2018—2023年重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量狀況及變化趨勢(shì)分析

摘要：以重慶市榮昌區(qū)2018—2023年環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法、空氣質(zhì)量綜合指數(shù)法、空氣質(zhì)量指數(shù)法進(jìn)行空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)，并應(yīng)用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析年度變化趨勢(shì)，以全面了解重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量變化規(guī)律，識(shí)別關(guān)鍵污染因子，為重慶市榮昌區(qū)改善空氣質(zhì)量提供理論依據(jù)。研究結(jié)果表明，3種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致：2018—2023年重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量逐步改善，成效明顯；PM2.5和O3是影響重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量的主要污染物，其中O3污染逐漸明顯，必須加強(qiáng)PM2.5和O3的協(xié)同控制；對(duì)空氣質(zhì)量的影響方面，O3顯著上升，PM10呈上升趨勢(shì)，PM2.5呈下降趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量；模糊綜合評(píng)價(jià)法；空氣質(zhì)量綜合指數(shù)法；空氣質(zhì)量指數(shù)法；變化趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：X821 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）08-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.060

Analysis of Air Quality Status and Change Trend in Rongchang District， Chongqing from 2018 to 2023

LI Qilan1， ZHENG Rongzhou1， TANG Tao1， XIONG Yirui1， DENG Shangli2

（1.Rongchang District Environmental Monitoring Station of Chongqing City;

2. Rongchang District Environmental Emergency Management Center， Chongqing 402460， China）

Abstract： Based on the automatic monitoring data of ambient air in Rongchang District of Chongqing from 2018 to 2023， fuzzy comprehensive evaluation method， air quality comprehensive index method and air quality index method were used to evaluate the air quality in Rongchang District， and the annual change trend was analyzed by Spearman rank correlation coefficient method to comprehensively understand the change law of air quality in Rongchang District and identify key pollution factors. To provide theoretical basis for improving air quality in Rongchang District. The results showed that the evaluation results of the three methods were basically consistent： the air quality in Rongchang District improved gradually from 2018 to 2023， and the effect was obvious; PM2.5 and O3 are the main pollutants affecting air quality in Rongchang District， and O3 is gradually obvious， so it is necessary to strengthen the collaborative control of PM2.5 and O3; the impact on air quality， O3 significantly increased， PM10 showed an upward trend， PM2.5 showed a downward trend.

Keywords： air quality; fuzzy comprehensive evaluation method; air quality comprehensive index method; air quality index method; changing trend

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)化和城市化進(jìn)程加快，大氣環(huán)境問題逐漸突出，引起公眾的高度關(guān)注。大氣環(huán)境復(fù)雜且不確定因素眾多，因此采取科學(xué)的評(píng)價(jià)方法對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)至關(guān)重要[1]。

目前，許多學(xué)者對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)與分析。羅運(yùn)成運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)我國(guó)10個(gè)重點(diǎn)城市的空氣質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)[2]；李亞男等利用空氣質(zhì)量指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法，對(duì)哈爾濱市的空氣質(zhì)量進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)[3]；任榮等運(yùn)用空氣質(zhì)量指數(shù)法和空氣質(zhì)量綜合指數(shù)法，對(duì)重慶市九龍坡區(qū)的空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)和污染特征進(jìn)行了綜合分析[4]。此外，生態(tài)環(huán)境部在進(jìn)行城市間環(huán)境空氣質(zhì)量比較時(shí)，主要采用空氣質(zhì)量指數(shù)法和空氣質(zhì)量綜合指數(shù)法。

基于大氣環(huán)境的復(fù)雜性和各種影響因素的不確定性，結(jié)合重慶市榮昌區(qū)的實(shí)際情況，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法、空氣質(zhì)量指數(shù)法和綜合指數(shù)法對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并應(yīng)用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析年度變化趨勢(shì)和特征，以期為重慶市榮昌區(qū)的大氣污染防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

應(yīng)用重慶市榮昌區(qū)2018—2023年空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法、空氣質(zhì)量綜合指數(shù)法、空氣質(zhì)量指數(shù)法對(duì)其空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，并比較3種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果。其中，PM10、PM2.5、SO2、NO2用其年平均值評(píng)價(jià)，CO用其24 h平均第95百分位數(shù)評(píng)價(jià)，O3用日最大8 h滑動(dòng)平均值的第90百分位數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2 評(píng)價(jià)方法

模糊綜合評(píng)價(jià)法在模糊數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將不易定量處理的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，從而對(duì)研究事物或?qū)ο筮M(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)[5]。該方法能反映許多不確定性因素，有效評(píng)價(jià)環(huán)境空氣質(zhì)量狀況。另兩種方法依據(jù)《城市環(huán)境空氣質(zhì)量排名技術(shù)規(guī)定》和《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 633—2012）中的規(guī)定進(jìn)行空氣質(zhì)量綜合指數(shù)和空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index，AQI）評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果分析

從以下3個(gè)方面分析評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.1 模糊綜合評(píng)價(jià)法

2.1.1 評(píng)價(jià)因子集合集及標(biāo)準(zhǔn)集

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）和《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 663—2013）規(guī)定，建立重慶市榮昌區(qū)評(píng)價(jià)因子集，包括PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO以及O3。結(jié)合榮昌區(qū)污染物濃度，建立標(biāo)準(zhǔn)集，包括Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)。

2.1.2 建立模糊關(guān)系矩陣

根據(jù)隸屬度函數(shù)公式[6]，計(jì)算各評(píng)價(jià)因子在各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度，構(gòu)建關(guān)系矩陣如下。

