2015～2019年中國南部不同城市空氣質(zhì)量演變規(guī)律分析①

廖丹 黃華斌 許麗梅

（廈門華廈學(xué)院環(huán)境與公共健康學(xué)院 福建 廈門 361024）

近年來，中國京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等區(qū)域大氣污染來源及其影響因素的相關(guān)研究已大量展開，并取得一定的研究成果［1‐3］。在大氣污染物時(shí)空分布特征研究方面，肖悅［4］利用中國主要城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，綜合空間分析和統(tǒng)計(jì)分析，從年、季、月的不同時(shí)間尺度對(duì)比分析了全國城市空氣質(zhì)量的時(shí)空演變特征，并采用空間計(jì)量模型，討論空氣質(zhì)量演化對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力的影響。王文萍等［5］以2015～2017年城市群空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，探究城市群空氣質(zhì)量的時(shí)空分布特征，結(jié)果表明AQI重心在2015～2016年間先向東北遷移，2016～2017年又向西北遷移。在影響因素的研究方面中，韓江雪［6］討論了北京市尾氣污染對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響和危害。李育慧等［7］探討了城市大氣顆粒物時(shí)空分布特征及氣象條件的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)大氣顆粒物與風(fēng)速、氣溫、降水量、相對(duì)濕度有一定的關(guān)系。郭一鳴［8］利用2015～2017年全國20個(gè)城市群的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)從多個(gè)時(shí)間尺度分析空氣質(zhì)量時(shí)空分布特征，研究還發(fā)現(xiàn)，人口密度、土地利用率、城市化進(jìn)程、能源消耗和技術(shù)進(jìn)步對(duì)空氣質(zhì)量變化具有比較大的影響，但各種影響因素對(duì)不同發(fā)展的城市群影響方向和影響強(qiáng)度存在差異［8‐10］。

2018年6月中國發(fā)布《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年計(jì)劃》，是治理大氣污染的第三個(gè)重要的實(shí)施階段。大氣污染控制目標(biāo)從治理單個(gè)污染物或某個(gè)城市的污染物轉(zhuǎn)為多種污染物協(xié)同減排、大氣污染的區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控以及重污染應(yīng)急防控［11‐13］。目前，我國南部城市面臨著以高濃度臭氧為特征的光化學(xué)污染，和高濕條件下引起細(xì)顆粒物（PM2.5）引起霧霾污染的大氣復(fù)合污染現(xiàn)狀，不僅大大降低了能見度，還嚴(yán)重危害人體健康［14‐16］。對(duì)此，廣東省出臺(tái)了《廣東省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)實(shí)施方案（2018～2020年）》；廣西省先后開展了“春季攻堅(jiān)”行動(dòng)、夏季臭氧污染防治專項(xiàng)工作和秋冬季大氣污染攻堅(jiān)行動(dòng)；海南省實(shí)施《海南省大氣污梁防治條例》等來控制空氣污染。然而，有關(guān)城市化進(jìn)程中采取大氣污染防治措施與環(huán)境空氣質(zhì)量變化特征關(guān)聯(lián)性的報(bào)道還相對(duì)較少。因此，將深入研究我國南方地區(qū)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中不同類型城市空氣環(huán)境質(zhì)量的演變規(guī)律及其影響因素，為城市空氣環(huán)境質(zhì)量改善和城市化發(fā)展規(guī)劃的實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

使 用 的AQI、PM10、PM2.5、O3、SO2、NO2、CO數(shù)據(jù)，均來自于中國生態(tài)環(huán)境部數(shù)據(jù)中心。研究選擇了2015～2019年南方不同發(fā)達(dá)程度城市（廣州、佛山、南寧、?？?、潮州）小時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。南方城市的氣象數(shù)據(jù)來自于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，實(shí)驗(yàn)選取了逐月平均溫度、逐月累計(jì)24時(shí)降水量、逐月2 min平均風(fēng)速、逐月日照時(shí)長(zhǎng)等氣象數(shù)據(jù)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)可以直接反映地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況，主要參考《廣東統(tǒng)計(jì)年鑒》《廣西統(tǒng)計(jì)年鑒》《海南統(tǒng)計(jì)年鑒》中選取了生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、人均生產(chǎn)總值、年末人口、工業(yè)廢氣排放總量、工業(yè)煙（粉）塵排放總量、電力消費(fèi)量、民用汽車統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)（表1）。

