任嘉敏，馬延吉?

(1 中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所， 長(zhǎng)春 130102； 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049) (2017年11月29日收稿； 2018年3月14日收修改稿)

改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了舉世矚目的成就，但與此同時(shí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的壓力卻逐漸增大[1]，環(huán)境污染尤其是大氣污染形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻，日益呈現(xiàn)出區(qū)域性、復(fù)合性的新特點(diǎn)[2-3]，給人們健康帶來(lái)強(qiáng)烈的負(fù)面影響[4-5]。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，工業(yè)主要通過(guò)化石能源的大量消耗，向空氣中排放硫氧化物、氮氧化物及顆粒物等工業(yè)廢氣，而這正是造成中國(guó)大氣污染的主要原因之一[6]。當(dāng)前中國(guó)仍處在由工業(yè)化中期向工業(yè)化后期過(guò)渡發(fā)展階段[7]，如何在繼續(xù)推進(jìn)工業(yè)化進(jìn)程并保證工業(yè)增長(zhǎng)的前提下，降低工業(yè)增長(zhǎng)對(duì)大氣環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。早在20世紀(jì)90年代，Grossman和Kruger[8]便以北美自由貿(mào)易區(qū)國(guó)家為例對(duì)環(huán)境退化與人均收入關(guān)系展開(kāi)研究。1993年，Panayotou[9]首次提出環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(EKC)這一概念，隨后被廣泛應(yīng)用到各地區(qū)實(shí)證研究中去。但受數(shù)據(jù)來(lái)源、計(jì)量模型選擇及估計(jì)技術(shù)的影響，采用EKC模型所得結(jié)論存在不一致現(xiàn)象[10]，不利于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的判斷。

脫鉤最早起源于物理學(xué)領(lǐng)域，后被廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境方面的相關(guān)研究[11-13]。OECD將其界定為打破環(huán)境負(fù)荷與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)[14]。脫鉤理論較好地解釋了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境負(fù)荷變化的同步性，能夠有效識(shí)別二者之間矛盾關(guān)系演化的具體階段及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息[15]。目前，已有學(xué)者利用脫鉤模型對(duì)工業(yè)增長(zhǎng)與大氣污染關(guān)系進(jìn)行了相應(yīng)研究，如馬麗等[16]對(duì)東北地區(qū)工業(yè)產(chǎn)值與工業(yè)SO2排放的脫鉤關(guān)系及空間格局開(kāi)展研究，程鈺等[17]對(duì)山東省工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的大氣環(huán)境污染變化趨勢(shì)進(jìn)行研究，于忠華等[18]對(duì)南京市大氣污染減排環(huán)境績(jī)效進(jìn)行研究。

吉林省是中國(guó)重要的老工業(yè)基地，為新中國(guó)工業(yè)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。為貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，自2001年吉林省便提出生態(tài)省建設(shè)目標(biāo)，大力發(fā)展生態(tài)環(huán)保型經(jīng)濟(jì)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，但仍存在資源環(huán)境效率較低情況[19]。當(dāng)前，吉林省大氣污染為工業(yè)源主導(dǎo)型[20]，而老工業(yè)基地振興的內(nèi)在要求決定其未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍要依靠工業(yè)增長(zhǎng)帶動(dòng)，如何協(xié)調(diào)工業(yè)增長(zhǎng)與大氣環(huán)境關(guān)系是吉林省面臨的重要挑戰(zhàn)。目前已有學(xué)者利用EKC模型對(duì)吉林省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與大氣污染關(guān)系展開(kāi)實(shí)證研究[21-22]，但從脫鉤視角對(duì)全省工業(yè)增長(zhǎng)及工業(yè)大氣污染關(guān)系的時(shí)空演變及內(nèi)部差異的研究尚需深入。同時(shí)，現(xiàn)有關(guān)于工業(yè)增長(zhǎng)及大氣污染間脫鉤關(guān)系的研究較少涉及未來(lái)脫鉤關(guān)系變化趨勢(shì)的分析。在全面振興東北老工業(yè)基地及工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展背景下，科學(xué)認(rèn)知二者關(guān)系的時(shí)空演變特征及未來(lái)變化趨勢(shì)，判斷其所處發(fā)展階段，具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。本文基于脫鉤理論對(duì)2003—2014年間吉林省工業(yè)增長(zhǎng)與工業(yè)大氣污染關(guān)系的時(shí)空演變特征進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造脫鉤指數(shù)分解模型對(duì)影響各地市州脫鉤關(guān)系變化的影響因素展開(kāi)研究，最后利用Hurst指數(shù)揭示未來(lái)各地市州工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)變化趨勢(shì)，以期為未來(lái)吉林省工業(yè)大氣污染減排及污染防控提供相應(yīng)的決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況、方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)介紹

