安徽省空氣質(zhì)量時空演變特征研究

王傳兵

（合肥師范學(xué)院 經(jīng)濟與管理學(xué)院，安徽 合肥230601）

隨著居民環(huán)保意識日益提高和對自身健康的關(guān)注，空氣質(zhì)量已經(jīng)成為居民日常生活的重要話題，也成為該領(lǐng)域研究人員關(guān)注的重點。國外研究一般根據(jù)空氣質(zhì)量污染指數(shù)，建立相關(guān)空氣質(zhì)量演變模型，對空氣質(zhì)量狀況進(jìn)行預(yù)測，隨著研究的深入，對模型不斷修正和改進(jìn)，使之對空氣質(zhì)量預(yù)測更具精密性［1－2］。另外，污染物的來源與時空分布差異研究成果也相當(dāng)豐富，如PM2.5、PM10造成的空氣能見度時間差異性分析［3］。由于我國地域遼闊，各地地形、大氣環(huán)流等因素差異性顯著，導(dǎo)致各地空氣質(zhì)量差異大，首要污染物來源和影響在時空上更具復(fù)雜性。因此，研究者多從具體的區(qū)域出發(fā)，利用相關(guān)氣象資料和空氣質(zhì)量指數(shù)等指標(biāo)，分析空氣質(zhì)量變化情況［4－9］。也有借鑒國外研究方法，構(gòu)建空氣質(zhì)量演變模型，分析空氣污染物不同時間尺度的變化［10－13］。

從現(xiàn)有的研究資料分析看，主要采用空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index，簡稱AQI）和污染物類型，分析空氣質(zhì)量時空演變，并剖析影響因素。本文依據(jù)2007—2014年安徽省各市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)，通過計算空氣質(zhì)量平均優(yōu)良率、距平數(shù)、年際變化率和季節(jié)變動指數(shù)等指標(biāo)，分析安徽省近年來空氣質(zhì)量時空演變規(guī)律。

一、數(shù)據(jù)來源與研究方法

（一）數(shù)據(jù)來源

本文原始數(shù)據(jù)來源于2007—2014年安徽省環(huán)境保護(hù)廳提供的《安徽環(huán)境質(zhì)量月報》和合肥市環(huán)境保護(hù)局提供的《合肥市環(huán)境質(zhì)量狀況公報》中每月空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的天數(shù)。在此基礎(chǔ)上，通過相關(guān)計算獲取需要的相關(guān)指標(biāo)作為全省各市空氣質(zhì)量變化的指標(biāo)。其中，2011年8月，安徽省撤銷了地級巢湖市，并對其行政區(qū)劃作了調(diào)整，劃入合肥市管轄。2013年以后該市空氣質(zhì)量相關(guān)資料沒有作為地級市公布，因此，為了保持前后研究的一致性，巢湖市沒有作為單獨地市統(tǒng)計。

（二）研究方法

本文以安徽省16個地市空氣質(zhì)量狀況為研究對象，選取2007—2014年每個月中空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的天數(shù)為原始數(shù)據(jù)。借用氣象學(xué)中的距平數(shù)（A）、年際變異系數(shù)（CV）和季節(jié)變動指數(shù)（S）等指標(biāo)反映安徽省各市空氣質(zhì)量時空演變過程及其特征。

（1）空氣質(zhì)量絕對距平數(shù)（Air Quality Anomaly，A）：反映某地某段時間內(nèi)某一氣象要素與該地這一氣象要素平均狀況之間的差距。該值為正值時，說明這段時間內(nèi)該氣象要素值高于平均狀況；反之，該值為負(fù)值時，說明這段時間內(nèi)該氣象要素低于平均狀況。

本文Ri表示某地某段時間內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)，R0表示該地多年空氣質(zhì)量優(yōu)良平均天數(shù)。當(dāng)A＞0時，說明這段時間內(nèi)空氣質(zhì)量比平均狀況好；當(dāng)A＜0，說明這段時間內(nèi)空氣質(zhì)量低于平均狀況。

空氣質(zhì)量年平均距平數(shù)（The Annual Average Number of Anomalies，）：是空氣質(zhì)量絕對距平數(shù)的平均值，為了避免各年正負(fù)值相互抵消，計算時取每年距平數(shù)的絕對值。

