長株潭城市群PM2.5污染的春節(jié)假日效應(yīng)

昌晶亮，余 洪，羅偉偉，王 磊

(1.湖南城市學(xué)院商學(xué)院，湖南 益陽 413000；2.湖南城市學(xué)院城市管理學(xué)院，湖南 益陽 413000；3.軍事經(jīng)濟學(xué)院基礎(chǔ)部，湖北 武漢 430035；4.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；5.寧夏大學(xué)人文學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

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長株潭城市群PM2.5污染的春節(jié)假日效應(yīng)

昌晶亮1，余 洪2，羅偉偉3，王 磊4，5①

(1.湖南城市學(xué)院商學(xué)院，湖南 益陽 413000；2.湖南城市學(xué)院城市管理學(xué)院，湖南 益陽 413000；3.軍事經(jīng)濟學(xué)院基礎(chǔ)部，湖北 武漢 430035；4.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；5.寧夏大學(xué)人文學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

利用長株潭城市群24個監(jiān)測點PM2.5小時監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究2013—2015年春節(jié)期間(7 d)和春節(jié)前后(14 d)PM2.5污染差異及變化，并分析旅游休假活動對空氣質(zhì)量的影響。在去除氣象條件(日降水量大于4 mm)影響后，從PM2.5污染程度差異、PM2.5濃度日變化差異和假日效應(yīng)的空間差異3個方面分析了PM2.5污染的春節(jié)假日效應(yīng)。結(jié)果表明，整體上長株潭地區(qū)春節(jié)期間PM2.5濃度比春節(jié)前后高12 μg·m-3，但春節(jié)后(7 d)PM2.5濃度比春節(jié)期間低41.5%，“節(jié)后效應(yīng)”明顯。由于受煙花燃放等假日活動影響，春節(jié)期間PM2.5濃度在00:00—02:00時段顯著上升，02:00時PM2.5濃度比非春節(jié)期間高47.6%。在假日效應(yīng)的空間差異方面，長沙作為游客流入地，春節(jié)期間PM2.5濃度比非春節(jié)期間高33.5%，體現(xiàn)了人流出行和旅游活動對空氣質(zhì)量的顯著影響。

空氣污染；PM2.5；春節(jié)；假日效應(yīng)；旅游活動；長株潭城市群

近年來,PM2.5(環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)直徑≤2.5 μm的顆粒,也稱細顆粒物)由于其顯著降低大氣能見度且嚴重危害人體健康而備受關(guān)注[1]?？諝馕廴静粌H危害人體健康,還會影響旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展[2]?？諝赓|(zhì)量與旅游活動的影響是交互的[3]。一方面,空氣質(zhì)量的優(yōu)劣影響了人們旅行目的地選擇[4],如隨著空氣質(zhì)量惡化,城市旅游接待量的增長趨勢會變緩[5];另一方面,旅游休假活動反過來也會影響空氣質(zhì)量[6-9]。城市居民有規(guī)律的休假活動顯著改變了空氣污染物濃度的時空變化,相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)周末空氣質(zhì)量優(yōu)于工作日,這被稱為空氣污染的“星期效應(yīng)”[10]。重要節(jié)假日期間旅游休假活動會改變?nèi)藗兌唐趦?nèi)生產(chǎn)、生活和出行方式,其對空氣質(zhì)量的影響被稱為“假日效應(yīng)”(holiday effect)。

春節(jié)是中國最重要的傳統(tǒng)節(jié)日,TAN等[11]最早研究了臺北都市區(qū)1994—2006年間的春節(jié)假日效應(yīng),研究發(fā)現(xiàn)春節(jié)期間NOx、SO2、PM10等污染物濃度低于非春節(jié)期間,并認為這與春節(jié)期間污染物排放減少有關(guān)。在隨后的研究中,TAN等[12]以整個中國臺灣地區(qū)為例開展研究,發(fā)現(xiàn)由于城鄉(xiāng)差異的存在,空氣污染的春節(jié)假日效應(yīng)存在明顯的東西部空間差異。但中國大陸的相關(guān)研究表明,春節(jié)期間的空氣污染比非春節(jié)期間嚴重,例如陳欣等[13]指出中國31個省會城市春節(jié)期間的空氣污染指數(shù)比非春節(jié)期間高約6%,其中集中供暖區(qū)域的空氣污染指數(shù)比非集中供暖區(qū)域高約37%;雷瑜等[14]同樣發(fā)現(xiàn)北京城區(qū)春節(jié)期間PM2.5等污染物濃度高于非假日期間,并認為這可能與春節(jié)期間煙花爆竹燃放有關(guān)。綜合來看,春節(jié)期間人們的休假活動對空氣質(zhì)量的影響既包括因生產(chǎn)活動減少而帶來污染物排放減少的有利影響,也包括節(jié)日期間大量、集中的煙花燃放導(dǎo)致的不利影響[14]。

