信息流视角认为，如果地区X 的雾霾污染影响地区Y 的雾霾污染，那么地区Y 的雾霾污染将包含地区X 雾霾污染的所有信息。

同在一片蓝天下，人类同呼吸，共命运。面对全球性雾霾污染，世界上没有任何一个国家和地区可以独善其身。作为世界上最大的发展中国家和发达国家，中国和美国都是构成全球雾霾污染系统的重要组成部分，而中美雾霾污染的空间交互影响也一直是科学研究的热点问题（Wang et al.，2009；Randel，2010；Yu et al.，2012）。因此，必须要准确识别中美雾霾污染的空间交互影响，其不仅可以加深我们对雾霾污染空间交互影响的认识，还可以为中美两国在雾霾污染联合治理领域开展双边合作提供科学基础。

▲ 2018 年中美空气质量概况

图中虚线表示世界卫生组织规定的日均PM2.5 浓度标准：25 微克/米³。左侧5 个折线图的纵轴表示日均PM2.5 浓度，范围是0~250 微克/米³，右侧5 个折线图的纵轴表示日均PM2.5 浓度，范围是0~50 微克/米³

理论研究表明，雾霾污染的空间交互影响主要有两种驱动机制，即自然因素驱动机制和社会经济因素驱动机制（Jaffe et al.，1999；Cooper et al.，2010；Zhang et al.，2017）。有关雾霾污染的空间交互影响的经验研究主要从物质流（material flow）和信息流（information flow）两类视角开展。

在物质流视角下，研究者通常采用ACEFTS、GEOS-Chem、CAMx、WRF-Chem、EMAC、PDM 等多样化的空气质量模型对空气污染物在邻近地区之间甚至洲际的物质传输过程进行仿真模拟（Cooper et al.，2010；Randel et al.，2010；Lin et al.，2014；Liu et al.，2016；Li et al.，2017；Lelieveld et al.，2018；薛文博等，2014），这为雾霾污染的跨界传输提供了强有力的物理学证据。然而，受模型和方法的限制，空气质量模型仅能模拟自然因素对雾霾污染跨界传输的影响，且空气质量模型在模拟空气污染物跨界传输时，必须要借助复杂的模型和大量参数（如风向、风向角和混合层高度等），考虑到这些参数的获取需要投入大量物力和人力，因此利用空气质量模型很难以低成本的方式考察雾霾污染的空间交互影响。

在信息流视角下，雾霾污染数据包含雾霾污染程度和雾霾污染影响因素的全部信息（Liu et al.，2018；李维和蒋明，2015）。随着空气质量监测技术的快速发展，地面监测站点和监测范围也在不断增加和扩大，雾霾污染监测数据的可得性大大提高，这为我们单纯利用监测数据考察中美雾霾污染的空间交互影响提供了便利。

基于信息流视角，本章（文）将Sugihara 等（2012）提出的收敛交叉映射因果推断技术与Ye 等（2015）提出的广义同步检验相结合，利用PM2.5 监测数据从国家和城市两个层面识别中美雾霾污染的空间交互影响。

研究发现，中美两国的雾霾污染存在空间交互影响，美国雾霾污染影响中国雾霾污染的因果关系不仅数量多，而且影响强度也略高于中国雾霾污染影响美国的强度。

研究发现，中美两国的雾霾污染是空间交互的。其中，在国家层面，在收敛交叉映射因果检验基础上的广义同步检验表明，在1%显著性水平上，雾霾污染仅存在由美国指向中国的单向因果关系。在城市层面，中美两国10 个样本城市之间理论上共存在50 个可能的因果关系。

▲ 识别广义同步与真正双向因果

研究发现，在1%显著性水平上，美国城市指向中国城市的因果关系有12 个，而中国城市指向美国城市的因果关系仅有5 个。在影响强度上，美国城市的雾霾污染对中国城市的影响强度高于中国城市的雾霾污染对美国城市的影响强度，如重庆的雾霾污染对华盛顿的影响强度为0.21，而华盛顿的雾霾污染对重庆的影响强度为0.35。

▲ 中美雾霾污染空间交互影响：城市层面

与已有研究相比，本章的边际学术贡献主要体现在以下几个方面：

  • 第一，以PM2.5 为代理变量考察中美雾霾污染的空间交互影响。PM2.5 作为雾霾污染最主要的组成部分，极易扩散和远距离传输。然而，已有文献考察的重点多放在臭氧、氨气和其他空气污染物上（Jaffe et al.，1999；Cooper et al.，2010；Verstraeten et al.，2015；Oita et al.，2016），鲜有文献考察PM2.5 的空间交互影响。

  • 第二，采用数据驱动的因果推断方法，考察中美雾霾污染的空间交互影响。不论是物质流中的空气质量模型，还是信息流下的格兰杰因果推断技术，它们都是模型驱动的，而收敛交叉映射作为一种数据驱动的高级非参数方法可以避免模型驱动方法中模型设定等固有问题。

  • 第三，在充分考虑雾霾污染的非线性与弱耦合特征的基础上，首次将Sugihara 等（2012）提出的收敛交叉映射因果推断技术和Ye 等（2015）提出的广义同步检验相结合，能够从广义同步现象中识别出真正的因果关系，并将其应用于识别中美雾霾污染的空间交互影响。

