華東地區(qū)之濟(jì)南市大氣污染主要成分及來(lái)源分析

摘要：基于中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)公布的2018年AQI及六種分項(xiàng)污染物的日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)，分析了中國(guó)華東地區(qū)6個(gè)省份省會(huì)城市的AQI數(shù)據(jù)，并運(yùn)用核密度分析法估計(jì)了中國(guó)山東省濟(jì)南市大氣污染的六種分項(xiàng)污染物的主要特征。研究發(fā)現(xiàn)：①濟(jì)南市AQI在華東地區(qū)6省省會(huì)城市中居于首位。②濟(jì)南市2018年P(guān)M2.5得到有效防治，PM2.5濃度得到顯著下降。③六項(xiàng)分項(xiàng)污染物中O3、PM10維持在一個(gè)較高的水平。以上結(jié)論為大氣污染治理體系并且為實(shí)現(xiàn)提高人民保護(hù)環(huán)境意識(shí)提供了有效依據(jù)。最后針對(duì)濟(jì)南市主要污染物給出了一些建議以供參考。

Abstract： Based on the daily data of 2018 AQI and six sub-contaminants published by China's air quality online monitoring and analysis platform， the AQI data of the provincial capital cities of six provinces in East China are analyzed， and the nuclear density analysis method is used to estimate the main characteristics of six sub-contaminants of air pollution in Ji'nan City， Shandong， China. The study found that： 1. Ji'nan AQI ranks first in the provincial capital cities of six provinces in East China. 2. PM2.5 in Ji'nan City was effectively controlled in 2018， and the concentration of PM2.5 was significantly reduced. 3. O3 and PM10 in the six sub-contaminants are maintained at a high level. The above conclusions are the air pollution control system and provide an effective basis for improving people's awareness of environmental protection. Finally， some suggestions for the main pollutants in Ji'nan are given for reference.

關(guān)鍵詞：大氣污染;核密度分析法;PM2.5

Key words： air pollution;nuclear density analysis;PM2.5

中圖分類(lèi)號(hào)：X131.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）17-0268-03

1? 方法與數(shù)據(jù)

1.1 研究方法

核密度估計(jì)（kerneldensity estimation）是概率論中用于估計(jì)概率密度函數(shù)的一種非參數(shù)方法。

假定隨機(jī)變量X的密度函數(shù)為f（x），在x點(diǎn)的概率密度用下式表示：

式中：N為觀測(cè)值個(gè)數(shù);Xi為獨(dú)立同分布的觀測(cè)值;x為均值;K為核函數(shù);h為帶寬。

1.2 樣本數(shù)據(jù)

本文選擇PM2.5，PM10，SO2，CO，NO2，O3等在內(nèi)的六種常見(jiàn)污染物濃度值以及空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）作為衡量大氣污染的指標(biāo)?？諝赓|(zhì)量指數(shù)（AQI）：AQI是空氣質(zhì)量指數(shù)的縮寫(xiě)。它的英文名字是空氣質(zhì)量指數(shù)。數(shù)值越大，等級(jí)和類(lèi)型越高，空氣污染越嚴(yán)重，對(duì)人體健康的危害越大。針對(duì)單項(xiàng)污染物還規(guī)定了空氣質(zhì)量分指數(shù)。參與空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要污染物為PM2.5，PM10，SO2，CO，NO2，O3六項(xiàng)。本文所有數(shù)據(jù)均來(lái)源于中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)。

污染物主要來(lái)源：

PM2.5：其中以土壤揚(yáng)塵、海洋氣溶膠和車(chē)輛尾氣最為重要。車(chē)輛排氣管排放的主要是細(xì)小的顆粒物即PM2.5。

PM10：PM10的來(lái)源主要為土壤，占總來(lái)源的21.3%，而且有明顯的季節(jié)和地區(qū)變化性，例如春季的土壤來(lái)源較多，而機(jī)動(dòng)車(chē)燃油的排放所占比例則在秋冬季較高。