吉林省位于中國(guó)東北地區(qū)中部，地跨東經(jīng)121°38′～131°19′、北緯40°50′～46°19′，全省總面積18.74萬(wàn)km2，占全國(guó)總面積1.95%。吉林省現(xiàn)轄1個(gè)副省級(jí)市長(zhǎng)春，和吉林、四平等7個(gè)地級(jí)市及延邊朝鮮族自治州，區(qū)內(nèi)具有良好的生態(tài)環(huán)境及資源本底優(yōu)勢(shì)，2014年全省森林覆蓋率高達(dá)40.38%，遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平。2003年振興東北地區(qū)等老工業(yè)基地戰(zhàn)略的實(shí)施，為吉林省注入了新的發(fā)展活力，2014年全省GDP達(dá)13 803.81億元，占全國(guó)總量的2.16%，較2003年上升0.22%。雖然吉林省經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)取得了一系列的成就，但工業(yè)重型化特點(diǎn)依舊突出，以傳統(tǒng)的高能耗、高污染、高排放為主體的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)并未得到根本改變。2014年全省大氣污染密集型產(chǎn)業(yè)比重達(dá)15.95%，較2003年的11.70%有所提升，同時(shí)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)仍以煤品燃料為主。2014年全省工業(yè)源SO2排放31.97萬(wàn)t，占排放總量的85.87%，所占比重較2003年上升15.18%；工業(yè)源煙粉塵排放36.80萬(wàn)t，占排放總量的77.46%，與2003年相比下降并不明顯。整體來(lái)看，吉林省大氣污染仍以工業(yè)源為主，工業(yè)大氣污染對(duì)生態(tài)環(huán)境脅迫仍然較大。

1.2 研究方法

1.2.1 赫芬代爾指數(shù)

赫芬代爾指數(shù)是研究企業(yè)規(guī)模集中程度時(shí)常用的計(jì)算方法[23]，本文運(yùn)用該指數(shù)對(duì)吉林省工業(yè)及大氣污染集中程度進(jìn)行測(cè)度，計(jì)算公式如下

(1)

式中：Xi代表各地區(qū)工業(yè)增加值及大氣污染物排放量；X代表吉林省整體水平；H值范圍在[1/N,1]之間。H值越接近1表明區(qū)域內(nèi)集聚水平越高，區(qū)域差異越明顯；H值越接近1/N表明區(qū)域內(nèi)集聚水平低。

1.2.2 脫鉤指數(shù)

目前，常用的脫鉤指數(shù)測(cè)算方法主要有3種，即OECD脫鉤因子、Tapio脫鉤彈性系數(shù)[24]及IGT脫鉤指數(shù)測(cè)算方程[25].其中Tapio脫鉤法因其對(duì)脫鉤狀態(tài)的劃分更加細(xì)致，被廣泛應(yīng)用。本文采用Tapio脫鉤法對(duì)吉林省工業(yè)增長(zhǎng)與大氣污染脫鉤狀態(tài)進(jìn)行測(cè)度，具體公式如下

(2)

式中:%ΔE、%ΔIND分別代表大氣污染排放及工業(yè)增加值的變化速率；Et+1、Et為末期及初期的大氣污染排放量；INDt+1、INDt為末期及初期的工業(yè)增加值，D為脫鉤指數(shù)。根據(jù)脫鉤定義，可以得知當(dāng)環(huán)境污染變化速率慢于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度時(shí)，二者之間呈脫鉤狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境污染變化速率快于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速率時(shí)，二者之間為負(fù)脫鉤狀態(tài)。根據(jù)環(huán)境污染及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速率變化情況，脫鉤狀態(tài)可以進(jìn)一步分為絕對(duì)脫鉤、相對(duì)脫鉤、衰退性脫鉤3種類型，負(fù)脫鉤可以分為擴(kuò)張性負(fù)脫鉤、強(qiáng)負(fù)脫鉤、擴(kuò)張性負(fù)脫鉤3種類型(圖1)。

圖1 工業(yè)增長(zhǎng)與大氣污染脫鉤程度判定標(biāo)準(zhǔn)Fig.1 Criteria of decoupling degrees between industrial growth and atmospheric pollution

其中，絕對(duì)脫鉤為工業(yè)發(fā)展最理想狀態(tài)，即工業(yè)增長(zhǎng)并不會(huì)導(dǎo)致大氣污染排放的增加，該地區(qū)工業(yè)具有極強(qiáng)的可持續(xù)發(fā)展能力；相對(duì)脫鉤指地區(qū)工業(yè)增長(zhǎng)雖然導(dǎo)致大氣污染排放的增加，但工業(yè)增速明顯高于大氣污染排放增速。為更好地判斷工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)，參考蓋美等[26]研究，進(jìn)一步將相對(duì)脫鉤劃分為Ⅰ～Ⅳ共4種狀態(tài)；擴(kuò)張性負(fù)脫鉤是大氣污染排放增速遠(yuǎn)高于工業(yè)增速的不可持續(xù)狀態(tài)，區(qū)內(nèi)大氣污染脅迫較為嚴(yán)重；強(qiáng)負(fù)脫鉤、弱負(fù)脫鉤、衰退脫鉤分別為區(qū)域工業(yè)出現(xiàn)衰退情況下(ΔIND<0),大氣污染物排放表現(xiàn)出增加、降低速率低于工業(yè)衰退速率、降低速率高于工業(yè)衰退速率的情況，其中強(qiáng)負(fù)脫鉤為工業(yè)發(fā)展的最差情景，區(qū)內(nèi)工業(yè)發(fā)展與環(huán)境污染問(wèn)題并重。