雖然空氣污染的春節(jié)假日效應(yīng)已有研究,但針對不同地區(qū)、不同污染物的假日效應(yīng)可能存在差異。長株潭城市群是華中地區(qū)最大的連片城市化區(qū)域,其中長沙是全國著名旅游城市。該研究以長株潭城市群為研究區(qū),獲取2013—2015年春節(jié)期間PM2.5濃度數(shù)據(jù),從PM2.5污染程度的假日差異、PM2.5濃度日變化的假日差異和假日效應(yīng)的空間差異3個方面分析長株潭城市群PM2.5污染的春節(jié)假日效應(yīng),研究結(jié)果將為人們健康出行和空氣污染防治提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

長株潭城市群位于湖南省中東部,包括長沙、株洲、湘潭3市,屬亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū),季節(jié)變化明顯;地形以平原、丘陵為主,南高北低;3市沿湘江呈品字形分布,結(jié)構(gòu)緊湊。長沙是湖南省會,是全省經(jīng)濟中心,人口密集;株洲是老工業(yè)城市,工業(yè)發(fā)達;湘潭作為湖湘文化發(fā)源地,歷史悠久。自長株潭城市群獲批兩型社會改革試驗區(qū)以來,城市發(fā)展迅速,但空氣污染問題也越來越突出,顆粒物污染嚴重[15-16]。

1.2 PM2.5濃度數(shù)據(jù)

中國從2013年開始在全國范圍監(jiān)測PM2.5,長株潭是首批重點監(jiān)測區(qū)域。目前,長株潭城市群共有24個國家控制空氣質(zhì)量監(jiān)測點,其中長沙10個,株洲7個,湘潭7個。從中國環(huán)境監(jiān)測總站全國城市空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺(http:∥106.37.208.233:20035/)獲取2013—2015年春節(jié)前后各監(jiān)測點PM2.5濃度小時監(jiān)測數(shù)據(jù)。由于株洲、湘潭監(jiān)測點2013年春節(jié)期間尚未實施PM2.5監(jiān)測,因此2013年春節(jié)期間只獲取了長沙地區(qū)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.3 氣象數(shù)據(jù)

氣象條件顯著影響空氣質(zhì)量,尤其是風(fēng)和降水。在研究PM2.5污染的假日效應(yīng)時,需要考慮氣象條件的影響。從中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.gov.cn/)獲取研究區(qū)長沙和株洲2個氣象站2013—2015年春節(jié)前后日平均風(fēng)速和日平均降水量數(shù)據(jù),取2個氣象站監(jiān)測結(jié)果的平均值表征研究區(qū)當(dāng)日的風(fēng)速和降水量。

1.4 研究方法

春節(jié)是農(nóng)歷新年,對應(yīng)的公歷時間每年不一樣,但基本在公歷1—2月。參照已有研究[13],以農(nóng)歷除夕(臘月三十,部分年份為農(nóng)歷臘月二十九)至正月初六作為春節(jié)期間(7 d),將春節(jié)期間前7 d和后7 d作為對照組,稱為非春節(jié)期間,以研究PM2.5污染的春節(jié)假日效應(yīng)。2013—2015年春節(jié)期間和春節(jié)前后對應(yīng)的公歷日期如表1所示。

表1 2013—2015年農(nóng)歷春節(jié)對應(yīng)的公歷日期

Table 1 Solar calendar dates of the spring festival in 2013, 2014 and 2015

年份春節(jié)前7d春節(jié)期間春節(jié)后7d201302-02—02-0802-09—02-1502-16—02-22201401-23—01-2901-30—02-0502-06—02-12201502-11—02-1702-18—02-2402-25—03-03