SO2：二氧化硫主要來(lái)源于化石燃料的燃燒（煤，石油，天然氣）。

NO2：二氧化氮除自然來(lái)源之外，燃料的燃燒、城市汽車(chē)尾氣也可以產(chǎn)生NO2。此外，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程也可產(chǎn)生二氧化氮。

O3：臭氧是由氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物之間的光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，這需要足夠的光和溫度。

CO：空氣中CO主要來(lái)自含碳物質(zhì)的不充分燃燒（如汽油、柴油、煤、木炭、煤氣、液化氣、天然氣等）和汽車(chē)尾氣。

本文針對(duì)2018年華東地區(qū)上海市、南京市、濟(jì)南市、合肥市、杭州市、福州市的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI），由表1得出山東省濟(jì)南市空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）最大，福建省福州市空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）最小，其中濟(jì)南市空氣質(zhì)量指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差最大，說(shuō)明其與平均值之間的差異較大，空間差異性較大，福州市空氣質(zhì)量指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差最小，說(shuō)明其與平均值之間的差異較小，空間差異性較小，空氣質(zhì)量較好。因此本文利用核密度估計(jì)方法著重分析了山東省濟(jì)南市的大氣污染現(xiàn)狀。如表1所示。

2? 空氣質(zhì)量指數(shù)等級(jí)劃分

空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）可以劃分為五個(gè)等級(jí)：

當(dāng)空氣質(zhì)量指數(shù)為0-50 時(shí)，為一級(jí)污染

當(dāng)空氣質(zhì)量指數(shù)為51-100 時(shí)，為二級(jí)污染

當(dāng)空氣質(zhì)量指數(shù)為101-150 時(shí)，為三級(jí)污染

當(dāng)空氣質(zhì)量指數(shù)為151-200 時(shí)，為四級(jí)污染

當(dāng)空氣質(zhì)量指數(shù)為201-300 時(shí)，為五級(jí)污染

當(dāng)空氣質(zhì)量指數(shù)>300 時(shí)，為六級(jí)污染

由圖1可以看出，2018年濟(jì)南市大約將近一半天氣處于三級(jí)污染以上，由此可見(jiàn)，對(duì)濟(jì)南市大氣污染的防治應(yīng)立即并有條不紊的展開(kāi)。

本文采用R語(yǔ)言工具繪制出2018年山東省濟(jì)南市分項(xiàng)污染物的核密度估計(jì)圖，如圖所示，NO2密度函數(shù)呈現(xiàn)較明顯的雙峰分布，表明其空間差異性較高。其余五種污染物均為單峰分布。從分布位置看，PM2.5，SO2，CO核密度圖形分布位置比較靠近左側(cè)，表明樣本城市PM2.5，SO2，CO的濃度水平較其他污染物相比較低，上述三項(xiàng)污染并不顯著，與濟(jì)南市近年來(lái)大氣污染的有效治理密不可分。而O3，PM10的核密度圖形分布較為相似，如圖2所示。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)于PM2.5的年均濃度限值分為：第一個(gè)過(guò)渡期目標(biāo)為35μg/m3，第二個(gè)過(guò)渡期目標(biāo)為25μg/m3，第三個(gè)過(guò)渡期目標(biāo)為15μg/m3。我國(guó)規(guī)定的PM2.5的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值為15μg/m3，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值為35μg/m3。由核密度圖像可以看出，濟(jì)南市PM2.5濃度值大約維持在40μg/m3左右，近似達(dá)標(biāo)WHO過(guò)渡時(shí)期目標(biāo)-1和我國(guó)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的35μg/m3，但與WHO過(guò)渡時(shí)期目標(biāo)-3和我國(guó)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的15μg/m3相差較多，大約是2.5倍左右，雖然近年來(lái)濟(jì)南市PM2.5的治理效果顯著，但大氣污染的治理仍然任重道遠(yuǎn)。