▲ 中美雾霾污染的不稳定相关

本章在学术上丰富了中美雾霾污染空间交互影响的研究，有助于加深对雾霾污染跨国影响的认识。面对雾霾污染的空间交互影响，中国和美国应求同存异，通过积极开展联合科学研究、技术转让和建立雾霾污染防治基金，加强雾霾污染治理领域的合作。一旦中美两国成功建立起雾霾污染的双边合作治理体系，必将吸引越来越多的国家参与进来共同行动，雾霾污染全球治理体系的构建将非常值得期待。

雾霾污染的跨界传输已成为一个全球性问题，合作治理是唯一解决之道。

中美两国在国家制度、历史文化、经济发展阶段等方面存在差异，但这并不应该成为中美合作道路上的绊脚石，中美两个国家都在雾霾污染治理上花费了大量的时间和精力。作为世界上第一个大规模开展PM2.5 治理的发展中大国，中国在借鉴其他国家成功经验的基础上，立足中国特色社会主义实践，形成了“政府主导、部门联动、企业尽责、公众参与”的中国模式，在雾霾污染治理上取得了前所未有的成效。雾霾污染问题并非中国独有，美国为了应对雾霾污染的困扰，实施了环保立法、成立环保机构、开展州际合作、制定排放总量与交易制度等措施，经过多年的努力，美国的空气污染治理已经取得了巨大成效。

面对雾霾污染的空间交互影响，中美两国应当求同存异，以构建人类命运共同体理念为指导，充分发挥自身的优势和长处，通过多种方式在雾霾污染治理领域建立双边合作关系，共同应对全球雾霾污染。

  • 首先，中美两国应积极开展联合科研攻关，厘清雾霾污染的传输路径及其驱动因素，进行污染物的联合监测与数据管理，加强科研机构之间的交流，为两国制定雾霾污染治理政策提供有力支撑。

  • 其次，通过技术转移分享两国先进的雾霾污染治理技术，如清洁能源生产技术、氮氧化物减排技术等。

  • 最后，设立雾霾污染联合治理基金。雾霾污染治理需要大量的资金支持，政府作为管理者应当在雾霾污染联合治理基金中发挥主导作用，企业、社会组织和个人积极参与，以确保联合科研和技术转移所需资金来源的稳定性。

人类只有一个地球，人类文明与地球生态共生共赢。雾霾污染是全球性问题，中国和美国之间的合作是解决全球雾霾污染问题的重要保证。一旦中美两国在雾霾污染领域成功建立了双边合作体系，那么依靠双方强大的国际地位和国际影响力，全球雾霾污染合作体系的建立将非常值得期待。

开展中美雾霾污染空间交互影响的相关研究，可为中美两国在雾霾污染治理领域建立双边合作体系提供理论依据。然而，受一些客观条件的限制，该研究仍存在一定局限，主要体现在以下几个方面：

  • 在数据质量上，使用的PM2.5 数据是由伯克利地球处理并发布的，一方面，伯克利地球的PM2.5 数据是通过各个国家和地区的环境监测站点获取的，难免存在地方官员为了政绩而谎报数据的情况（Ghanem and Zhang，2014）；另一方面，为了获得连续的空气质量估算数据，伯克利地球采用克里金插值对监测数据进行了处理，但是插值之后的数据依然会存在连续噪声和估计误差。

  • 在样本城市的选择上，受限于现有的硬件设备以及收敛交叉映射运行时间会随着样本量的增加而延长，因而只在中国和美国分别选择了5 个经济、人口都比较集中的大都市，因为这些城市受到雾霾污染威胁的可能性更大，更具有代表性。

未来，随着硬件设备的更新和算法的改进，更多的样本城市被纳入考察范围，研究结果将会更具有说服力。在雾霾污染传导的具体路径上，中美之间雾霾污染的空间交互影响必定涉及比较复杂的传输机制。本章只是将中美作为雾霾污染空间交互影响的起始点，而中间的传导机制是否包括日本、韩国、加拿大等其他中间国家，以及是怎么通过中间国家产生雾霾污染的空间交互影响还有待进一步探讨。

本文摘编自《雾霾污染的空间关联与区域协同治理》（刘华军等著. 北京：科学出版社，2021.1）一书“第十一章 中美雾霾污染的空间交互影响”，有删减，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-066825-7

责任编辑：杨婵娟 吴春花

雾霾污染的空间关联特征决定了区域联防联控是解决雾霾污染问题的必要手段。本书是作者近年来围绕雾霾污染空间关联及区域协同治理开展的一系列研究的成果。本书分为空间关联篇、协同治理篇、全球雾霾污染篇，共十二章。其中，在空间关联篇，基于信息流视角，利用空间统计分析方法、网络分析方法等，考察不同空间尺度下中国雾霾污染的空间关联特征；在协同治理篇，实证检验雾霾污染区域联防联控的效果，利用环境库兹涅茨曲线这一分析工具考察雾霾污染与经济发展之间的关系，提出雾霾污染区域协同治理面临的两大困境及其破解思路，重点考察雾霾污染区域协同治理中的“逐底竞争”问题；在全球雾霾污染篇，考察中美雾霾污染的空间交互影响，以及雾霾污染的全球交互影响及其网络结构，并从构建人类命运共同体理念出发，提出雾霾污染全球治理体系构建路径。本书的研究可以为中国全面打赢蓝天保卫战提供有力支撑，为雾霾污染治理领域推动构建人类命运共同体提供路径支持。

本书可供雾霾治理决策者以及区域经济、雾霾研究领域的研究人员参考，也可供经济学、社会学学科的高年级本科生和研究生参考或作为基础教材使用。

（本文编辑：刘四旦）

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