近16年上海市空氣質(zhì)量變化趨勢及成因分析

俞華明,管擎宇,邰菁菁

（上海市嘉定區(qū)環(huán)境監(jiān)測站， 上海 201822）

0 引言

環(huán)境空氣污染危害人體、動(dòng)物健康，影響植物生長，影響居民日常生活[1-2]。隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，人口密集程度上升，資源消耗總量增加，城市空氣質(zhì)量不容樂觀。近年來，大量的專家學(xué)者對城市環(huán)境空氣質(zhì)量與城市能源結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行了相關(guān)研究，羅麗萍等[3-8]對烏魯木齊、北京市、天津、河南、江蘇等地能源消耗和大氣環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明：調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)可以改善環(huán)境空氣質(zhì)量，城市環(huán)境空氣質(zhì)量與工業(yè)發(fā)展水平、民用車輛使用、能源結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。

上海作為國家的中心城市和超大城市，近16年生產(chǎn)總值從5 000億元增加到25 000億元，人口密度達(dá)到3 809 km2/人。能源消耗也大幅上升，總消耗量從5.548 53×107t/a標(biāo)準(zhǔn)煤增至1.154 955×108t/a標(biāo)準(zhǔn)煤，機(jī)動(dòng)車保有量從2001年的120萬輛增加到332萬輛，這些給上海的環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力。2000至2016年上海開展了6輪環(huán)保三年行動(dòng)計(jì)劃。隨著《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的推進(jìn)落實(shí)以及本市清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃的實(shí)施，上海市環(huán)境空氣質(zhì)量有所改善。張艷等[9]采用模型模擬的方式研究：上海受本地源和外地源的影響程度及相互比例隨季節(jié)的變化存在較大的差異，本地源排放仍是影響本地環(huán)境空氣質(zhì)量的主要原因。為了分析上海市環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢及與能源結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，本文通過近16年來上海市環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，分析上海市環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢并進(jìn)行成因分析。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用的上海市環(huán)境空氣中主要污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)來自上海市環(huán)境狀況公報(bào)[10]，能源消耗、人口增長、機(jī)動(dòng)車保有量等數(shù)據(jù)來自上海統(tǒng)計(jì)年鑒[11]。

1.2 分析方法

使用Daniel趨勢檢驗(yàn)方法（又名Spearman秩相關(guān)系數(shù)法）分析上?？諝馕廴疚镒兓厔菁捌浣y(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性特征，公式為：

式中：rs為秩相關(guān)系數(shù)；n為時(shí)間周期數(shù)，這里n取16；xi為年均值從小到大排列的序數(shù)；yi為年先后排列序數(shù)。將rs的絕對值與Spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中的臨界值Wp進(jìn)行比較，如果則表明變化趨勢有顯著意義，如果rs是負(fù)值，則表明在評價(jià)時(shí)段內(nèi)有關(guān)統(tǒng)計(jì)量指標(biāo)變化呈下降趨勢，如果rs是正值，則表明評價(jià)時(shí)段內(nèi)有關(guān)統(tǒng)計(jì)量指標(biāo)變化呈上升趨勢。

2 結(jié)果

2.1 環(huán)境空氣質(zhì)量概況

2001~2016年，環(huán)境空氣中各項(xiàng)污染物總體呈下降趨勢，至2016年上海市環(huán)境空氣中6項(xiàng)主要污染物 SO2，PM10和 CO 已達(dá)到 GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)，NO2，O3接近二級標(biāo)準(zhǔn)但未達(dá)標(biāo)，PM2.5距二級標(biāo)準(zhǔn)相差較大，有待進(jìn)一步改善。環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：2001~2012年上海市環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良率(以API計(jì))從84.7%逐步上升至93.7%。從2013年開始隨著GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[12]的實(shí)施，環(huán)境空氣評價(jià)從API轉(zhuǎn)換為AQI，評價(jià)指標(biāo)從3項(xiàng)(SO2，NO2，PM10)增加到 6 項(xiàng)(SO2，NO2，PM10，CO，O3，PM2.5)，空氣質(zhì)量優(yōu)良率急劇下降，2013年空氣質(zhì)量優(yōu)良率僅為66.0%，至2016年上海市環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良率為75.4%，詳見表1。

表1 2001～2016年上海市環(huán)境空氣各參數(shù)年均值統(tǒng)計(jì)

