2016—2019年長江中游城市群空氣質(zhì)量時(shí)空變化特征及影響因素分析

郭雯雯 ，陳永金，劉閣，宋開山，陶寶先

1. 聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，山東 聊城 252000；2. 中國科學(xué)院濕地生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林 長春 130102

1978年改革開放以來，中國的城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程取得了舉止矚目的成就（李通屏，2018；方創(chuàng)琳，2018），在經(jīng)濟(jì)快速增長、城市化水平推進(jìn)的過程中，也伴隨著大量資源的消耗以及環(huán)境的破壞，長期以來高污染、高能耗、低效率、粗放型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式加劇了中國生態(tài)環(huán)境的脆弱性，導(dǎo)致了一系列環(huán)境問題的產(chǎn)生，尤其是灰霾、光化學(xué)污染等大氣污染問題更為嚴(yán)峻（Wang et al.，2014；王振波等，2018；Wang et al.，2019）。2013年1月，北京霧霾天竟達(dá)26 d之多（Tian et al.，2014），空氣污染對民眾生產(chǎn)生活以及身體健康都帶來嚴(yán)重影響，尤其是哮喘病等呼吸性疾病、精神性疾病以及心腦血管病在冬季明顯增多（Wang et al.，2012；Santiba?ez et al.，2013；Massimiliano et al.，2018）。科學(xué)認(rèn)識空氣污染演變的特征以及時(shí)空變化規(guī)律，深入研究造成空氣污染的污染物來源以及影響因素十分重要。

目前已有許多學(xué)者對空氣質(zhì)量變化進(jìn)行了一定的研究，主要集中在空氣質(zhì)量指數(shù)及主要大氣污染物的時(shí)空變化規(guī)律以及造成空氣污染的影響因素兩方面。首先對空氣質(zhì)量時(shí)空規(guī)律的研究分為不同的空間尺度，全國尺度上，如張向敏等（2020）對全國343個(gè)地區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）數(shù)據(jù)的時(shí)空變化研究；省份尺度上，丁鐳等（2016）對湖北省17個(gè)地市2004—2013年的城市環(huán)境空氣質(zhì)量時(shí)空演化格局的研究；對典型地區(qū)的研究，如黃小剛等（2020）對長江經(jīng)濟(jì)帶2015—2018年AQI值變化特征及影響因素的研究；陳優(yōu)良等（2017）對長江三角洲城市群2015—2016年AQI及其他空氣質(zhì)量污染物時(shí)空分布特征的研究。有些學(xué)者還對影響空氣質(zhì)量的主要污染物進(jìn)行了研究，如齊夢溪等（2019）對北京市2014—2016年P(guān)M2.5污染時(shí)空分布特征的研究；黃小剛等（2019）對中國城市O3濃度時(shí)空分布變化特征的研究。空氣污染影響驅(qū)動(dòng)因素的研究主要包括人文因素與自然因素兩方面，人文因素主要是指社會經(jīng)濟(jì)因素，如城鎮(zhèn)化建設(shè)驅(qū)動(dòng)、工業(yè)化水平以及能源消耗驅(qū)動(dòng)、機(jī)動(dòng)車尾氣排放驅(qū)動(dòng)以及秸稈燃燒驅(qū)動(dòng)等（周亮等，2017；朱婧等，2018）；自然因素對空氣質(zhì)量的影響主要包括地形、風(fēng)速、氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、空氣濕度以及土地利用等方面（李玉玲等，2016；呂桅桅等，2018；劉昕等，2019；張亞茹等，2020）。

城市群是城鎮(zhèn)化發(fā)展到高級階段的產(chǎn)物（方創(chuàng)琳，2014），城市群城市化水平較高、人口分布相對集中、區(qū)域資源消耗量大、大氣污染物排放集中，因此環(huán)境問題更為突出，空氣污染狀況更為嚴(yán)峻（王振波等，2015）。目前已有學(xué)者對城市群空氣質(zhì)量進(jìn)行了一定的研究（程鈺等，2019；葉建剛等，2019），但主要集中于京津冀城市群和長江三角洲城市群，長江中游城市群作為中國最早獲批的國家級城市群，有關(guān)長江中游城市群空氣質(zhì)量變化的研究相對較少。隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，人口和社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)范圍的不斷擴(kuò)大，空氣質(zhì)量也出現(xiàn)一定程度的下降。了解長江中游城市群空氣質(zhì)量環(huán)境的時(shí)空變化特征，是區(qū)域大氣污染治理的基礎(chǔ)和前提。本文選取 2016—2019年各城市空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)以及6項(xiàng)主要污染物濃度數(shù)據(jù)，運(yùn)用克里金插值和統(tǒng)計(jì)分析的方法，分析其空間分布特征和時(shí)間變化趨勢，以及影響空氣質(zhì)量指數(shù)的因素，為該地區(qū)未來空氣污染防治提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

