上海市近年來大氣環(huán)境質(zhì)量變化趨勢(shì)分析

馬民濤,韓昀峰,宋凌艷

(北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院,北京 100124)

1 引 言

環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展都與人類的生存和發(fā)展息息相關(guān),保護(hù)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,已經(jīng)成為各國(guó)以及各地區(qū)的共識(shí)。大氣環(huán)境質(zhì)量對(duì)于評(píng)價(jià)城市的環(huán)境水平乃至綜合競(jìng)爭(zhēng)力具有非常重要的意義。大氣污染是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象,是自然和人為環(huán)境條件復(fù)雜相互作用的結(jié)果;在特定時(shí)間空間的大氣污染物濃度受到很多因素的影響。

近幾年,上海市在主要污染物的控制方面取得了顯著效果,城市大氣環(huán)境質(zhì)量逐漸得到改善。隨著經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高,同時(shí)為迎接2010年上海世博會(huì)的召開,如何重新審視上海市的大氣環(huán)境質(zhì)量,分析與總結(jié)上海近年來與社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)的大氣環(huán)境變化情況,探索大氣環(huán)境變化的主要控制因素,對(duì)上海的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。本文通過對(duì)相關(guān)資料的大量調(diào)查與研究,對(duì)上海市大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀、變化趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié),對(duì)這種變化的主要控制因素進(jìn)行了初步的探索分析。

2 上海市大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)情況與變化趨勢(shì)定量分析

2.1 大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)情況

我國(guó)目前規(guī)定空氣質(zhì)量中的主要污染物有三項(xiàng)：二氧化硫 (SO2)、二氧化氮 (NO2)、可吸入懸浮顆粒物 (PM10)。為更清楚地了解上海市大氣環(huán)境主要狀況及其近年有變化情況,本文在查閱大量文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上,主要從中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部(www.mep.gov.cn)、上海環(huán)境(www.sepb.gov.cn)、上海環(huán)境熱線 (www.envir.gov.cn)、上海統(tǒng)計(jì)(www.stats-sh.gov.cn)、《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)環(huán)境年鑒》、上海環(huán)境狀況公報(bào)、上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)等資源得到并總結(jié)了上海市自2000年至 2007年共 8年的大氣主要污染物 (SO2、NO2、P M10)年平均濃度數(shù)據(jù),經(jīng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果作圖,如圖 1所示：

圖1 主要污染物濃度變化示意圖Fig.1 Concentration variation of key pollutants

2000年到 2007年的 8年時(shí)間,SO2濃度的變化曲線總體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),NO2、PM10濃度的變化曲線經(jīng)歷了先降低,后逐漸增大,又逐漸降低的變化過程。其中 SO2的濃度變化從 2000年到 2005年一直處于上升趨勢(shì),2005之后出現(xiàn)了下降趨勢(shì);除 2005年以外,其余年份的濃度均好于國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濃度限制。NO2的濃度值 2001年較 2000年下降了 21.4%,從 2001年到 2004年呈現(xiàn)了緩慢的上升趨勢(shì),2004年到 2007年開始平穩(wěn)下降。PM10的濃度 2000年到 2001年出現(xiàn)了陡降,降幅達(dá)到了35.5%,之后從2001年到2007年一直處于平緩的下降趨勢(shì),在 2002年和 2004年出現(xiàn)了小幅度的波動(dòng)。

上海市整體的大氣環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)步改善,這樣的變化從圖 2所示的歷年空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率中也能看出,從 2003年開始,上海環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率連續(xù) 5年保持在 85%以上?？梢钥闯錾虾Ｊ羞B續(xù) 3輪“環(huán)保三年行動(dòng)計(jì)劃”成果是卓越的,這對(duì)于一個(gè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大型城市取得的大氣環(huán)境治理成果,是難能可貴的。

圖2 空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率變化曲線Fig.2 The curve of air quality variation

上海市大氣環(huán)境質(zhì)量的變化也可以用城市空氣污染指數(shù)來表征?？諝饩C合污染指數(shù)是各項(xiàng)空氣污染物的單項(xiàng)因子的指數(shù)加和,可用于評(píng)價(jià)城市空氣質(zhì)量總體狀況、年際變化以及城市間空氣污染程度的比較?？諝饩C合污染指數(shù)數(shù)值越大,表示空氣污染程度越嚴(yán)重,空氣質(zhì)量越差。本文根據(jù)《中國(guó)環(huán)境年鑒》、上海環(huán)境狀況公報(bào)、上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)等資源的資料數(shù)據(jù),以 2000到 2007年的空氣綜合指數(shù)進(jìn)一步作圖,參見圖 3,可以看出上海市的城市空氣污染指數(shù)從 2000年到2003年持續(xù)下降,2004年和 2005年出現(xiàn)了上升的狀況,2006年和 2007年以平均每年 10%的降幅下降?？諝馕廴境潭鹊玫搅嗣黠@的緩解,空氣質(zhì)量逐漸變好。

