2001－2011年我國城市空氣污染變化特征及分析

蘇 捷，王麗濤，魏 巍，程丹丹

(河北工程大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，河北邯鄲056038)

隨著我國城市化發(fā)展過程的飛躍，工業(yè)現(xiàn)代化的迅猛崛起，對大氣環(huán)境所造成的污染也日趨嚴重。特別是在經(jīng)濟水平高度發(fā)達、人口相對集中的城區(qū)環(huán)境，交通源及建筑群的日趨密集不利于污染物的擴散，工業(yè)廢氣排放量和耗煤量的不斷猛增等現(xiàn)象都成為影響空氣質(zhì)量狀況的重要因素。污染物進入到大氣環(huán)境后的擴散與稀釋過程會使大氣環(huán)境的物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變［1]。當前，我國絕大部分城市均以空氣污染指數(shù)的實況數(shù)據(jù)向公眾市民播報空氣質(zhì)量狀況。空氣污染指數(shù)(Air Pollution Index，API)，是將常規(guī)所監(jiān)測的幾種大氣污染物濃度簡化為單一概念性的指數(shù)形式來表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況。這對研究某一地區(qū)的空氣污染狀況有著重要的意義［2－3]。

近年來，國內(nèi)有許多學(xué)者對空氣污染指數(shù)資料做出過系統(tǒng)的研究和分析，從最初對空氣污染指數(shù)法在城市大氣環(huán)境評價的應(yīng)用討論［4]到后來的應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)方法對空氣污染在時空變化及特征的研究，如中國海洋大學(xué)的王斌曾利用空氣污染指數(shù)API和聚類分析的方法分析了2004－2007年我國空氣污染的區(qū)域時空變化特征［5]及2001－2005年間我國23個沿海城市的空氣污染狀況［6]，孫炳彥等對我國南北方城市空氣環(huán)境質(zhì)量對比分析［7]，袁博等對我國城市群空氣污染及其季節(jié)變化特點［8]，李小飛等對中國空氣污染指數(shù)變化特征及影響因素分析［9]。另外，也有大部分針對小區(qū)域或個別城市的單獨研究，包括北京地區(qū)［10]，上海城區(qū)［11]，杭州地區(qū)［12]，河南省重點城市［13]，陜西西安［14]，新疆烏魯木齊與克拉瑪依［15－16]，廣州地區(qū)［17]，重慶地區(qū)［18]，河北邯鄲［19]。但多數(shù)研究只是針對某一特定區(qū)域或單一城市的重點討論，缺乏長時間、大范圍區(qū)域內(nèi)的空氣污染特征分析和研究。而事實上，我國的大氣環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)大區(qū)域特征［20－21]。本文主要利用2001－2011年全國86個重點城市的日空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)資料對我國API的年際變化進行了分析，并通過API值反算濃度值對華北、東北、華中、華南等7大地理區(qū)域進行污染因子變化趨勢的研究，并以2011年為例，分析了空氣質(zhì)量評價及污染因子的地理分布情況。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

研究所用的數(shù)據(jù)資料來自源于國家環(huán)境保護部網(wǎng)站(http://datacenter.mep.gov.cn)2001 年 1月1日至2011年12月31日全國86個重點監(jiān)測城市所公布的每日空氣質(zhì)量信息，主要包括空氣污染指數(shù)API、首要污染物的發(fā)生情況及空氣質(zhì)量評價等相關(guān)資料，數(shù)據(jù)信息完整的城市為42個。自2001年6月5日起，國家環(huán)保部網(wǎng)站增加了秦皇島、連云港、寧波、桂林、北海5個城市。2004年6月4日起增加了37個城市(渭南、寶雞、玉溪、曲靖、德陽、瀘州、綿陽、柳州、韶關(guān)、張家界、常德、荊州、平頂山、開封、日照、濰坊、濟寧、棗莊、泰安、淄博、九江、泉州、蕪湖、湖州、紹興、鎮(zhèn)江、揚州、齊齊哈爾、牡丹江、撫順、鞍山、赤峰、陽泉、長治、大同、石嘴山、克拉馬依)。2006年1月1日起又增加自貢、南充2個城市。文本主要針對我國城市空氣污染變化特征以統(tǒng)計學(xué)方法對近200 020個數(shù)據(jù)進行了相應(yīng)的分析和研究。