WHO空氣質(zhì)量準(zhǔn)則規(guī)定PM10年均濃度限值為：第一個(gè)過(guò)渡期目標(biāo)為70μg/m3，第二個(gè)過(guò)渡期目標(biāo)為50μg/m3，第三個(gè)過(guò)渡期目標(biāo)為30μg/m3。我國(guó)新頒布標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可吸入顆粒物一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為40μg/m3，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為70μg/m3。由核密度圖像可以看出，濟(jì)南市PM10濃度值大約維持在120μg/m3左右，這大約是世界衛(wèi)生組織過(guò)渡時(shí)期目標(biāo)-3的30μg/m3 4倍，是我國(guó)新頒布一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)40μg/m3 3倍?？梢钥闯鰸?jì)南市可吸入顆粒物（PM10）濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)標(biāo)。

因?yàn)閃HO認(rèn)為“只要符合24小時(shí)濃度限值就可保證低的年平均濃度，故年平均濃度限值是不需要”，故只對(duì)24小時(shí)濃度值進(jìn)行規(guī)定。WHO對(duì)二氧化硫24小時(shí)濃度限值分為第一個(gè)過(guò)渡期目標(biāo)為125μg/m3，第二個(gè)過(guò)渡期目標(biāo)為50μg/m3。我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定24小時(shí)平均濃度的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為50μg/m3，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為150μg/m3。由核密度圖像可以看出，SO2濃度大約維持在10μg/m3左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于WHO和中國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明濟(jì)南市SO2污染的控制相對(duì)較好。

WHO對(duì)于一氧化碳（CO）暴露的標(biāo)準(zhǔn)限值：15分鐘100mg/m3（90ppm），30分鐘60mg/m3（54ppm），1小時(shí)30mg/m3（27ppm），8小時(shí)10mg/m3（9ppm），中國(guó)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，室內(nèi)空氣中CO濃度標(biāo)準(zhǔn)值為10mg/m3。由核密度圖像可以看出，濟(jì)南市CO濃度大約維持在0.7mg/m3，被控制在一個(gè)較好的水平。

WHO規(guī)定的二氧化氮年平均準(zhǔn)則值為40μg/m3。中國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二氧化氮濃度標(biāo)準(zhǔn)值與WHO相同。由核密度圖像可以看出，濟(jì)南市NO2濃度值大約維持在40μg/m3左右，但由于其是雙峰分布，一段時(shí)間內(nèi)NO2濃度也維持在60μg/m3左右，超出WHO和中國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)20μg/m3左右，因此濟(jì)南市NO2濃度值相對(duì)其他分項(xiàng)污染物來(lái)說(shuō)不太穩(wěn)定，應(yīng)重點(diǎn)考慮一下NO2濃度的控制。

WHO僅規(guī)定了臭氧（O3）8小時(shí)平均濃度的準(zhǔn)則值。WHO的臭氧8小時(shí)濃度限值分為：高濃度240μg/m3，第一個(gè)過(guò)渡期目標(biāo)為160μg/m3。中國(guó)規(guī)定臭氧8小時(shí)濃度的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值100μg/m3，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值為160μg/m3。由核密度圖像可以看出，濟(jì)南市O3濃度值（8h）大約維持在150μg/m3左右，基本達(dá)標(biāo)WHO過(guò)渡時(shí)期目標(biāo)-1值，但距離中國(guó)規(guī)定臭氧8小時(shí)濃度的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值還有一定的差距。

3? 結(jié)論

本文以空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）以及PM2.5，PM10，SO2，CO，NO2，O3六項(xiàng)分項(xiàng)污染物為指標(biāo)，運(yùn)用核密度分析法對(duì)濟(jì)南市大氣污染進(jìn)行了初步的評(píng)估，研究結(jié)論如下：①華東地區(qū)省會(huì)城市中濟(jì)南市空氣污染指數(shù)（AQI）最大，空氣質(zhì)量相對(duì)其他地區(qū)較差;福州地區(qū)空氣質(zhì)量較好。②濟(jì)南市2018年P(guān)M2.5的治理有顯著效果。③濟(jì)南市PM10濃度較高，成為2018年濟(jì)南市首要污染物之一。④濟(jì)南市NO2濃度水平呈不穩(wěn)定分布，差異性較大，應(yīng)敲響濟(jì)南市NO2濃度防治的警鐘。

