湖北省空氣質量區域差異及影響因素探討

黃貞琪

(華中師范大學 城市與環境科學學院，湖北 武漢 430079)

1 引言

湖北省空氣質量日趨惡化，以2012～2017年尤為突出。2012年湖北省17個重點城市空氣質量的達標率為88.2%。2017年，除了神農架林區外，其余城市均未達到年均二級標準。而作為衡量空氣質量至關重要的一環，PM2.5的熱度一直居高不下，并且對人體的健康和大氣環境的質量都有巨大的負面影響，容易引發哮喘、支氣管炎和心血管病，并且還會導致大氣的能見度下降，與人們的生產和生活都息息相關[1]。

關于區域的空氣質量影響因素的研究，主要涉及產業結構、氣象因素、綠化覆蓋、能源消耗等方面。高明運用灰色關聯分析法，分析出北京的空氣質量受產業結構、工業污染排放源和氣象因素的影響[2]；潘琳發現空氣質量受工業污染、能源消耗與城市綠化因素的影響[3]；胡斌認為空氣質量與二氧化氮、臭氧、二氧化硫以及空氣濕度成正比，與氣溫、氣壓、雨量成反比[4]；鄭宇指出空氣質量與二氧化硫排放量、綠化覆蓋率、工業煙塵排放量等高度相關[5]；陳磊對寧波市進行了灰色關聯分析，得出空氣質量受工業污染排放、能源消耗以及地區產值影響[6]。至于室內，劉劍利認為空氣質量受室內溫濕度、新風量、空氣流速和室內空氣污染物的影響[7]；王芳認為與室內空氣污染物與污染源、室內的通風和溫濕度相關[8]。陳鐳[9]用統計分析法，得出室內空氣質量受風向、降水量和季節的影響；李琛[10]指出在CO、NO2、SO2和O3的影響下，氣壓對空氣質量有很大影響。楊猛[11]認為綠地建設會促進空氣質量的改善。張磊[12]指出人均GDP、固定資產投資和煤炭消費量對空氣質量有負面影響。楊浩[13]運用實證研究法，說明了京津冀地區產業結構水平、城市化發展水平和空氣質量之間存在長期穩定均衡關系；李茜[14]用回歸分析法，也指出了城市第二產業結構比例和城市的建成區面積與城市空氣主要污染物濃度呈顯著的正相關關系。

本文總結現有成果，分析湖北省空氣質量的區域差異，概括PM2.5濃度的若干影響因素，希望對PM2.5的治理和空氣質量的改善和提升有所幫助。

2 研究區簡介及相關概念

2.1 研究區域簡介

湖北省地處華中，長江中游，介于108°21′ ～ 116°07′E，29°05′ ～ 33°20′N之間。東西連著安徽和重慶，西北鄰陜西，南北為江西、湖南和河南。湖北省地勢中間低外圍高，南邊開口、北有缺口，是一個不完整的盆地，地貌類型囊括山地、丘陵、崗地和平原。氣候以亞熱帶季風氣候為主，常年濕潤。省內有13個行政區，包括12個省轄市和1個自治州，面積約為18．59萬km2，人口近6000萬人。

2.2 PM2.5定義

PM2.5也稱可入肺顆粒物，是指直徑等于或小于25 μm的大氣中的顆粒物，約為人頭發1/20的直徑，英文名叫Particulate Matter2.5，簡稱PM2.5。PM2.5含有大量有毒有害物質、物粒徑小、傳送距離遠、停留時間長，所以對大氣質量影響很大，并且對空氣質量和能見度等也有重要的影響[15]。故本文以PM2.5指標為切入點，探討了湖北省空氣質量的區域差異及影響因素。

3 湖北省空氣質量區域差異

3.1 基于地形的空氣質量差異分析

湖北省空氣污染在高原和山地較輕，主要集中于平原地區。空氣質量達到優的高頻率地區主要是鄂西的高海拔的山區(神農架、恩施地區)；空氣質量達到良的站點分布均勻，差別不大；中東部污染為輕度-中度頻率較高，輕度污染頻率較低，較嚴重的污染集中在江漢平原周圍；中部地區多出現重度污染，如襄陽-宜昌-江漢平原-武漢一帶，襄陽和宜昌則污染嚴重，次之為武漢。可以看出，在全年范圍內，湖北東西部山區污染事件發生頻率較小，中部發生頻率較高，集中在江漢平原一代，發生頻率最高在襄陽及宜昌，多嚴重污染，武漢次之[16]。

3.2 在人類活動影響下的空氣質量差異

湖北省 PM2.5濃度空間分布差異顯著，人類活動密集的鄂東、鄂南和鄂北區域高，處于有植被覆蓋的山區的鄂西北和鄂東南低; 并且湖北省 PM2.5濃度在 2015～2017 年呈逐年下降態勢，污染較輕、較重區域都有不同程度的減少，大氣監測治理措施已初見成效，人類活動和自然因素共同導致區域內PM2.5質量濃度的時空差異性，不過當自然條件沒有明顯差異，人類活動的影響非常顯著[17]。

4 湖北省區域空氣質量的影響因素

4.1 室內空氣質量的影響因素

基于學者對24戶居室室內外PM2.5濃度進行的連續監測和一系列的數據統計及問卷調查，得到了以下若干PM2.5濃度的影響因素[18]。

(1)室外PM2.5濃度。室內PM2.5濃度與室外濃度、相對濕度呈正相關，與室內外溫差、室外風速則呈負相關。

(2)換氣次數和穿透系數。室內PM2.5濃度受換氣次數以及穿透系數的影響，兩者數值與室外風速正相關。風速在較低的范圍內，顆粒物的擴散和稀釋隨風速增加而加快，濃度降低，PM2.5濃度隨之降低。