1.2.3 脫鉤穩(wěn)定性指數(shù)

引入脫鉤穩(wěn)定性指數(shù)[27]，測(cè)算研究期內(nèi)各地市州工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)波動(dòng)情況，具體公式如下

(3)

式中：i=1,2,3…,n，n為樣本數(shù)；xi為第i期的脫鉤彈性系數(shù)；SD為脫鉤穩(wěn)定性指數(shù)；SD值越小表明脫鉤穩(wěn)定性越強(qiáng)。

1.2.4 脫鉤指數(shù)分解及影響力評(píng)價(jià)

利用恒等式構(gòu)建脫鉤因果鏈，將工業(yè)大氣污染脫鉤彈性分解為末端治理及清潔生產(chǎn)脫鉤因子[28]，探究吉林省工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)變化原因。

(4)

式中：%ΔE、%ΔIND含義與前文相同；α、β分別表征末端治理及清潔生產(chǎn)脫鉤因子。清潔生產(chǎn)脫鉤判斷標(biāo)準(zhǔn)與前文相同，絕對(duì)脫鉤是最理想狀態(tài)；末端治理脫鉤判斷標(biāo)準(zhǔn)有所不同，當(dāng)大氣污染產(chǎn)生量及排放量均減少且污染排放量的下降幅度更大時(shí)達(dá)到理想狀態(tài)。參照盧強(qiáng)等[29]的研究，將末端治理脫鉤彈性判定標(biāo)準(zhǔn)依次設(shè)定為擴(kuò)張性絕對(duì)脫鉤、擴(kuò)張性相對(duì)脫鉤、擴(kuò)張性負(fù)脫鉤、強(qiáng)負(fù)脫鉤、協(xié)同性弱脫鉤、協(xié)同性絕對(duì)脫鉤。

進(jìn)一步利用脫鉤影響力函數(shù)[30]分析脫鉤因子影響力大?。?/p>

(5)

式中：α、β相乘之積為對(duì)數(shù)函數(shù)底數(shù)；Di為各生產(chǎn)環(huán)節(jié)脫鉤值。由于對(duì)數(shù)函數(shù)性質(zhì)，計(jì)算時(shí)并不考慮大氣污染絕對(duì)脫鉤(D<0)及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)脫鉤值Di小于0的情況。

1.2.5 Hurst指數(shù)

R/S分析是對(duì)非線性時(shí)間序列進(jìn)行分析的基本方法，本文引入基于R/S分析法的Hurst指數(shù)，對(duì)吉林省各地市州工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)的演化趨勢(shì)進(jìn)行判斷，其基本原理[31]如下

(6)

式中：R(τ)、S(τ) 分別為給定的時(shí)間序列增量{ξ(t)}的極差和標(biāo)準(zhǔn)離差；t=1,2,…，代表觀測(cè)時(shí)刻；τ=1,2,…，表示時(shí)滯。若存在R/S∝τH，則表明該時(shí)間序列存在Hurst現(xiàn)象，Hurst指數(shù)可以通過(guò)最小二乘法進(jìn)行模擬。根據(jù)Hurst長(zhǎng)期理論分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)M，理想狀態(tài)下H值通常為0.5，當(dāng)0

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以吉林省9個(gè)地市州為研究單元，選取工業(yè)增加值表征工業(yè)增長(zhǎng)水平(為消除價(jià)格影響，以2003年為基期，折算成不變價(jià))；工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大氣污染物種類較多，常見(jiàn)的有SO2、煙粉塵、氮氧化物、碳氧化物等，考慮到數(shù)據(jù)的連續(xù)性及可獲得性，選取工業(yè)SO2、工業(yè)煙粉塵排放量表征大氣污染狀況。文中數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年《中國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《吉林統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 吉林省工業(yè)增長(zhǎng)及大氣污染狀況

以2003年為基期(2003=100)，得到吉林省工業(yè)及兩種大氣污染物排放變化趨勢(shì)，并與全國(guó)同期水平進(jìn)行比較，結(jié)果如圖2所示。

Ⅰ吉林省工業(yè)增加值; Ⅱ全國(guó)工業(yè)增加值; Ⅲ吉林省工業(yè)SO2排放量;Ⅳ吉林省工業(yè)煙粉塵排放量；V全國(guó)工業(yè)SO2排放量；VI全國(guó)工業(yè)煙粉塵排放量。圖2 2003—2014年吉林省工業(yè)增長(zhǎng)(a)和大氣污染物排放(b)的變化情況Fig.2 Trends of industrial growth (a) and atmospheric pollution (b) in Jilin Province from 2003 to 2014

