關(guān)中平原城市群PM2.5人口暴露風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變特征研究

劉磊玉 張軍

關(guān)鍵詞：PM2.5；時(shí)空演變；人口暴露風(fēng)險(xiǎn)；關(guān)中平原城市群

前言

關(guān)于空氣污染暴露，是指人與大氣污染物接觸后，逐漸暴露于大氣污染區(qū)域的過(guò)程。研究表明，PM2.5是造成全球非傳染性疾病的主要原因之一。PM2.5濃度的增加會(huì)導(dǎo)致大氣能見(jiàn)度下降，長(zhǎng)期暴露在PM2.5質(zhì)量濃度較高的環(huán)境之下，可能會(huì)引發(fā)呼吸道疾病、心血管疾病等一系列疾病。因此，研究城市PM2.5人口暴露風(fēng)險(xiǎn)演變對(duì)人群健康和大氣污染防治具有重要意義。目前，中國(guó)相關(guān)研究的尺度多為全國(guó)、區(qū)域（如長(zhǎng)三角和京津冀等地區(qū)）、省域等，對(duì)大區(qū)域PM2.5時(shí)空格局的研究，目前普遍使用25～50km空間分辨率的年際數(shù)據(jù)和長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)集。高空間分辨率、長(zhǎng)時(shí)間序列的PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較難獲取，城市群尺度PM2.5濃度變化及人群暴露風(fēng)險(xiǎn)研究較少。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，關(guān)中平原城市群地區(qū)大氣污染日益嚴(yán)重，越來(lái)越多的人口逐漸暴露于高污染地區(qū)。因此有必要對(duì)關(guān)中平原城市群尺度PM2.5濃度變化及人群暴露風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展深入研究。

研究以關(guān)中平原城市群為研究區(qū)域，利用2000年-2020年P(guān)M2.5濃度和人口分布數(shù)據(jù)，采用人口暴露風(fēng)險(xiǎn)模型，分析關(guān)中平原城市群PM2.5人口暴露風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空演變特征，揭示PM2.5人口暴露風(fēng)險(xiǎn)狀況，為改善人居環(huán)境和防治大氣污染提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

關(guān)中平原城市群以西安為中心，是全國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展重心。其中包括陜西6市（寶雞、咸陽(yáng)、西安、渭南、商洛、銅川）、山西2市（運(yùn)城、臨汾）、甘肅2市（天水、平?jīng)觯ㄈ鐖D1所示），氣候類型屬于溫帶半濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，季節(jié)分異顯著。近些年來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口逐漸增加，導(dǎo)致關(guān)中平原城市群空氣污染嚴(yán)重，人口暴露的風(fēng)險(xiǎn)也在不斷升高。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所使用數(shù)據(jù)有PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)和行政邊界矢量數(shù)據(jù)，所使用的均為2000～2020年度數(shù)據(jù)。其中國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（ht-tp：//www. geodata. cn）為PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)來(lái)源；Scientific Data的World Pop數(shù)據(jù)集為研究區(qū)人口柵格數(shù)據(jù)來(lái)源；國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心為行政邊界矢量數(shù)據(jù)來(lái)源，利用ArcGIS處理后得到研究區(qū)邊界。

1.3人口暴露風(fēng)險(xiǎn)模型

傳統(tǒng)暴露評(píng)估方法為暴露量=人口密度×污染物濃度，可量化區(qū)域內(nèi)的人口污染暴露強(qiáng)度，但在區(qū)域空氣污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面有缺陷，因此文章引入人口暴露風(fēng)險(xiǎn)模型，彌補(bǔ)傳統(tǒng)暴露評(píng)估方法的缺陷，量化關(guān)中平原城市群PM2.5人口暴露風(fēng)險(xiǎn)程度，計(jì)算公式如式（1）：