以2016年為例，2016年上海市環(huán)境空氣質(zhì)量等級中超過二級標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)共計(jì)88 d，各項(xiàng)超標(biāo)污染物天數(shù)的占比排序如下：PM2.5＞ O3＞ NO2＞ PM10，SO2和CO全部達(dá)標(biāo)，各超標(biāo)污染物天數(shù)占比見圖1。PM2.5和O3成為影響環(huán)境空氣優(yōu)良率的主要污染物。

圖1 2016年上海市環(huán)境空氣中各超標(biāo)污染物天數(shù)占比

2.2 空氣污染特征

2.2.1 氣態(tài)污染物

自2001年以來，環(huán)境空氣中主要污染度濃度總體呈下降趨勢。監(jiān)測結(jié)果表明：近16年NO2/SO2年均濃度比值為先降低后升高的趨勢。2001～2006 NO2/SO2年均濃度比值逐漸下降，體現(xiàn)煙煤型污染的特征；2007年開始NO2/SO2年均比值逐漸上升，主要是由于 NO2濃度降低幅度小于SO2，至2016年ρ（NO2）/ρ（SO2）年均比值已達(dá)到2.9，具體見圖2。由此推斷上海市環(huán)境空氣污染由煙煤型向機(jī)動(dòng)車尾氣型轉(zhuǎn)變。

圖2 ρ(NO2)/ρ(SO2)比值的年際變化

自2013年開始，氣態(tài)污染物監(jiān)測除SO2和NO2外，增加O3和CO。2013～2016年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：CO年日均質(zhì)量濃度范圍為0.77～0.86 mg/m3，達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)；O3第90百分位數(shù)質(zhì)量濃度范圍為149～164 μg/m3，除2014年外均未達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)，O3日最大8 h滑動(dòng)平均超標(biāo)率在7.1%～10.7%之間。為了進(jìn)一步分析O3的超標(biāo)情況，以2016年O3日最大8 h滑動(dòng)平均值為依據(jù)，統(tǒng)計(jì)每月O3各等級占比情況見圖3。2016年上海市O3超標(biāo)從3月份開始持續(xù)到9月，主要集中在夏季。其中7月份超標(biāo)最為嚴(yán)重，6月和8月O3超標(biāo)情況略有好轉(zhuǎn)，這主要是由上海梅雨季節(jié)和臺風(fēng)等特殊氣象因素所致。

圖3 2016年上海市O3日最大8 h滑動(dòng)平均等級占比

2.2.2 顆粒物

2001～2016年環(huán)境空氣中PM10年均質(zhì)量濃度范圍在 59～108 μg/m3，2015 年和 2016 年達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)限值（70μg/m3）。 2013～2016 年 PM2.5年均質(zhì)量濃度范圍62～45μg/m3，未達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)限值（35μg/m3）。PM2.5和PM10總體呈逐年下降趨勢，具體見圖4。

圖4 2001～2016年上海市顆粒物年均值變化趨勢

2013～2016年期間，上海市PM2.5日均值超過二級標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)在48～96范圍內(nèi)，且呈逐年下降的趨勢，以2016年P(guān)M2.5日均值為依據(jù)，統(tǒng)計(jì)每月PM2.5各等級占比情況，見圖5。由圖5可見，2016年上海市PM2.5超標(biāo)集中在1～4月和12月（冬季和春季），其中1月份超標(biāo)最為嚴(yán)重。

圖5 2016年上海市PM2.5日均值等級占比

2.2.3 空氣污染總體特征

根據(jù)2001～2016年環(huán)境空氣中各項(xiàng)污染物的監(jiān)測數(shù)據(jù)，上海市環(huán)境空氣污染呈現(xiàn)復(fù)合型特征，首要污染物依次為 PM2.5，O3，PM10，NO2。 污染呈現(xiàn)季節(jié)性分布，冬季和春季首要污染物以顆粒物為主，夏季以O(shè)3為主，秋季則出現(xiàn)交替性復(fù)合污染。

2.3 主要污染物年變化趨勢

采用Daniel趨勢分析上海市環(huán)境空氣中主要污染物近16年的變化趨勢見表2。結(jié)果表明：近16年，SO2，NO2，PM10在置信度為 95%(p＜ 0.05) 和99%(p＜0.01)時(shí)均呈顯著下降趨勢（O3，CO，PM2.5監(jiān)測年份較短，不做趨勢評價(jià)）。