研究期內(nèi)，吉林省與全國(guó)工業(yè)增加值均呈正向增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但吉林省工業(yè)增長(zhǎng)幅度明顯更高。研究期內(nèi)除2004—2005年及2013—2014年外，吉林省工業(yè)增速均高于全國(guó)水平，且年均增長(zhǎng)率達(dá)15.47%(按可比價(jià)格計(jì)算)。兩種大氣污染物排放變化則有所不同，從全國(guó)層面看2014年工業(yè)SO2及工業(yè)煙粉塵排放量均較2003年有所下降，而研究期內(nèi)吉林省兩種大氣污染物均呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。其中工業(yè)SO2排放量增加最多，2014年較2003年增長(zhǎng)69.31%；工業(yè)煙粉塵排放量波動(dòng)性更強(qiáng)，2005—2012年間大幅下降，隨后排放量開(kāi)始回升，2014年較2003年增長(zhǎng)31.61%。總體來(lái)看，研究期內(nèi)吉林省工業(yè)的快速增長(zhǎng)并未帶來(lái)同等幅度工業(yè)大氣污染物排放的增加，工業(yè)增長(zhǎng)幅度更高，但吉林省工業(yè)大氣污染排放對(duì)生態(tài)環(huán)境造成壓力逐漸增大。

采用赫芬代爾指數(shù)計(jì)算工業(yè)及兩種工業(yè)大氣污染物排放的空間集聚程度，結(jié)果如圖3所示。研究期內(nèi)赫芬代爾指數(shù)介于[0.13,0.30]之間，表明吉林省工業(yè)及工業(yè)大氣污染存在聚集情況，但聚集性分布呈相對(duì)均衡態(tài)勢(shì)。具體來(lái)看，工業(yè)聚集程度高于兩種工業(yè)大氣污染聚集程度，而工業(yè)SO2與工業(yè)煙粉塵污染聚集程度相差不大，隨著時(shí)間推移工業(yè)與工業(yè)污染聚集程度差異有所降低。從變化趨勢(shì)看，研究期內(nèi)工業(yè)及兩種污染物赫芬代爾指數(shù)變化趨勢(shì)有所不同，但相對(duì)均衡態(tài)勢(shì)并未改變。工業(yè)聚集指數(shù)逐漸降低，由2003年的0.291 0下降至2014年的0.220 4。與之相反，工業(yè)SO2及工業(yè)煙粉塵聚集指數(shù)總體略有升高，赫芬代爾指數(shù)均于2010年達(dá)到峰值。較工業(yè)煙粉塵而言，工業(yè)SO2聚集程度波動(dòng)更大，2010—2011年間工業(yè)SO2聚集程度短暫超過(guò)工業(yè)聚集程度。

Ⅰ工業(yè)SO2聚集程度; Ⅱ工業(yè)煙粉塵聚集程度; Ⅲ工業(yè)聚集程度。圖3 吉林省工業(yè)及大氣污染集聚程度測(cè)算結(jié)果Fig.3 Calculated results of industrial and atmospheric pollution agglomeration degrees in Jilin Province

2.2 吉林省工業(yè)增長(zhǎng)與工業(yè)大氣污染脫鉤關(guān)系時(shí)空演變

2.2.1 脫鉤關(guān)系時(shí)間變化特征

為揭示東北振興計(jì)劃實(shí)施以來(lái)吉林省各地市州工業(yè)增長(zhǎng)與工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)變化趨勢(shì)，將研究期劃分為11個(gè)時(shí)間段，計(jì)算每一時(shí)間段內(nèi)兩種工業(yè)大氣污染物脫鉤彈性系數(shù)(表1)。

由于2003年后吉林省各地市州工業(yè)均呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)(ΔIND>0)，因此研究期內(nèi)工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)僅包含絕對(duì)脫鉤、相對(duì)脫鉤及擴(kuò)張性負(fù)脫鉤3類。在此情形下，D值越小表示工業(yè)大氣污染壓力越小。由表1可知，T1～T11期間吉林省兩種工業(yè)大氣污染物脫鉤狀態(tài)均以絕對(duì)脫鉤為主，工業(yè)SO2及工業(yè)煙粉塵分別有41.67%、54.55%時(shí)期處于絕對(duì)脫鉤狀態(tài)，同時(shí)相對(duì)脫鉤以Ⅰ型、Ⅱ型為主(D<0.5)，表明東北振興以來(lái)吉林省工業(yè)增長(zhǎng)并沒(méi)有帶動(dòng)工業(yè)大氣污染產(chǎn)生相同幅度的增長(zhǎng)，但工業(yè)增長(zhǎng)對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生的壓力一直存在，T1～T2期間大氣環(huán)境壓力最高，T5～T7期間大氣環(huán)境壓力最小。分類來(lái)看，工業(yè)SO2絕對(duì)脫鉤狀態(tài)多出現(xiàn)在T5～T6、T10～T11時(shí)期，T1～T2、T8時(shí)期以擴(kuò)張性負(fù)脫鉤為主，脫鉤狀態(tài)呈“N”型波動(dòng)；工業(yè)煙粉塵絕對(duì)脫鉤狀態(tài)多分布在T3～T9時(shí)期，而擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)多出現(xiàn)在T5～T6、T10～T11時(shí)期，脫鉤狀態(tài)先升高后降低。綜合來(lái)看，T1～T11期間各地市州工業(yè)增長(zhǎng)帶來(lái)的SO2排放對(duì)大氣環(huán)境壓力反復(fù)性較強(qiáng)，總體降低；工業(yè)煙粉塵排放對(duì)大氣環(huán)境壓力先減小后增大。

