王永麗,張子月,郭 穎
(南陽師范學(xué)院 自然災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)河南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 南陽 473061)
大氣環(huán)境質(zhì)量是城市環(huán)境質(zhì)量的重要組成部分,也是城市可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市化進(jìn)程加快,機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)增加,大氣環(huán)境問題日益突出,特別是重污染天氣頻發(fā)嚴(yán)重危害人類的健康[1]。大氣中的細(xì)顆粒物通過人體呼吸進(jìn)入肺部,可導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)和心腦血管等疾病[2]。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及全球的氣候變化,環(huán)境問題接踵而至,我國大氣污染防治前期主要針對(duì)二氧化硫、二氧化氮、總懸浮顆粒物和可吸入顆粒物進(jìn)行控制,防治成效顯著[3]。目前,我國空氣質(zhì)量總體上已得到了較大改善,但大氣污染形勢(shì)仍然不容樂觀,個(gè)別地區(qū)污染較重,冬季重污染問題依然突出[4]。中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部公布的數(shù)據(jù)顯示,PM2.5是導(dǎo)致城市大氣污染各項(xiàng)指標(biāo)中的首要污染物[5~7],近些年來,對(duì)PM2.5的研究越來越多;樊建勇、黃玲[8]等對(duì)江西省PM2.5污染時(shí)空變化特征和氣象成因進(jìn)行了分析,南國衛(wèi)、孫虎、朱一梅[9]對(duì)陜西省PM2.5時(shí)空分布規(guī)律和影響因素進(jìn)行了探究,黃亞林、劉超、曾克峰[10]對(duì)武漢市PM2.5的時(shí)空變化特征和氣象成因進(jìn)行了分析,趙卉伊褶、周衛(wèi)健[11]等對(duì)西安市的PM2.5時(shí)空變化特征和影響因素進(jìn)行了分析,李亞亞[12]對(duì)咸陽市的空氣污染原因和治理措施進(jìn)行了總結(jié),任彥卿、曹國良、涂娟[13]等對(duì)陜西省延安市、西安市、寶雞市、渭南市4個(gè)地級(jí)市的空氣污染指數(shù)進(jìn)行了分析。
陜西省是中華民族及華夏文化的重要發(fā)祥地之一,目前對(duì)PM2.5濃度的變化特征以及影響因素的研究有很多,并且取得了很多成果,但是研究區(qū)域主要集中在北京、天津、河北省和長三角等區(qū)域,對(duì)陜西省的研究相對(duì)較少,因此,本文利用2019年陜西省各個(gè)地級(jí)市的PM2.5觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)陜西省PM2.5質(zhì)量濃度的空間分布特征以及各個(gè)地級(jí)市PM2.5質(zhì)量濃度的時(shí)間變化特征進(jìn)行了分析,希望能夠?yàn)殛兾魇〗ㄔO(shè)生態(tài)文明和防治大氣污染提供一些依據(jù)。
陜西,簡稱“陜”或者“秦”,位于中國西北地區(qū)東部的黃河中游,地處東經(jīng)105°29′~111°15′,北緯31°42′~39°35′。陜西省地勢(shì)具有南北高,中部低的特點(diǎn)。此外,地勢(shì)有明顯由西向東傾斜的特點(diǎn)。陜西省有多種氣候類型,陜北主要是溫帶大陸性氣候,并且具有沙漠氣候特征;關(guān)中平原溫帶季風(fēng)氣候比較突出,四季分明,溫度適中;在緯度上陜南還是屬于北方,但是因?yàn)榍貛X和漢中盆地對(duì)它產(chǎn)生了影響,所以它體現(xiàn)出亞熱帶的氣候風(fēng)貌,降水比較明顯,濕度和同緯度的地區(qū)相比會(huì)偏高一些,冬季暖和濕潤。截至2019年末,陜西省常住人口3876.21萬人,其中城鎮(zhèn)人口2303.63萬人,鄉(xiāng)村人口1572.5人。面對(duì)國內(nèi)外越來越多的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn),陜西省省委政府帶領(lǐng)著全省人民,深入貫徹黨的十九大和十九屆二中全會(huì)精神,大力發(fā)展“三個(gè)經(jīng)濟(jì)”,2020年,陜西省實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值26181.86億元,比2019年增長2.2%,居民消費(fèi)水平提高。目前,陜西省有5個(gè)機(jī)場(chǎng)、七條高速鐵路、6條普速鐵路、8條公路,其中隴海鐵路橫貫東西,寶成、襄渝等線連通南北。
