煙霧汚染の都市間における動的相関とその成因に関する研究（その２）

2018年4月12日

（その１よりつづき）

3 都市の煙霧汚染における空間相関の成因分析

3.1 煙霧汚染における空間相関の成因：各汚染物質の視点から

　各汚染物質という視座から都市の煙霧汚染における空間相関の成因を明らかにするために、本稿ではAQIの空間相関ネットワーク(マトリックス形式)を被説明変数とし、6項目の汚染物質における空間相関ネットワークを説明変数として、計量モデルを構築して煙霧汚染における空間相関の成因を定量的に考察した。計量モデル中の被説明変数と説明変数のいずれもマトリックス形式の「関係性データ」であるため、従来の統計分析や回帰モデルによる解析方法で関係性データの回帰分析や統計的検証をしようとしてもうまくいかない。このため、本稿では社会ネットワーク分析における2次割当問題の解法(QAP)に方向転換する。QAPは社会ネットワーク分析において関係性データ間の関係を検討する特定の方法であり、重複サンプリングやマトリックスデータに対する置換をベースとして、ノンパラメトリック法を利用して係数の統計的検証を行う。

(1) QAP相関分析。煙霧汚染の空間相関におけるQAP相関分析の結果、5つの地区内と全サンプル都市において、すべての相関係数は正の値であった。また、いくつかの変数を除き、他の変数の相関係数はいずれも有意性検定に合格したことは、5つの地区内または全サンプル都市のいずれにおいても、煙霧汚染の空間相関と6項目の汚染物質間の空間相関のいずれも顕著な正の相関関係があることを意味している。各汚染物質の視座から対比すれば、5つの地区内または全サンプル都市のいずれにおいても、PM2.5の空間相関とAQIの空間相関の相関係数はいずれも1%の有意性検定に合格した上に、その数値は6項目の汚染物質においていずれも最高で、0.80前後を基本的に維持した。PM10の相関係数はPM2.5よりやや低く、0.60-0.70前後を維持した。その他の4項目の汚染物質の空間相関とAQIの空間相関の相関係数はPM2.5とPM10よりはるかに低かった。この結果によって、粒子状物質、特にPM2.5の空間相関が都市の煙霧汚染における空間相関を招く最も重要な成因であることがわかる。

(2) QAP 回帰分析。相関分析をベースとして、本稿では煙霧汚染の空間相関についてQAP回帰分析を行った。表2にQAP回帰分析の結果を示す。①モデル全体の説明能力。表2の回帰分析結果によれば、5つの地区と全都市の6つの回帰分析結果のうち、調整後のR2はいずれも1%の有意性検定に合格した。数値から見れば、京津冀のR2が最も高く、0.764 0に達したことから、6項目の汚染物質における空間相関については、京津冀地区の都市における煙霧汚染の空間相関ネットワークの説明能力が76.40%に達することがわかる。長江デルタ、珠江デルタ、成渝、長江中流域の4つの地区については、6項目の汚染物質における空間相関と各地区の煙霧汚染における空間相関ネットワークの説明能力はそれぞれ66.90%、67.60%、64.50%、70.30%に達した。全サンプル都市についても、この説明能力は70%以上に達している。この結果から、5つの地区または全サンプル都市のいずれにおいても、6項目の汚染物質における空間相関は煙霧汚染における空間相関について、全体的に非常に良い説明能力を持つことがわかる。②回帰係数と煙霧汚染における空間相関の成因分析。表2の回帰分析結果によれば、PM2.5の空間相関マトリックスにおける回帰係数は、各列の回帰分析結果においていずれも1%の有意性検定に合格している上に、その数値はいずれも所在する列のその他の変数の回帰係数よりはるかに高い。この結果によって、PM2.5の空間相関は煙霧汚染の空間相関を導く主な成因であることがはっきりとわかる。PM2.5の空間相関マトリックスの回帰係数に比べ、PM10の空間相関の回帰係数においては、京津冀、長江デルタ、珠江デルタ、長江中流域ならびに全都市サンプル中の回帰係数も1%の有意性検定に合格したが、その数値はPM2.5の回帰係数よりはるかに低く、0.20-0.30前後を維持した。一方、成渝地区においては、PM10の空間相関の回帰係数はわずか0.103 5で、統計上は有意でなかった。また、その他の4項目の汚染物質については、回帰係数の数値が非常に小さかっただけでなく、多くの回帰分析において有意性検定に合格しなかった。例えば、京津冀と長江デルタ地区のSO2、NO2、O3と珠江デルタ地区のCO、NO2、長江中流域地区のCO、NO2、O3、全都市サンプルのSO2、NO2については、空間相関マトリックスの回帰係数はいずれも有意性検定に合格しなかった。他方、成渝地区ではPM2.5の空間相関の回帰係数のみが有意性検定に合格し、その他の5項目の汚染物質における空間相関の回帰係数はいずれも統計上は有意ではなかった。これらの回帰分析結果によれば、煙霧汚染の空間相関はそれぞれの地区で汚染物質の空間相関による影響を受けて一定の違いは存在するものの、PM2.5の空間相関が大気汚染の空間相関を招く主な成因であるという共通の特徴がある。このため、PM2.5に対する都市間、地域間の共同制御こそ、煙霧汚染の連携対策を構成する最重要要素と言える。