當(dāng)j=1時(shí)，表示第Ⅰ級(jí)，有

（1）

當(dāng)j=2時(shí)，表示第Ⅱ級(jí)，有

（2）

當(dāng)j=3時(shí)，表示第Ⅲ級(jí)，有

（3）

式中：j為污染等級(jí)，有j=1，2，…，m；xi為第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)值；Sij為第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的第j級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；rij為第i個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)第j級(jí)的隸屬度。

利用隸屬度公式計(jì)算重慶市榮昌區(qū)2018—2023年P(guān)M10、PM2.5、SO2、NO2年平均值、CO的24 h平均第95百分位數(shù)、O3日最大8 h滑動(dòng)平均值的第90百分位數(shù)，具體結(jié)果詳見表1。

2.1.3 建立權(quán)重集

重慶市榮昌區(qū)各年度權(quán)重值見表2。其中：在單側(cè)檢驗(yàn)的顯著性水平為0.05；數(shù)據(jù)量為6時(shí)，Spearman秩相關(guān)系數(shù)的臨界值為0.829?？梢?，各項(xiàng)污染物權(quán)重值通過Spearman秩相關(guān)系數(shù)分析，O3的權(quán)重值顯著上升，PM10、NO2呈上升趨勢(shì)，SO2顯著下降，PM2.5和CO呈下降趨勢(shì)。其中，O3的影響逐漸突出。根據(jù)權(quán)重值大小判斷各年度首要污染物，除了2022年重慶市榮昌區(qū)首要污染物為O3之外，其余年份重慶市榮昌區(qū)首要污染物均為PM2.5?？梢?，PM2.5和O3是重慶市榮昌區(qū)的主要大氣污染物，為進(jìn)一步改善其空氣質(zhì)量，必須加強(qiáng)PM2.5和O3的協(xié)同控制。

2.1.4 建立模糊綜合評(píng)判矩陣

重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

根據(jù)最大隸屬度原則，重慶市榮昌區(qū)各年空氣質(zhì)量等級(jí)均為Ⅱ級(jí)。各級(jí)別隸屬度通過Spearman秩相關(guān)系數(shù)分析，Ⅰ級(jí)隸屬度呈上升趨勢(shì)，Ⅱ級(jí)隸屬度顯著上升，Ⅲ級(jí)隸屬度顯著下降，表明重慶市榮昌區(qū)的空氣質(zhì)量在逐漸好轉(zhuǎn)。

2.2 空氣質(zhì)量綜合指數(shù)法

重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果見圖1和表4。如圖1（a）所示，2018—2023年重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)范圍3.70～4.49，2022年空氣質(zhì)量最好，次之2023年、2021年，其余年份相對(duì)較差。如圖1（b）所示，顆粒物（PM10和PM2.5）對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)率高達(dá)45%以上，尤其是PM2.5突出。從各指標(biāo)污染負(fù)荷分析，2022年占比最大的是O3，其余各年均是PM2.5，PM2.5和O3污染負(fù)荷為51.77%～55.40%?？梢?，PM2.5和O3是影響重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量的主要污染物。此外，PM10的污染負(fù)荷為18.56%～23.97%，NO2的污染負(fù)荷為12.04%～16.24%，SO2和O3的污染負(fù)荷均未超過10%，對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響較小。

如表4所示，各年各項(xiàng)污染物權(quán)重值Spearman秩相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果表明：O3權(quán)重值顯著上升；PM10、NO2變化不顯著，呈上升趨勢(shì)；SO2和CO顯著下降；PM2.5呈下降趨勢(shì)，變化不顯著。重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)下降幅度較大，Spearman秩相關(guān)系數(shù)為-0.986，空氣質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)。

2.3 空氣質(zhì)量指數(shù)法

空氣質(zhì)量指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果簡(jiǎn)單易懂，廣泛應(yīng)用于城市環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)，便于公眾直觀了解空氣質(zhì)量狀況。重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，見表5。

2018—2023年重慶市榮昌區(qū)優(yōu)良1 670 d，輕度污染381 d，中度污染56 d，重度污染10 d，數(shù)據(jù)缺失74 d，分別占總天數(shù)的76.22%、17.39%、2.56%、0.46%、3.38%。

各級(jí)別天數(shù)Spearman秩相關(guān)系數(shù)表明：優(yōu)良天數(shù)變化不顯著，呈上升趨勢(shì)；輕度和中度污染天數(shù)顯著下降；重度污染天數(shù)逐步下降。此外，重慶市榮昌區(qū)的首要污染物主要是PM2.5、PM10、O3，出現(xiàn)情況見表6。各項(xiàng)污染物的Spearman秩相關(guān)系數(shù)表明：PM2.5作為首要污染物的天數(shù)顯著下降；O3和PM10作為首要污染物的天數(shù)呈上升趨勢(shì)。

3 結(jié)論

運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法、空氣質(zhì)量綜合指數(shù)法和空氣質(zhì)量指數(shù)法，對(duì)重慶市榮昌區(qū)2018—2023年空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。雖然3種評(píng)價(jià)方法的原理、目的、結(jié)果表征方式均不同，評(píng)價(jià)過程中側(cè)重點(diǎn)也不同，但是評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致?？梢姡?018—2023年重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量逐步改善，成效明顯。其中，PM2.5和O3是影響重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量的主要污染物，且O3污染逐漸明顯，必須加強(qiáng)PM2.5和O3的協(xié)同控制。此外，污染物對(duì)重慶市榮昌區(qū)空氣質(zhì)量的影響，呈現(xiàn)O3顯著上升、PM10呈上升趨勢(shì)、PM2.5呈下降趨勢(shì)。

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