鄭州市空氣質(zhì)量時(shí)間變化動(dòng)態(tài)及影響因子研究

鄭敬剛

摘要 以國家環(huán)?？傉镜谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了2014年1—12月鄭州市空氣質(zhì)量指數(shù)的日變化和月變化規(guī)律，采用單因素評(píng)價(jià)法，研究了鄭州市PM10、PM2.5、SO2、NO2、和CO與空氣質(zhì)量的相關(guān)性。結(jié)果表明，鄭州市每月均有不同次數(shù)的污染過程出現(xiàn)，1月、11月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100的天數(shù)最多，分別為25、24 d，其次為10月、12月的21 d，7月輕度污染出現(xiàn)的天數(shù)最少，僅為5 d。鄭州市1—12月空氣質(zhì)量指數(shù)的日均值與其PM10、PM2.5、SO2、NO2和CO的相關(guān)性研究結(jié)果表明，PM10和PM2.5與空氣質(zhì)量指數(shù)呈極顯著線性相關(guān)，CO和NO2與空氣質(zhì)量指數(shù)相關(guān)性不顯著，SO2與空氣質(zhì)量指數(shù)呈顯著指數(shù)函數(shù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞 空氣質(zhì)量指數(shù)；時(shí)間變化；影響因子；河南鄭州

中圖分類號(hào) X823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2015）14-0213-03

Study on Temporary Changes and Its Impacting Factors of Atmospheric Quality in Zhengzhou City

ZHENG Jing-gang

（School of Urban Planning Landscaping，Xuchang University，Xuchang Henan 461000）

Abstract Based on the detected data of national environmental station，the daily changes，and monthly changes of atmospheric quality index from January to December in 2014 were analyzed，and the correlation of PM10，PM2.5，SO2，NO2，CO and atmospheric quality index were discussed.The results showed that there was different frequency pollutant process in each month.The days of atmospheric quality index more than 100 were 25 and 24 days that is recorded in November and January，next to 21 days in October and December.In contrast，only 5 days were recorded in July.There was a significant linear correlation of PM10 and PM2.5 atmospheric quality index.However，there were not significant correlation of SO2，NO2 and atmospheric quality index.Moreover，there was significant exponential function correlation of CO and atmospheric quality index.

Key words atmosphic quality index；temporal changes；impact factors；Zhengzhou Henan

空氣質(zhì)量指數(shù)是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù)[1]，參與空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要污染物有PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3和CO?？諝赓|(zhì)量按照空氣質(zhì)量指數(shù)大小分為6級(jí)，即0～50、51～100、101～151、151～200、201～300和大于300 6檔，與空氣質(zhì)量的優(yōu)、良、輕度污染、中度污染、重度污染和嚴(yán)重污染6個(gè)類別相對(duì)應(yīng)，指數(shù)越大，級(jí)別越高，表明空氣污染越嚴(yán)重，對(duì)人體的健康危害越大[2]。

圍繞城市空氣質(zhì)量與影響因子研究，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究。Jamie等[3]通過對(duì)英國5個(gè)城市的研究，確定了城市密度與其生態(tài)環(huán)境指標(biāo)之間的關(guān)系。Gretchent 等[4]通過對(duì)亞特蘭大12種空氣污染物的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，分析了各類空氣污染物所承擔(dān)的健康風(fēng)險(xiǎn)率之比的各種誤差，以及與其真值之間的關(guān)系。茆長(zhǎng)榮等[5]研究了合肥市2001—2003年P(guān)M10的時(shí)空分布特征，分析了的PM10形成原因及影響因素。王偉武等[6]認(rèn)為，杭州市空氣中的SO2、NO2、O3濃度受人為的生產(chǎn)、生活和交通的不同程度的影響，其中，地表溫度、城鎮(zhèn)建設(shè)用地比例、人口密度、道路比例是影響SO2、NO2、O3濃度分布的重要因子。王 巖等[7]分析了聊城市超標(biāo)污染物與交通流量之間的關(guān)系，研究結(jié)果表明，PM10濃度與交通量有較高的相關(guān)性，而CO濃度與交通量無顯著相關(guān)性。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鄭州市的人口和城市規(guī)模迅速增加，其大氣環(huán)境污染也日益加劇。李 鋼等[8]運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)建立了GM模型，預(yù)測(cè)了鄭州市未來3年P(guān)M10、SO2、NO2濃度的變化趨勢(shì)，他們認(rèn)為，鄭州市未來空氣主要污染物為PM10，城市空區(qū)污染屬典型煤煙型污染。薛帥征等[9]研究了2009—2012年鄭州市空氣質(zhì)量的季節(jié)變化規(guī)律，結(jié)果表明，鄭州市空氣質(zhì)量夏季最好，秋、春季次之，冬季最差。

本文以國家環(huán)保總站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了2014年1—12月鄭州市空氣質(zhì)量指數(shù)的日變化、旬變化和月變化規(guī)律；同時(shí)，采用單因素評(píng)價(jià)法，研究了鄭州市PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO與空氣質(zhì)量的相關(guān)性，并構(gòu)建了其數(shù)學(xué)模型，以期改善鄭州市大氣環(huán)境質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法endprint