長江中游城市群位于長江經(jīng)濟(jì)帶中部，跨越湖北、湖南和江西3個(gè)省份，包括28個(gè)地級市以及仙桃市、潛江市和天門市3個(gè)省轄縣級市，是以武漢為中心，以武漢都市圈、環(huán)長株潭城市群、環(huán)鄱陽湖城市群為主體形成的特大型國家級城市群，是唯一一個(gè)地跨三省的跨區(qū)域城市群，也是國務(wù)院最早批復(fù)的國家級城市群（圖1）。長江中游城市群土地面積約為32.61×104km2，占全國的3.4%；總?cè)丝?.25億人，占全國總?cè)丝诘?%；2017年區(qū)域經(jīng)濟(jì)總值為7.9萬億元，創(chuàng)造了全國9.6%的經(jīng)濟(jì)總量，是中國中部地區(qū)戰(zhàn)略崛起的重點(diǎn)區(qū)域，在中國的區(qū)域發(fā)展格局中占有重要的地位。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)28個(gè)地級市AQI值與6項(xiàng)主要污染物空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來源于中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺發(fā)布的日值數(shù)據(jù)（https://www.aqistudy.cn/），仙桃市、潛江市和天門市3個(gè)省轄縣級市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來源于湖北省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布的環(huán)境空氣質(zhì)量月報(bào)。氣象因子數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data.cma.cn）（2016—2019年），2017年社會經(jīng)濟(jì)因子數(shù)據(jù)來源于湖南省、湖北省、江西省2018年統(tǒng)計(jì)年鑒以及各地級市2018年統(tǒng)計(jì)年鑒。以上資料均通過質(zhì)量檢驗(yàn)。

1.3 研究方法

根據(jù)中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺發(fā)布的日歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算出研究區(qū)28個(gè)地級市AQI值與6項(xiàng)主要污染物空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)月均值、季均值和年均值；根據(jù)湖北省環(huán)境廳發(fā)布的環(huán)境空氣質(zhì)量月報(bào)，計(jì)算3個(gè)省轄縣級市（仙桃、潛江、天門）季均值和年均值。在季節(jié)劃分上，春季為 3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12月至次年2月。空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）及6項(xiàng)主要污染物分級根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）（中國環(huán)境科學(xué)研究院，2012）將空氣質(zhì)量劃分為6個(gè)等級（見表1）。各主要空氣污染物質(zhì)量濃度劃分標(biāo)準(zhǔn)按照《環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 663—2013）（中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部，2013）執(zhí)行，具體見表1。

圖1 研究區(qū)域Fig. 1 Location of the studied area

表1 空氣質(zhì)量指數(shù)及各污染物劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Air quality index and classification standards of pollutants

空間插值分析常用的方法主要有反距離權(quán)重法、克里金法、樣條函數(shù)法。為了更好地表征空氣質(zhì)量的空間分布特點(diǎn)，根據(jù)已有研究所采用的方法進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)克里金法對表征空氣質(zhì)量空間分布效果最好（柏玲等，2018；許燕婷等，2019）。克里金法是包含自相關(guān)統(tǒng)計(jì)模型的插值方法，可以根據(jù)已知樣本點(diǎn)賦權(quán)重獲得未知樣本點(diǎn)的數(shù)值，計(jì)算公式為：

式中，Z(S0)為插值點(diǎn)S0的估計(jì)值；z(Si)為第i位置處的測量值；λi為測量值對應(yīng)的權(quán)重；N為已知樣本點(diǎn)的數(shù)目。

