)也有零星分布，表明省域氮氧化物排放強度保持原有的氮氧化物排放強度格局，未發(fā)生質的改變。2003—2011年全國氮氧化物排放強度的“冷點”區(qū)(低值集聚區(qū))空間格局相對較為穩(wěn)定，均分布于東部地區(qū)(上海、江蘇和浙江)、南部地區(qū)(廣東、福建、海南)、北部地區(qū)（北京和天津)和長江中游地區(qū)（湖北、湖南、安徽和江西），這主要因為東南和北部沿海地區(qū)經濟發(fā)展水平高，技術較為先進，在保持經濟高速增長的同時，通過節(jié)能減排、產業(yè)結構升級等推動產業(yè)耗能結構調整，發(fā)展現代服務業(yè)、先進制造業(yè)和電子加工業(yè)等產品附加值高、耗能少的產業(yè)，提高能源利用效率，使得區(qū)域氮氧化物排放強度的逐步下降；同時長江中游受沿海經濟發(fā)展的輻射和產業(yè)傳承轉移的作用，湖北、湖南、安徽和江西四省區(qū)氮氧化物排放強度水平也呈現低值集聚；氮氧化物排放強度的“熱點”區(qū)(高值集聚區(qū)) 在大西北、黃河中游和東北地區(qū)均有分布，其中西北、黃河中游的甘肅、寧夏、山西和內蒙古以及北部地區(qū)的河北作為“熱點”區(qū)的穩(wěn)定度較高，這主要因為西北和黃河中游地區(qū)由于資源稟賦因素作為我國重要的油氣和煤炭基地，經濟發(fā)展過程以重工業(yè)能源資源密集型為工業(yè)主導產業(yè)結構，經濟增長十分依賴能源和原材料的消耗，同時技術較為落后，能源利用效率低，造成了研究時段內地區(qū)的氮氧化物排放強度呈現“熱點”(高值集聚)集中；2005年以后東北三省由局部低值區(qū)域轉為“熱點”區(qū)，東北三省自國家提出振興東北戰(zhàn)略后，重點發(fā)展重工業(yè)和基礎設施建設等耗能產業(yè)，致使吉林、遼寧等老工業(yè)基地也呈現“熱點”區(qū)分布。

3.3 氮氧化物排放強度LISA顯著性分析

利用GeoDa軟件，在0.05顯著性水平下，計算中國氮氧化物排放強度的LISA顯著性水平圖（圖2），圖中可知，5a中國氮氧化物排放強度的LISA水平圖有很大程度上的相似性，表現為氮氧化物排放強度的局部格局顯現正的全局性逐漸明顯。HH類型區(qū)占多數，在西北和黃河中游氮氧化物排放強度高的省區(qū)在空間上趨于聚集，而并非隨機性分布。2005年后西北的寧夏處于高值區(qū)在0.05顯著性水平下呈現出來，2007年后黃河中游陜西由HH類型區(qū)轉為LH類型區(qū)，由于受長江中游地區(qū)的經濟技術輻射影響，在發(fā)展經濟的同時注重節(jié)能減排，氮氧化物排放強度由“熱點”區(qū)域轉為局部低值區(qū)域，2009年后LL類型區(qū)在空間上開始形成連片分布格局，相鄰省區(qū)顯著性逐漸明顯，排放強度低的省區(qū)在空間上趨于聚集，主要分布在東南沿海一帶。海南在0.05顯著性水平下一直處于低高聚集區(qū)顯著，與廣西一直受周圍的云南、貴州等氮氧化物高排放區(qū)所包圍。

4 結論

圖2 中國主要年份( 2003、2005、2007、2009、2011年)氮氧化物排放強度空間集聚格局 Fig.2 Spatial agglomeration pattern of NOx emission intensity in China ( 2003, 2005, 2007, 2009, 2011)

(1)全國省域之間氮氧化物排放強度表現出空間正相關性，排放強度相似的地區(qū)在空間上集聚分布。氮氧化物強度的“冷點” 區(qū)相對穩(wěn)定，主要分布在東南沿海和長江中游地區(qū)；“熱點”區(qū)分布在大西北地區(qū)、黃河中游和東北地區(qū)。區(qū)域氮氧化物排放強度水平的分化主要與經濟發(fā)展水平、產業(yè)結構、能源消費結構和能源利用效率等因素相關。

(2)利用空間自相關方法中豐富的空間分析功能和可視化功能較好地對區(qū)域氮氧化物排放強度的空間分布特征進行識別和分析，從而為區(qū)域氮氧化物減排提供理論參考依據。我國NOx排放強度區(qū)域差異空間分析結果表明①對能源依賴程度較高的西北、黃河中游和東北地區(qū)，要注意采用效率高、低污染物排放的新型設備，以改變多數工業(yè)企業(yè)設備老化，提高能源加工轉化和利用效率，加強推進產業(yè)結構優(yōu)化等降低高耗能產業(yè)比重，在重點區(qū)域轉變經濟增長方式，控制燃煤消耗總量以減少NOx的排放；②對氮氧化物排放強度相對穩(wěn)定的長江中游和西南地區(qū)，注意節(jié)能減排，技術上加快脫氮技術的研究和應用，加強電廠、工業(yè)、交通等重點源的NOx排放末端控制，從而減少NOX的排放。③對氮氧化物排放強度低的東南沿海地區(qū)側重發(fā)展現代服務業(yè)和高新技術產業(yè)，構建循環(huán)型的經濟發(fā)展方式，及時進行能源結構調整，積極推進可再生能源的利用。

[1] 稂小洛,曹國良,黃學敏.中國區(qū)域氮氧化物排放清單[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2008(6): 19-21.

[2] 王麗瓊.中國氮氧化物排放區(qū)域差異及減排潛力分析[J].地理與地理信息科學,2010,26(4): 95-98.

[3] 王麗瓊. 基于環(huán)境學習曲線的氮氧化物排放減排區(qū)域分解研究[J].泉州師范學院學報,2012,30(6): 95-98.

[4] 中國國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計出版社，2004-2012.

[5] 中國國家統(tǒng)計局.中國能源統(tǒng)計年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計出版社，2004-2012.

[6] 侯光雷,王志敏等. 基于探索性空間分析的東北經濟區(qū)城市競爭力研究[J].地理與地理信息科學,2010,26(4):67-72.

[7] 趙雲泰,黃賢金等.1999～2007年中國能源消費碳排放強度空間演變特征[J].環(huán)境科學,2011,32(11):3145-3152.