表2 主要污染物秩相關(guān)系數(shù)和趨勢分析

空氣中主要污染物年均值變化趨勢見圖6。根據(jù)圖 6 可以看出：SO2呈先上升后下降（圖 6（a）），總體為顯著下降；NO2，PM10為顯著下降（圖 6（b）和 6（c））。

圖6 空氣中主要污染物年均值變化趨勢

2.4 環(huán)境質(zhì)量原因分析

2.4.1 總量減排

改善環(huán)境必須從源頭上控制，減少污染物總量排放與環(huán)境空氣中污染物濃度直接相關(guān)。上海在總量減排方面實(shí)施“批項(xiàng)目、核總量”制度，同時(shí)在政策上采取減排激勵(lì)政策。

（1）SO2減排

2008年上海重點(diǎn)出臺了SO2超量減排獎(jiǎng)勵(lì)政策，對燃煤電廠煙氣脫硫費(fèi)建設(shè)費(fèi)用補(bǔ)貼辦法，對提前建成脫硫設(shè)施的機(jī)組適當(dāng)提高了補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)2001～2015年SO2排放量數(shù)據(jù)見圖7。SO2排放量呈逐年下降趨勢，其中工業(yè)SO2排放量從2001年的30萬t標(biāo)煤降低至2015年的10萬t標(biāo)煤，降幅達(dá)66.7%；生活和其他SO2排放量從2001年的17萬t標(biāo)煤降低至2015年的7萬t標(biāo)煤，降幅達(dá)58.8%。其中2004～2007年SO2排放量呈現(xiàn)反彈的趨勢，對照2004～2007年環(huán)境空氣中SO2濃度值，也呈反彈的趨勢。

圖7 2001～2015年上海市SO2排放量變化趨勢

分析SO2排放量與環(huán)境空氣中SO2的年均值之間的相關(guān)系數(shù)r=0.931（詳見圖8），由此看出SO2的排放量與環(huán)境空氣中SO2的測量值呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)。

圖8 2001～2015年上海市SO2排放量與空氣中SO2年均值相關(guān)性

（2）機(jī)動(dòng)車尾氣控制

根據(jù)2001~2015年上海市機(jī)動(dòng)車保有量數(shù)據(jù)顯示，機(jī)動(dòng)車保有量呈逐年增加的趨勢見圖9。從2001年的120萬輛增加到332萬輛，汽車保有量增加了1.77倍。從2012年起，民用車輛擁有量的數(shù)據(jù)不含強(qiáng)制報(bào)廢量，因此2012年的機(jī)動(dòng)車保有量數(shù)據(jù)出現(xiàn)一個(gè)下跌，隨后仍保持向上增長的趨勢。

圖9 2001～2015年上海市機(jī)動(dòng)車保有量變化趨勢

為進(jìn)一步提高機(jī)動(dòng)車排放水平，改善環(huán)境空氣質(zhì)量，2002年上海市積極開展本市提前實(shí)施國家第二階段機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)的申報(bào)審批工作，推進(jìn)建立機(jī)動(dòng)車I/M制度，2009年11月1日起上海實(shí)施國家機(jī)動(dòng)車第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)；2014年4月30日起，上海市繼北京之后全國第2個(gè)實(shí)施國V排放標(biāo)準(zhǔn)的城市。

（3）其他

2011年出臺了《上海市主要污染物總量控制“十二五”工作方案》，強(qiáng)化了目標(biāo)責(zé)任制和合力推進(jìn)機(jī)制。穩(wěn)步推進(jìn)電廠脫硝和脫硫減排制度，對VOC排放企業(yè)實(shí)施限期治理，至2015年已完成500家VOC企業(yè)的限期治理。這些政策的實(shí)施有利于環(huán)境空氣質(zhì)量的有效改善。

2.4.2 優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

上海市終端能源消費(fèi)總量呈逐年增加的趨勢見圖10。2001年為5 549萬t標(biāo)煤，至2015年終端能源消費(fèi)總量達(dá)11 550萬t標(biāo)煤。

圖10 2001～2015年上海市終端能源消費(fèi)量趨勢

從產(chǎn)業(yè)占比方面分析，第二產(chǎn)業(yè)所占比例從2001年的67%下降至2015年的54%，第三產(chǎn)業(yè)所占比例從2001年的23%上升至2015年的35%，見圖11。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由能耗高、污染重的工業(yè)（第二產(chǎn)業(yè)）轉(zhuǎn)變?yōu)槟芎牡?、污染輕的服務(wù)業(yè)（第三產(chǎn)業(yè)）。