AQI值與氣象因子和社會經(jīng)濟(jì)因子的相關(guān)分析是借助Excel和SPSS軟件，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，然后利用SPSS軟件中Spearman相關(guān)分析確定相關(guān)系數(shù)，分析單因素變量與AQI值變化的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣質(zhì)量時(shí)空變化特征

2.1.1 時(shí)間變化

2016—2019年長江中游城市群空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）年平均值分別為79、78、68、75，2019年空氣質(zhì)量指數(shù)出現(xiàn)小幅度上升，但總體呈現(xiàn)下降趨勢。根據(jù)國家《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 633—2012）標(biāo)準(zhǔn)（表1），研究區(qū) 2016—2019年空氣質(zhì)量指數(shù)均達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)，空氣質(zhì)量狀況屬于良。

2016—2019年長江中游城市群空氣質(zhì)量指數(shù)月變化如圖2所示。由圖可以看出，長江中游城市群空氣質(zhì)量指數(shù)各月份之間差異明顯，不同年份之間各月變化又具有一定的規(guī)律性，呈明顯的比較對稱“U”型形狀，并且表現(xiàn)出月峰值和月谷底的特點(diǎn)。2016—2019年空氣質(zhì)量指數(shù)逐月變化一般是1月或12月值最高，7月或8月空氣質(zhì)量指數(shù)值最小，如2016年和2017年空氣質(zhì)量指數(shù)最大值出現(xiàn)在12月和1月，為空氣質(zhì)量指數(shù)的峰值，最小值出現(xiàn)在7月和8月；空氣質(zhì)量指數(shù)月值也會出現(xiàn)小的峰值，稱為次峰值，一般出現(xiàn)在5月或9月，如2017年在5月出現(xiàn)次峰值，2016年和2019年空氣質(zhì)量指數(shù)在9月出現(xiàn)次高峰。

圖2 2016—2019年空氣質(zhì)量指數(shù)逐月變化Fig. 2 Monthly changes of air quality index from 2016 to 2019

根據(jù)圖2的變化結(jié)果，將空氣質(zhì)量指數(shù)從季節(jié)變化的角度進(jìn)行分析，季節(jié)變化特征明顯，即夏季指數(shù)值低，冬季偏高。全年空氣質(zhì)量指數(shù)的峰值一般出現(xiàn)在11月至次年2月，并且在5月或9月也會出現(xiàn)次峰值；低值區(qū)出現(xiàn)在 6—8月，即夏季空氣質(zhì)量最優(yōu)。

2.1.2 空間變化

利用克里金插值法進(jìn)行分析，2016—2019年長江中游城市群空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI值）逐年空間變化結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，長江中游城市群AQI值空間分布差異性明顯，除潛江市、天門市、仙桃市低于周圍地區(qū)外，整體上呈現(xiàn)“東南低、西北高”的特點(diǎn)。襄陽市和宜昌市為工業(yè)型城市，人口密集、工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，是研究區(qū)AQI值較高的地區(qū)；除此之外，還有一些小型的污染集中片區(qū)，如武漢、黃岡和鄂州片區(qū)、長株潭片區(qū)，2016—2019年的AQI值相對于周圍其他地區(qū)具有明顯的凸起；研究區(qū)的東南部AQI值相對較低，空氣質(zhì)量較好，主要分布于景德鎮(zhèn)市、鷹潭市、上饒市和撫州市地區(qū)，AQI值較低的地區(qū)還包括天門市、潛江市和仙桃市。

圖3 2016—2019年AQI值空間變化結(jié)果Fig. 3 Spatial change results of AQI value from 2016 to 2019

利用克里金插值法對長江中游城市群 2016—2019年各城市站點(diǎn)逐月AQI值進(jìn)行空間插值分析，空間變化結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，各月AQI值空間分布差異明顯。1月AQI值變化范圍最大，為 68.12—177.56，1月最高值出現(xiàn)在襄陽市為176.25；2—7月AQI值的最低值開始逐漸降低，由2月的65.05降低到7月28.84，降低了55.7%，并且AQI值的峰值也逐漸變小，7月AQI值的峰值僅為 71.52，為全年月份峰值的最低值，主要出現(xiàn)于仙桃市、潛江市和天門市地區(qū)，其中仙桃市的空氣質(zhì)量指數(shù)值僅為29。6—8月為全年AQI值的波谷期，最小值和峰值都相對低于其他月份，6月AQI值的范圍為39.15—84.78，7月介于28.84—71.52，8月介于33.76—80.7之間。8—12月AQI值開始出現(xiàn)波動(dòng)上升的情況，空氣質(zhì)量污染出現(xiàn)加重，最小值和峰值都出現(xiàn)上升情況，最小值由33.76上升至65.05，峰值由80.7上升至120.05，12月份研究區(qū)西北部宜昌市和襄陽市地區(qū)AQI值大于100，出現(xiàn)輕度污染的情況。

