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地铁开通对空气污染的缓解效应:来自长沙地铁2号线开通的证据

推文人 | 华岳
 
原文信息:Siqi Zheng, Xiaonan Zhang, Weizeng Sun, Jianghao Wang. 2019. “The effect of a new subway line on local air quality: A case study in Changsha” Transportation Research Part D 68:26-38.
 
01 简介及背景
 
公路运输被认为是造成全球空气污染的主要因素,特别是在发展中国家,因为使用的车辆较多,而道路容量有限。随着中国经济的快速增长和城市化,机动车保有量逐年增加、交通拥堵越来越严重,汽车排放也成为了中国空气污染的主要来源。在中国城市地区,汽车排放约占CO的63%,NOx的37%,PM2.5的20%以上。公共交通被视为缓解交通拥堵及其造成的空气污染和健康影响的潜在手段。最近大量研究评估公共交通是否真的减少了交通拥堵并改善了空气质量,但并非所有的研究结果都支持正外部性,这取决于交通创造(traffic creation)和交通分流(traffic diversion)这两种相反方向效应的相对强度:交通创造效应强调城市内部交通的供给增加带来了经济活动的增加,这可能增加交通量和相关的空气污染;交通分流效应是指在公共交通供给改善后,以前依赖私家车出行的旅客可以转向公共交通,由于公共交通的人均污染物排放量低于私人汽车,因此将减少空气污染。本文研究了一个主要的公共交通系统——地铁对附近地区空气质量的局部影响,检验了在同一城市中,与远离地铁线路地区相比,靠近地铁线路地区的空气质量是否得到了改善。
 
湖南省省会长沙市是中国第23个建设地铁系统的城市,2014年4月开通了首条地铁2号线(19站,22.3公里),20个月后,西延的2号线(4站,4.4公里)于2015年12月开通,第二条地铁1号线(20站,23.6公里)于2016年6月开通。不同地铁线开通的时间间隔长,避免了地铁线路在不同时间开通造成的相互影响,为本文提供了一个准确确定地铁开通影响的机会。本文基于2013年4月至2015年4月长沙市10个空气质量监测站点的空气质量数据,使用双重差分方法实证检验了长沙地铁2号线开通对空气质量的影响。
 
02 数据及实证策略
 
本文的数据主要包括以下两部分:
 
(1)空气质量数据。每小时的空气质量数据来自国家环境保护局(Environmental Protection Agency,EPA),环境保护局在全国各地的空气质量监测网由1400多个监测站组成,自2013年以来,这些监测站每小时记录六种污染物的数据(CO,NO2,O3,SO2,PM10,PM2.5)。长沙市共有10个监测站,本文采集了这些监测站的空气污染物浓度数据。由于本文是为了考察轨道交通是否能够缓解道路交通造成的空气污染,因此将CO浓度这一典型的尾气污染物作为主要因变量。另外,本文选择O3和PM2.5浓度作为安慰剂检验,因为它们与交通排放关系并不密切。本文选取的样本周期为长沙地铁2号线开通日期前后各一年(2013年4月29日—2015年4月29日),可以提供足够的观测数据检验轨道交通对空气质量的中期影响。
 
(2)气象数据。气象数据来自国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA),国家海洋和大气管理局每天为世界各地的气象监测站提供数据,本文收集了长沙市监测站同期的气象数据,包括温度、风速和降水。
 
 
03 回归结果
 
1.基准结果
 
模型(1)的基准回归结果见表3,结果表明,长沙地铁2号线开通显著减少了附近空气质量监测站点的汽车排放污染物CO浓度,与距离地铁线路较远空气质量监测站点相比,地铁2号线开通使附近监测站点的CO浓度显著降低了18.1%。另外,长沙地铁2号线开通对PM2.5和O3两种空气污染物的浓度没有显著影响,由于PM2.5和O3的来源与交通的关系并不密切,这一结果在一定程度上为地铁线路的空气污染缓解作用是由于道路交通的减少提供了一定的有效性证据。
 
 
2.平行趋势检验
 
DID结果的有效性依赖于平行趋势检验,即长沙地铁2号线开通前,地铁2号线附近空气质量监测站点与较远空气质量监测站点的空气污染物浓度没有显著差异,平行趋势的检验结果见表4。地铁开通前的估计系数有正有负,但除了地铁开通前9个月以外其他的估计系数都不显著,这说明在长沙地铁2号线开通前,距离2号线较近空气质量监测站与距离2号线较远的空气质量监测站的空气污染数据没有显著差异,满足平行趋势检验,这说明本文选择的距离2号线较远空气质量监测站作为控制组是一个较好的反事实。另外,地铁开通后估计系数几乎都为负,与本文的总体结果一致。另外,在地铁开通后的第一个月估计系数就显著,表明地铁开通对空气污染的抑制效应在地铁刚刚开始运营之后就存在,并持续了一整年。整体而言,本文的研究结果证实了开通地铁有助于减轻附近空气污染,而且效果立竿见影。
 
 
3.稳健型检验
 
本文进行了一系列的稳健型检验,具体包括:
 
