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Wang-Sheng Lee, Trang My Tran, Lamont Bo Yu. "Green infrastructure and air pollution: Evidence from highways connecting two megacities in China." Journal of Environmental Economics and Management(2023).

图片来源:百度

一、引言

高铁作为一种新型环保城际交通方式,由于其节能和低排放而受到多国青睐。在当代中国的城际客运市场上,高铁也成为了一种经济实惠且受欢迎的旅行方式。过去十年中,中国由于市场自由化、社会经济快速发展和城市化,中国的机动车数量在过去几十年里急剧增加,而机动车一直是空气污染的主要贡献者。高铁服务使用的增加产生的“莫林效应”会促进高铁替代汽车使用而减少空气污染,但其“交通创造效应”会增加空气污染。由此,本文致力于研究高铁开通对环境的影响以及高铁是否能够通过对汽车的替代效应来改善空气质量?

二、研究背景

在中国政府的大量投资下,中国的高铁在过去20年里发展迅速。中国的“十三五”规划设定了建设3万公里高铁的目标,连接全国80%的主要城市。截至2020年底,中国高铁网络总长度为3.79万公里中国目前拥有世界上最大的高铁系统,每年有20亿次高铁出行,越来越多的人转向像高铁这样的绿色交通方式。其中,成渝高铁项目于2015年完工,全长308公里。相对于中国沿海和东中部地区,西部地区的高铁线路开发较晚,与其他城市相对隔离,其空气污染情况不太容易受到相关政策等因素的影响。

三、实证策略和主要结果

1. 数据

在样本选择方面,作者主要考察2015年开通的连接中国两个特大城市的高铁线路——成渝高铁对环境的影响。文章利用高德地图的最优路线规划功能确定了可能的汽车出行路线,使用2013-2018年中国科学院和中国国家环境监测中心联合编制的中国空气质量再分析数据集中的大气污染和气象数据。具体包括六种污染物的地表浓度水平:PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3,以及湿度、地表压力、温度、风速和风向等数据。此外,作者还从NASA收集了其他气象变量,进而计算热反演的数值。通过合并数据集,对每个AQR网格单元的精确坐标进行矢量化,以获取成渝高铁开通后受影响高速公路沿线的空气污染变化。表2的列(2)和(7)展现了成渝高铁开通前后一年的污染物浓度和各种气象指标的样本均值,可知成渝高铁开通后,大部分与汽车相关的直接排放都减少了。

2. 研究设计

文章将高铁开通作为准实验,主要方法包括使用非参数随机森林模型作为第一阶段的时间断点回归方法和双重差分法。首先,作者将样本周期(2013年1月至2015年12月25日)分为70%的训练集和30%的测试集,利用高铁开通前的数据建立RF模型后,使用原始时间变量和天气数据来预测以高铁开通为中心的365天带宽周期内的污染物浓度水平。在DID模型中,作者认为距离高铁较远的路段中城际司机无法直接使用这些路段往返于成都和重庆之间,则不会受到成渝高铁开通的影响,将距离高铁线路较近和较远的高速公路视作处理组和控制组。

3. 实证结果

图2展示了增强RDiT模型RF第一阶段的残差,表明高铁开通后,长江高速公路沿线CO和颗粒物(PM2.5和PM10)的污染浓度水平有所下降,而NO2和O3基本无变化。

表3给出了图2中的估计结果,可知高铁线路的开通使CO减少了6.4%,导致了长江高速公路沿线其他污染物的减少,PM2.5和PM10水平分别下降7.1%和2.2%,NO2和O3同样无变化。

表4的面板A显示了成渝高速公路的回归结果。结果显示,高铁线路开通对长江高速公路污染水平具有负效应,说明高铁线路的开通对两条高速公路沿线的司机产生了相似的影响。除O3外的污染物的减少幅度都较大。