（2）變異系數(shù)（Coefficient of Variation，CV）：反映某一氣象要素年際或季節(jié)變化狀況。本文中，CV越大，說明該地空氣質(zhì)量年際或季節(jié)變化越大，空氣質(zhì)量越不穩(wěn)定。

（3）季節(jié)變動指數(shù)（Seasonal Variation Index，S）：以每月空氣質(zhì)量距平數(shù)為基礎(chǔ)，通過SPSS軟件進(jìn)行處理，建立季節(jié)分解模型，計算出S值，當(dāng)結(jié)果為正值時，空氣質(zhì)量越好；為負(fù)值時，空氣質(zhì)量越差。目的是分析空氣質(zhì)量隨季節(jié)變化規(guī)律。

二、安徽省空氣質(zhì)量時空特征分析

（一）安徽省空氣質(zhì)量優(yōu)良率時空特征

1.總體較好，但是空間差異大

根據(jù)2007—2014年安徽省各市空氣質(zhì)量優(yōu)良率統(tǒng)計結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)（圖1），8年的平均優(yōu)良率（達(dá)標(biāo)率）均在八成以上，有7個市達(dá)到95%以上，說明全省空氣質(zhì)量總體較好。但是，從空間分布來看，各地存在明顯差異。池州和黃山兩市空氣質(zhì)量最好，平均優(yōu)良率在99%以上；皖北各市、六安市、銅陵市、滁州市和宣城市處在中等水平；江淮地區(qū)的合肥市、蚌埠市、淮南市和沿江的馬鞍山市、蕪湖市和安慶市空氣質(zhì)量水平較低，合肥市最低，8年的平均水平只有82.5%。全省空氣質(zhì)量平均水平在空間上呈現(xiàn)南北較好、中部較差的“U”形。

2.空氣質(zhì)量優(yōu)良率時空演變大

平均水平只是反映各市一個靜態(tài)的空氣質(zhì)量狀況，為了體現(xiàn)空氣質(zhì)量的時間演變過程，對全省各市空氣質(zhì)量每一年的狀況進(jìn)行了對比分析（圖2、3），時間跨度為8年（2007—2014年）。

圖1 安徽省空氣質(zhì)量平均優(yōu)良率（2007—2014）

從統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，2012年前全省空氣質(zhì)量優(yōu)良率普遍較高，之后的2013年和2014年多數(shù)市空氣質(zhì)量下降顯著。這個變化主要是由于安徽省在2012年后開始檢測空氣中PM2.5的含量，并作為空氣質(zhì)量的指標(biāo)之一，使空氣質(zhì)量指數(shù)發(fā)生變化，從而降低了空氣質(zhì)量。

圖2 安徽省空氣質(zhì)量年優(yōu)良率分布

根據(jù)時間變化，把全省空氣質(zhì)量演變分成以下幾種類型：

穩(wěn)定型：一種是空氣質(zhì)量穩(wěn)定在優(yōu)等級，主要是皖南的池州市和黃山市，8年中，空氣質(zhì)量優(yōu)良率始終最高，一直處于最高水平，空氣質(zhì)量好且穩(wěn)定；一種是空氣質(zhì)量穩(wěn)定在較低等級，主要是合肥市、淮南市、銅陵市、馬鞍山市和安慶市，這五市在相應(yīng)的年份中，空氣質(zhì)量處在最低水平，優(yōu)良率最低。

變動型：全省其他城市空氣質(zhì)量在這段時間內(nèi)變化大，尤其以蚌埠市、阜陽市、六安市、滁州市變化最大，說明這些城市空氣質(zhì)量不穩(wěn)定。

（二）安徽省空氣質(zhì)量距平數(shù)時空特征

對全省16個地市2007—2014年空氣質(zhì)量年平均距平數(shù)的計算發(fā)現(xiàn)（表1），2012年前空氣質(zhì)量距平數(shù)變化較小，2013、2014年年平均距平數(shù)顯著增大，說明這兩年全省空氣質(zhì)量變化大，全省空氣質(zhì)量不穩(wěn)定性增加。