1.1 研究區(qū)概況

鄭州市位于河南省中部偏北，地理位置為東經(jīng)112°42′～114°14′，北緯34°16′～34°58′，北臨黃河，西依嵩山。鄭州市屬暖溫帶大陸性氣候，其特點(diǎn)是春季多風(fēng)，冷暖多變；夏季炎熱多雨，水熱同期；秋季清爽，日照充足；冬季干燥，風(fēng)多雨少。全年主導(dǎo)風(fēng)向SSE，冬季主導(dǎo)風(fēng)向WNW。年平均氣溫14.4 ℃，7月最熱，平均氣溫27.3 ℃，1月最冷，平均氣溫0.2 ℃，年平均降雨量為640.9 mm，無霜期220 d，全年日照時(shí)間約2 400 h，全市總面積7 446.2 km2，市區(qū)面積1 010.3 km2，全市總?cè)丝?97.7萬人，中心城區(qū)人口322萬人。

1.2 研究方法

鄭州市2014年1—12月每日大氣的PM10、SO2、NO2、CO濃度數(shù)據(jù)來源于國家環(huán)?？傉荆咳湛諝赓|(zhì)量指數(shù)和PM2.5濃度數(shù)據(jù)由當(dāng)日環(huán)?？傉咎峁┑男r(shí)濃度計(jì)算其平均值獲得。

2 結(jié)果與分析

2.1 鄭州市空氣質(zhì)量日變化

以天數(shù)為橫軸，以鄭州市1—12月每日空氣質(zhì)量指數(shù)為縱軸，繪制了鄭州市1—12月空氣質(zhì)量指數(shù)逐日變化曲線（圖1）。

1月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100的天數(shù)達(dá)到了24 d，1月共出現(xiàn)了4次污染過程，分別是4—11日、13—19日、22—24日和26—31日。2月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100的天數(shù)為20 d，2月出現(xiàn)了4次污染過程，分別是1—3日、7—8日、12—17日和19—27日，1—3日的污染過程雖然較短，但空氣質(zhì)量指數(shù)卻高達(dá)200，明顯高于7—8日的135。3月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100的天數(shù)為16 d，先后發(fā)生了6次污染過程，即1—4日、9—10日、13日、16—19日、25—26日和29—31日。雖然9—10日和25—26日的污染時(shí)間都持續(xù)了2 d，但前后2次的污染程度差異顯著，9—10日的空氣質(zhì)量指數(shù)日均值為124，而25—26日的空氣質(zhì)量指數(shù)日均值高達(dá)195，二者相差了71。4月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100的天數(shù)為20 d，先后出現(xiàn)了6次污染過程，即1—5日、7—10日、12—13日、15—18日、20—22日和29—30日。其中，12—13日的污染最嚴(yán)重，空氣質(zhì)量指數(shù)日均值高達(dá)157。5月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100的天數(shù)為13 d，先后出現(xiàn)了3次污染過程，即1日、18—22日、25—31日。6月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100的天數(shù)為15 d，先后出現(xiàn)了3次污染過程，1日、6—11日、13—19日和30日。7月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100的天數(shù)為5 d，共出現(xiàn)了2次污染過程，6—7日的污染過程持續(xù)2 d，空氣質(zhì)量指數(shù)日均值為114，13—15日污染過程持續(xù)3 d，其空氣質(zhì)量指數(shù)日均值為122。8月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100的天數(shù)為8 d，先后經(jīng)歷了4次污染過程，即1—2日、9—11日、14日和18—19日。9月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100的天數(shù)為9 d，先后經(jīng)歷了3次污染過程，即1日、7—10日和24—27日。10月空氣質(zhì)量大于100的天數(shù)為21 d，先后經(jīng)歷了3次污染過程，即3—11日、17—26日和29—30日，其中，3—11日的污染過程持續(xù)了9 d，其空氣質(zhì)量指數(shù)日均值高達(dá)188， 17—26日的污染過程持續(xù)了10 d，其空氣質(zhì)量指數(shù)日均值為165，29—30日的污染過程雖然只持續(xù)了短短2 d，但空氣質(zhì)量指數(shù)也高達(dá)185。11月空氣質(zhì)量大于100的天數(shù)為25 d，先后經(jīng)歷了4次污染過程，即1日、4—6日、9—11日和14—30日，其中14—30日的污染過程持續(xù)了17 d，空氣質(zhì)量指數(shù)日均值高達(dá)214，在此過程中，21日、22日2 d的空氣質(zhì)量指數(shù)分別達(dá)到400和412，空氣污染程度達(dá)到嚴(yán)重污染等級(jí)。12月空氣質(zhì)量大于100的天數(shù)為21 d，先后經(jīng)歷了5次污染過程，即2—3日、6—10日、14—15日、18—20日和23—31日，其中23—31日的污染過程持續(xù)了9 d，其空氣質(zhì)量指數(shù)日均值高達(dá)183。