圖11 2001～2015年上海市各產(chǎn)業(yè)占比

第三產(chǎn)業(yè)占比和空氣質(zhì)量優(yōu)良率（2001~2012年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以API計(jì)）的相關(guān)系數(shù)r=0.805，第二產(chǎn)業(yè)占比和空氣優(yōu)良率的相關(guān)系數(shù)r=0.794(見圖12)。由此看出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整是促使環(huán)境空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)的原因之一。

圖12 2001～2012年上海市第二、三產(chǎn)業(yè)占比和空氣質(zhì)量優(yōu)良率相關(guān)性

在整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的同時(shí)，產(chǎn)業(yè)能耗不斷降低，也是環(huán)境空氣質(zhì)量改善的原因之一。2001年上海市萬元GDP平均能耗為1.06 t標(biāo)煤，2015年僅為0.46 t標(biāo)煤，2001~2015年上海市萬元GDP平均能耗降低了56.6%。

2.4.3 清潔能源替代

至2016年，上海市完成公用燃煤電廠9臺60萬kW及以上機(jī)組的超低排放改造，全市全面供應(yīng)符合國四標(biāo)準(zhǔn)硫含量限值要求的普通柴油；全面取締中小燃煤鍋爐，基本取締經(jīng)營性小茶爐和小爐灶，啟動(dòng)剩余集中供熱鍋爐清潔能源替代。開展揮發(fā)性有機(jī)物治理，全面淘汰黃標(biāo)車同時(shí)推廣新能源車。

3 結(jié)論與建議

隨著上海市環(huán)保三年行動(dòng)計(jì)劃的持續(xù)推進(jìn)、清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃以及大氣污染防治計(jì)劃等各項(xiàng)措施的實(shí)施，上海市環(huán)境空氣質(zhì)量呈現(xiàn)不斷改善的趨勢。環(huán)境空氣中SO2和CO已全面達(dá)標(biāo)，NO2和PM10雖有一定程度的下降和削減，但仍超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)，PM2.5和O3成為影響上海環(huán)境空氣質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。應(yīng)加強(qiáng)總量控制從源頭上削減污染物的排放量，加強(qiáng)對重點(diǎn)行業(yè)污染物排放控制，實(shí)施清潔能源替代，降低行業(yè)單位產(chǎn)值能耗和產(chǎn)品單位能耗，積極發(fā)展清潔能源技術(shù)，不斷調(diào)整第三產(chǎn)業(yè)的比例，優(yōu)化和完善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到改善環(huán)境空氣質(zhì)量的目標(biāo)。

[1]王繼華.大氣污染的防治措施研究[J].生態(tài)與環(huán)境工程,2009(20):178.

[2]李明明.試析大氣污染對人類的影響及治理綜述[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(21):180.

[3]羅麗萍,王亞平.烏魯木齊市能源消耗與大氣環(huán)境質(zhì)量的相關(guān)性淺析[J].新疆環(huán)境保護(hù),2016,38(3):41-44.

[4]朱振亞,饒良懿,余新曉,等.北京市空氣質(zhì)量及其與能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2014,30(5):4-9.

[5]王澤生.天津市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)與環(huán)境空氣質(zhì)量的現(xiàn)狀分析[J].中國能源,2009,31(2):35-37.

[6]孔寒月.河南省大氣換質(zhì)量空間格局及成因分析[J].開封教育學(xué)院學(xué)報(bào),2015,35(7):287-290.

[7]王翌秋,張 兵.江蘇省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系研究[J].南京財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,148(6):12-16.

[8]曹 楊,朱守超.徐州市環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀及污染防治[J].環(huán)境科技,2010,23(S2):86-88.

[9]張 艷,余 琦,付晴艷,等.長江三角洲區(qū)域輸送對上海市空氣質(zhì)量影響的特征分析[J].中國環(huán)境科學(xué),2010,30(7):914-923.

[10]上海市環(huán)境保護(hù)局.上海市環(huán)境狀況公報(bào)[EB/OL].[2017-06-12].http://www.sepb.gov.cn/fa/cms/.

[11]上海市統(tǒng)計(jì)局.上海市統(tǒng)計(jì)年鑒[EB/OL].[2017-10-23].http://www.stats-sh.gov.cn/html/sjfb/tjnj/.

[12]國家環(huán)境保護(hù)部.環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):GB3095-2012[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2012.