基于PM2.5濃度實時監(jiān)測數(shù)據(jù),研究春節(jié)期間(7 d)和非春節(jié)期間(春節(jié)前后各7 d)PM2.5污染程度差異和不同時期PM2.5濃度日變化差異。此外,統(tǒng)計各監(jiān)測點春節(jié)期間和非春節(jié)期間PM2.5濃度均值,以研究PM2.5污染假日效應(yīng)的空間差異。為避免或盡量減小氣象條件(風(fēng)和降水)對空氣質(zhì)量的影響,依據(jù)氣象條件對PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)進行篩選。

2 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5濃度時間序列變化

2013—2015年春節(jié)期間和非春季期間PM2.5日均濃度和日平均氣溫、日平均降水量的變化如圖1所示。

圖1 2013—2015年春節(jié)研究期內(nèi)PM2.5濃度和日平均降水量、風(fēng)速變化

由圖1可知,不同年份春節(jié)前后PM2.5污染程度和變化情況存在明顯差異。2013年春節(jié)前PM2.5濃度維持在較低水平,但春節(jié)期間PM2.5濃度顯著上升,至春節(jié)后PM2.5濃度明顯回落。2014年春節(jié)前,長株潭地區(qū)經(jīng)歷了一次明顯的PM2.5重污染事件,除夕前5 d PM2.5日均質(zhì)量濃度為254 μg·m-3,是GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中PM2.5二級限值(75 μg·m-3)的3.4倍。除夕至正月初一PM2.5污染加重,至正月初二(2月1日)PM2.5污染才有所減輕,春節(jié)后PM2.5污染水平較低。2015年春節(jié)前3 d,PM2.5濃度也逐漸攀升,至正月初一(2月19日)達到污染峰值,隨后污染程度有所減輕。雖然不同年份春節(jié)研究期內(nèi)PM2.5濃度變化不同,但除夕至正月初一PM2.5濃度都有明顯上升,這與節(jié)日煙花燃放有很大關(guān)系[14,17]。

此外,圖1還表現(xiàn)了氣象條件對PM2.5濃度的顯著影響:2013年春節(jié)前及春節(jié)后、2014年春節(jié)后和2015年春節(jié)后,PM2.5污染相對輕微,這是因為出現(xiàn)了明顯的降水過程。降水對空氣質(zhì)量的改善作用非常明顯。相比之下,由于深居內(nèi)陸,研究區(qū)日平均風(fēng)速變化不大,基本維持在1～4 m·s-1之間,因此主要考慮避免或盡量減小日降水量對空氣質(zhì)量的影響。依據(jù)各年研究期內(nèi)降水量大小及降水時間,剔除日降水量超過4 mm的當(dāng)日PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)。雷瑜等[14]在研究北京市PM2.5及其他空氣污染物濃度星期效應(yīng)和假日效應(yīng)時,以日降水量大于3 mm和風(fēng)速大于3 m·s-1為條件對極端天氣的數(shù)據(jù)進行剔除。長株潭城市群位于長江以南,同期降水量比北京高,筆者確定的剔除標(biāo)準(zhǔn)(降水量超過4 mm)相對合理。按照確定的標(biāo)準(zhǔn),共剔除了14 d的PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)。剔除后,2013年春節(jié)前、春節(jié)期間和春節(jié)后有效時間分別為5、7和4 d;2014年春節(jié)前、春節(jié)期間和春節(jié)后有效時間分別為7、7和4 d;2015年春節(jié)前、春節(jié)期間和春節(jié)后有效時間分別為7、4和4 d。后續(xù)研究、分析均基于剔除降水影響后的有效監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.2 PM2.5污染程度差異

匯總各年份春節(jié)期間和非春節(jié)期間PM2.5濃度數(shù)據(jù),得到2013—2015年春節(jié)期間PM2.5質(zhì)量濃度均值為110 μg·m-3,而非春節(jié)期間為98 μg·m-3,春節(jié)期間PM2.5質(zhì)量濃度比非春節(jié)期間高12 μg·m-3,研究結(jié)果與同類研究[13-14]相近。春節(jié)期間,工業(yè)排放相對減少;但春節(jié)休假期間人們密集的出行活動包括旅游活動,對空氣質(zhì)量仍然產(chǎn)生了巨大壓力。DE SAENZ等[6]研究發(fā)現(xiàn)西班牙東部馬略卡島(Mallorca)游客數(shù)量每增加1%,會使PM10濃度上升0.45%。而大量、集中的煙花燃放也會加重春節(jié)期間的PM2.5污染[17]。