2.2 鄭州市空氣質(zhì)量月變化

為了研究鄭州市空氣質(zhì)量的月變化規(guī)律，計(jì)算了鄭州市2014年1—12月各月空氣質(zhì)量指數(shù)的日平均值，繪制了鄭州市1—12月空氣質(zhì)量月變化曲線，如圖2所示。可以看出，鄭州市1—12月空氣質(zhì)量月變化可以劃分為3個(gè)階段，即緩慢下降、相對(duì)穩(wěn)定和急劇上升。其中，1—7月為緩慢下降階段，空氣質(zhì)量指數(shù)由1月165下降為7月的86，月均下降幅度約為11；7—9月3個(gè)月空氣質(zhì)量指數(shù)無顯著變化，其月均值為85；9—11月為急劇上升階段，空氣質(zhì)量指數(shù)由9月的84上升到11月的170，上升幅度高達(dá)86；與11月相比，12月的空氣質(zhì)量指數(shù)又有所下降。同時(shí)，1月、2月、11月3個(gè)月的誤差棒明顯高于其他月份，變異系數(shù)分別高達(dá)45%、47%和50%，顯著高于7月的22%。

2.3 鄭州市空氣質(zhì)量影響因子分析

為了進(jìn)一步闡明影響鄭州市空氣質(zhì)量的主要大氣污染成分，我們采用單因素評(píng)價(jià)法，研究了鄭州市2014年1—12月空氣質(zhì)量指數(shù)的日均值與其PM10、PM2.5、CO、NO2和SO2的相關(guān)性（圖3）。研究結(jié)果表明，PM2.5、PM10與空氣質(zhì)量指數(shù)呈極顯著線性相關(guān)，其相關(guān)方程分別為：

Y=0.875 5X-21.027 R2=0.966 6

Y=1.053X+19.816 R2=0.850 8

式中，Y分別為PM2.5和PM10濃度，X為空氣質(zhì)量指數(shù)。

CO和NO2與空氣質(zhì)量指數(shù)呈顯著性相關(guān)，其相關(guān)方程分別為：

Y=1.017 3e0.004 3X R2=0.530 7

Y=23.461Ln（X）-61.828 R2=0.417 2

式中，Y分別為空氣中的CO和NO2濃度，X為空氣質(zhì)量指數(shù)。

SO2與空氣質(zhì)量指數(shù)相關(guān)性不明顯，其相關(guān)方程為：endprint

Y=0.777 5X0.796 3 R2=0.267 4

式中，Y為空氣質(zhì)量指數(shù)，X為空氣中的SO2濃度。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明：2014年1—12月，鄭州市每月均有不同次數(shù)的污染過程出現(xiàn)，其中，1月、11月空氣質(zhì)量指數(shù)大于100即輕度污染出現(xiàn)的天數(shù)最多，分別為25、24 d，其次為10月、12月的21 d，再次為2月、4月的20 d，7月輕度污染出現(xiàn)的天數(shù)最少，僅為5 d。由此認(rèn)為，造成這種結(jié)果的原因可能主要與氣候有關(guān)。1月正值鄭州市的冬季，燃煤集中供暖增加了空氣中的顆粒物及SO2、NO2等污染氣體濃度，導(dǎo)致空氣污染嚴(yán)重。10月是河南的秋收季節(jié)，鄭州市及其周邊地區(qū)農(nóng)作物的秸稈焚燒必然會(huì)加劇鄭州市的空氣污染。而7月正值盛夏，由于鄭州市氣候?yàn)榈湫偷挠隉嵬荆?月的頻繁降雨在很大程度上改善了鄭州市的大氣環(huán)境質(zhì)量。該結(jié)論與薛帥征等[9]的研究結(jié)果相一致。

鄭州市1—12月空氣質(zhì)量的月變化可劃分為緩慢下降、相對(duì)穩(wěn)定和急劇上升3個(gè)階段。其中，1—7月為緩慢下降階段，7—9月為相對(duì)穩(wěn)定階段，9—11月為急劇上升階段。

鄭州市1—12月空氣質(zhì)量指數(shù)的日均值與其PM10、PM2.5、SO2、NO2、和CO的相關(guān)性研究結(jié)果表明，PM10、PM2.5與空氣質(zhì)量指數(shù)呈極顯著線性相關(guān)，CO和NO2與空氣質(zhì)量指數(shù)呈顯著相關(guān)，而SO2與空氣質(zhì)量指數(shù)相關(guān)性不顯著。由此可見，影響鄭州市空氣質(zhì)量的主要污染物是PM2.5和PM10，該結(jié)論與李 鋼等[8]提出的鄭州市城市污染屬典型的煤煙型污染相一致。因此，如果想從根本上改善鄭州市的空氣質(zhì)量，必須首先調(diào)整能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低燃煤取暖的比重，減少大氣顆粒物排放；其次，采取有力措施，將作物秸稈回收處理，進(jìn)行生物質(zhì)能深度開發(fā)利用，逐步改善鄭州市周邊地區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量。

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