3.2 都市の煙霧汚染の影響因子とその空間相関

　煙霧汚染の地域間共同対策の方法を探るために、煙霧汚染の影響因子に対する実証・考察をベースとして、空間統計における2変数のMoran's I 指標を採用して煙霧汚染とその影響因子間の空間相関性を描写することによって、1つの地区の煙霧汚染とその他の地区の影響因子との間の空間相関レベルを明らかにした。データの入手可能性と影響因子による煙霧汚染への影響の時間的累積性を考慮し、本稿では経済規模(都市地域の総生産)、人口規模(都市の年平均人口)、人口密度(単位面積あたりの人口)、工業規模(都市の工業総生産額)、建設用地規模(都市の建設用地面積)、投資規模(都市の固定資産投資) 、投資密度(固定資産投資総額と都市行政面積の比)、工業汚染物質規模(都市の工業SO2排出量)等の8つの因子と煙霧汚染との関係を考察した。全影響因子データの出典は「中国都市統計年鑑」で、都市のAQIと6項目の汚染物質データは年度平均値により処理する。表3に煙霧汚染と影響因子との間の2変数のMoran's I 指標による推算結果を示す。

　空間相関を考慮しない状況では、AQIとPM2.5、PM10の影響因子とその効果は基本的に一致し、三者と人口規模、人口密度、投資規模、投資密度、工業汚染物質との間にはいずれも有意な正の相関関係が存在する。一方、経済規模、工業規模、建設用地との間にも正の相関関係が存在するが、統計上は有意ではない。その他の各汚染物質では、O3は工業規模との間でのみ10%の有意水準下で正の相関関係が存在した。人口密度、工業汚染物質とSO2、CO、NO2との間ではいずれも有意な正の相関関係が存在するが、NO2はすべての影響因子との間で有意な正の相関関係が存在する。この結果により、経済規模は都市の煙霧汚染における主な誘因ではないことがわかる。なぜなら、都市経済の成長過程では往々にして経済構造の調整・合理化を伴うからである。このため、経済規模の拡大と経済構造の合理化は大気汚染を深刻化させないだけでなく、逆に大気汚染状況の改善にある程度役立つと言える。他方、都市の人口因子、特に人口密度や都市における投資規模の拡大やその強度、工業汚染物質の規模は都市の煙霧汚染に影響を及ぼす重要因子となっている。急速な都市化のプロセスにおいて、大量の外来人口が都市、特に大都市に流入したことは、都市の煙霧汚染にとって巨大な圧力をもたらしている。このことは、現在の中国における煙霧汚染の空間分布構成と完全に一致するものであり、人口密度が高い地区ほど大気汚染が深刻になっている。また、従来型の「高投資、高消費、高排出」を特徴とする粗放型都市発展モデルでは、都市経済の高度成長がもたらされると同時に、莫大な資源環境的代価を払うことになる。都市建設においては、都市の開発強度が絶えず強化され、投資規模が急速に拡大する一方で、科学的な空間構造計画や合理的な内部空間分布が不足し、大量の人口流入や工業汚染物質も短期的には徹底的な転換は難しいことから、都市の規模と資源環境の許容能力との間の矛盾が日増しに深刻化している。煙霧気象が頻繁に発生することは、まさにこの矛盾に効果的な解決が得られていないことの主な表れの一つである。