在研究假日效應(yīng)時,人們關(guān)注節(jié)前效應(yīng)和節(jié)后效應(yīng)。圖2顯示,2013年春節(jié)期間PM2.5濃度高于春節(jié)前、后,但2014和2015年P(guān)M2.5濃度均表現(xiàn)為春節(jié)前>春節(jié)期間>春節(jié)后。2014和2015年春節(jié)前PM2.5濃度均較高,尤其是2014年春節(jié)前經(jīng)歷了明顯的PM2.5重污染事件。春節(jié)前,工業(yè)企業(yè)各項生產(chǎn)活動正常進行,加上大氣環(huán)境中前期污染物的累積,使得整體污染水平較高。相對于春節(jié)前,2013、2014和2015年春節(jié)后PM2.5濃度均比春節(jié)期間低,比春節(jié)期間平均降低41.5%,表現(xiàn)出明顯的“節(jié)后效應(yīng)”。春節(jié)期間,工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)活動多少受到影響,污染物排放減少,大氣環(huán)境中污染物累積減少,導(dǎo)致春節(jié)后空氣質(zhì)量優(yōu)于春節(jié)期間和春節(jié)前。

圖2 2013—2015年春節(jié)期間和春節(jié)前后PM2.5濃度均值

2.3 PM2.5濃度日變化的差異

逐小時匯總研究區(qū)2013、2014和2015年春節(jié)期間和非春節(jié)期間(包括春節(jié)前和春節(jié)后)PM2.5濃度日變化,結(jié)果如圖3所示。圖3顯示春節(jié)期間PM2.5濃度呈現(xiàn)明顯的日變化,凌晨00:00—02:00,PM2.5濃度顯著上升,隨后PM2.5濃度逐漸回落;隨著日間活動的增多,上午10:00—11:00形成PM2.5濃度日間峰值;午后PM2.5濃度逐漸降低,16:00后又開始回升。相比之下,非春節(jié)期間PM2.5濃度日間變化沒有春節(jié)期間明顯。整體上,春節(jié)期間夜間PM2.5濃度高于非春節(jié)期間;而白天,非春節(jié)期間PM2.5濃度高于春節(jié)期間,尤其是下午。

春節(jié)期間PM2.5濃度在凌晨00:00—02:00顯著上升,至02:00達到峰值(164 μg·m-3),比非春節(jié)期間高47.6%。相關(guān)研究認為這與煙花燃放有很大聯(lián)系[17]。長沙市橘子洲景區(qū)每年除夕夜都有盛大的煙花表演,吸引了大量游客,這在增添節(jié)日氣氛的同時也加重了空氣污染。節(jié)日煙花燃放對空氣質(zhì)量的顯著影響在其他國家也有研究,如SEIDEL等[18]研究了美國獨立日(7月4日)煙花燃放對PM2.5濃度的影響,結(jié)果顯示獨立日當(dāng)天晚上及次日早晨PM2.5濃度顯著高于獨立日前后2 d。

2.4 假日效應(yīng)的空間差異

統(tǒng)計每個監(jiān)測點春節(jié)期間和非春節(jié)期間PM2.5濃度均值,再匯總得到2013—2015年長沙市以及2014—2015年株洲市和湘潭市監(jiān)測點春節(jié)期間和非春節(jié)期間的濃度均值數(shù)據(jù)。其中,湘潭市韶山監(jiān)測點春節(jié)期間數(shù)據(jù)缺失嚴重,僅有2015年2月22日的監(jiān)測數(shù)據(jù),故不考慮該點。圖4顯示,PM2.5污染的假日效應(yīng)存在明顯的空間差異。非春節(jié)期間,株洲市PM2.5濃度最高,株洲是湖南省傳統(tǒng)工業(yè)基地,工業(yè)排放是造成該地區(qū)空氣污染的重要原因。從春節(jié)期間和非春節(jié)期間PM2.5濃度對比來看,長沙市2013—2015年春節(jié)期間PM2.5濃度比非春節(jié)期間高33.5%,株洲市2014—2015年春節(jié)期間PM2.5濃度比非春節(jié)期間高13%。湘潭市春節(jié)期間和非春節(jié)期間PM2.5濃度則沒有明顯差異,但湘潭市春節(jié)期間PM2.5濃度空間變化差異較大。除煙花燃放外,人們的出行旅游活動也會顯著影響空氣質(zhì)量。長沙是長株潭城市群的核心城市,又是全國重點旅游城市,2016年春節(jié)期間長沙吸引游客283萬人次[19],約占長沙市常住人口的39%[20];春節(jié)期間大量游客到訪,出行活動頻繁,機動車通勤顯著增加,這給當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量帶來巨大壓力。研究結(jié)果充分體現(xiàn)了人流出行和旅游活動對空氣質(zhì)量的顯著影響。

