基于空間數(shù)據(jù)的空氣質(zhì)量指數(shù)分析

王凌鋒 汪怡成 張瓊

摘要：近年來，空氣質(zhì)量已成為中國社會日益關(guān)注的話題。筆者選用2018年全國省會城市空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）及其主要考核指標(biāo)：地面臭氧（O3）、PM10（粒徑小于等于10μm）、PM2.5（粒徑小于等于2.5μm）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2），結(jié)合Nich指數(shù)、泰爾指數(shù)做空間統(tǒng)計(jì)分析，探究不同區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)之間的關(guān)聯(lián)程度及影響因素。

關(guān)鍵詞：空間數(shù)據(jù);質(zhì)量指數(shù)（AQI）;Nich指數(shù);泰爾指數(shù)

中圖分類號：X830.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.095

Air quality index analysis based on spatial data

Wang Lingfeng，Wang Yicheng，Zhang Qiong

（Yunnan University （College of Mathematics and Statistics），Kunming Yunnan 650504，China）

Abstract：In recent years， air quality has become an increasingly concerned topic in Chinese society. The author chooses 2018 national provincial city air quality index （AQI） and the main evaluation indexes： the ground-level ozone （O3）， PM10 （less than or equal to 10 microns）， PM2.5 （less than or equal to 2.5 microns）， carbon monoxide （CO）， sulfur dioxide （SO2），nitrogen dioxide （NO2），combining with clustering analysis， Nich index， the index of Theil do spatial statistical analysis， to explore the correlation degree between different regional air quality index and influencing factors.

Key words：Spatial data;Quality index （AQI）;Nich index;Theil index

1 問題的提出

霧霾形成及空氣質(zhì)量下降是多方面、多因素造成的，而單一從相同污染源歸類不同省市是不科學(xué)的。因此從結(jié)果角度出發(fā)，通過已經(jīng)監(jiān)測到的2018年全年各省會城市的空氣質(zhì)量指數(shù)，探尋在現(xiàn)有現(xiàn)象背景下各省市之間空氣質(zhì)量的聯(lián)系。

2 材料與研究方法

2.1 研究范圍

本文以中國大陸為研究范圍，選取合計(jì)31個直轄市及省會城市作為樣本點(diǎn)建立數(shù)據(jù)集。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

文中數(shù)據(jù)來自中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺（https：//www.aqistudy.cn/historydata/）。季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)為3—5月春季，6—8月夏季，9—11月秋季，12月到次年2月冬季，各季每天的均值為季均值，全年各天的均值為全年均值。

2.3 研究方法

本文采用建立熱力圖、直方圖對各地區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述分析，再運(yùn)用Nich指數(shù)、泰爾指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 全國空氣質(zhì)量空間分布

中國全年空氣質(zhì)量指數(shù)東西部較高，中部較低。華東、華北地區(qū)AQI指數(shù)較高，全年均值為輕度污染;西部地區(qū)及黑龍江省空氣質(zhì)量良好;華中、華南、內(nèi)蒙古、青海、甘肅空氣質(zhì)量保持較好。

各季度AQI指數(shù)區(qū)域分布同全年分布相似，但季節(jié)性差異明顯。夏秋兩季空氣質(zhì)量優(yōu)良，冬季空氣受染嚴(yán)重。河北、黑龍江、江西、安徽等省份AQI指數(shù)較高，其中部分地區(qū)達(dá)到中度污染水平。空氣質(zhì)量指數(shù)呈現(xiàn)冬季>春季>夏季>秋季的分布特征。

3.2 基于Nich指數(shù)的AQI指數(shù)分析

全年指數(shù)變化可劃分為4個階段。

第一階段：11月到次年4月為空氣質(zhì)量波動最劇烈的時期。冬季我國燃煤供暖、天然氣量能增加，空氣質(zhì)量大幅下降。同時燃放煙花爆竹亦是空氣污染的重要原因。

第二階段：5—6月春末夏初氣溫回暖，供暖壓力減小，空氣污染源頭少，能源需求弱，春季AQI指數(shù)趨于平穩(wěn)波動。

第三階段：8—9月夏季全國氣溫激升，空調(diào)使用率提高、工業(yè)增產(chǎn)對空氣質(zhì)量造成負(fù)面影響，不同省市之間AQI波動差異明顯。

第四階段：10—11月完全進(jìn)入秋季，氣候趨于穩(wěn)定，氣溫涼爽適宜。同春季平穩(wěn)期相似，是不同省市AQI變化較小的時期。

綜上所述，我國空氣質(zhì)量存在明顯的季節(jié)性：春、秋季AQI波動幅度小，趨于平穩(wěn);夏、冬季AQI指數(shù)波動明顯且幅度大、變化快，尤以冬季AQI波動最為顯著。

3.3 基于泰爾指數(shù)的AQI指數(shù)分析

3.3.1 兩種權(quán)重下AQI總泰爾指數(shù)分析

（1）以GDP為權(quán)重的總泰爾指數(shù)T（G）呈現(xiàn)為小幅波動的“W”型曲線。1—3月快速上漲，GDP增幅同全國平均AQI增幅相似性降低。4—10月T（G）除7月上漲外皆保持下降態(tài)勢;春秋AQI指數(shù)與GDP增長相似性上升。7月AQI指數(shù)與GDP增長趨勢不相符，泰爾指數(shù)上漲。11—12月T（G）顯示為增長狀態(tài)。