除了连接成都和重庆的CSY和CY高速公路外,作者还研究了成都-乐山高铁线路开通的影响。回归结果表明,成乐高速公路沿线的空气污染有所减少。而这条公路CO和NO2的系数最大,可能是由于这条线路比成渝高铁早一年开通,游客可能会增加对成乐高铁的利用,以探索风景秀丽的乐山地区。图A3百度关键词搜索指数的时间趋势显示,在成乐高铁开通后,“乐山”一词的搜索量增加,意味着人们对参观乐山的兴趣增加了,表明使用高铁替代汽车的出行人数可能激增,导致空气污染物显著下降。

高速公路的使用情况会因一天中的不同时间和一周中的不同日子而有所不同,预计高峰时段交通会更加拥挤。作者利用高频每小时数据集,研究高铁开通对污染影响的一天内的变化。将样本分成3个小时的时间段,分别进行回归。图A4中CSY高速公路的增强RDiT估计值表明,在高峰时段(下午6-8点),沿着CSY高速公路观察到污染的显著减少;早晨观察到的污染减少程度较低且不显著;在高铁不运行的时间(午夜至凌晨5点)接近零或变为正。

表5的DID分析结果显示,高铁开通对CO、颗粒物和NO2具有显著负向影响,而对O3的影响为显著正向,表明空气污染物浓度水平有所降低,与RDiT结果一致。

4. 成本效益分析

高铁线路的开通对改善居民和城际乘客的福利有许多重要的经济影响,本文主要集中在两个方面:提高主要受影响高速公路沿线居民的健康效益以及使用更快的高铁作为城际旅行模式为通勤者节省的时间价值。作者使用NASA人口估算项目提供的地理编码中国2010年乡镇人口普查数据(图3显示了公路沿线受影响的乡镇以及相关城镇的人口信息),估算得出在成渝高铁运营的第一年,CO的平均值减少6.4%,相当于减少了60例婴儿死亡;PM10减少了2.2%,相当于预期人口寿命增长的经济价值为18.9亿美元;PM2.5浓度下降了7.1%,相当于可以预防103例过早死亡,社会价值约为1.18亿美元。就通勤者节省的时间价值而言,成渝高铁线路将城际旅行时间缩短了2.5小时,相当于额外货币化为每年5871万美元。

四、结论

文章聚焦于成都和重庆两个大城市的重要高铁线路开通对受影响高速公路沿线空气污染水平的影响。通过选择和修正模型进行实证研究,发现:一是高铁线路的开通会减少连接两座城市的高速公路沿线的环境空气污染物,很可能是由于汽车和高铁之间的替代效应。减少污染的效果最大的是在下午高峰时段。二是污染物的异质性效应,结果表明,在高速公路沿线,NO2显著下降,城际巴士更有可能被高铁取代。颗粒物水平也相应下降,交通铁路导致空气污染减少了2%-14%。本研究促进了对高铁环境效益的理解,在评估高铁作为减少空气污染手段的潜在有效性时,考虑当地条件和交通需求也是十分重要的。此外,虽然向铁路旅行的过渡有可能限制大气污染物的扩散,但在评估高铁减少污染物排放的长期有效性时,也需要同时考虑到与铁路建设和维护有关的排放。关于高铁开通对其他地区和背景下城市内空气污染影响的普遍性结果还值得进一步探索。

Abstract

Following market liberalization, the vehicle population in China has increased dramatically over the past few decades. This paper examines the causal impact of the opening of a heavily used high speed rail line connecting two megacities in China in 2015, Chengdu and Chongqing, on air pollution. We use high-frequency and high spatial resolution data to track pollution along major highways linking the two cities. Our approach involves the use of a novel augmented regression discontinuity in time approach that incorporates machine learning to inform our specification choice in the first stage. Our estimates show that CO is reduced by 6.4% and PM2.5 by 7.1% along the main affected highway. These findings are supported using a difference-in-differences approach.

推文作者:包梦菲,湖南大学2022级应用经济学研究生。

邮箱:bmf199911@hnu.edu.cn

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