進(jìn)一步計(jì)算研究期內(nèi)各地市州工業(yè)SO2及工業(yè)煙粉塵脫鉤穩(wěn)定性指數(shù)，結(jié)果如圖4所示。

研究期內(nèi)，長(zhǎng)春、吉林兩市除吉林市工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)波動(dòng)下降外，其余大氣污染脫鉤狀態(tài)呈波動(dòng)向好態(tài)勢(shì)，但研究期內(nèi)兩市大氣污染3種脫鉤狀態(tài)變化較為頻繁，屬于脫鉤穩(wěn)定性較差類別。四平、遼源、通化、白山、白城等5個(gè)地市屬于脫鉤穩(wěn)定性較好類型，脫鉤狀態(tài)連續(xù)性更強(qiáng)，但工業(yè)SO2及工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)變化趨勢(shì)相反。研究期內(nèi)各地市工業(yè)SO2脫鉤狀均態(tài)波動(dòng)向好，其中四平自T5時(shí)期后脫鉤狀態(tài)變維持在絕對(duì)脫鉤水平；而工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)則呈波動(dòng)下降態(tài)勢(shì)，其中遼源市下降最為明顯。其余地區(qū)各有一種工業(yè)大氣污染物脫鉤穩(wěn)定性較差，其中松原市工業(yè)煙粉塵脫鉤穩(wěn)定性較差，脫鉤狀態(tài)波動(dòng)向好；延邊州工業(yè)SO2脫鉤穩(wěn)定性較差，脫鉤狀態(tài)在擴(kuò)張性負(fù)脫鉤與絕對(duì)脫鉤之間反復(fù)?？傮w來(lái)看，研究期內(nèi)兩種工業(yè)大氣污染物脫鉤狀態(tài)變化均處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的地市所占數(shù)量較多。

表1 吉林省各地市州工業(yè)大氣污染脫鉤指數(shù)測(cè)算結(jié)果Table 1 The decoupling indexes of industrial growth and industrial atmospheric pollution in Jilin Province

圖4 吉林省工業(yè)大氣污染脫鉤穩(wěn)定性Fig.4 The decoupling stability of industrial atmospheric pollution in Jilin Province

2.2.2 脫鉤關(guān)系空間演變特征

利用ArcGIS對(duì)研究期內(nèi)各地市州工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)進(jìn)行空間表達(dá)(圖5)。圖5列出T1、T11時(shí)期吉林省工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)空間分布情況。

T1時(shí)期吉林省工業(yè)大氣污染處于絕對(duì)脫鉤的地區(qū)較少，絕大多數(shù)地區(qū)處于擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)，該階段工業(yè)增長(zhǎng)對(duì)大氣環(huán)境造成的壓力較大，各地區(qū)中又以吉林省中部的吉林、遼源及東部的通化、白山最為嚴(yán)重。進(jìn)入T2時(shí)期，工業(yè)SO2擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)開(kāi)始由中部向兩側(cè)擴(kuò)張，遼源、白山兩市脫鉤狀態(tài)有所好轉(zhuǎn)，呈相對(duì)脫鉤Ⅰ狀態(tài)；工業(yè)煙粉塵擴(kuò)張性負(fù)脫鉤開(kāi)始向中部地區(qū)集聚，并在外圍出現(xiàn)絕對(duì)脫鉤狀態(tài)。該時(shí)期吉林省中部地區(qū)的大氣環(huán)境壓力仍然較大。T2時(shí)期后，各地區(qū)工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)逐漸好轉(zhuǎn)，并于T5時(shí)期達(dá)到最優(yōu)，該時(shí)期各地區(qū)均實(shí)現(xiàn)工業(yè)SO2絕對(duì)脫鉤；除中部地區(qū)的長(zhǎng)春及西部的白城外，其余地區(qū)也均實(shí)現(xiàn)工業(yè)煙粉塵絕對(duì)脫鉤。T5時(shí)期后，各地區(qū)工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)開(kāi)始反彈，T8時(shí)期大氣環(huán)境壓力達(dá)到了一個(gè)新的高峰，中部地區(qū)仍然是工業(yè)大氣污染環(huán)境壓力較高區(qū)域。隨后，各地區(qū)工業(yè)SO2排放壓力逐漸減小，擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)地區(qū)逐漸西移，T11時(shí)期絕大部分地區(qū)重新達(dá)到絕對(duì)脫鉤狀態(tài)；而伴隨著工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)的波動(dòng)變化，擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)區(qū)域也發(fā)生變化，逐漸呈現(xiàn)由中部向東擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，T11時(shí)期工業(yè)煙粉塵對(duì)大氣環(huán)境壓力達(dá)到最高峰。總體來(lái)看，兩種工業(yè)大氣污染物脫鉤狀態(tài)空間變化有所差異，吉林省中部地區(qū)脫鉤狀態(tài)反復(fù)性較強(qiáng)。