2 結(jié)果與分析

2.1 API均值與首要污染物的時空變化

為保證最終結(jié)果的精確性及合理性，此部分研究主要針對2001－2011年數(shù)據(jù)信息完整的42個主要監(jiān)測城市。圖1所描述的是API的年際均值變化及首要污染物發(fā)生頻率情況，可以看出，近11年來，全國重點城市API年際均值總體呈下降趨勢，年變化范圍在65～90之間，波動幅度較小。下降過程可分為三個階段:(1)2006－2009年;(2)2010－2011年。下降幅度分別為:14.91%、8.75%、3.31%。最高值發(fā)生在2001年，API均值達到86.14，最低值發(fā)生在2011年，API均值達到66.80。從首要污染物的發(fā)生頻率來看，可吸入顆粒物的發(fā)生頻率明顯高于二氧化硫與氮氧化物的發(fā)生。三種首要污染物的發(fā)生頻率都有不同程度的下降趨勢。(3)2001－2005年;二氧化硫的高發(fā)期出現(xiàn)在2004－2008年，2009年之后有明顯的下降勢態(tài)。氮氧化物為首要污染物的發(fā)生情況最少，發(fā)生頻率的最高峰值出現(xiàn)在2004年。從時間上來看，無首要污染物的發(fā)生天數(shù)年變化有較明顯的增加趨勢，2010年達到11年來的最高值。這表明2001－2011年，全國大部分城市空氣質(zhì)量狀況稍有緩解。

圖2為污染物的區(qū)域變化情況，分別對地理上的7大區(qū)域(華北、東北、華中、華東、西北、西南、華南)以三種污染物濃度的變化情況進行了獨立的研究與分析。從圖中可以得到以下結(jié)論:

(1)可吸入顆粒物是造成全國空氣污染最主要的污染物?？晌腩w粒物污染較為嚴重的地域為華北地區(qū)和西北地區(qū)，華南地區(qū)污染物濃度值最低，可吸入顆粒物逐年平均濃度均小于0.1 mg/m3。11年中，除華南地區(qū)無明顯的規(guī)律變化以外，其余6個區(qū)域(華北、東北、華中、華東、西北、西南)可吸入顆粒物的濃度均有不同程度的下降趨勢。下降幅度較大的是華北地區(qū)和西北地區(qū)，分別達到 40.79%、33.62%。

(2)七個區(qū)域均存在二氧化硫的污染，從濃度分布上來看，華北地區(qū)二氧化硫的污染情況較為突出，2001年達到最高值，濃度為0.214 mg/m3，2007年達到0.0962 mg/m3，為11年來的最低值。東北地區(qū)的二氧化硫濃度有較為明顯的上升趨勢，2009年出現(xiàn)了一個峰值，濃度為0.0956 mg/m3。2005年，華南地區(qū)二氧化硫的污染有明顯的起伏，濃度達到0.1361 mg/m3。從走勢來看，華北、華東、華中、西北、西南、華南地區(qū)有明顯下降趨勢的變化規(guī)律。

(3)相對于可吸入顆粒物及二氧化硫的污染情況，全年氮氧化物的發(fā)生頻率較低。2001－2011年間，華中地區(qū)與西南地區(qū)沒有發(fā)生氮氧化物的污染。華北地區(qū)和東北地區(qū)近三年不存在氮氧化物的污染。氮氧化物發(fā)生的地區(qū)主要集中在華南及華東地區(qū)，內(nèi)陸城市雖也有發(fā)生，但是發(fā)生頻率相對較低，南北地區(qū)有較為明顯的差異。氮氧化物污染較為嚴重的地區(qū)集中發(fā)生在華南地區(qū)，特別是在沿海城市，氮氧化物的污染濃度在0.03～0.06 mg/m3的范圍內(nèi)變化，這與該地域頻頻發(fā)生的光化學(xué)煙霧污染有極大關(guān)系。