圖3 城市空氣污染指數(shù)變化圖Fig.3 Change of air pollution index of the City

2.2 主要污染物排放情況

圖4 主要污染物排放變化示意圖Fig.4 Emissions of key pollutants

圖4所示是主要污染物排放量的變化趨勢(shì),包括二氧化硫總排放量、煙塵總排放量、工業(yè)粉塵排放量、市區(qū)月降塵量平均值。其中,工業(yè)粉塵排放量的變化趨勢(shì)最為平穩(wěn),呈現(xiàn)了持續(xù)的較平穩(wěn)下降趨勢(shì),2007年相對(duì) 2000年下降了 65.8%。市區(qū)月降塵量年均值 8年的下降幅度為 18.5%,2003年和 2004年有小幅度的上升,其他年份均穩(wěn)定下降。煙塵總排放量 2000年到 2003年處于較明顯的下降趨勢(shì),2004年略有回升,之后呈現(xiàn)小幅度的穩(wěn)定的下降趨勢(shì),8年的下降幅度為 25.0%。二氧化硫總排放量的變化曲線比較不規(guī)則,2000年到 2001年是處于上升趨勢(shì),2002年有 5%的下降幅度, 2003年到 2005年一直處于攀升趨勢(shì),2005年相對(duì)于 2002年出現(xiàn)了 14.9%的增幅,之后 2006年、2007年以平均每年 1.5%的幅度下降。以上主要污染物濃度波動(dòng)的變化趨勢(shì)與污染源的排放、環(huán)境保護(hù)經(jīng)費(fèi)的投入、氣象條件、環(huán)境管理措施及力度,還有機(jī)動(dòng)車數(shù)量的急劇增長(zhǎng)都是有密切的關(guān)系的,出現(xiàn)了波動(dòng)的趨勢(shì)是非常正常的,但同時(shí)我們也可喜的看到從 2005年之后主要污染物的排放量均處于下降的趨勢(shì)中。

2.3 酸雨情況

酸雨是上海市面臨的更為顯著的空氣質(zhì)量問題之一。酸雨是指被大氣中存在的酸性氣體污染、pH值小于 5.65的降水。酸雨主要是人為地向大氣中排放大量酸性物質(zhì)造成的。我國(guó)的酸雨主要是因大量燃燒含硫量高的煤而形成的,此外,各種機(jī)動(dòng)車排放的尾氣也是形成酸雨的重要原因。

圖5 SO2,NO2濃度變化與酸雨頻率的關(guān)系Fig.5 Relationship be tween the changes of SO2,NO2and frequency of acid rain

圖5所示是 SO2,NO2濃度變化與酸雨頻率的關(guān)系,可以看出酸雨發(fā)生的頻率整體呈現(xiàn)升高的趨勢(shì),2007年較 2000年酸雨發(fā)生頻率增加了 1.91倍,酸雨情況非常嚴(yán)重。2000年到 2005年酸雨頻率的增大主要是由于 SO2、NO2濃度總體的持續(xù)升高;2005年后,SO2、NO2濃度逐漸降低,但酸雨頻率卻沒有隨之下降,主要原因是由于上海市機(jī)動(dòng)擁有量大量增加,交通流量、道路揚(yáng)塵密度、尾氣排放量隨之劇增,同時(shí)也導(dǎo)致了車速下降,阻塞嚴(yán)重等不良現(xiàn)象[1]。隨著機(jī)動(dòng)車速度減慢,車輛尾氣排放量會(huì)越來越高,從而導(dǎo)致了酸雨頻率持續(xù)攀升。另外,由圖 6所示的酸雨 pH值 2007年已經(jīng)達(dá)到了 4.55,這將產(chǎn)生嚴(yán)重的危害,例如使大片森林死亡,農(nóng)作物枯萎;會(huì)抑制土壤中有機(jī)物的分解和氮的固定,淋洗與土壤離子結(jié)合的鈣、鎂、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素,使土壤貧瘠化;還可使湖泊、河流酸化,并溶解土壤和水體底泥中的重金屬進(jìn)入水中,毒害魚類;加速建筑物和文物古跡的腐蝕和風(fēng)化過程;可能危及人體健康。

圖6 酸雨pH值變化示意圖Fig.6 The pH Change of the acid rain

上海市應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)推廣低硫燃料,開發(fā)和使用節(jié)煤清潔劑及致酸物質(zhì)控制技術(shù),加強(qiáng)綠化,大量栽種可以吸收二氧化硫的植物,提高機(jī)動(dòng)車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)、改善交通擁堵狀況等措施,以緩解酸雨的嚴(yán)重情況。

