元宵節(jié)期間全國各省會(huì)城市空氣質(zhì)量狀況分析

劉杰云，邱虎森，范 嬌

1.宿州學(xué)院環(huán)境與測(cè)繪工程學(xué)院，宿州，234000 2.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙，410125

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元宵節(jié)期間全國各省會(huì)城市空氣質(zhì)量狀況分析

劉杰云1,2，邱虎森2，范 嬌1

1.宿州學(xué)院環(huán)境與測(cè)繪工程學(xué)院，宿州，234000 2.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙，410125

為評(píng)價(jià)中國傳統(tǒng)節(jié)日-元宵節(jié)對(duì)空氣質(zhì)量的影響，本研究統(tǒng)計(jì)了元宵節(jié)期間全國各省會(huì)城市的空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)和PM2.5含量。元宵節(jié)期間，各地區(qū)PM2.5和AQI之間均呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01)，且二者的變化趨勢(shì)一致。各省會(huì)城市的AQI均值在41-316之間，PM2.5均值在18-267 μg/m3之間，差異較大：太原和海口的空氣質(zhì)量為一級(jí)(AQI平均值分別為43和41)，而烏魯木齊為嚴(yán)重污染等級(jí)(AQI平均值為316)，武漢和濟(jì)南為中度污染等級(jí)，杭州、蘭州、長沙、西安、南昌、鄭州、南京為輕度污染等級(jí)，其他城市均為二級(jí)(良)。由于鞭炮的燃放，北方地區(qū)一些城市在元宵節(jié)當(dāng)天AQI值較高，而南方部分城市的AQI峰值則出現(xiàn)在正月十六。而對(duì)于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，外來人口較多的大中城市來說，除了受元宵節(jié)燃放煙花炮竹的影響，外來務(wù)工人員返城也可能是影響元宵節(jié)期間空氣質(zhì)量的一個(gè)重要因素。

AQI；PM2.5；元宵節(jié)；空氣質(zhì)量

空氣質(zhì)量與人類的生活息息相關(guān)，直接影響著人類的健康[1]，因此它不僅是生態(tài)環(huán)境的一個(gè)重要方面，也是城市環(huán)境質(zhì)量綜合考核的重要內(nèi)容[2]。自20世紀(jì)80年代以來，隨著社會(huì)發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)的增長，環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也逐漸增加，一些大中城市空氣質(zhì)量呈現(xiàn)惡化趨勢(shì)[3-4]，因此，環(huán)境空氣質(zhì)量日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題[5]。目前，國內(nèi)不少學(xué)者就區(qū)域性的空氣質(zhì)量和大氣污染展開了研究[6-8]。

燃放煙花炮竹在中國有悠久的歷史，尤其是在傳統(tǒng)節(jié)日春節(jié)和元宵節(jié)期間，民眾大量燃放煙花炮竹，以營造節(jié)日的氣氛。但國內(nèi)外研究表明，煙花炮竹的燃放對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響[9-10]。李令軍等對(duì)2000-2006年北京市春節(jié)期間的空氣污染狀況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)鞭炮的集中燃放導(dǎo)致嚴(yán)重的短期空氣污染，其中PM10污染最嚴(yán)重，且主要是增加了大氣中細(xì)顆粒物(PM2.5)的濃度，而對(duì)粗顆粒的影響較小[10]，這一觀點(diǎn)也被徐敬[12]等的研究證明。張小玲等人研究表明，北京城近郊區(qū)2006年除夕夜和元宵節(jié)大量煙花爆竹的燃放導(dǎo)致顆粒物濃度迅速上升，但對(duì)NO2和SO2等氣態(tài)污染物的濃度影響不大；由于氣象條件可直接影響燃放煙花炮竹后顆粒物的擴(kuò)散，所以氣象條件是影響春節(jié)和元宵節(jié)空氣質(zhì)量的主要因素[13]。綜上所述，現(xiàn)有的研究主要針對(duì)某一城市或某一地區(qū)而進(jìn)行的，而對(duì)全國范圍內(nèi)的研究還鮮見報(bào)道。因此，本文選取全國各個(gè)省會(huì)城市為研究對(duì)象，研究元宵節(jié)期間煙花炮竹的燃放對(duì)空氣質(zhì)量的影響。

1 數(shù)據(jù)搜集

本文數(shù)據(jù)來自中國環(huán)境保護(hù)部網(wǎng)站。記錄各省會(huì)城市(港澳臺(tái)除外)每小時(shí)數(shù)據(jù)，然后計(jì)算每天的平均結(jié)果。記錄數(shù)據(jù)包括氣溫、空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)、PM2.5及天氣狀況。

對(duì)所收集到的數(shù)據(jù)采用SPSS20(SPSS Inc., Chicago, IL)進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)和相關(guān)性分析。差異性分析在P<0.05水平進(jìn)行，相關(guān)性分析在P<0.01水平進(jìn)行。

