重慶市空氣質(zhì)量特征分析*

鄒 靈，楊宜平

(重慶工商大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，重慶400067)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化程度的不斷提高，環(huán)境污染問題日益嚴重，城市環(huán)境污染制約了我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，威脅到國民的身體健康。生態(tài)環(huán)境保護是功在當(dāng)代、利在千秋的事業(yè)，因此，保護大氣環(huán)境，防止空氣污染的任務(wù)迫在眉睫。國內(nèi)外有越來越多的學(xué)者對環(huán)境污染、空氣質(zhì)量做出調(diào)查研究。如盧小玲等人[1]對2014—2016年柳州市的空氣質(zhì)量及污染物進行特征分析；周書華等人[2]分析了成都市 1980—2010 年能見度的變化趨勢；任彥卿等人[3]對陜西省4市2007—2009年空氣污染指數(shù)進行分析并找出其規(guī)律變化的原因；范引琪等人[4]描述了河北省1960—2002年城市大氣能見度的趨勢變化；葉香等人[5]用百分位分析法、等級分析法和Reedit分析法對南京市1980—2008年的大氣能見度變化趨勢作出分析；2017年，張志威[6]應(yīng)用SPSS軟件，利用因子分析法、聚類分析法對空氣污染狀況進行了多元統(tǒng)計分析；劉峰等人[7]研究了基于機器學(xué)習(xí)在空氣質(zhì)量指數(shù)的應(yīng)用。用Ridit分析法對重慶市空氣質(zhì)量的變化趨勢進行分析，以期得到近年來空氣質(zhì)量狀況。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

數(shù)據(jù)來源于重慶空氣質(zhì)量指數(shù)查詢網(wǎng)站(http：//www.tianqihoubao.com/aqi/chongqing.html)，平臺收錄的信息來源于重慶市17個監(jiān)測點，監(jiān)測點常測的項目為重慶市空氣中的主要污染物，分別有PM2.5、PM10、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧，時間跨度為2013-12到2017-12月。

1.2 評價標準及統(tǒng)計方法

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》，空氣污染指數(shù)劃分為0-50、51-100、101-150、151-200、201-300和大于300等6檔，對應(yīng)于空氣質(zhì)量的6個級別，指數(shù)越大，級別越高，說明污染越嚴重，對人體健康的影響也越明顯?？諝赓|(zhì)量級別及標準見表1。

表1 空氣質(zhì)量指數(shù)與級別判斷標準Table 1 Air quality index and level judgment standard

根據(jù)所搜集的數(shù)據(jù)，利用R軟件，采用Ridit方法，對數(shù)據(jù)按月、季節(jié)、年進行空氣質(zhì)量趨勢性分析，其中，季節(jié)的劃分是根據(jù)氣象學(xué)定義：春季為3-5月，夏季為6-8月，秋季為9-11月，冬季為12月到來年2月。

2 統(tǒng)計分析結(jié)果

2.1 月變化趨勢分析

首先，對2013-12到2017-12月的數(shù)據(jù)按月計算了Ridit值及Ridit置信區(qū)間，圖1給出了49個月的Ridit值置信區(qū)間，中間橫線是參照單位0.5，前面3個月(2013-12到2014-2月)在中橫線的上方，說明這3個月的空氣質(zhì)量比參照組的空氣質(zhì)量差；2014年3-5月的平均Ridit在參照單位0.5的下方，說明這3個月的空氣質(zhì)量較參照組好，但是其95%置信限與參照組信息相交疊，因此差別不顯著，6月的Ridit中值在0.5下方，說明這一個月的空氣質(zhì)量較參照組好，且差異明顯，7月的Ridit值與0.5相交疊，但是大部分在0.5下方，說明7月空氣質(zhì)量較好，但差異不明顯，8、9月都在橫線下方說明空氣質(zhì)量較參照組好且差異明顯，10-12月都在橫線上方，說明這3個月空氣質(zhì)量較參照組差且差異明顯。2015—2017年各月的空氣質(zhì)量同2014年各月的分析方法類似。從整體上看，這49個月的置信區(qū)間呈現(xiàn)周期性變化。

圖1 2013-12到2017—12月各月Ridit置信區(qū)間Fig.1 Ridit confidence interval of each month in December 2013—December 2017

為了進一步觀測變化過程，圖2給出了每個月份的Ridit值折線圖。從圖2中可以看出，2014年1月的Ridit中值超過0.9，且是所有月份中最高的，所以2014年1月的空氣質(zhì)量是統(tǒng)計的49個月中最差的，2017年9-10月的Ridit中值最低，說明這個月的空氣質(zhì)量是這49個月中最好的。同時可以大概看到空氣質(zhì)量Ridit中值周期為12左右，每隔12個月會出現(xiàn)一次峰值，從圖2也可看出每年的峰值都在逐漸降低，整體數(shù)值也呈現(xiàn)降低趨勢。

圖22013-12到2017-12月各月Ridit值
Fig.2TheRiditvalueofeachmonthinDecember2013—December2017

2.2 季節(jié)變化趨勢分析

考慮到季節(jié)因素，將2013-12到2017-11月的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)按季節(jié)匯總分析及整理，得到圖3。 從圖3中可以看出，空氣質(zhì)量呈現(xiàn)周期變化，每到冬季Ridit值就會達到一個峰值且大于0.5，且其置信區(qū)間全部位于橫線上方，說明每年冬季空氣質(zhì)量最差且與參照組差異顯著；夏季的Ridit值最低且小于0.5，置信區(qū)間全部位于橫線下方，說明每年夏季空氣質(zhì)量比參照組好，且差異明顯，也是全年中空氣質(zhì)量最好的；春季的Ridit中值與標準組會有重疊部分，但是大部分小于0.5，且每年的值都在減小，說明春季空氣質(zhì)量較參照組好，在2017年的春季，置信區(qū)間全部位于0.5之下，說明2017年春季空氣質(zhì)量比參照組好且差異明顯；2014年秋季的空氣質(zhì)量Ridit值置信區(qū)間全部位于0.5之上，說明當(dāng)年的空氣質(zhì)量比參照組差且差異明顯；2016年秋季Ridit值置信區(qū)間大部分居于0.5之下，說明2016年秋季空氣質(zhì)量比參照組好，但是差異不明顯，2015、2017年秋季全部處于0.5之下，這兩年秋季的空氣質(zhì)量比參照組好且差異明顯。