3 主要污染物變化趨勢(shì)定量分析

為了能更好的表征上海市大氣環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢(shì),本文利用了 Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量中三種主要污染進(jìn)行定量分析。

國(guó)家環(huán)保總局在《環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書編寫技術(shù)規(guī)定》中推薦使用 Spear man秩相關(guān)系數(shù)法對(duì)污染變化趨勢(shì)進(jìn)行定量分析[2]。這種方法適用于單因素小樣本數(shù)的相關(guān)檢驗(yàn)[3,4]。方法簡(jiǎn)明扼要,精確性高。本方法要求樣本數(shù)應(yīng)大于 4。秩相關(guān)系數(shù) Rs的絕對(duì)值大小表示變化的強(qiáng)度,將秩相關(guān)系數(shù) Rs的絕對(duì)值與秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中的臨界值Wp進(jìn)行比較,如果∣Rs∣ ＞W(wǎng)p則表明變化趨勢(shì)有顯著性意義。Rs值的正負(fù)分別表示污染的增長(zhǎng)和下降,當(dāng) Rs為正值表明為上升趨勢(shì),Rs為負(fù)值時(shí)則表明為下降趨勢(shì)。公式為：

式中：RS—秩相關(guān)系數(shù);

n—時(shí)間周期數(shù),即樣本數(shù);

xi—濃度值從小到大的排列序號(hào);

yi—時(shí)間序列排列的序號(hào)。

表1為主要污染物濃度變化排序。根據(jù)秩相關(guān)系數(shù)法計(jì)算查表,在 0.5可信度水平下,n=8時(shí), Wp=0.6430,其結(jié)果見表 2。

表1 主要污染物濃度變化排序Tab.1 Sequence of concentration formain pollutants

表2 秩相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果Tab.2 Analysis of corelation coefficient

2000年到 2008年,SO2濃度呈現(xiàn)顯著的上升趨勢(shì),NO2濃度呈現(xiàn)不顯著上升趨勢(shì),PM10濃度呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。用上述方法依次計(jì)算了 2001年到 2007年、2002年到 2007年、2003年到 2007年、2004年到 2007年主要污染物濃度的變化趨勢(shì),其結(jié)果見表 3。

表3 秩相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果Tab.3 Analysis of rank corelation coefficient

由表 3所示的秩相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果可以明顯的看出,SO2濃度在 8年間上升趨勢(shì)由顯著逐漸變成了不顯著,2004年之后出現(xiàn)了顯著的下降趨勢(shì); NO2的濃度上升趨勢(shì)逐漸下降,2003年后出現(xiàn)了顯著的下降趨勢(shì);P M10在 2000年到 2007年一直處于顯著的下降趨勢(shì)。

4 大氣環(huán)境污染物變化的影響因素

大氣環(huán)境質(zhì)量是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象,在特定時(shí)間和地點(diǎn)空氣污染物濃度受到許多因素影響。包括污染源的排放、環(huán)境保護(hù)經(jīng)費(fèi)的投入、氣象條件、地理位置和地形特點(diǎn)、環(huán)境管理措施及力度、公眾參與等。為保證上海市的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展,上海市政府以大氣污染治理為核心,全面推進(jìn)了各項(xiàng)污染治理工作。

4.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整

近幾年來,上海金融業(yè)、現(xiàn)代物流、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及文化產(chǎn)業(yè)等的飛速發(fā)展,從客觀上要求對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,上海由生產(chǎn)型經(jīng)濟(jì)向服務(wù)型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變,形成服務(wù)經(jīng)濟(jì)為主的產(chǎn)業(yè)格局已成為必然的趨勢(shì)。進(jìn)入 20世紀(jì) 90年代后,上海市政府進(jìn)一步明確上海按照三、二、一順序調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),優(yōu)先發(fā)展第三產(chǎn)業(yè),經(jīng)濟(jì)調(diào)整第二產(chǎn)業(yè),穩(wěn)定提高第一產(chǎn)業(yè)[5,6]。本文整理了上海統(tǒng)計(jì) (www.statssh.gov.cn)、上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)等資源的資料數(shù)據(jù)：2000年和 2007年第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)分別占上海地區(qū)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 (Gross DomesticProduct,GDP)的 1.7%、45.4%、48.3%和 0.8%、46.6%、52.6%。2007年的第一、二、三產(chǎn)業(yè)較 2000年分別增長(zhǎng)了 0.33倍、1.57倍、1.58倍。

如圖 7所示的每萬(wàn)元 GDP能源消耗量的持續(xù)降低也可以說明：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整推動(dòng)了以自主創(chuàng)新技術(shù)為主的產(chǎn)業(yè)升級(jí),提高了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量和效益,切實(shí)降低了資源消耗,減少了污染物的排放。