2 結(jié)果分析

2.1 各城市氣溫的變化趨勢(shì)

由圖1可知，各地氣溫差異較大。從空間變化來看，研究期間，全國平均氣溫在2.7℃～10.9℃之間。南方氣溫較高，均在0℃以上，尤其是華南地區(qū)，平均溫度均高于10℃。而北方溫度溫度較低，但大多仍在0℃以上，而東北地區(qū)及烏魯木齊、呼和浩特等地平均溫度在-3℃到-13℃之間，最低溫度可達(dá)-16℃。從時(shí)間變化來看，各省會(huì)正月十五、十六、十七(2016-02-22到2016-02-24)三天溫度變化不大，而正月二十三(2016-03-02)全國溫度普遍升高，升幅達(dá)5℃左右。

圖1 各省會(huì)城市元宵節(jié)期間氣溫變化示意圖

2.2 各城市AQI值和PM2.5的時(shí)間變化特征

根據(jù)各省會(huì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，繪制各城市AQI值和PM2.5的時(shí)間變化特征圖，如圖2所示。研究期間，各省會(huì)城市AQI值和PM2.5變化趨勢(shì)一致。各省會(huì)城市的AQI均值在41～316之間，PM2.5均值在18～267μg/m3之間，差異較大，且不同城市的在元宵節(jié)期間AQI和PM2.5的時(shí)間變化趨勢(shì)也表現(xiàn)出較大的差異。如圖2a所示，在研究期間，峰值出現(xiàn)在元宵節(jié)當(dāng)天的有鄭州、濟(jì)南、西安、哈爾濱、福州、石家莊、蘭州、銀川、?？凇⒗ッ?、西寧和拉薩。此外，與其他時(shí)間點(diǎn)相比，呼和浩特和貴陽元宵節(jié)當(dāng)天也出現(xiàn)較高的AQI和PM2.5；而上海、武漢、南京、合肥的AQI和PM2.5峰值則出現(xiàn)在正月十六，同時(shí)，杭州和長沙在正月十六也出現(xiàn)了AQI和PM2.5的小高峰；峰值出現(xiàn)在正月二十三的城市有北京、廣州、天津、重慶、成都、杭州、長沙、南昌、呼和浩特、貴陽等，南京和合肥也出現(xiàn)了較高的AQI和PM2.5值；長春、太原、等城市在整個(gè)研究期間的時(shí)間變化并不明顯。

圖2 研究期間各省會(huì)城AQI(a)和PM2.5(b,μg/m3)的變化趨勢(shì)

如表1所示，在元宵節(jié)期間，AQI均值最高的城市為烏魯木齊，平均為316，最高可達(dá)433，最低為?？谑?，平均值為41。在31個(gè)省會(huì)城市及直轄市中，AQI均值最高的十個(gè)城市依次為烏魯木齊、武漢、濟(jì)南、合肥、石家莊、南京、鄭州、南昌、西安和長沙，而最低的十大城市依次為?？?、太原、呼和浩特、廣州、拉薩、昆明、南寧、貴陽、長春和福州。

研究期間，PM2.5均值最高的城市仍為烏魯木齊(均值為267μg/m3，最高值為397μg/m3)，最低為?？谑?26μg/m3)，PM2.5均值最高的十大城市與AQI略有不同，依次為烏魯木齊、武漢、濟(jì)南、合肥、石家莊、南京、鄭州、長沙、南昌和杭州，最低的依次為太原、拉薩、?？?、呼和浩特、西寧、銀川、廣州、昆明、南寧和福州。

表1 各省會(huì)城市元宵節(jié)期間AQI和PM2.5的平均值

2.3 AQI與PM2.5關(guān)系分析

AQI與PM2.5相關(guān)性分析見圖3，不同地區(qū)AQI與PM2.5的相關(guān)性差異較大，其中，華東、華北、華南、東南、華中和西北地區(qū)的相關(guān)性較大，R2均大于0.95，其次是西南和中南地區(qū)，R2均大于0.85，而東北西區(qū)的相關(guān)性最小，R2為0.57，但各地區(qū)的AQI與PM2.5相關(guān)性均達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)。

圖3 各地區(qū)AQI與PM2.5的相關(guān)關(guān)系注：**表示在P<0.01水平下極顯著相關(guān)。

3 討 論

3.1 元宵節(jié)對(duì)各省會(huì)城市的AQI和PM2.5的影響

在本研究中，根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-2012)，以AQI為指標(biāo)，?？诤吞谠?jié)期間的平均空氣質(zhì)量為一級(jí)(優(yōu))，而烏魯木齊為六級(jí)(嚴(yán)重污染)，武漢和濟(jì)南為四級(jí)，杭州、蘭州、長沙、西安、南昌、鄭州、南京為三級(jí)(輕度污染)，其他城市均為二級(jí)(良)；以PM2.5為指標(biāo)，呼和浩特、太原、銀川、?？凇⑽鲗幒屠_的平均空氣質(zhì)量為一級(jí)(優(yōu))，烏魯木齊為五級(jí)(嚴(yán)重污染)，武漢和濟(jì)南為四級(jí)，南京、長沙、鄭州、石家莊、合肥和南昌為三級(jí)(輕度污染)，其他城市為二級(jí)(良)。

