張文信,王涵,楊忠學(xué),葛藝冰,董光龍

山東省城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量耦合協(xié)調(diào)關(guān)系研究

張文信1,王涵2,楊忠學(xué)3*,葛藝冰3,董光龍3*

1. 山東省國土空間規(guī)劃院, 山東 濟(jì)南 250014 2. 山東大學(xué)經(jīng)濟(jì)研究院, 山東 濟(jì)南 250100 3. 山東建筑大學(xué)管理工程學(xué)院, 山東 濟(jì)南 250101

從人口、空間、經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境等5個維度評價了城鎮(zhèn)化水平，選取PM2.5、PM10、SO2、NO2等指標(biāo)表征空氣質(zhì)量，采用靜態(tài)和動態(tài)耦合協(xié)調(diào)度模型，分析二者的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，并進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)度分區(qū)。結(jié)果表明：（1）城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量靜態(tài)耦合關(guān)系由基本協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向良好協(xié)調(diào)發(fā)展；（2）城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量動態(tài)耦合關(guān)系以較協(xié)調(diào)為主；（3）根據(jù)城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，可將山東省劃分為高級協(xié)調(diào)—平衡理想?yún)^(qū)、良好協(xié)調(diào)—平衡理想?yún)^(qū)、良好協(xié)調(diào)—改善理想?yún)^(qū)、高級協(xié)調(diào)—改善理想?yún)^(qū)等4個區(qū)域。

城鎮(zhèn)化; 空氣質(zhì)量; 耦合關(guān)系

全球經(jīng)歷了快速城鎮(zhèn)化發(fā)展。作為發(fā)展中國家，中國的城鎮(zhèn)化過程更是史無前例，城鎮(zhèn)化率由1978年的17.92%提升至2019年的60.60%[1]。引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)重影響了人民的幸福感，已經(jīng)成為制約我國綠色可持續(xù)發(fā)展的重要因素[2-3]?？諝馕廴締栴}尤為嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響了居民的生產(chǎn)生活和公眾健康[4]。空氣污染的時空特征、影響因素和驅(qū)動機(jī)理是當(dāng)前研究重點(diǎn)內(nèi)容[5-7]。相關(guān)學(xué)者還采用多種方法分析城鎮(zhèn)化及經(jīng)濟(jì)增長對空氣質(zhì)量和對空氣污染的影響[8-11]。研究結(jié)果對于指導(dǎo)空氣污染治理，促進(jìn)城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義，但鮮有城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量靜態(tài)和動態(tài)耦合關(guān)系的探討。

因此，本文采用靜態(tài)和動態(tài)耦合協(xié)調(diào)度模型，系統(tǒng)分析城鎮(zhèn)化和空氣質(zhì)量的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，并進(jìn)行分區(qū)，以期為山東省空氣污染治理以及城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

作為人口大省和經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省，山東省城鎮(zhèn)化水平快速提升，人口城鎮(zhèn)化率由2013年的53.75%提升至2020年的63.05%。在此過程中，山東省空氣質(zhì)量有所改善，但仍不容樂觀，2019年P(guān)M2.5平均濃度為50 μg/m3，PM10平均濃度為94 μg/m3，環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)平均為5.42，同比均有不同程度上升。而優(yōu)良天數(shù)平均為217.9 d，同比減少30.2 d?？諝馕廴疽讶怀蔀橹萍s山東省新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要瓶頸。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究城鎮(zhèn)化評價的數(shù)據(jù)主要來源于2013-2019年的山東省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報、各城市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報，2014-2020年各地市統(tǒng)計(jì)年鑒、《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》等?？諝赓|(zhì)量評價數(shù)據(jù)主要來源于山東省城市環(huán)境空氣質(zhì)量信息發(fā)布平臺（http://fb.sdem.org.cn:8801/AirDeploy.Web /AirQuality/History.aspx）。

2 研究方法

2.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1.1 城鎮(zhèn)化評價指標(biāo)體系構(gòu)建基于城鎮(zhèn)化的內(nèi)涵，參考相關(guān)研究[11]，從人口、空間、經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境城鎮(zhèn)化等5個方面，構(gòu)建城鎮(zhèn)化評價指標(biāo)體系（表1）。

表1 城鎮(zhèn)化評價指標(biāo)體系及權(quán)重

2.1.2 空氣質(zhì)量評價指標(biāo)體系構(gòu)建環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-2012）中僅規(guī)定了PM2.5、PM10、SO2、NO2的年均濃度限值，而沒有規(guī)定CO、O3的年均濃度限值（表2）。因此參考相關(guān)研究[7]，結(jié)合數(shù)據(jù)的可獲取性，選取PM2.5、PM10、SO2、NO2作為空氣質(zhì)量的評價指標(biāo)。

表2 大氣環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)體系及指標(biāo)權(quán)重

在此基礎(chǔ)上，采用熵值法計(jì)算評價指標(biāo)權(quán)重，采用加權(quán)求和模型，分別測算城鎮(zhèn)化和空氣質(zhì)量綜合得分。