為了進一步確定空氣質(zhì)量與季節(jié)的關(guān)聯(lián)，將2013-12到2017-12月的所有數(shù)據(jù)按4個季節(jié)分為4類，再對分類后的數(shù)據(jù)進行分析計算，得到圖4和表2。從計算結(jié)果來看，春季的空氣質(zhì)量Ridit值為0.454 4，小于0.5，且春季的置信區(qū)間全部位于橫線下方，說明春季的空氣質(zhì)量比參照組好且存在明顯差異；夏季的空氣質(zhì)量Ridit值在所有季節(jié)中最小為0.399 4，說明夏季的空氣質(zhì)量是全年中最好的，其置信區(qū)間全部小于0.5，說明夏季的空氣質(zhì)量與參照組存在明顯差異；秋季的空氣質(zhì)量Ridit值為0.448 4，小于0.5，且其置信區(qū)間全部位于橫線下方，說明秋季的空氣質(zhì)量比參照組的好且差異明顯，秋季的空氣質(zhì)量Ridit值也小于春季的Ridit值，說明秋季的空氣質(zhì)量比春季的好；冬季的空氣質(zhì)量Ridit值最大為0.701，大于0.5，說明冬季是全年中空氣質(zhì)量最差的季節(jié)，它的置信區(qū)間全部位于橫線上方，說明冬季的空氣質(zhì)量與參照組也存在明顯差異。

圖32013-12到2017-11月各季節(jié)置信區(qū)間
Fig.3ConfidenceintervalsforeachseasoninDecember2013—November2017

圖4 2013-12到2017-11月季節(jié)置信區(qū)間Fig.4 Season confidence interval in December 2013—November 2017

表2 2013-12到2017-11月季節(jié)Ridit分析結(jié)果Table 2 Season Ridit analysis results of December 2013— November 2017

2.3 年度變化趨勢分析

將2014-1到2017-12月的空氣質(zhì)量所有數(shù)據(jù)按年度分類、匯總，再通過Ridit分析(表3)。從已有結(jié)果可以看出，2014年的空氣質(zhì)量Ridit值是最高為0.558 7，大于0.5，說明該年的空氣質(zhì)量較參照組2014年空氣質(zhì)量差，從圖5中也可看出該年的Ridit值置信區(qū)間全部在橫線上方，說明這年的空氣質(zhì)量與參照組的差異明顯，另外Ridit值最高也說明空氣質(zhì)量是這4年中最差的一年；2015年的空氣質(zhì)量Ridit值為0.502 4，大于0.5，說明該年的空氣質(zhì)量較參照組差，但從置信區(qū)間圖可以看出，它與0.5有交集，說明該年的空氣質(zhì)量與參照組差異不明顯；2016年的空氣質(zhì)量Ridit值為0.489 4，小于0.5，說明該年的空氣質(zhì)量較參照組好，從圖5可以看出這一年的置信區(qū)間與0.5有交集，說明差異不明顯；2017年的空氣質(zhì)量Ridit值為0.449 8，小于0.5，說明該年的空氣質(zhì)量比參照組的好，從圖5可以看出該年的置信區(qū)間全部位于橫線下方，說明這一年的空氣質(zhì)量比參照組好且差異明顯。從整體上看，這4年中每一年的Ridit值都在減少，說明空氣質(zhì)量也在逐漸變好。

圖5 2014-01到2017-12月各年度置信區(qū)間Fig.5 Annual confidence intervals of January 2014-December 2017

表3 2014-01到2017-12月各年度Ridit分析結(jié)果Table 3 Annual Ridit analysis of January 2014 -December 2017

3 結(jié) 論

利用重慶市2013-12到2017-12月的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，采用RIdit方法分析了這一時期重慶市空氣質(zhì)量變化特征，得到如下結(jié)論：

從月變化趨勢來看，重慶市的空氣質(zhì)量呈現(xiàn)周期性變化，其變化周期大概為12個月；從整體變化趨勢來看，重慶市近5年空氣質(zhì)量不斷在改善。

從季節(jié)變化趨勢來看，重慶市空氣質(zhì)量按季節(jié)排序從好到差為夏季>秋季>春季>冬季。 造成冬季空氣質(zhì)量最差的原因之一，有可能是冬季溫度低，不利于空氣中污染物的擴散。

從年度變化趨勢來看，2014—2017年的Ridit值逐漸變小，表明重慶市的空氣質(zhì)量逐年變好。從2014年開始，重慶市委市政府制定大氣污染防治規(guī)劃，提出都市區(qū)“五沒有”，對交通污染、工業(yè)污染、揚塵污染、生活污染作出防治；2014年10月，市委市政府出臺《關(guān)于加快推進生態(tài)文明的意見》；各區(qū)縣(自治縣)、經(jīng)開區(qū)投入190億元推動落實生態(tài)文明建設(shè)工作；市環(huán)保局推進72項改革任務(wù)順利完成。 根據(jù)中科院最新發(fā)布的《中國宜居城市研究報告》，2017年重慶首次進入最宜居住城市排行榜前十名，這與重慶市空氣質(zhì)量逐漸變好是密不可分的。