2.3 脫鉤狀態(tài)變化影響因素分析

根據(jù)脫鉤指數(shù)分解模型計(jì)算得到研究期內(nèi)各地市州兩種大氣污染物的末端治理及清潔生產(chǎn)脫鉤因子，圖6給出兩種類型脫鉤因子不同脫鉤狀態(tài)所占時(shí)期比重情況。

圖5 吉林省工業(yè)SO2(a、b)及工業(yè)煙粉塵(c、d)脫鉤空間分布Fig.5 Spatial distributions of decoupling indexes of industrial SO2(a, b) and industrial soot (dust) (c, d) in Jilin Province

A: 擴(kuò)張性負(fù)脫鉤; B: 擴(kuò)張性絕對(duì)脫鉤; C: 擴(kuò)張性相對(duì)脫鉤; D: 協(xié)同性相對(duì)脫鉤; E: 協(xié)同性絕對(duì)脫鉤; F: 強(qiáng)負(fù)脫鉤; G: 相對(duì)脫鉤; H: 絕對(duì)脫鉤; 1: 工業(yè)SO2; 2: 工業(yè)煙粉塵。圖6 吉林省末端治理(a)及清潔生產(chǎn)(b)脫鉤彈性系數(shù)計(jì)算結(jié)果Fig.6 Calculated results of end-of-pipe (a) and cleaner production (b) decoupling indexes in Jilin Province

工業(yè)SO2末端治理脫鉤狀態(tài)以擴(kuò)張性脫鉤為主，占總時(shí)期的72.63%，研究期內(nèi)吉林省各地市州工業(yè)SO2產(chǎn)生量仍以增長(zhǎng)為主。其中擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)出現(xiàn)頻次略高于其他兩種擴(kuò)張性脫鉤狀態(tài)，并主要分布于T2～T3時(shí)期。研究期內(nèi)僅遼源市未出現(xiàn)協(xié)同性絕對(duì)脫鉤狀態(tài)，白山市出現(xiàn)次數(shù)最多，表明白山市工業(yè)SO2末端治理能力最優(yōu)。同工業(yè)SO2相比，工業(yè)煙粉塵擴(kuò)張性脫鉤狀態(tài)所占比重僅為57.14%，研究期內(nèi)工業(yè)煙粉塵產(chǎn)生量的增長(zhǎng)控制較好。強(qiáng)負(fù)脫鉤及擴(kuò)張性負(fù)脫鉤主要分布在T1、T11時(shí)期，協(xié)同性絕對(duì)脫鉤及擴(kuò)張性絕對(duì)脫鉤主要分布在T3～T9時(shí)期，煙粉塵末端治理能力波動(dòng)較為明顯。

就清潔生產(chǎn)脫鉤狀態(tài)而言，吉林省工業(yè)SO2脫鉤狀態(tài)以相對(duì)脫鉤為主，占比達(dá)46.31%，遠(yuǎn)高于絕對(duì)脫鉤及擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)所占比重。其中擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)分布在T1～T3及T7～T11時(shí)期，工業(yè)SO2清潔生產(chǎn)能力先升高后降低。工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)分異較為明顯，脫鉤狀態(tài)以擴(kuò)張性負(fù)脫鉤及絕對(duì)脫鉤為主，所占時(shí)期比重之和達(dá)79.59%。自T2時(shí)期后兩種脫鉤狀態(tài)開(kāi)始交替出現(xiàn)，由T1時(shí)期的以絕對(duì)脫鉤為主演變?yōu)門11時(shí)期的擴(kuò)張性負(fù)脫鉤為主，工業(yè)煙粉塵清潔生產(chǎn)能力波動(dòng)下降。