(1)空间自相关。本文基于空间误差模型(SEM)、空间自回归模型(SAR)和空间杜宾模型(SDM)进行空间自回归估计,回归结果与OLS结果一致,表明OLS估计不存在空间自相关的有偏估计。
 
(2)连续距离。本文使用一个连续变量,即空气质量监测站到最近地铁站的距离,来检验空气质量改善效果是否一般随着到新地铁线的距离增加而降低。估计结果发现CO浓度随着距离新地铁线的距离增加而显著增加,对PM2.5和O3的影响仍然不显著。这些结果与DID模型的结果一致。
 
(3)无法观测的随时间变化的因素。本文通过同时控制空气质量监测站-月份固定效应来控制住无法观测随时间变化的因素,回归结果与基准结果一致,表明这些潜在的无法观测的随时间变化的因素不会影响本文的估计结果。
 
(4)不同时间窗口。为了确保地铁开通的空气质量改善效应在短期也存在,本文采用8个月的时间窗口(长沙地铁开通前后各4个月)进行估计,结果表明与那些距离地铁较远的监测站相比,开通地铁使距离地铁较近监测站CO浓度降低了14.2%,PM2.5和O3的影响仍然不显著。另外,考虑到8个月的检验可能会有一些潜在的季节性问题,本文使用2013年同时期数据进行安慰剂检验,检验结果发现地铁开通对CO的降低效应不存在,这说明季节因素不会影响短期检验结果。
 
04 异质性分析
 
本文通过异质性分析来检验是否有证据可能支持地铁缓解空气污染的渠道,异质性分析结果见表11和表12。
 
(1)根据长沙地铁2号线的运行时间(7:00am-11:00pm)进行分组,将样本分为运行时段和非运行时段。结果表明,长沙地铁2号线开通后对地铁附近空气质量监测站CO浓度的影响在运行时段要显著大于非运行时段。
 
(2)根据2015年长沙工作日的每小时交通拥挤指数确定的最拥堵时段(8:00-9:00am,17:00-19:00pm)进行分组,将样本分为高峰时段和非高峰时段。结果表明长沙地铁2号线开通后对地铁附近空气质量监测站CO浓度的影响在高峰时段大于非高峰时段,这与地铁开通后鼓励开车上班的人乘坐地铁从而在高峰时段降低CO浓度的结论一致。
 
(3)本文比较了长沙地铁2号线开通对地铁附近空气质量监测站CO浓度的影响在工作日和非工作日(包括周末和法定节假日)高峰时段的差异,结果表明工作日的影响更为显著,进一步强化了地铁缓解空气污染的渠道。
 
 
(4)天气条件。在恶劣天气条件下,旅客为了避免暴露在户外更愿意选择私人交通模式,地铁开通对空气污染的负面影响就会减小。本文将两年窗口期风速、温度、降水的90百分位以上的样本定义为强风、酷热、暴雨天气。表12报告了不同天气条件下长沙地铁2号线开通对地铁附近空气质量监测站CO浓度的影响,极端天气条件样本的系数比非极端天气条件样本的系数小。
 
 
本文异质性分析结果显示长沙地铁2号线开通对空气污染的负面影响在地铁运营时段和早、晚高峰时段更大,但在强风、大雨或酷热等极端天气情况下则更小,这说明地铁开通鼓励人们从私人出行转向公共出行,从而改善了空气质量。
 
05 结论
 
公共交通被视为一种改善交通拥堵及空气污染的潜在手段,并在世界范围内广泛应用。近年来大量文献检验了公共交通能否实现其目标,本文实证分析了地铁开通这一公共交通对空气质量的影响。本文与以往的研究主要有以下不同:第一,本文侧重于估计地铁开通对地铁线路邻近地区的局部影响;第二,本文基于DID识别策略来检验地铁开通对空气质量影响的中期效应,而不是短期效应。
 
鉴于空气污染已经成为影响社会和谐的一个极其严重的问题,在评估公共投资的有效性时,把环境影响考虑进去显得尤为必要。这对交通基础设施尤其重要,因为交通基础设施与空气污染密切相关,而且占空气污染总量的很大一部分。本文的研究结果表明,对公共交通的投资有助于减缓空气质量恶化的进程,尽管公共交通的建设和运营成本高昂,但如果考虑到缓解拥堵和改善空气质量方面的社会效益,公共交通投资可能是盈利的。
 
Abstract
 
Public transit is viewed as a potential means to mitigate traffic congestion and its resulting air pollution and health consequences. A recent wave of studies has emerged examining whether this public investment can achieve its goals. Employing the difference in difference method, this paper examines the medium-term effect of the opening of a completely new subway line on local air pollution in Changsha. Our findings show that carbon monoxide pollution, one key type of automobile pollution in areas close to the subway line experienced a greater reduction relative to areas further away from the stations in the first year after the subway line opened. However, there is no evidence that the opening of the subway line affected particulate matter or ozone pollution. Heterogeneity effects support that air pollution reduction resulted from substituting subway use for road use.



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