　空間相関を考慮した状況では、煙霧汚染とその影響因子の2変数のMoran's I 指標による推算結果によれば、ほとんどすべての影響因子とAQIや6項目の汚染物質との間には有意な空間相関性が存在し、このことはある地区における煙霧汚染はその他の地区の影響因子により制約を受けることを物語っている。各影響因子のMoran's I 指標による推算結果を比較すると、8つの影響因子の中では投資密度と人口密度が煙霧汚染との間の空間相関性が最も強いことが示され、これはある地区の都市における投資強度と人口密度が大きいほど近隣地区の煙霧汚染が深刻になることを物語っている。このほか、投資規模、工業汚染物質、人口規模と煙霧汚染との間の空間相関性もやや強い一方で、経済規模や工業規模、建設用地も多くの状況下では有意に正の相関を示すものの、その数値は相対的に低く、煙霧汚染の空間相関性は相対的に弱い。このため、都市建設のプロセスにおいては、煙霧汚染の空間相関に対応するために、地域間で都市の人口規模を合理的に制御し、都市の投資強度や工業汚染物質の削減等の分野で連携を強化しなければならない。また、煙霧汚染に関する地域間連携対策システムの構築を加速し、整備を続けると同時に、煙霧汚染の共同予防・制御を地域の共同発展戦略に融合させ、地域の人口、経済と社会の共同発展を促し、煙霧汚染の連携対策において良好なインタラクティブを実現する必要がある。

4 結論と政策的示唆

4.1 研究の結論

(1) 都市における煙霧汚染は地区内と地区間のいずれにおいても普遍的な動的相関関係がある上に、この相関関係はすでに地理上の距離の制約を超えて交錯し、関係性の緊密なマルチスレッドの複雑なネットワーク分布状況を示している。全サンプル都市に比べ、煙霧汚染は5つの地区内の相関ネットワークにおいてさらに強い安定性を示し、各汚染物質においてはPM2.5とPM10の空間相関ネットワークの安定性が他の4項目の汚染物質より明らかに強い。煙霧汚染の空間相関ネットワークは関係が緊密なだけでなく顕著な小世界的特徴を示しており、AQIと6項目の汚染物質は任意の2つの都市ノード間において1～2個の中間都市を介せば関係を構築することができるため、都市における煙霧汚染間の関係をさらに促進している。

(2) AQIの空間相関と6項目の汚染物質間の空間相関のいずれにも有意な正の相関関係がある。このうち、PM2.5の空間相関とAQIの空間相関における相関性が最も強く、基本的に0.80前後を維持している。PM10の相関係数はPM2.5よりやや低く、0.60--0.70前後を維持しているが、他の4項目の汚染物質の空間相関とAQIの空間相関の相関係数はPM2.5とPM10よりはるかに低い。さらにQAP回帰分析の結果、都市における煙霧汚染の空間相関は各汚染物質の空間相関による影響を受けて各地区で一定の違いが存在するものの、粒子状物質、特にPM2.5の空間相関が都市における煙霧汚染の空間相関を招く最も重要な成因であることが明らかになった。

(3) 煙霧汚染の数多くの因子の中では、都市の人口密度、都市の投資規模の拡大や強度、工業汚染物質の規模が都市の大気汚染に影響を及ぼす重要因子である。空間相関においては、すべての影響因子がAQIや6項目の汚染物質との間で有意の空間相関性を持ち、このことはある地区の煙霧汚染は他の地区の影響因子により制約を受けることを意味する。なかでも、都市の投資密度、人口密度、投資規模、工業汚染物質、人口規模の5つの影響因子と煙霧汚染との間には強い空間相関性が存在する。一方、経済規模、工業規模、建設用地は多くの状況において煙霧汚染との空間相関性が弱い。