（2）以人口為權(quán)重的總泰爾指數(shù)T（P）呈現(xiàn)為與T（G）相似的“W”型增長，但在3—7月間泰爾指數(shù)波動趨于平穩(wěn)。主要原因?yàn)?—7月沒有大規(guī)模人員遷移，AQI波動同人口數(shù)量變化相似度保持不變，人口數(shù)量對空氣質(zhì)量的影響力很弱，因此人口數(shù)量不作為影響空氣質(zhì)量的主要因素。雖然T（P）與T（G）曲線保持相似的增長態(tài)勢，但在7—8月、10—12月的T（P）曲線斜率大于T（G）曲線，說明人口數(shù)量變化對全國AQI指數(shù)變化的影響力度大于GDP增長對AQI指數(shù)變化的影響。

（3）人口數(shù)量為權(quán)重的泰爾指數(shù)T（P）小于同階段GDP為權(quán)重的泰爾指數(shù)T（G）。主要因?yàn)榈貐^(qū)GDP占全國比例（人口數(shù)量占全國比例）與各地區(qū)AQI指數(shù)占全國比例數(shù)值越接近，其泰爾指數(shù)就越小。說明我國AQI指數(shù)波動與經(jīng)濟(jì)增長存在相關(guān)性但有限;對全國AQI指數(shù)波動的影響更強(qiáng)的是人口數(shù)量，被認(rèn)為是造成空氣污染的重要因素。

3.3.2 兩種權(quán)重下七大地區(qū)AQI泰爾指數(shù)分析

根據(jù)兩種權(quán)重下七大地區(qū)AQI泰爾指數(shù)及變化趨勢，可將七大區(qū)域劃分為四類。

（1）第一類為東北、華中和西北地區(qū)。全年泰爾指數(shù)呈平穩(wěn)趨勢且集中在0.02左右，GDP與人口總數(shù)同AQI指數(shù)相關(guān)程度高度相似，泰爾指數(shù)維穩(wěn)。該類地區(qū)具有高AQI、GDP緩增長、人口相對集中的特點(diǎn)，形成了該類地區(qū)泰爾指數(shù)趨于平穩(wěn)的特征且GDP與人口數(shù)量同AQI指數(shù)相似程度較高。

（2）第二類為華北地區(qū)。全年泰爾指數(shù)在0.03～0.06間有小幅波動;1—4月GDP與人口數(shù)量泰爾指數(shù)呈現(xiàn)不同的變化趨勢：人口數(shù)量泰爾指數(shù)小幅上漲，GDP泰爾指數(shù)基本維持在0.035左右。該類地區(qū)具有高AQI、多工業(yè)、高經(jīng)濟(jì)增長、人口變化迅速的特點(diǎn)。

（3）第三類為華南、華東地區(qū)。全年泰爾指數(shù)有較大幅度波動，呈現(xiàn)不規(guī)律的變化形勢，形成低AQI、高經(jīng)濟(jì)增長、人口流動頻繁的特點(diǎn)。

（4）第四類為西南地區(qū)。泰爾指數(shù)在0.02～0.09之間波動，人口在8—9月有明顯波動，形成低AQI、工業(yè)少、經(jīng)濟(jì)增長低、人口流動顯著的特點(diǎn)。

4 結(jié)論

現(xiàn)階段我國經(jīng)濟(jì)呈上升發(fā)展態(tài)勢，地域之間發(fā)展不平衡不充分日益明顯。由于產(chǎn)業(yè)相關(guān)，生產(chǎn)周期結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致空氣質(zhì)量在地域間顯示出較強(qiáng)差異性與關(guān)聯(lián)性。結(jié)合現(xiàn)階段各地區(qū)空氣質(zhì)量分布狀況、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，本文給出如下建議：

（1）注重關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。區(qū)域發(fā)展存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上協(xié)調(diào)各城市間生產(chǎn)關(guān)系是實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境同經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。因此在進(jìn)行空氣質(zhì)量治理時應(yīng)當(dāng)把握產(chǎn)業(yè)相關(guān)特性，從產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方向進(jìn)行優(yōu)化，在同區(qū)域內(nèi)做到經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展、共同進(jìn)步。同時產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)接近的地區(qū)要以發(fā)展較優(yōu)地區(qū)作范本，改良當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，生態(tài)建設(shè)上共同受益。

（2）協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境之間的矛盾。經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)間的矛盾日益凸顯，空氣質(zhì)量往往隨經(jīng)濟(jì)增長反向變化。在華北等老工業(yè)區(qū)及供暖集中地，空氣質(zhì)量明顯劣于其他地區(qū)。在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略重要性越發(fā)明顯，既要保持經(jīng)濟(jì)發(fā)展也要滿足“人民日益增長的美好生活需要”。

（3）由空氣質(zhì)量指數(shù)季節(jié)性變化做生產(chǎn)調(diào)整。AQI季節(jié)性變化受生產(chǎn)生活季節(jié)性變化的影響，因此把握居民生活習(xí)慣的季節(jié)性變化對工業(yè)生產(chǎn)做宏觀調(diào)控是控制AQI指數(shù)的有效途徑。夏秋兩季空氣質(zhì)量較好，綠植生長旺盛，在凈化空氣的同時阻礙污染物擴(kuò)散。居民無供暖需求，可適當(dāng)放寬工業(yè)生產(chǎn);冬季氣候寒冷，農(nóng)村焚燒秸稈、城鎮(zhèn)供暖及寒流等因素導(dǎo)致全國空氣質(zhì)量指數(shù)高居不下，因此工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)做適當(dāng)讓步，通過錯峰生產(chǎn)降低工業(yè)污染物排放以減少空氣污染。

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收稿日期：2019-12-24

作者簡介：王凌鋒（1998-），男，漢族，本科在讀，研究方向?yàn)閼?yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)。