2.2 空氣質(zhì)量評價與分析

根據(jù)2011年的數(shù)據(jù)信息資料，對全國86個重點監(jiān)測城市進行統(tǒng)計分析，得到的結(jié)果如圖3所示。從污染因子分布圖來看，首要污染物為可吸入顆粒物的城市主要集中在我國北方及南方內(nèi)陸城市，總體呈現(xiàn)南低北高的變化特征。2011年間發(fā)生頻率較高的城市有棗莊、淄博、濟寧、濟南、蘭州、西寧等，可吸入顆粒物發(fā)生天數(shù)均在330 d以上。相比之下，南方沿海城市及西藏地區(qū)發(fā)生較少，如湛江、?？?、拉薩等。二氧化硫的分布情況無明顯規(guī)律，發(fā)生頻率較高的城市主要集中在華北地區(qū)與南方內(nèi)陸城市。另外，全年中發(fā)生頻率最高的城市為南充、柳州、鞍山、石嘴山等。氮氧化物的發(fā)生主要集中在沿海城市，諸如廈門、深圳、廣州，全年發(fā)生頻率較低。全年中，無首要污染物因子的城市集中在南方沿海地區(qū)，如珠海、湛江、?？?、拉薩，全年發(fā)生天數(shù)各為201 d、318 d、263 d、294 d，空氣質(zhì)量較為突出。2011年全國86個重點監(jiān)測城市污染物分布與前面2001－2011年間42個城市的地域性分析結(jié)果大體相似，可見我國大氣主要污染物的發(fā)生在地域上具有同一性。

由空氣質(zhì)量的分布情況來看，空氣質(zhì)量為優(yōu)、良的發(fā)生天數(shù)在全年中占有較大的比重。由圖3(b)可知，空氣質(zhì)量為優(yōu)的天數(shù)呈現(xiàn)為南方城市優(yōu)于北方城市的趨勢，較為明顯的是沿海城市及西藏地區(qū)。如湛江、拉薩、?？谌?，全年中空氣質(zhì)量為優(yōu)的天數(shù)分別為318 d、294 d、263 d，三市的空氣質(zhì)量在86個城市中較為突出。輕微污染、輕度污染、中度污染發(fā)生頻率較高的城市多集中在北方內(nèi)陸城市。中度重污染及重度污染情況發(fā)生較多的城市為烏魯木齊、蘭州、赤峰三市，全年分別達到8 d、6 d、6 d。特別是烏魯木齊市，全年重度污染高達5 d，空氣污染較為嚴重。由此可見，我國南北方地區(qū)的空氣質(zhì)量狀況有明顯的差異，北方城市的空氣質(zhì)量低于南方城市，特別是可吸入顆粒物的污染情況對空氣質(zhì)量影響較大。

3 結(jié)論

1)2001－2011年，空氣污染指數(shù)API值緩慢下降，空氣質(zhì)量逐年好轉(zhuǎn)?？晌腩w粒物發(fā)生頻率大，目前是我國的主要污染物。二氧化硫的高發(fā)期出現(xiàn)在2004－2008年，近幾年來有明顯下降態(tài)勢。氮氧化物發(fā)生頻率的最高峰值出現(xiàn)在2004年，集中在沿海地區(qū)。無首要污染物的發(fā)生天數(shù)年變化有較為明顯的增加趨勢，2010年達到11年來的最高值。

2)在空間變化上，東西南北差異較大。華北地區(qū)及西北地區(qū)可吸入顆粒物污染較為嚴重。二氧化硫的污染集中體現(xiàn)在華北地區(qū)及東北地區(qū)南方部分城市。氮氧化物的發(fā)生主要集中在華南及華東地區(qū)，內(nèi)陸城市發(fā)生頻率較低。我國大氣主要污染物的發(fā)生在地域上具有同一性。

3)就2011年空氣質(zhì)量評價來看，全年可吸入顆粒物發(fā)生頻率較高的城市有棗莊、淄博、濟寧、濟南、蘭州、西寧?？諝赓|(zhì)量為優(yōu)良的情況為南方城市優(yōu)于北方。輕微污染、輕度污染、中度污染發(fā)生頻率較高的城市多集中在北方內(nèi)陸城市。中度重污染及重度污染情況發(fā)生較多的城市為烏魯木齊、蘭州、赤峰三市。我國南北方地區(qū)的空氣質(zhì)量有明顯差異，南方城市的空氣質(zhì)量優(yōu)于北方城市。

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