2結(jié)果與分析

2.1關(guān)中平原城市群PM2.5濃度時(shí)空演變特征

關(guān)中平原城市群2000年-2020年P(guān)M2.5濃度值在空間上分布相似（如圖2所示），PM2.5濃度高值區(qū)集中分布在研究區(qū)中東部，低值區(qū)集中分布在研究區(qū)西南部。從圖中可以看出，2000年-2012年研究區(qū)PM2.5濃度在不斷的增加，且高值區(qū)在不斷的從運(yùn)城地區(qū)向渭南和西安等地區(qū)延伸；在2012年一2020年，研究區(qū)PM2.5濃度在不斷下降，高值區(qū)在逐漸縮小直至消失，西安和運(yùn)城等地的PM2.5濃度也由原來(lái)的100ug·m_，逐步下降為65ug·m-3，在2019年起天水、平?jīng)龊蛯氹u等地也成為了濃度低值區(qū)，大氣狀況良好。根據(jù)2000年-2020年關(guān)中平原城市群PM2.5濃度的變化，表明政府對(duì)關(guān)中平原城市群大氣環(huán)境治理的效果顯著。

2.2關(guān)中平原城市群人口的時(shí)空演變特征

對(duì)于關(guān)中平原城市群人口的時(shí)空演變，各年份人口數(shù)量變化幅度較小?？臻g上，高值區(qū)集中在研究區(qū)中東部，低值區(qū)則集中在研究區(qū)西南部。時(shí)間上，2000年-2020年的人口逐漸增加，但增加幅度較小，每年以近2000人左右的速度逐漸增加，可見(jiàn)政府對(duì)于人口數(shù)量控制的很好。研究區(qū)人口主要集中在咸陽(yáng)、西安中北部、渭南、運(yùn)城、寶雞中部和臨汾等地，但西安中北部人口最多，因歷史文化悠久，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)．人口存此分布比較集中。而寶雞南部和北部、天水東部等地因經(jīng)濟(jì)發(fā)展等原因，人口分布較少。綜上，關(guān)中平原城市群人口數(shù)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，一方面，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)人口增長(zhǎng)，另一方面，可見(jiàn)政府對(duì)于人口的控制效果顯著。

2.3關(guān)中平原城市群PM2.5人口暴露風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空演變特征

2000年-2020年關(guān)中平原城市群PM2.5人口暴露風(fēng)險(xiǎn)的空間格局（如圖3所示），是基于各年度PM2.5濃度值和人口數(shù)量，采用人口暴露風(fēng)險(xiǎn)模型計(jì)算所得出。從圖中可知，研究區(qū)2000年-2020年的PM2.5人口暴露風(fēng)險(xiǎn)分布相似。高值區(qū)主要分布在西安中北部、商洛以及寶雞中東部，人口暴露風(fēng)險(xiǎn)值高達(dá)80～110ug·m-3；低值區(qū)主要分布在慶陽(yáng)、平?jīng)?、咸?yáng)北部、寶雞西北部以及天水東部；渭南和運(yùn)城等地是較低風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)；寶雞南部、運(yùn)城中部和臨汾中部等地區(qū)是高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)?？傮w來(lái)說(shuō)，2000年-2020年各年份人口暴露風(fēng)險(xiǎn)變化較小。西安市是關(guān)中平原城市群核心城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，PM2.5排放多，人口多，導(dǎo)致該地人口暴露風(fēng)險(xiǎn)極高。而商洛市地處中國(guó)中緯度偏南地帶，且地形復(fù)雜，溝壑極多，每個(gè)地區(qū)的自然環(huán)境差異較大，水熱分布極不平衡，易發(fā)生一些自然災(zāi)害，例如干旱等。商州區(qū)地廣人稀，2020年全區(qū)GDP總量?jī)H有141.59億元。作為地級(jí)市唯一的主城區(qū)，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量明顯略低，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低。因此，自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是造成商洛市人口暴露風(fēng)險(xiǎn)值較高的原因。而寶雞市干旱和冰雹等自然災(zāi)害頻發(fā)，導(dǎo)致PM2.5難以揮發(fā)，造成該地人口暴露風(fēng)險(xiǎn)高。而平?jīng)?、天水、慶陽(yáng)、寶雞西北部以及咸陽(yáng)北部等都是人口暴露低風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)，可見(jiàn)大氣環(huán)境以及人口等控制的較好。