4? 建議

濟(jì)南四面環(huán)山，北倚黃河。地勢(shì)很淺。受南方山區(qū)影響，總體大氣污染擴(kuò)散條件較差。城市地表附近容易形成“小風(fēng)中心”，影響污染物的水平擴(kuò)散。在垂直方向上，長(zhǎng)期氣象觀測(cè)資料表明，濟(jì)南市區(qū)易發(fā)生逆溫天氣。下午5點(diǎn)逆溫天氣發(fā)生的概率超過(guò)80%，影響污染物的垂直擴(kuò)散。濟(jì)南市大部分工業(yè)園區(qū)和主要大氣污染源都位于擴(kuò)散條件較差的區(qū)域，對(duì)濟(jì)南市環(huán)境空氣質(zhì)量影響較大。濟(jì)南市移動(dòng)源、生活源和沙塵源的排放強(qiáng)度較強(qiáng)，過(guò)度集中在城市擴(kuò)散條件較差的地區(qū)。塊煤燃燒、各種粉塵、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、油煙等對(duì)城市環(huán)境質(zhì)量有很大的影響。其中濟(jì)南機(jī)動(dòng)車(chē)高度集中在“風(fēng)的中心”。由于機(jī)動(dòng)車(chē)是在人的呼吸帶內(nèi)排放的，其影響更為顯著。這也直接導(dǎo)致PM2.5和PM10濃度的增加。以下是對(duì)上述污染源分析的一些建議，供參考：①把工業(yè)園區(qū)轉(zhuǎn)移到空氣污染擴(kuò)散較好的地區(qū)。商河、濟(jì)陽(yáng)、天橋北部屬于擴(kuò)散條件較好的區(qū)域。②拓寬城市道路，發(fā)展公共交通系統(tǒng)，增強(qiáng)人們的環(huán)保意識(shí)。它呼吁人們選擇公共交通，并采取措施，如私家車(chē)限制，以減少PM2.5和PM10的排放。③加強(qiáng)對(duì)各類(lèi)排煙設(shè)施的監(jiān)督管理，提高燃煤質(zhì)量，改變能源結(jié)構(gòu)。④進(jìn)一步制定環(huán)境污染控制措施，完善處理體系，使各種廢物得到處理和排放，最大限度地減少對(duì)環(huán)境的直接污染。⑤加大力度宣傳可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，提高各級(jí)干部和廣大人民的環(huán)保意識(shí)，形成“環(huán)境保護(hù)，人人有責(zé)”的氛圍，嚴(yán)格遵守有關(guān)法律規(guī)定，并形成新的有特色的符合濟(jì)南的環(huán)境污染治理規(guī)定，提高法律觀念。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉華軍，杜廣杰.中國(guó)城市大氣污染的空間格局與分布動(dòng)態(tài)演進(jìn)[J].

[2]孫才志，李欣.基于核密度估計(jì)的中國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)態(tài)演變[J].經(jīng)濟(jì)地理，2015（01）.

[3]李小飛，張明軍，王圣杰，趙愛(ài)芳，馬潛.中國(guó)空氣污染指數(shù)變化特征及影響因素分析[J].環(huán)境科學(xué)，2012（06）.

[4]通過(guò)WHO的空氣質(zhì)量準(zhǔn)則看中國(guó)新頒布空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[J].郭雋.資源節(jié)約與環(huán)保，2013（12）.

[5] 魯斯唯，林婷，李森琳，吳水平，陳曉秋.廈門(mén)城區(qū)秋季不同粒徑大氣顆粒物的微觀形貌分析[J].廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（02）.

[6]梁瓊，尹輝，牟書(shū)勇，張道勇，潘響亮.烏魯木齊市采暖期大氣PM2.5特征分析[J].干旱區(qū)研究，2015（03）.

[7]李令軍，王占山，張大偉，陳添，姜磊，李云婷.2013～2014年北京大氣重污染特征研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2016（01）.

作者簡(jiǎn)介：姜銘（1996-），女，遼寧鞍山人，研究生在讀，研究方向?yàn)閼?yīng)用統(tǒng)計(jì)。