2.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的耦合關(guān)系是一個動態(tài)變化的過程，僅考慮研究基期與末期狀態(tài)不足以全面反映兩者之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系[13]。因此，本文引入靜態(tài)和動態(tài)耦合協(xié)調(diào)度模型，對城鎮(zhèn)化和空氣質(zhì)量的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行全過程分析。

2.2.1 靜態(tài)耦合協(xié)調(diào)度模型

式中：為城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的靜態(tài)耦合度，為城鎮(zhèn)化和空氣質(zhì)量的綜合水平，為耦合協(xié)調(diào)度；、分別為城鎮(zhèn)化綜合得分和空氣質(zhì)量綜合得分；、分別為城鎮(zhèn)化和空氣質(zhì)量對系統(tǒng)的貢獻(xiàn)（假設(shè)城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)和空氣質(zhì)量子系統(tǒng)同等重要，即==0.5）。參考相關(guān)研究[12]，根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度得分以及城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)和空氣質(zhì)量子系統(tǒng)的作用關(guān)系，將二者的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系劃分為高級協(xié)調(diào)（0.8<≤1）、良好協(xié)調(diào)（0.6<≤0.8）、基本協(xié)調(diào)（0.5<≤0.6）、輕度不協(xié)調(diào)（0.4<≤0.5）、基本不協(xié)調(diào)（0.2<≤0.4）、嚴(yán)重不協(xié)調(diào)（0<≤0.2）等6種類型。

2.2.2 動態(tài)耦合協(xié)調(diào)度模型

式中：C表示城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的動態(tài)耦合協(xié)調(diào)度，-1.414≤C≤1.414；U表示城鎮(zhèn)化綜合水平的年平均變化率；表示空氣質(zhì)量的年平均變化率。參考相關(guān)研究[14]，將城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的動態(tài)耦合關(guān)系劃分為較協(xié)調(diào)（1.2≤C<1.414）、基本協(xié)調(diào)（1.0≤C<1.2）、調(diào)和（0.8≤C<1）、基本調(diào)和（0.5≤C<0.8）、勉強(qiáng)調(diào)和（0≤C<0.5）、不協(xié)調(diào)（-1.414≤C<0）等6種發(fā)展類型。

3 結(jié)果與分析

3.1 靜態(tài)耦合關(guān)系

山東省城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量靜態(tài)耦合協(xié)調(diào)度由2013年的0.58提高到2019年的0.73，耦合協(xié)調(diào)關(guān)系由基本協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向良好協(xié)調(diào)發(fā)展階段（圖1）。具體而言，2013年城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量靜態(tài)耦合關(guān)系以基本協(xié)調(diào)類型為主。2019年城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量靜態(tài)耦合關(guān)系以良好協(xié)調(diào)為主，占比為81.25%。從空間分布格局來看，整體呈現(xiàn)出東高西低的空間格局。東部沿海地區(qū)的青島、煙臺、威海等城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量耦合協(xié)調(diào)關(guān)系較好，均處于良好協(xié)調(diào)及以上發(fā)展階段；中部地區(qū)的大部分城市，如濰坊、泰安、淄博、濟(jì)寧、臨沂等，則一直處于基本協(xié)調(diào)階段；而西部的聊城、德州、棗莊城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量耦合協(xié)調(diào)關(guān)系較差，大多處于輕度不協(xié)調(diào)或基本協(xié)調(diào)發(fā)展階段。總體而言，全省靜態(tài)耦合關(guān)系呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的發(fā)展趨勢（圖2）。

圖1 2013-2019年城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量靜態(tài)耦合協(xié)調(diào)度

3.2 動態(tài)耦合關(guān)系

2013-2019年城鎮(zhèn)化增長率為4.46%，空氣質(zhì)量改善率為13.51%，二者之間的動態(tài)耦合協(xié)調(diào)度為1.26，處于較協(xié)調(diào)發(fā)展階段，但城鎮(zhèn)化提高滯后于空氣質(zhì)量改善。山東省城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量動態(tài)耦合關(guān)系包括較協(xié)調(diào)、基本協(xié)調(diào)2種類型，并以較協(xié)調(diào)類型為主（圖3）。膠東半島地區(qū)的青島、煙臺、威海和魯西南地區(qū)的菏澤、濟(jì)寧、棗莊等10個地市屬于較協(xié)調(diào)類型，魯西北地區(qū)的聊城、德州、東營等6地市處于基本協(xié)調(diào)狀態(tài)。利用二次多項(xiàng)式擬合城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)與空氣質(zhì)量動態(tài)耦合協(xié)調(diào)度的趨勢三維透視圖可以看出二者之間的空間布局及趨勢（圖4），各地市經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的耦合關(guān)系相對較好，發(fā)展較平穩(wěn)。人口城鎮(zhèn)化、社會城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的耦合關(guān)系表現(xiàn)相似，均包括較協(xié)調(diào)與基本協(xié)調(diào)2種類型；空間分布來看，人口城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的耦合協(xié)調(diào)度越靠近東部、南部越高，社會城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量耦合協(xié)調(diào)度較高的地區(qū)則主要集中在西南部?？臻g城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量耦合關(guān)系包含較協(xié)調(diào)、基本協(xié)調(diào)等全部6種類型，耦合協(xié)調(diào)關(guān)系空間分布與經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化相似。環(huán)境城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的耦合關(guān)系最差，耦合關(guān)系空間上呈由西向東、由南向北逐漸減弱的發(fā)展趨勢。