(3)室內外溫差。室內外溫差產生熱壓，促進空氣交換，繼而對室內 PM2.5濃度產生影響并和室內外溫差為負相關關系。

(4)相對濕度。相對濕度對大氣顆粒物的形成具有一定的促進作用，且主要在二次顆粒物形成過程及冷凝和碰并引起的增長過程中發揮作用，室內的PM2.5濃度和室外正向相關，所以也和室外相對濕度正向相關。

(5)居室的種類。開放式廚房、推拉窗、低樓層、東西朝向的居室PM2.5的值更高。

(6)人類活動。靜坐、走動、運動、炒(炸)、燉(熬)、手動打掃時段的PM2.5值均高于睡覺時。

4.2 室外空氣質量的影響因素

(1)氣象因素。氣象因素對室外空氣質量產生影響，大氣溫度、壓強上升，大氣溫度劇烈上升，均會使得PM2.5含量增加；相反的，風速的增強以及降水的發生，都會減少PM2.5含量的含量。

(2)時間因素。PM2.5在冬春兩季比夏秋超標現象更嚴重而且發生次數更多。至于原因，一方面冬春的采暖期比夏秋非采暖期高，煤燃燒產生顆粒物進入大氣，使得大氣中顆粒物增加；另一方面，季節變化使得大氣濕度改變,在冬季，重金屬更多與水分結晶，使PM2.5中重金屬質量濃度增加[19]。

(3)經濟發展水平。伴隨著經濟活動的增加，經濟活動增加會導致能源消耗和污染排放加劇[20]。能源消耗會造成大量燃料燃燒，污染排放會帶來大量廢氣廢水等。因此，經濟發展可能會導致 PM2.5濃度增加。 但從數據上看， PM2.5濃度受人均 GDP影響較小，與分析不同?？赡苋司?GDP 的增加，地區加快發展，政府對環境保護和環境治理的力度加大，人們的環保意識也逐漸提高，更加重視環境問題。

(4)能源效率。能源效率對PM2.5濃度的影響較大，能源效率提高，則意味著同樣的生產總值消耗的能源會減少。能源減少消耗則廢氣排放減少。所以，能源效率提高會造成PM2.5濃度降低[21～23]。

(5)能源消費結構。能源消費結構對PM2.5濃度的影響大小僅次于產業結構，不同能源的污染物排放系數之間存在較大差異，如煤炭燃燒產生的霧霾組成物質遠遠高于石油、天然氣等。所以，PM2.5濃度會因為煤炭消費增加而增加[24,25]。

(6)產業結構。產業結構對PM2.5濃度的影響最大。相比于第一產業和第三產業，第二產業消耗更多的能源，排放更多的污染物，對環境污染更嚴重。所以，第二產業比重增加造成PM2.5濃度升高。

(7)技術進步。技術進步一方面推動了經濟發展，增加了能源消耗，進一步提高了 PM2.5濃度；可另一方面，它提高能源效率，降低能源的消耗，也降低了 PM2.5濃度。此外，技術進步還會改善能源結構，降低 PM2.5濃度。因此，比起提高能源效率，技術進步更多地促進了經濟活動的發展。最終，技術進步與PM2.5濃度呈正相關。

4.3 從天氣類型看影響湖北省室外PM2.5含量的因素

天氣類型不同，湖北省空氣的污染區域以及污染源的輸送方向隨之不同。冷鋒天氣在前部型分為兩路，著重影響鄂東的西北路，主要輸送西北污染源；北路著重影響鄂北和江漢平原地區，主要輸入北部污染源。暖倒槽型有三種，影響鄂東北的東高西低型，主要輸送偏南短距離污染源；北高南低型著重影響鄂西北、鄂東北西部和江漢平原；入海高壓底后部型為東部沿海和東北地區污染源。均壓場型污染源來源廣泛，影響大部分湖北地區。

5 結語

湖北省的空氣質量總的來說，可以總結為三點。

(1)湖北省的空氣質量在中部地區較差，而四周的邊緣地區的空氣質量優秀或者良好。

(2)在全年范圍內，湖北東西部山區污染事件發生頻率較小，中部發生頻率較高，集中在江漢平原一代，發生頻率最高在襄陽、宜昌及武漢。

(3)PM2.5濃度在人類密集活動地區偏高，在植被覆蓋地區偏低，近年來在空氣質量上有所改善。

空氣質量的影響因素，根據室內和室外不同環境的不同而不同。室內的空氣質量，影響因素主要有室內取暖以及烹飪的燃料的種類以及燃燒時間、吸煙時的煙氣排放、門窗及建筑物縫隙等的滲透作用、室內外溫度差、相對濕度、換氣次數以及居室的種類。對于室外的空氣質量，在氣象方面，表現為大氣氣壓、大氣溫度以及相對濕度和PM2.5濃度的正相關關系，風速、降水量和PM2.5濃度負相關。時間上，PM2.5在冬春季節超標嚴重且多發。經濟發展發面，能源消費結構、第二產業比重以及技術進步和PM2.5濃度呈正相關，能源效率和PM2.5濃度為負相關。

天氣類型方面，6種不同的天氣類型所起的作用各不相同，均壓場型影響湖北省的大部分地區，冷鋒前部型影響鄂北、鄂東地區、江漢平原，暖倒槽型影響鄂東北、鄂西北和江漢平原。