表1 各城市第二產(chǎn)業(yè)占比及經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值

1.2 方法

使用SPSS22.0軟件中的Pearson相關(guān)分析法研究氣溫、降水、日照時(shí)長(zhǎng)和風(fēng)速等氣象要素對(duì)空氣質(zhì)量的影響；探討生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、人均生產(chǎn)總值、年末人口、工業(yè)廢氣排放總量、工業(yè)煙（粉）塵排放總量、電力消費(fèi)量、民用汽車數(shù)據(jù)等因素對(duì)空氣質(zhì)量的影響。運(yùn)用Spear‐man相關(guān)分析法研究PM2.5和O3與其他大氣污染物之間的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同城市AQI年際變化的分析

空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）可以用來反映空氣質(zhì)量整體水平。從圖1中可以看出，各城市AQI的范圍在35～70μg/m3，空氣質(zhì)量總體較好，均達(dá)到環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095‐2012）國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。除2016～2017年間AQI有所上升之外，AQI整體呈下降趨勢(shì)，南寧市下降百分比最大。?？谑械目諝赓|(zhì)量?jī)?yōu)于其他4個(gè)城市，這主要與?？谑兴闹芘R海，風(fēng)速大，大氣擴(kuò)散條件整體較好，加上人為活動(dòng)排放大氣污染物總量明顯少于其他城市。受厄爾尼諾的影響，2016年降水量明顯增多，使得2017年AQI值略有反彈。

圖1 2015～2019年我國南部不同類型城市的AQI年際變化

2.2 年際變化特征分析

由圖2～6可知，各城市空氣污染物NO2、PM2.5、PM10、O3、CO和SO2濃度具有明顯的年際變化特征，不同發(fā)達(dá)城市也存在明顯的濃度水平差異。NO2濃度高低順序依次為廣州、佛山、南寧、潮州、?？冢渲校?015～2017年佛山和廣州NO2濃度均在上升。各城市PM2.5、CO濃度均呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，O3濃度卻逐年上升。2016年出了現(xiàn)SO2濃度急劇下降。總體上，各城市空氣污染物變化主要受不同年份社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平條件下人為活動(dòng)改變導(dǎo)致污染物排放量的差異。

圖2 2015～2019年不同城市NO2濃度年際變化

2.3 空氣質(zhì)量月變化分析

圖3 2015～2019年不同城市PM2.5濃度年際變化

圖4 2015～2019年不同城市O3濃度年際變化

圖5 2015～2019年不同城市CO濃度年際變化

圖6 2015～2019年不同城市SO2濃度年際變化

從圖7可以看出，各城市月AQI變化的總體趨勢(shì)呈“V”型曲線，季節(jié)變化呈“冬高夏低”。6月份的空氣質(zhì)量最好，AQI均值最低；12～1月份AQI最大，空氣污染最為嚴(yán)重。冬季大氣層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，逆溫現(xiàn)象頻發(fā)，大氣垂直對(duì)流條件差，近地層人類生產(chǎn)生活排放的污染不斷累積；受偏北季風(fēng)影響，氣流來自污染較重的北方陸地，經(jīng)常出現(xiàn)大范圍、高濃度污染物的區(qū)域性傳輸［14‐15］。相反，在夏季，大氣水平和垂直擴(kuò)散條件好，南方城市主要受偏南方向清潔的海洋氣團(tuán)影響，對(duì)污染物起到稀釋作用，導(dǎo)致各污染物濃度處于全年較低的水平。從不同城市來看，廣州空氣質(zhì)量略優(yōu)于其他地區(qū)，這主要與環(huán)境保護(hù)意識(shí)較強(qiáng)、污染治理的資金投入較多導(dǎo)致空氣質(zhì)量改善明顯有關(guān)，而佛山是制造業(yè)集中的城市，污染型的企業(yè)數(shù)量相對(duì)較多，空氣質(zhì)量整體水平較差。