由上述分析可知，不同時(shí)期造成工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)變化因素有所差異，進(jìn)一步利用脫鉤影響力函數(shù)分析造成大氣污染擴(kuò)張性負(fù)脫鉤及相對(duì)脫鉤影響因素。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，兩種工業(yè)大氣污染物末端治理脫鉤因子以負(fù)向影響為主，清潔生產(chǎn)脫鉤因子多呈正向影響，分布時(shí)期有所不同。研究期內(nèi)長(zhǎng)春、吉林兩市兩種工業(yè)大氣污染物末端治理脫鉤影響力均由負(fù)變正，逐漸取代清潔生產(chǎn)成為脫鉤變化的主要影響因素，清潔生產(chǎn)逐漸成為制約長(zhǎng)吉兩市工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)提升的主要原因。對(duì)于四平、遼源、通化、白山、白城而言，工業(yè)SO2脫鉤狀態(tài)的提升均與末端治理脫鉤狀態(tài)明顯改善有關(guān)，末端治理脫鉤逐漸呈正向影響；而工業(yè)煙粉塵與之相反，末端治理能力下降是造成脫鉤狀態(tài)下降的主要原因。松原市工業(yè)SO2脫鉤狀態(tài)的下降與清潔生產(chǎn)能力下降有關(guān)，工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)下降屬于末端治理能力下降帶動(dòng)型。延邊州工業(yè)SO2脫鉤狀態(tài)的下降主要與末端治理能力下降有關(guān)，而制約工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)提升的主要原因?yàn)榍鍧嵣a(chǎn)能力的下降。

2.4 脫鉤狀態(tài)變化趨勢(shì)分析

表2給出基于Matlab計(jì)算得到的吉林省各地市州工業(yè)大氣污染脫鉤彈性系數(shù)演變趨勢(shì)的Hurst指數(shù)。

表2 吉林省脫鉤指數(shù)演變的Hurst指數(shù)Table 2 Hurst exponents for the evolutions of decoupling indexes in Jilin Province

就工業(yè)SO2脫鉤彈性系數(shù)演變趨勢(shì)而言，9個(gè)地市H值均大于0.5，表明這些地區(qū)脫鉤彈性系數(shù)演變長(zhǎng)期相關(guān)，具有一定的持續(xù)性。其中H值介于0.5～0.6之間的地區(qū)最多，長(zhǎng)春、吉林、白山、松原、白城、延邊州均屬該種情況，除松原呈脫鉤狀態(tài)呈弱下降趨勢(shì)外，其余地區(qū)均呈弱上升態(tài)勢(shì)即維持絕對(duì)脫鉤狀態(tài)。四平、遼源兩市H值介于0.6～0.7之間，脫鉤彈性系數(shù)變化持續(xù)性略高，未來(lái)兩市脫鉤狀態(tài)將逐漸提升。通化市H值最高，脫鉤彈性系數(shù)變化持續(xù)性最強(qiáng)，未來(lái)脫鉤彈性系數(shù)呈下降趨勢(shì)，脫鉤狀態(tài)同樣呈提升態(tài)勢(shì)。

就工業(yè)煙粉塵脫鉤彈性系數(shù)演變趨勢(shì)而言，9個(gè)地市州僅有吉林、通化、延邊州H值小于0.5，未來(lái)脫鉤彈性系數(shù)演變具有反持續(xù)性，脫鉤彈性系數(shù)呈弱減小趨勢(shì)，脫鉤狀態(tài)有所提升，但同時(shí)因?yàn)槠銱值接近0.5，所以這種反持續(xù)性相對(duì)較弱。其余6個(gè)地市州H值均大于0.5，該地區(qū)未來(lái)工業(yè)煙粉塵脫鉤彈性系數(shù)的演變與過(guò)去狀態(tài)呈正相關(guān)。其中長(zhǎng)春、四平、松原H值介于0.5～0.6之間，長(zhǎng)春、松原脫鉤狀態(tài)未來(lái)呈弱提升態(tài)勢(shì)，四平呈弱下降趨勢(shì)。H值在0.6～0.7之間的有遼源、白山、白城3市，脫鉤狀態(tài)變化持續(xù)性相對(duì)較強(qiáng)，未來(lái)該地區(qū)煙粉塵脫鉤狀態(tài)仍將呈下降趨勢(shì)。

3 結(jié)論與討論

基于脫鉤理論，綜合運(yùn)用Tapio脫鉤法、脫鉤穩(wěn)定性指數(shù)、脫鉤指數(shù)分解、Hurst指數(shù)等多種方法，分析吉林省9個(gè)地市州工業(yè)增長(zhǎng)及大氣污染脫鉤關(guān)系的時(shí)空演變特征及脫鉤關(guān)系變化影響因素，并對(duì)未來(lái)各地市州大氣污染脫鉤狀態(tài)變化趨勢(shì)進(jìn)行研究，得到以下主要結(jié)論：

1)2003年以來(lái)，吉林省工業(yè)的高速增長(zhǎng)并未帶來(lái)同等規(guī)模工業(yè)大氣污染排放，但其對(duì)大氣環(huán)境造成的壓力逐漸增大。期內(nèi)工業(yè)SO2排放量增加最多，工業(yè)煙粉塵排放波動(dòng)性較強(qiáng)；赫芬代爾指數(shù)顯示工業(yè)聚集程度高于兩種工業(yè)大氣污染聚集程度，工業(yè)SO2與工業(yè)煙粉塵污染聚集程度相差不大，隨著時(shí)間推移工業(yè)與工業(yè)污染聚集程度差異有所降低，整體來(lái)看，工業(yè)經(jīng)濟(jì)及兩種工業(yè)大氣污染物空間上呈相對(duì)均衡的聚集態(tài)勢(shì)。