本研究所應(yīng)用到的原始數(shù)據(jù)為2019年陜西省各地級(jí)市PM2.5的日平均濃度值;該數(shù)據(jù)來自中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部數(shù)據(jù)中心、中國氣象局國家氣候中心與生態(tài)環(huán)境部中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站。
本研究首先運(yùn)用Excel對(duì)2019年陜西省各個(gè)地級(jí)市PM2.5數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)算得出2019年各個(gè)地級(jí)市的PM2.5月均濃度和年均濃度,并做出各個(gè)地級(jí)市的PM2.5月變化圖和年均濃度比較圖;然后使用ArcGIS對(duì)陜西省的矢量范圍進(jìn)行可視化處理,得到陜西省PM2.5濃度空間分布圖。首先,打開Arcmap,添加陜西省矢量地圖和陜西省2019年P(guān)M2.5年均濃度Excel數(shù)據(jù),將PM2.5的Excel數(shù)據(jù)鏈接到地圖,然后對(duì)PM2.5數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分組,最后切換到Layout view,添加圖例和指北針,在地圖上顯示出各個(gè)地級(jí)市的名字。
4.1.1 年均濃度比較分析
如圖1所示,2019年西安市、咸陽市、銅川市、渭南市、寶雞市、漢中市、延安市、榆林市、安康市、商洛市10個(gè)地級(jí)市的PM2.5年均濃度分別為61 μg/m3,65 μg/m3,49 μg/m3,59 μg/m3,54 μg/m3,47 μg/m3,32 μg/m3,34 μg/m3,39 μg/m3,33 μg/m3,由此可知,延安市、榆林市、商洛市三個(gè)地級(jí)市的年均濃度低于環(huán)境空氣污染物年濃度限值國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(35 μg/m3),達(dá)到國家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),但是都高于國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其中,咸陽市的PM2.5年均濃度最高,達(dá)到65 μg/m3,西安市PM2.5年均濃度位居第二,達(dá)到61 μg/m3,延安市和商洛市PM2.5年均濃度最低,僅33 μg/m3,兩者相差32 μg/m3,咸陽市的PM2.5濃度基本上是延安市和商洛市PM2.5濃度的2倍。
4.1.2 月均濃度變化特征
由圖2可知,2019年西安市1月到8月份PM2.5質(zhì)量濃度呈下降趨勢(shì),8月到12月份呈上升趨勢(shì),其中1月、2月、11月、12月的PM2.5濃度明顯高于其它月份,也就是除了11月之外冬季的PM2.5濃度偏高;銅川市1月到3月份PM2.5濃度呈下降趨勢(shì),4月份突然回返,4月到7月份呈下降趨勢(shì),7月到12月份呈上升趨勢(shì),7月份PM2.5濃度最低;寶雞市PM2.5質(zhì)量濃度1月到7月份逐漸降低,7月到12月份逐漸升高;咸陽市1月到7月份PM2.5濃度呈下降趨勢(shì),7月到8月份輕微升高,8月到9月份輕微降低,9月到12月份呈升高趨勢(shì);渭南市除了3月到4月份PM2.5濃度有輕微的升高外,和寶雞市PM2.5濃度變化基本一致;延安市、漢中市、榆林市、商洛市、安康市1月到4月份PM2.5濃度呈下降趨勢(shì),5月份突然回升,5月到8月呈下降趨勢(shì),8月到12月基本呈上升趨勢(shì)。除了漢中市PM2.5濃度在12月份達(dá)到峰值,其余地級(jí)市峰值均在1月份。以上是陜西省地級(jí)市的月變化趨勢(shì)。