圖3 城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量動態(tài)耦合類型空間分布

圖4 城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)與空氣質(zhì)量動態(tài)耦合關(guān)系空間變化

3.3 城鎮(zhèn)化和空氣質(zhì)量耦合關(guān)系分區(qū)

按照“現(xiàn)狀（靜態(tài)）+趨勢（動態(tài)）”的命名規(guī)則，采用矩陣組合法，將16地市的城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量耦合關(guān)系劃分為4個區(qū)域：（Ⅰ）高級協(xié)調(diào)—平衡理想?yún)^(qū)，包括青島、煙臺2個地市，城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量靜態(tài)耦合關(guān)系處于高級協(xié)調(diào)階段；（Ⅱ）良好協(xié)調(diào)—平衡理想?yún)^(qū)，包括棗莊、濰坊、濟(jì)寧、泰安、威海、日照、濱州、菏澤8個地市，這些地區(qū)城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的靜態(tài)耦合關(guān)系處于良好協(xié)調(diào)階段，但耦合發(fā)展趨勢較好；（Ⅲ）良好協(xié)調(diào)—改善理想?yún)^(qū)，包括淄博、東營、臨沂、德州、聊城5個地市，這些地區(qū)城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的靜態(tài)耦合關(guān)系為良好協(xié)調(diào)，動態(tài)耦合關(guān)系為基本協(xié)調(diào)；（Ⅳ）高級協(xié)調(diào)—改善理想?yún)^(qū)，僅有濟(jì)南1個地市，城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量靜態(tài)耦合關(guān)系處于高級協(xié)調(diào)階段，動態(tài)耦合關(guān)系發(fā)展較好。各地市應(yīng)利用資源稟賦和區(qū)位優(yōu)勢創(chuàng)新發(fā)展模式，積極進(jìn)行新舊動能轉(zhuǎn)換加快產(chǎn)業(yè)升級，將空氣污染治理與碳達(dá)峰、碳中和等目標(biāo)有效銜接，因地制宜實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的高質(zhì)量發(fā)展。

4 結(jié)論

城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系是一個動態(tài)變化的過程。從靜態(tài)和動態(tài)兩個視角，定量評估山東省城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，可以得出以下結(jié)論。

（1）山東省城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量靜態(tài)耦合水平呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的發(fā)展趨勢，由基本協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向良好協(xié)調(diào)發(fā)展階段，整體呈現(xiàn)出東高西低的空間格局。

（2）山東省城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量動態(tài)耦合關(guān)系包括較協(xié)調(diào)、基本協(xié)調(diào)類型，以較協(xié)調(diào)類型為主。

（3）根據(jù)城鎮(zhèn)化與空氣質(zhì)量的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，山東省可劃分為高級協(xié)調(diào)—平衡理想?yún)^(qū)、良好協(xié)調(diào)—平衡理想?yún)^(qū)、良好協(xié)調(diào)—改善理想?yún)^(qū)、高級協(xié)調(diào)—改善理想等4個區(qū)域。

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Study on Coupling Relationship of Urbanization and Air Quality in Shandong Province

ZHANG Wen-xin1, WANG Han2, YANG Zhong-xue3*, GE Yi-bing3, DONG Guang-long3*

1.250014,2.250100,3.250101,

The evaluation index system of urbanization is constructed from five dimensions of population, space, economy, society and environment. PM2.5, PM10, SO2, and NO2are selected to evaluate the air quality. The static and dynamic coupling coordination degree model is used to analyze the coupling coordination relationship between urbanization and air quality. The results show that: (1) The static coupling relationship between urbanization and air quality has changed from basic coordination to good coordination; (2) The dynamic coupling relationship between urbanization and air quality is mainly coordinated; (3) The coupling relationship between urbanization and air quality in Shandong Province can be divided into four types: high coordination relatively balanced area, good coordination relatively balanced area, good coordination improvement area and high coordination improvement area.

Urbanization; air quality; coupling relationship

F299.27;X51

A

1000-2324(2021)05-0865-05

2021-04-25

2021-06-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41801173);山東建筑大學(xué)博士基金項(xiàng)目(XNBS1803)

張文信(1976-),男,碩士,高級工程師,主要從事土地利用與管理研究. E-mail:82094526@qq.com

通訊作者:Author for correspondence. E-mail:294624263@qq.com; dongguanglong18@sdjzu.edu.cn