珠江三角洲2018-2020年AQI時空變化分析

曹宇鵬

（1.西藏農(nóng)牧學(xué)院高原生態(tài)研究所；2.西藏林芝高山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站；3.西藏高原森林生態(tài)教育部重點實驗室；4.西藏自治區(qū)生態(tài)安全聯(lián)合重點實驗室，西藏 林芝 860000）

空氣環(huán)境對于城市的發(fā)展尤為重要。珠江三角洲是我國經(jīng)濟發(fā)展最快的地區(qū)之一，是廣東省人口密度最大、地區(qū)生產(chǎn)總值最高的區(qū)域。隨著城市化的不斷推進(jìn)，大氣環(huán)境污染引起人們的廣泛關(guān)注?？臻g自相關(guān)是給定空間中確定數(shù)據(jù)之間的可能關(guān)系，它是在地理學(xué)第一定律基礎(chǔ)上所提出的一種概念?？臻g自相關(guān)與標(biāo)準(zhǔn)差橢圓可以精細(xì)地展示某地區(qū)數(shù)據(jù)之間的區(qū)域性差異，該方法被廣泛運用于分析環(huán)境問題。使用新興的地理信息技術(shù)手段，能夠從空間的角度分析環(huán)境問題，為環(huán)境保護(hù)提供地理學(xué)依據(jù)。本文通過收集珠江三角洲2018-2020年的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）進(jìn)行AQI空間自相關(guān)分析與標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析，直觀地展示該地區(qū)空氣質(zhì)量空間特征，以期為當(dāng)?shù)乜諝猸h(huán)境治理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

珠江三角洲位于廣東省中南部，由東江、西江、北江沖擊的三個三角洲組成，舊時也稱粵江平原。該地區(qū)由廣州、深圳、佛山、東莞、珠海、惠州、中山、江門和肇慶九個地級市以及澳門與香港兩個特別行政區(qū)組成，與東南亞地區(qū)隔海相望，是中國的“南大門”。

空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）是一個定量地描述空氣質(zhì)量狀況的指數(shù)。2012年，原環(huán)境保護(hù)部用AQI指數(shù)代替原有的空氣污染指數(shù)（API）。AQI指數(shù)等級與影響如表1所示。研究數(shù)據(jù)是氣象網(wǎng)2018年1月1日至2020年12月31日發(fā)布的研究區(qū)各縣域各月AQI指數(shù)，采取平均值法獲得各縣（縣級市、區(qū)）各年AQI指數(shù)。

表1 AQI指數(shù)等級與影響

1.2 研究方法

1.2.1 空間自相關(guān)

全局空間自相關(guān)能夠確定整個研究區(qū)數(shù)據(jù)空間集聚情況，其計算公式為：

局部自相關(guān)能確定研究數(shù)據(jù)在局部區(qū)域的潛在關(guān)系，其計算公式為：

式中：I為局部空間自相關(guān)系數(shù)。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓可以揭示數(shù)據(jù)的空間分析方向性，其計算公式為：

式中：為橢圓的軸長；var(·)表示方差函數(shù)；cov(·)表示協(xié)方差函數(shù)；和是每個空間單位的位置坐標(biāo)；和是空間單位的算數(shù)平均中心；為空間單位個數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 AQI分布

針對珠江三角洲近三年AQI指數(shù)，利用自然斷點法分為四類進(jìn)行分析，選取其中第一梯度（低值）與第四梯度（高值），結(jié)果如表2所示，近三年空氣質(zhì)量有所提升?？傮w來看，空氣質(zhì)量較差（相較于珠江三角洲的其他區(qū)域）的區(qū)域集中在廣州市和佛山市，空氣質(zhì)量較好的地區(qū)主要是深圳市，但AQI指數(shù)最高均維持在二級，表明珠江三角洲空氣質(zhì)量總體情況較好。

表2 高值、低值區(qū)主要分布市域

2.2 全局空間自相關(guān)

基于珠江三角洲各縣域2018-2020年AQI指數(shù)進(jìn)行全局空間自相關(guān)分析，結(jié)果如圖1所示。數(shù)據(jù)顯示，2018-2020年莫蘭指數(shù)（Moran's I）分別為0.270 3、0.351 1與0.505 5，表明珠江三角洲AQI指數(shù)并不是隨機分布，而是存在明顯的空間正相關(guān)，其極化水平不斷增強，集聚度不斷提高。

圖1 2018-2020年珠江三角洲AQI莫蘭指數(shù)圖

2.3 局部空間自相關(guān)

為進(jìn)一步探究珠江三角洲空氣質(zhì)量空間集聚情況，對數(shù)據(jù)進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析，結(jié)果如表3所示。由表3可得，高-高值集聚區(qū)主要集中在廣州市與佛山市，其空氣質(zhì)量相較于珠江三角洲其他地區(qū)較差；低-低值集聚區(qū)主要集中在深圳市，2020年，珠江三角洲東北部的肇慶市也成為低值集聚區(qū)，說明其空氣環(huán)境質(zhì)量得到有效提升。

表3 高-高值與低-低值集聚區(qū)分布市域

2.4 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析

為探究AQI空間分布方向性趨勢，采用第一級別標(biāo)準(zhǔn)差（68%）對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析，各項參數(shù)如表4所示。結(jié)果顯示，橢圓面積不斷縮小，表明AQI指數(shù)空間集聚度愈來愈集中，數(shù)據(jù)離散度越來越小。三年變化的中心都位于佛山市順德區(qū)。橢圓扁率有變小趨勢，但縮小幅度很低，表明其方向性特征有增強趨勢但總體較穩(wěn)定。橢圓轉(zhuǎn)角減小，表明橢圓呈逆時針轉(zhuǎn)動，表明數(shù)據(jù)有朝西南-東北方向移動趨勢。

表4 2018-2020年珠江三角洲AQI指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓參數(shù)

3 結(jié)論

本文對2018-2020年珠江三角洲AQI指數(shù)進(jìn)行了空間分析。從近三年的空氣質(zhì)量指數(shù)空間分布來看，珠江三角洲的空氣質(zhì)量指數(shù)不斷下降，該地區(qū)的環(huán)境保護(hù)措施取得良好成效。珠江三角洲2018-2020年空氣質(zhì)量指數(shù)并不是隨機分布的，而是存在明顯的空間正相關(guān)性。高-高值集聚區(qū)主要位于珠江三角洲中部的廣州市與佛山市，低-低值集聚區(qū)主要位于深圳市。三年來，珠江三角洲AQI指數(shù)較高的地區(qū)主要集中在廣州市與佛山市，大致呈西北—東南向分布，中心點均位于佛山市順德區(qū)，有朝西南-東北方向移動的趨勢。