圖1 2019年陜西省地級(jí)市PM2.5年均濃度變化
圖2 2019年陜西省地級(jí)市PM2.5月均濃度變化
現(xiàn)將陜西省地級(jí)市PM2.5的月變化趨勢(shì)在一張圖中進(jìn)行比較分析。如圖3,陜西省各個(gè)地級(jí)市的PM2.5濃度月變化趨勢(shì)基本一致,變化曲線總體呈現(xiàn)“U”字型變化。有著冬季高夏季低的變化特征,這和中國一些地區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度季節(jié)變化特征一致[1]。雖然陜西省各地級(jí)市PM2.5濃度整體變化趨勢(shì)基本一致,但是根據(jù)圖示可以看出各個(gè)地級(jí)市的PM2.5濃度值在相同時(shí)間段內(nèi)還是存在著明顯差別。整體來看,咸陽市、西安市、渭南市的PM2.5濃度明顯高于其它地級(jí)市,1月份,西安市PM2.5濃度為138 μg/m3,達(dá)到全省最高,渭南市位居第二,咸陽市位居第三,12月份,咸陽市PM2.5濃度為112 μg/m3,居全省最高,西安市位居第二,渭南市位居第三,2月到10月份咸陽市的PM2.5濃度均比其它地級(jí)市高。那么相對(duì)來說,延安市,榆林市,商洛市的PM2.5濃度相對(duì)來看就比較低,除了商洛市1月份的PM2.5濃度高于70 μg/m3,延安市和榆林市1月到12月份的PM2.5月均濃度全部低于60 μg/m3,而銅川市、寶雞市、安康市、漢中市4個(gè)地級(jí)市的PM2.5濃度就相對(duì)來說比較居中。
圖3 2019年陜西省地級(jí)市PM2.5月均濃度變化
從圖4中可以看出:陜西省地級(jí)市的PM2.5濃度差異明顯,整體來看北部偏低,中部較嚴(yán)重,南部略微減輕。另外可以看出陜西省的PM2.5濃度具有明顯的空間聚集性,中部地區(qū)PM2.5高濃度值比較集中。關(guān)中地區(qū)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)是能源重化工,盆地面積小,人口多,生產(chǎn)總值高,污染物排放量超過了區(qū)域環(huán)境承載力[2]。就各個(gè)地級(jí)市來說,咸陽市PM2.5質(zhì)量濃度最高,西安市和渭南市較高,銅川市、寶雞市、漢中市、安康市偏低,商洛市、延安市、榆林市較低。
通過本研究的研究結(jié)果可以得知,2019年陜西省各地級(jí)市的PM2.5濃度無論從時(shí)間上還是空間上都具有明顯的差異性。
整體上來看,PM2.5污染物濃度變化受氣象條件、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等綜合因素影響[3]。PM2.5質(zhì)量濃度峰值出現(xiàn)在1月份和12月份,冬季氣溫氣壓都比較低,降雨量較少。逆溫層較強(qiáng)較厚,污染物聚集在大氣中很難擴(kuò)散,還會(huì)產(chǎn)生二次反應(yīng),所以導(dǎo)致PM2.5濃度升高[4,5]。除了這個(gè)原因之外,北方在冬季長期的供暖也是導(dǎo)致污染物排放量增加的重要原因。
能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,能源化工產(chǎn)業(yè)多,這是咸陽市污染嚴(yán)重的主要原因。咸陽市周邊有很多化工、水泥等大型企業(yè),這些企業(yè)會(huì)排放大量的污染物。另外咸陽市能源結(jié)構(gòu)一直以煤為主,沒有有效治理城市揚(yáng)塵,過度開發(fā)房地產(chǎn),有很多小的污染源,還有很多外來污染因子[6]。其次,與咸陽市的地理位置也有關(guān),咸陽市南有秦嶺,北有黃土高原,導(dǎo)致污染物聚集,很難擴(kuò)散。西安市作為陜西省省會(huì),各方面的發(fā)展相對(duì)其它地級(jí)市會(huì)好一些,經(jīng)濟(jì)發(fā)展必定會(huì)對(duì)環(huán)境有所污染,這是西安市PM2.5濃度偏高的主要原因之一;此外,西安屬于暖溫帶季風(fēng)氣候,冬季降水量少,空氣流動(dòng)性較差,這樣就很容易導(dǎo)致污染物累積。此外西安會(huì)常有東北風(fēng),而陜南有很多像三門峽、臨汾這樣的重污染城市,進(jìn)而會(huì)被東北風(fēng)夾帶來大量的空氣污染物,這也是導(dǎo)致PM2.5濃度偏高的原因。