元宵節(jié)是中國傳統(tǒng)的節(jié)日，有燃放鞭炮的習(xí)俗，而鞭炮的燃放會(huì)影響空氣質(zhì)量。由于我國南北方的文化差異，一般北方人更注重元宵節(jié)當(dāng)天，即正月十五，而南方人則更注重正月十六。由圖2可見，北方的鄭州、濟(jì)南、石家莊、西安、銀川、蘭州、西寧等地AQI和PM2.5的峰值均出現(xiàn)在正月十五，而南方的上海、武漢、南京、長沙、合肥等城市的峰值則出現(xiàn)在正月十六，這是由于這些南方城市在元宵節(jié)當(dāng)天或正月十六燃放煙花炮竹致使大氣中顆粒物濃度升高，降低了空氣質(zhì)量。也有些城市在元宵節(jié)三天(正月十五到正月十七)AQI和PM2.5均較高，如福州和拉薩，其中福州在正月十六出現(xiàn)極低值是由于當(dāng)天降雨，導(dǎo)致大氣中顆粒物以濕沉降的形式被去除[14]。對(duì)于北京、廣州、天津、重慶、成都、長春、昆明、太原等城市，由于嚴(yán)格限制在春節(jié)及元宵節(jié)期間燃放時(shí)間和范圍，使得這些城市在元宵節(jié)期間并沒有因燃放煙花而影響空氣質(zhì)量。此外，在北京、上海、廣州、天津、重慶、成都、杭州、南京、長沙等經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的城市，正月二十三出現(xiàn)AQI和PM2.5的峰值，這可能是由于這些城市春節(jié)期間返鄉(xiāng)的外來人員元宵節(jié)過后返城，造成空氣質(zhì)量降低。

3.2AQI與PM2.5的關(guān)系

顆粒物污染是我國大氣環(huán)境污染的主要問題之一，雖然其在大氣中的含量較低，但影響較大[15]。有些顆粒物本身就是有毒物質(zhì)，有些顆粒物可以作為其他有毒物質(zhì)的載體，隨著呼吸進(jìn)入人體，危害人體健康[16]。不同粒徑的顆粒物，對(duì)人體的影響也不同，尤其是粒徑較小的PM2.5。PM2.5中含有大量的有毒有害物質(zhì)，而且其在大氣中的停留時(shí)間較長，同時(shí)，還能作為致病菌的載體而影響人體肺部健康[17]。在本研究中，各省會(huì)城市都表現(xiàn)出PM2.5與AQI呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，說明大氣中PM2.5對(duì)AQI的貢獻(xiàn)較大，這與KummarandGoyal[18]的結(jié)果一致。張燕杰等對(duì)哈爾濱市冬季AQI與空氣污染物的相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，在六種主要的污染物中，PM2.5對(duì)AQI的直接作用最大，同時(shí)，PM2.5還可通過大氣中CO對(duì)AQI產(chǎn)生間接的影響[19]。元宵節(jié)期間，煙花炮竹的燃放，可能會(huì)增加空氣中PM2.5的含量，同時(shí)，可能會(huì)使得空氣中CO和SO2含量增加，進(jìn)而影響空氣質(zhì)量。

4 結(jié) 論

元宵節(jié)期間，各省會(huì)城市的空氣質(zhì)量差異較大，其中，太原和?？诳諝赓|(zhì)量最好，而烏魯木齊市最差，為嚴(yán)重污染等級(jí)，其次是武漢和濟(jì)南，為中度污染，其他城市大多為良好狀態(tài)。因此，烏魯木齊、武漢、濟(jì)南三個(gè)城市應(yīng)嚴(yán)格控制大氣污染物的排放，并采取措施改善空氣質(zhì)量。由于元宵節(jié)期間煙花炮竹的燃放，使得北方地區(qū)一些城市在元宵節(jié)當(dāng)天AQI值較高，而南方部分城市的AQI峰值則出現(xiàn)在正月十六。除受燃放煙花炮竹的影響，對(duì)于一些經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的大中城市，如北京、上海、廣州等城市，外來務(wù)工人員返城也在一定程度上影響了當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量。研究期間，各城市的PM2.5與AQI均表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，說明大氣中PM2.5對(duì)AQI的貢獻(xiàn)較大，因此，可通過采取措施降低大氣中PM2.5含量，而提高空氣質(zhì)量。

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(責(zé)任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.02.030

2016-11-20

宿州學(xué)院博士科研啟動(dòng)基金(2015jb04)

劉杰云(1985-)，女，河南安陽人，博士，講師，研究方向：大氣氮沉降。

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1673-2006(2017)02-0120-05