圖3 安徽省空氣質(zhì)量年優(yōu)良率（%）分布

空間上皖北的淮北市、亳州市、宿州市、阜陽市、皖西的六安市、皖南的宣城市、池州市和黃山市年平均距平數(shù)相對較小，說明上述地市空氣質(zhì)量比較穩(wěn)定。合肥市相應(yīng)年份平均距平數(shù)較大，說明空氣質(zhì)量一直變化大。其它地市處在穩(wěn)中有變的狀態(tài)。

由于空氣質(zhì)量年平均距平數(shù)大小只能反映空氣質(zhì)量變化的大小，不能反映空氣質(zhì)量變化的好壞。為進(jìn)一步分析全省空氣質(zhì)量演變的方向，采用空氣質(zhì)量絕對距平數(shù)來判斷空氣質(zhì)量。

2.空氣質(zhì)量絕對距平數(shù)（A）時空分布

以全省16個地市的空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)為基礎(chǔ)，分別計算了2007—2014年間各市的空氣質(zhì)量絕對距平數(shù)，選擇了2007、2010和2013三個年份參考（表2）。結(jié)果顯示，池州市和黃山市兩市距平數(shù)8年中變化一直很小。池州市、黃山市距平數(shù)變化幅度在±4天以內(nèi)，進(jìn)一步論證了上述結(jié)論，即兩市空氣質(zhì)量穩(wěn)定。而其他城市空氣質(zhì)量距平數(shù)比較大，空氣質(zhì)量變化明顯，其中，合肥市、亳州市、蚌埠市、蕪湖市、馬鞍山市、安慶市變化幅度在＋8～－22天之間，尤其以2013年12月份為甚，負(fù)值較多且幅度大。說明這些地市空氣質(zhì)量不僅變化大，而且質(zhì)量降低。

表1 安徽省空氣質(zhì)量年平均距平數(shù)（天）

季節(jié)變化上，1、2、6、10、11、12月份距平數(shù)為負(fù)值，說明這些月份空氣質(zhì)量較差；其他月份距平數(shù)為正值，說明空氣質(zhì)量較好。年際變化上也表現(xiàn)為最近兩年變化大而且向質(zhì)量降低方向演變。

（三）安徽省空氣質(zhì)量變異系數(shù)（CV）時空特征

1.年際變異系數(shù)時空特征

從全省2007－2014年空氣質(zhì)量年際變異系數(shù)分布中，發(fā)現(xiàn)該值在10%以上的主要是合肥市和淮南市，說明兩市的空氣質(zhì)量年際變化大；年際變化在3%以下的主要是池州市和黃山市，這兩市空氣質(zhì)量穩(wěn)定，進(jìn)一步論證了前文的觀點；其他地市在4%－10%之間?？傮w而言，全省空氣質(zhì)量在時間上表現(xiàn)一定的波動性，空氣質(zhì)量年際變化大。

表2 2007、2010、2013安徽省空氣質(zhì)量絕對距平數(shù)（單位：天）

11.08 －11.08 －17.08滁州 －6.67 0.33 3.33 4.33 5.33 4.33 5.33 5.33 4.33 0.33 －8.67 －17.67六安 －0.33 －1.33 2.67 1.67 1.67 1.67 2.67 2.67 1.67 2.67 －0.33 －15.33馬鞍山 －4.83 4.17 －0.83 －0.83 2.17 8.17 9.17 9.17 5.17 －1.83 －11.83 －17.83蕪湖 2.83 1.83 4.83 3.83 1.83 3.83 4.83 4.83 3.83 －2.17 －8.17 －22.17宣城 4.25 1.25 4.25 2.25 4.25 3.25 4.25 4.25 1.25 －1.75 －10.75 －16.75銅陵 0.00 1.00 4.00 3.00 4.00 3.00 4.00 3.00 3.00 －7.00 －5.00 －13.00池州 1.75 －1.25 1.75 0.75 1.75 0.75 1.75 1.75 0.75 －1.25 －3.25 －5.25安慶 4.33 0.33 3.33 6.33 1.33 4.33 7.33 7.33 4.33 －11.67 －6.67 －20.67黃山 0.75 －2.25 0.75 －0.25 0.75 －0.25 0.75 0.75 －0.2淮南 5.92 3.92 6.92 －1.08 4.92 －1.08 6.92 6.92 5.92 －5 0.75 －0.25 －1.25