4.2 政策的示唆

(1) 煙霧による大気汚染の空間相関ネットワークと動的相互作用を前に、煙霧汚染の連携対策システムを刷新し、地域間の共同対策体制を構築することが必然の流れとなっている。現在、京津冀、長江デルタ、珠江デルタ等の地区では大気汚染の連携対策システムが基本的に構築されており、上海、天津、安徽、江蘇等の複数の省でも省級の大気汚染対策条例が相次いで制定され、実施されている。都市における煙霧汚染の空間相関とそのネットワーク構造については、同じ地区内で空気質において独善的でいられる都市は一つとして存在せず、ある都市で煙霧汚染対策に努力をすればその都市の空気質は短期的にはやや好転するだろうが、煙霧汚染の空間相関ネットワークのためにその努力も急速に帳消しにされてしまうだろう。このため、まずは地区内で煙霧汚染の連携対策を実施し、それから地域間の連携対策システムを構築することが、現在の煙霧汚染問題を全体的に解決するための必然の選択となる。

(2) 煙霧汚染はすでにすべての都市が直面する共通の問題となっており、局地的な煙霧汚染対策では全国の煙霧汚染問題の根本的解決は不可能であるため、地区間の大気汚染連携対策システムの構築が急務となっている。「不謀全局者、不能謀一域」（大局的見地に立たなければ、一地方も治めることはできない）というように、煙霧汚染における空間相関ネットワークの動的相互作用に対しては大局的意識を築き、より大きな局面から地域の大気汚染問題を観察する必要がある。煙霧汚染における地域間連携対策システムの構築における実行可能な筋道としては、国家級都市群が所在する5つの地区を拠り所とし、これらの地区の中核都市を中心に各地区内で構築された煙霧汚染の連携対策システムをベースとして、煙霧汚染の連携対策における地域的境界を拡大し続け、かつ、複数の地区における煙霧汚染連携対策システムを繋ぎ合わせ、最終的にはその地区の中核都市を中心にPM2.5を制御上の共通の重点とする地域間の煙霧汚染連携対策システムを構築することである。そして、煙霧汚染の連携対策の全地域における基本的実現をベースとして、強力な制御体制を構築し、煙霧汚染における共同対策の実現を加速することである。

(3) 都市化戦略の実施における重要な時期において煙霧汚染の空間相関に効果的に対応するために、都市の人口規模や都市の投資強度、工業汚染物質の削減等の分野で地区間の協調性を強化する必要がある。さらに、煙霧汚染の地域間連携対策システムの構築を加速し、整備し続けるとともに、煙霧汚染の連携対策システムを都市群の発展戦略や地域の共同発展戦略に融合させ、地域の人口、経済と社会の共同発展と煙霧汚染の連携対策システムの相互作用を促し、最終的には共同の汚染対策効果を最大限高めるとともに、より大きな空間範囲における地域の全面的な共同発展を実現しなければならない。しかしながら、煙霧汚染連携対策システムの成功を確保するには、なお多くの困難がある。このため、都市間、地区間における煙霧汚染の連携対策を実現するには、ネットワーク内のすべての都市と地区でまずは自身の煙霧汚染対策を適切に実施することが求められる。さもなければ、協調システムや審査システムが不足することを前提に多くの地区間で争うこととなり、その結果、どの都市や地区も汚染対策に向けてより多くの努力をする意欲を失くし、最終的には連携対策の効果を下げてしまう。また、煙霧汚染の連携対策は「連携」が強調されることから、根本的解決には至らない措置に過ぎない。空気質の徹底改善を確保する最も根本的な筋道は生産方式やライフスタイルの転換である。「緑色発展」の実現を加速すること、つまり、地球に優しい発展こそ、煙霧汚染対策で通るべき道であり、最終的な選択であると言えよう。

（おわり）

※本稿は劉華軍、孫亜男、陳明華「霧霾汚染的城市間動態関聯及其成因研究」（『中国人口·資源与環境』2017年第27巻第3期、pp.74-81）を『中国人口·資源与環境』編集部の許可を得て日本語訳／転載したものである。記事提供：同方知網（北京）技術有限公司