延安市首要污染物是SO2,并且延安城區(qū)沒有對(duì)大氣污染嚴(yán)重的企業(yè),像大型化工、冶金、水泥等企業(yè)[7]。此外延安三面環(huán)山,西南方向是鳳凰山,東北方向是清涼山,東南坐落著寶塔山,延河和南川河貫穿整個(gè)延安城,所以延安市不容易受到周邊城市的影響。
商洛市與西安市、渭南市相鄰,但是商洛市的PM2.5年均濃度卻達(dá)到了國家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。商洛市地形和地貌結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜,有“八山一水一分田”之稱,地勢(shì)具有西北高,東南低的特點(diǎn),南北部氣候不同,南部氣候?qū)儆趤啛釒?,北部氣候?qū)儆谂療釒А纳搪迨猩鷳B(tài)環(huán)境局獲悉:2020年商洛市中心城區(qū)空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)達(dá)到347 d,優(yōu)良天數(shù)連續(xù)8年都位于全省第一,連續(xù)4年都是環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)城市。
陜西省特殊的地理位置、氣候特征、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及北方冬季的供暖,這些都對(duì)PM2.5的濃度有一定的影響。本研究根據(jù)研究結(jié)果,從下面幾個(gè)方面提出了控制措施。
(1)控制PM2.5的源頭,對(duì)工業(yè)粉塵進(jìn)行加強(qiáng)治理。加強(qiáng)組織和領(lǐng)導(dǎo),制定相關(guān)規(guī)章制度,做好防塵的宣傳工作。另外對(duì)防塵相關(guān)技術(shù)地提高,可以有效地降低粉塵的產(chǎn)生和釋放。
(2)改善能源消耗的結(jié)構(gòu)。提高能源的利用效率,制定有關(guān)政策,調(diào)整能源消耗結(jié)構(gòu),對(duì)清潔能源進(jìn)行大力開發(fā)利用,針對(duì)傳統(tǒng)能源領(lǐng)域,可以通過推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)來延長化石燃料使用效率,并減少使用煤炭,另外有效減低環(huán)境危害也很重要。風(fēng)光水電,來于自然,針對(duì)自然能源的特性,通過改善存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)募夹g(shù),提高能源轉(zhuǎn)化率。
(3)控制機(jī)動(dòng)車尾氣排放。汽車尾氣的排放也會(huì)對(duì)空氣造成嚴(yán)重污染,想要減少汽車有害氣體的排放可以使用較好品質(zhì)的燃料,使用重金屬含量少的汽油,開發(fā)汽車尾氣處理技術(shù)。在日常生活中,盡量減少使用私家車,多乘坐公共交通工具。
圖4 2019年陜西省各地級(jí)市PM2.5年均濃度空間分布
陜西省各個(gè)地級(jí)市PM2.5質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化顯著,月均濃度呈現(xiàn)“U”字型變化趨勢(shì),有明顯的季節(jié)變化特征,冬季偏高夏季低,特別是1月,2月,11月,12月偏高。
陜西省PM2.5質(zhì)量濃度空間分布差異明顯。整體上,PM2.5年均濃度值北部較低,中南部偏高,其中中部最高,具有空間聚集性。整體來看,咸陽市PM2.5濃度最高,西安市和渭南市較高,商洛市和延安市的PM2.5濃度較低。
陜西省各個(gè)地級(jí)市的PM2.5質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)雖有所相同,但是各個(gè)地級(jí)市之間的PM2.5濃度值有著明顯的差異,經(jīng)研究分析,產(chǎn)生差異的原因和每個(gè)地級(jí)市所處的特殊地形以及它們各自的氣候特征分不開,另外,各個(gè)地級(jí)市不同的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也是重要原因之一。