對8年中每一年變異系數(shù)進(jìn)一步分析（表3），變異系數(shù)演變有如下規(guī)律：合肥市總體數(shù)值大，除個別年份（2012年）外，基本在10%以上，最高達(dá)到24%。池州市和黃山市變異系數(shù)穩(wěn)定在低值水平。其它地市在2012年前年際變化小，說明空氣質(zhì)量相對穩(wěn)定。但2013、2014兩年出現(xiàn)跳躍式增加，結(jié)合前文分析，負(fù)距平數(shù)增多，說明這些地市最近兩年空氣質(zhì)量下降。

表3 安徽省空氣質(zhì)量年變異系數(shù)（%）

2.季節(jié)變動特征分析

為了分析空氣質(zhì)量在季節(jié)上的變化規(guī)律，本文運用季節(jié)變動指數(shù)（S）。季節(jié)變動是一年中或固定時間內(nèi)，呈現(xiàn)出的固定規(guī)則變動［14］72－74。該指數(shù)以每個月距平數(shù)為原始數(shù)據(jù)，利用SPSS統(tǒng)計軟件，建立季節(jié)分解模型。模型排除了一些年份的特殊因素干擾，結(jié)果體現(xiàn)季節(jié)變化上的穩(wěn)定性，反映空氣質(zhì)量在季節(jié)上的變化規(guī)律。指數(shù)表示空氣質(zhì)量隨季節(jié)變化的狀況，數(shù)字絕對值越大，說明空氣質(zhì)量隨季節(jié)變化越大，正值表示空氣質(zhì)量越好，負(fù)值表示空氣質(zhì)量越差。

對全省各地市季節(jié)變動指數(shù)通過SPSS軟件計算，結(jié)果（表4）顯示，全省空氣質(zhì)量隨季節(jié)變化明顯。1、2、6、10、11、12六個月為負(fù)值，說明空氣質(zhì)量較差，其他六個月為正值，說明質(zhì)量較好。結(jié)論與前文其他指標(biāo)分布基本一致。季節(jié)變化總體表現(xiàn)為冬春季節(jié)空氣質(zhì)量差，夏秋季節(jié)空氣質(zhì)量好。至于3、6兩個月份出現(xiàn)異常，后文在原因分析中會有論述。

三、影響安徽省空氣質(zhì)量的因素分析

（一）自然因素

1.位置和地形

地理位置是影響安徽省各地空氣質(zhì)量的基礎(chǔ)因素。安徽省地處全國的中部地區(qū)，從南向北可以分為皖南山區(qū)、江淮丘陵和皖北平原三個地形單元。皖南山區(qū)地表崎嶇，植被狀況良好，對空氣具有很強的凈化作用，是黃山市和池州市空氣質(zhì)量居全省之首的基礎(chǔ)。另外，六安市位于大別山腹地，地貌表現(xiàn)為“七山、一水、兩份田”，植被覆蓋率高。因此，六安市空氣質(zhì)量總體比較好。皖北地區(qū)以平原為主，對近地面大氣環(huán)流的阻礙作用弱，使得全年風(fēng)力較大，有利于大氣污染物的擴散，空氣質(zhì)量相對較好。而江淮地區(qū)以低山丘陵為主，由于大氣環(huán)流季節(jié)變化明顯，尤其在春季和深秋容易形成逆溫，一定程度降低了大氣環(huán)流對污染物擴散作用，空氣質(zhì)量相對較差。

表4 安徽省空氣質(zhì)量季節(jié)變動指數(shù)

2.氣象和氣候

氣象和氣候是空氣質(zhì)量高低的決定因素［15，16］。安徽省氣候具有顯著的過渡性，全省以季風(fēng)氣候為主，夏秋季節(jié)雨水多，冬春季節(jié)雨水少。而降水對空氣污染物降低作用相當(dāng)明顯，這就是為什么全省空氣質(zhì)量在夏秋季節(jié)優(yōu)良率高的重要原因。