2)研究期內(nèi)兩種工業(yè)大氣污染物脫鉤狀態(tài)變化趨勢(shì)有所不同，工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)2010年前明顯優(yōu)于工業(yè)SO2脫鉤狀態(tài)，但隨后出現(xiàn)顯著下降。脫鉤穩(wěn)定性結(jié)果顯示，長(zhǎng)吉地區(qū)屬于脫鉤穩(wěn)定性較差地區(qū)，脫鉤狀態(tài)反復(fù)較為明顯。從脫鉤狀態(tài)空間格局變化來(lái)看，兩種工業(yè)大氣污染物間同樣存在差異?？傮w來(lái)看，研究期內(nèi)吉林省中部地區(qū)工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)變化反復(fù)性較強(qiáng)，期末中部地區(qū)的核心城市長(zhǎng)春、吉林兩市工業(yè)SO2呈絕對(duì)脫鉤狀態(tài)，相反在長(zhǎng)吉地區(qū)外圍的松原、遼源、通化地區(qū)，工業(yè)SO2排放對(duì)大氣環(huán)境造成的壓力逐漸提升；工業(yè)煙粉塵擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)逐漸呈現(xiàn)由中部向東擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，長(zhǎng)春及松原兩市外圍工業(yè)煙粉塵排放對(duì)大氣環(huán)境造成的壓力逐漸增加。

3)不同地市州造成工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)變化的主要因素有所差異。清潔生產(chǎn)逐漸成為限制長(zhǎng)吉兩市脫鉤狀態(tài)提升的主要限制因素；對(duì)于四平、遼源、通化、白山、白城而言，工業(yè)SO2脫鉤狀態(tài)的提升主要與末端治理能力提升有關(guān)，但末端治理能力制約了工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)的提升；松原市工業(yè)SO2脫鉤狀態(tài)的下降與清潔生產(chǎn)能力下降有關(guān)，工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)下降屬于末端治理能力下降帶動(dòng)型，延邊州與之相反。Hurst指數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示，未來(lái)吉林省各地市州工業(yè)SO2脫鉤狀態(tài)主要呈提升態(tài)勢(shì)，而工業(yè)煙粉塵脫鉤狀態(tài)下降地市仍占很大比重。

經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生環(huán)境影響的同時(shí)，環(huán)境要素與環(huán)境問(wèn)題開(kāi)始成為重塑經(jīng)濟(jì)活動(dòng)空間組織的重要力量[32]。未來(lái)吉林省實(shí)現(xiàn)工業(yè)增長(zhǎng)與工業(yè)大氣污染的穩(wěn)定脫鉤應(yīng)采取以下措施：

1)建立健全區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制，以加大工業(yè)煙粉塵污染治理，抑制工業(yè)煙粉塵排放增加，強(qiáng)化工業(yè)SO2排放監(jiān)控力度，防止工業(yè)SO2污染反復(fù)為總體目標(biāo)。以工業(yè)大氣污染脫鉤狀態(tài)變化類型區(qū)為依托，實(shí)施分區(qū)分類管理。將長(zhǎng)吉地區(qū)為設(shè)為工業(yè)大氣污染重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)，防止工業(yè)污染反復(fù)；四平、遼源、通化、白山、白城為工業(yè)煙粉塵污染重點(diǎn)控制區(qū)，工業(yè)SO2一般控制區(qū)；松原市為工業(yè)SO2污染重點(diǎn)控制區(qū)，工業(yè)煙粉塵污染重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)；延邊州為工業(yè)煙粉塵污染重點(diǎn)控制區(qū)，工業(yè)SO2污染重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)。

2)末端治理與清潔生產(chǎn)并重。首先對(duì)末端治理能力較低地區(qū)，應(yīng)加大對(duì)大氣污染處理設(shè)施及技術(shù)投入，提升火電、水泥等行業(yè)工業(yè)大氣污染物尤其是工業(yè)煙粉塵末端治理能力，縮小地區(qū)間差距。同時(shí)，對(duì)以長(zhǎng)春、吉林兩市為代表地區(qū)積極引導(dǎo)重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行改造，推廣清潔生產(chǎn)技術(shù)，由末端治理向源頭預(yù)防轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)工業(yè)污染總量消減與污染強(qiáng)度控制的統(tǒng)一。

3)進(jìn)一步優(yōu)化工業(yè)結(jié)構(gòu)，加大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)如非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、電力熱力的生產(chǎn)和工業(yè)業(yè)改造，淘汰落后產(chǎn)能，嚴(yán)格控制高耗能、污染密集型項(xiàng)目建設(shè)，優(yōu)化能源利用結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展綠色制造業(yè)，培育綠色新興產(chǎn)業(yè)。調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，加強(qiáng)地區(qū)間產(chǎn)業(yè)聯(lián)系，合理分工，推動(dòng)工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)。