圖7 2015～2019年不同城市AQI月變化特征

2.4 空氣質(zhì)量的影響因素分析

研究表明，氣象條件與空氣質(zhì)量的關(guān)系密切，風(fēng)速風(fēng)向、氣溫等因素大氣影響大氣污染物的遷移轉(zhuǎn)化。本研究利用SPSS 22.0軟件分析各污染物和氣象因素之間的相關(guān)關(guān)系，具體Person相關(guān)分析結(jié)果見表2。從污染物與氣象因子的關(guān)系來看，月降水總量、月平均風(fēng)速、月平均氣溫、月日照時(shí)數(shù)與CO、NO2、O3、PM10、PM2.5、SO2呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明溫度升高、風(fēng)速變大、日照時(shí)間變長(zhǎng)，都會(huì)使各空氣污染物處于相對(duì)較低的水平。結(jié)合南方城市夏季氣溫高，降水量充足，日照時(shí)間充足，臨海地區(qū)風(fēng)速大的特點(diǎn)，呈現(xiàn)出夏季污染物濃度低、冬季污染物濃度高的規(guī)律。月平均風(fēng)速、月平均氣溫、月日照時(shí)數(shù)與O3濃度呈正相關(guān)，說明風(fēng)速大、溫度上升、日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，均有利于O3濃度上升。

表2 主要空氣污染物與氣象因子之間的相關(guān)分析

研究發(fā)現(xiàn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響環(huán)境空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)率：民用汽車擁有量＞能源消費(fèi)水平＞第二產(chǎn)業(yè)占比。從表3中可以看出，NO2與生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、人均生產(chǎn)總值、年末人口、工業(yè)廢氣排放總量、電力消費(fèi)量、民用汽車數(shù)量等呈正相關(guān)關(guān)系。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)動(dòng)車數(shù)量增長(zhǎng)均會(huì)造成大量NO2的排放，進(jìn)入大氣中，經(jīng)一系列大氣化學(xué)反應(yīng)生成PM2.5和臭氧，從而對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量造成負(fù)面影響。另外，PM10、PM2.5濃度與工業(yè)煙（粉）塵排放總量呈顯著正相關(guān)，說明一次排放源對(duì)南方城市大氣顆粒物的貢獻(xiàn)較大。

表3 主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素與大氣污染物的相關(guān)分析

3 小結(jié)

基于2015～2019年我國南部不同發(fā)達(dá)程度城市大氣污染物濃度水平、氣象因子和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，主要結(jié)果如下：（1）不同發(fā)達(dá)程度城市空氣質(zhì)量呈現(xiàn)出“倒U型”庫茲尼茨曲線，各空氣污染物濃度呈“冬高夏低”變化趨勢(shì)，O3作為城市環(huán)境空氣質(zhì)量的首要污染物，呈出逐年上升趨勢(shì)。（2）各空氣污染物的年際、月變化規(guī)律主要受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平引起污染物排放差異、大氣穩(wěn)定度和氣象條件變化等因素影響。（3）從污染物變化的影響因素看，風(fēng)速大、氣溫高、日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，O3濃度較高；降水增加，大氣污染物濃度均有所下降。從社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素看，NO2與工業(yè)廢氣排放總量、電力消費(fèi)量、民用汽車統(tǒng)計(jì)呈極顯著的正相關(guān)；PM10、PM2.5與工業(yè)煙（粉）塵排放總量呈極顯著正相關(guān)?？傮w上，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和氣象條件共同影響我國南部城市空氣質(zhì)量整體水平。