皖南是典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量在1000mm以上，且分布相對均勻，因此皖南地區(qū)空氣質(zhì)量最好，并且季節(jié)變化小。皖北和江淮地區(qū)年降水量減少，季節(jié)分配差異增大，導(dǎo)致空氣質(zhì)量季節(jié)變化增加。

另外，每年3月份是我國北方風(fēng)沙多發(fā)季節(jié)，安徽省受北方冷空氣影響明顯，全省該月風(fēng)力普遍較大，有利于污染物的擴散。這就是為什么在3月份全省空氣質(zhì)量較好的原因。4、5月份，南方暖空氣活動頻繁，導(dǎo)致大氣逆溫現(xiàn)象增加，空氣穩(wěn)定，污染物不易擴散，反而降低了空氣質(zhì)量。

（二）人為因素

1.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

不同產(chǎn)業(yè)活動類型對空氣質(zhì)量產(chǎn)生不同結(jié)果?；茨鲜?、馬鞍山市、銅陵市和安慶市傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)比重偏高，重型化產(chǎn)業(yè)部門較多，資源消耗多，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，從而導(dǎo)致空氣質(zhì)量較差［15，17］。池州市、黃山市旅游產(chǎn)業(yè)是其主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，對空氣質(zhì)量的副作用較小。

我省是一個農(nóng)業(yè)大省，每年6月份是午季作物收割時期。過去作物秸稈是農(nóng)民重要的生活燃料，隨著煤炭、液化氣使用量的增加，逐漸取代了作物秸稈。農(nóng)民處理這些秸稈主要方式就是直接燃燒，增加霧霾發(fā)生的機會，導(dǎo)致6月份全省空氣質(zhì)量顯著下降［18］。

2.城市開發(fā)

城市開發(fā)主要是老城區(qū)改造，新城區(qū)建設(shè)，結(jié)果是增加空氣中的建筑粉塵，降低空氣質(zhì)量［19］。合肥市在全省開發(fā)建設(shè)中處于領(lǐng)先地位，尤其2006年以來的老城區(qū)改造、濱湖區(qū)建設(shè)等，并且這種勢頭還在繼續(xù)。客觀上造成了該市空氣質(zhì)量處在全省最低水平。2010年1月12日，國務(wù)院正式批復(fù)《皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)規(guī)劃》。從發(fā)展現(xiàn)狀看，示范區(qū)內(nèi)目前主要還是以大建設(shè)為主，拆建工程量大，防塵、除塵措施不力，有些時段粉塵彌漫。這也是導(dǎo)致2012年后全省多數(shù)地市空氣質(zhì)量明顯下降的重要原因。

3.其他因素

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果［20，21］，汽車尾氣是霧霾產(chǎn)生的重要物質(zhì)來源。隨著汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，居民收入增加，私人擁有的汽車量增加很快。全省2013年私人汽車擁有量是2005年的10倍，如此快速增長，排放的尾氣量增速也相當(dāng)明顯，給空氣質(zhì)量造成的影響也是巨大的。

另外，春節(jié)在每年的1、2月份，作為我國重要的傳統(tǒng)節(jié)日，春節(jié)期間有很多習(xí)俗，燃放煙花爆竹就是其中之一。短時間內(nèi)大面積燃放，向空氣中排放的有害物含量驟升，進(jìn)一步惡化了空氣質(zhì)量，這也是造成冬季我省空氣質(zhì)量低的重要因素。全國其它省份類似現(xiàn)象也時有發(fā)生。

四、結(jié)論

依據(jù)最近8年安徽省空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)，進(jìn)行空氣質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)的計算，得出如下主要結(jié)論：

（1）池州、黃山兩市空氣質(zhì)量居全省之冠，年際、季節(jié)變化小，空氣質(zhì)量穩(wěn)定。

（2）以合肥市為代表的江淮平原地區(qū)空氣質(zhì)量較差，年際、季節(jié)變化較大。

（3）皖西山區(qū)、皖北地區(qū)空氣質(zhì)量處在全省中等水平，但是有下降趨勢，空氣質(zhì)量有一定的波動性。

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