圖4 各城市春節(jié)和非春節(jié)期間PM2.5濃度

3 結(jié)論

長株潭城市群的PM2.5污染存在明顯的春節(jié)假日效應(yīng)。整體上,2013—2015年春節(jié)期間PM2.5濃度比非春節(jié)期間(包括春節(jié)前和春節(jié)后)高12 μg·m-3;但春節(jié)后PM2.5濃度比春節(jié)期間低41.5%,節(jié)后效應(yīng)明顯。由于煙花燃放的影響,春節(jié)期間00:00—02:00 時段PM2.5濃度顯著上升,02:00時PM2.5濃度比非春節(jié)期間高47.6%。PM2.5污染的春節(jié)假日效應(yīng)存在明顯的空間差異,長沙作為區(qū)域人流流入地,春節(jié)期間PM2.5濃度比非春節(jié)期間高33.5%,人流出行和旅游活動對空氣質(zhì)量影響顯著。

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(責(zé)任編輯： 許 素)

Holiday Effect of Spring Festival on PM2.5Pollution in Chang-Zhu-Tan Metropolitan Area.

CHANG Jing-liang1， YU Hong2， LUO Wei-wei3， WANG Lei4,5

(1.Business School， Hunan City University, Yiyang 413000, China;2.City Management School, Hunan City University, Yiyang 413000, China;3.Basic Department, Military Economics School, Wuhan 430035, China;4.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Beijing 100101, China;5.School of Humanities, Ningxia University, Yinchuan 750021, China)

PM2.5has been a major concern of the public due to its obvious effect of reducing visibility and endangering human health. Based on the hourly PM2.5monitoring data gathered around the clock at 24 monitoring sites in the Chang-Zhu-Tan metropolitan area, analysis was performed of variation of PM2.5pollution throughout 7 days before spring festival, 7 days of spring festival and 7 days after the festival in 2013, 2014 and 2015 to explore impacts of holiday activities, including tourism, on air quality. After excluding the effect of meteorological factors (e.g. daily precipitation > 4 mm), holiday impacts were analyzed from the following three aspects, namely, difference in PM2.5pollution level, difference in daily variation of PM2.5concentrations, and spatial variation of the holiday effect. Results show that PM2.5concentration was 12 μg·m-3higher during the holiday period than during the days before and after the holiday, as a whole in the metropolitan area, and 41.5% lower during the 7 days after the holiday than during the holiday period, revealing an obvious "post-holiday effect". Strongly affected by holiday activities, like setting off fire-cracks and fireworks, PM2.5concentration soared dramatically during the early hours from 00:00 to 02:00 each day of the holiday period, peaking at 02:00 and being 47.6% higher than that during the non-holiday periods. The holiday effect varied spatially across the study area. In Changsha, being the destination of tourists during the holiday period, PM2.5concentration was 33.5% higher during the Spring Festival than during the non-holiday periods, demonstrating apparent impacts of travelling and tourism activities on air quality.

air pollution;PM2.5;holiday effect;tourism activity;Chang-Zhu-Tan metropolitan area

2016-01-29

湖南省哲學(xué)社會科學(xué)基金(12JD11)

X823

A

1673-4831(2016)05-0724-05

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.05.006

昌晶亮(1982—),女,湖南益陽人,講師,碩士,研究方向為生態(tài)旅游與環(huán)境保護。E-mail: 21665601@qq.com

① 通信作者E-mail: Duke@nxu.edu.cn