世界衛(wèi)生組織在2005年發(fā)布了《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》，其中提出了3個(gè)目標(biāo)值（年均為15、25和35ug·m-3），中國(guó)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095 -2012）中提出了PM2.5質(zhì)量濃度限值（35ug·m-3）。文章將2000年-2020年各年份關(guān)中平原城市群PM2.5濃度值劃分為7個(gè)區(qū)間（如圖4所示），分析不同區(qū)間的變化。結(jié)果表明：這20年中，除2000年外，2001年-2020年關(guān)中平原城市群PM2.5年均質(zhì)量濃度均在15ug·m-3以上；從2000年開(kāi)始，年均濃度在66ug·m-3以上的占比越來(lái)越大，直到2012年達(dá)到頂峰，表明2000年-2012年P(guān)M2.5濃度逐漸升高，污染越來(lái)越嚴(yán)重；2012年起，年均濃度在66ug·m-3以上的占比越來(lái)越小，出現(xiàn)了濃度值在26～35ug·m-3的區(qū)域，可見(jiàn)政府治理結(jié)果顯著；以PM2.5年平均35ug·m-3的濃度限值（二類區(qū)）為衡量標(biāo)準(zhǔn)，除2020年外，其他年份超過(guò)該限值區(qū)域面積占比均在40%以上，空氣污染較為嚴(yán)重。

根據(jù)上文所劃分的7個(gè)PM2.5濃度區(qū)間，將各年份人口數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，對(duì)各個(gè)區(qū)間的人口情況進(jìn)行分析（如圖5所示）。結(jié)果表明：除2020年外，關(guān)中平原城市群其他年份所有人口聚集的濃度區(qū)間均為35ug·m-3以上，表明2000年-2019年各年份人口暴露于高污染區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)較大；2001年-2020年，聚集于PM2.5年均35ug·m-3質(zhì)量濃度限值以上的人口規(guī)模巨大，有超過(guò)60%以上的人口集聚于35ug·m-3以上區(qū)域；年均質(zhì)量濃度值大于66ug·m-3的人口從2000年開(kāi)始增加，到2013年達(dá)到頂峰后逐漸減少，直到2019年消失不見(jiàn)。

人口暴露風(fēng)險(xiǎn)值從2000年開(kāi)始增加，到2013年達(dá)到最大，依據(jù)上文分析，可知人口越多，PM2.5濃度越大，人口暴露風(fēng)險(xiǎn)越高，人口數(shù)量和PM2.5濃度是影響人口暴露風(fēng)險(xiǎn)的重要變量。同時(shí)，人口暴露風(fēng)險(xiǎn)值也受自然環(huán)境以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素的影響，例如風(fēng)速、地形等因素，會(huì)直接影響PM2.5的擴(kuò)散與揮發(fā)。因此，這又對(duì)PM2.5人口暴露風(fēng)險(xiǎn)的研究提出了新的挑戰(zhàn)。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，關(guān)中平原城市群逐漸在建設(shè)和發(fā)展，許多大中城市基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善，大量人口也逐漸聚集，與此同時(shí)，帶來(lái)的是不斷惡化的大氣環(huán)境，人口暴露于高污染地域的風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越高。文章認(rèn)為，除開(kāi)源節(jié)流外，針對(duì)研究中PM2.5的高人口暴露風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，還應(yīng)提高公眾的環(huán)境意識(shí)、對(duì)重污染日進(jìn)行健康預(yù)警、加強(qiáng)醫(yī)療設(shè)備的提供等。在這些社會(huì)方面進(jìn)行相應(yīng)的措施，可以有效的減緩大氣的污染以及人口暴露所帶來(lái)的危害。

3結(jié)束語(yǔ)

2000年-2020年，關(guān)中平原城市群PM2.5濃度總體呈下降趨勢(shì)，污染高值區(qū)集中在中東部，低值區(qū)集中在西部；2000年-2020年各年份人口逐年增加，高值區(qū)集中在研究區(qū)中東部，低值區(qū)集中在研究區(qū)西南部；2000年-2020年各年份PM2.5人口暴露風(fēng)險(xiǎn)變化較小，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在西安中北部、商洛，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在平?jīng)觥⑻焖?；人口?shù)量和PM2.5濃度是影響人口暴露風(fēng)險(xiǎn)的重要變量。因此，政府應(yīng)加強(qiáng)對(duì)關(guān)中平原城市群環(huán)境的治理，制定合理的政策，控制人口的增長(zhǎng)，減少PM2.5的排放，共建美好中國(guó)。