圖7 產(chǎn)業(yè)能耗示意圖Fig.7 Specific industrial energy consumption

4.2 能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整

在連續(xù)的“環(huán)保三年行動(dòng)計(jì)劃”中,上海市加快了清潔能源替代,積極推動(dòng)城市能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。對(duì) 5952臺(tái)燃煤設(shè)施實(shí)施了清潔能源替代,中心城區(qū)拔除了內(nèi)環(huán)線以內(nèi)所有的燃煤鍋爐,積極推進(jìn)工業(yè)園區(qū)集中供熱。目前燃煤占全市能源的比例已經(jīng)低于 45%,天然氣占全市能源比重從零提高到 2007年的 3.1%,清潔能源的大力推廣,使得燃燒釋放的污染物濃度降低。圖 8所示是天然氣供應(yīng)量與 SO2排放量的關(guān)系,可以看出,雖然隨著天然氣供應(yīng)量的不斷增加,SO2的年平均濃度處于上升趨勢(shì),但除 2005年外其他年份的年平均濃度均好于國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濃度限值,2005年的 SO2的年平均濃度也好于三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濃度限值。在上海市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)了1.57倍的情況下,仍嚴(yán)格控制住了 SO2的增長(zhǎng)幅度和趨勢(shì)。

4.3 城市綠化覆蓋率的增加

圖8 天然氣供應(yīng)量與 SO2排放量關(guān)系Fig.8 Relationship between natural gas supply and SO2emission

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快,城市環(huán)境受到了不同程度的破壞,已有的研究也表明：增加城市植被可以在一定程度上改善城市環(huán)境、顯著減低區(qū)域溫度[7,8]、改變臭氧濃度[9]、抑制空氣污染物的擴(kuò)散[10],因此在城市的建設(shè)中,城市綠化受到了相當(dāng)大的重視。本文通過對(duì)《中國(guó)環(huán)境年鑒》、上海環(huán)境狀況公報(bào)、上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)等資源的資料數(shù)據(jù)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)上海市市近幾年城市綠化情況,現(xiàn)將結(jié)果由圖 9給出。

圖9 城市綠化覆蓋率示意圖Fig.9 Afforestation coverage in the city

由圖 9可以看出,上海市的綠化覆蓋率一直處于顯著的上升趨勢(shì)。城市綠化覆蓋率從 2000年的22.2%達(dá)到了 2007年的 37.6%,上海人均公共綠地面積從 2000年的 4.6m2提高到 2007年的12.5m2,建成了國(guó)家園林城市,陸續(xù)建立了崇明東灘鳥類、九段沙濕地等國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)以及長(zhǎng)江口中華鱘、金山三島等自然保護(hù)區(qū),受保護(hù)的濕地面積占全市面積的 8%左右。這充分證明了上海市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷的加強(qiáng),也是上海市大氣環(huán)境質(zhì)量好轉(zhuǎn)的重要因素之一。

4.4 環(huán)保投資

通過對(duì)《中國(guó)環(huán)境年鑒》、上海環(huán)境狀況公報(bào)、上海市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)等資源的資料數(shù)據(jù)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì),整理出圖 10所示的環(huán)保污染治理投資總額及占 GDP比重。

圖10 環(huán)保污染治理投資總額及占 GDP比重示意圖Fig.10 Total inves tment for environmental protection and percentage accounting for in GDP

從圖 10可以看出,2000年以來,在連續(xù) 3輪“環(huán)保三年行動(dòng)計(jì)劃”中,上海市環(huán)保投入占當(dāng)年GDP的比例已連續(xù) 8年穩(wěn)定在 3%以上,總投資達(dá)1830多億元,總計(jì)完成了 650多個(gè)項(xiàng)目,環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善,環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)步提升,有力促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。同時(shí)也說明了社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的需求和政府的重視程度。為更好的改善城市環(huán)境質(zhì)量,確保上海市的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,應(yīng)繼續(xù)保持環(huán)保投資總額在 G DP中的比重。

5 結(jié) 論

5.1 上海市連續(xù)三輪的“環(huán)保三年行動(dòng)計(jì)劃”的實(shí)施、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,城市綠化覆蓋率的增加、環(huán)保投資總額的不斷增加等因素使上海市大氣環(huán)境質(zhì)量逐漸好轉(zhuǎn),大氣污染情況逐步減輕。大氣中主要污染物(SO2、NO2、PM10)濃度從 2004年起出現(xiàn)了下降趨勢(shì),主要污染物的排放從 2005年也出現(xiàn)了下降趨勢(shì)。

5.2 但由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來的大氣環(huán)境壓力,以及機(jī)動(dòng)車數(shù)量的快速增長(zhǎng)等社會(huì)壓力使得上海市治理大氣環(huán)境污染的任務(wù)仍然艱巨。酸雨已經(jīng)成為上海市大氣環(huán)境的突出重要問題之一。

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