2.2 污染物濃度時(shí)空變化特征

2.2.1 時(shí)間變化

表2所示為大氣主要污染物的年際變化情況，2016—2019年長江中游城市群大氣主要污染物濃度呈現(xiàn)波動(dòng)變化趨勢。ρ(PM2.5)呈現(xiàn)下降趨勢，由2016 年的 51 μg·m-3下降到 2019 年的 42 μg·m-3，總體下降了 17.6%；ρ(PM10)從 2016 年的 82 μg·m-3下降到 68 μg·m-3，下降了 17.1%；ρ(SO2)的年均值也表現(xiàn)出下降的趨勢，2019年為 11 μg·m-3，2016—2019年下降了42.1%；ρ(CO)總體呈波動(dòng)下降的趨勢，2017年平均濃度出現(xiàn)反彈，上升到1.108 mg·m-3，2018年和2019年年平均濃度又連續(xù)下降，2016—2019年總體下降了15.6%；ρ(NO2)呈波動(dòng)式變化，先升高后降低，最后2019年平均濃度又與2016年持平；ρ(O3)呈上升的趨勢，從 2016 年的 88 μg·m-3上升到98 μg·m-3，上升了11.4%。按照《環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范 (試行)》（HJ663—2013）（中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部，2013），2019年長江中游城市群大氣主要污染物ρ(SO2)、ρ(CO)、ρ(O3)達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)，ρ(PM10)、ρ(NO2)符合國家二級標(biāo)準(zhǔn)，只有ρ(PM2.5)尚未達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)（≤35 μg·m-3）。

表2 2016—2019年大氣主要污染物年平均濃度變化Table 2 Changes in the annual average concentration of main atmospheric pollutants from 2016 to 2019

圖4 2016—2019年AQI值逐月空間分布變化結(jié)果Fig. 4 Monthly spatial distribution change results of AQI value from 2016 to 2019

從季節(jié)變化的尺度對2016—2019年AQI值的空間變化結(jié)果進(jìn)行分析，由圖5所示，AQI值季節(jié)變化的平均值大小排列為冬季 (92)＞秋季 (73)＞春季 (69)＞夏季 (60)，冬季空氣污染最嚴(yán)重，AQI值變化范圍為60.13—142.99，西北部地區(qū)都處于輕度污染狀態(tài)，這與當(dāng)?shù)毓I(yè)企業(yè)數(shù)量較多、污染物排放有關(guān)，再加上冬季氣溫低，受下墊面的影響不利于污染物的擴(kuò)散；春季AQI值變化范圍為65.18—76.18，空氣質(zhì)量相對于冬季來說有所改善；夏季空氣質(zhì)量狀況最好，AQI值范圍為33.79—76.74，天門市、仙桃市和潛江市地區(qū)，空氣質(zhì)量指數(shù)為優(yōu)，并且所有地區(qū)都位于二級標(biāo)準(zhǔn)限值以下，空氣質(zhì)量狀況為良；秋季AQI值范圍為56—83.99，污染面積有所擴(kuò)大，大部分地區(qū)都屬于二級標(biāo)準(zhǔn)（51—100）以內(nèi)。

圖5 2016—2019年AQI值季節(jié)空間分布變化結(jié)果Fig. 5 seasonal spatial distribution change results of AQI value from 2016 to 2019

圖6 2016—2019年大氣主要污染物濃度月變化Fig. 6 Monthly changes in main atmospheric pollutant concentrations from 2016 to 2019

2016—2019年大氣主要污染物濃度月變化結(jié)果如圖6所示，由圖可知，長江中游城市群主要大氣污染物各月份濃度具有明顯的差異特征。ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(CO)和ρ(NO2)都呈“U”型分布，均是以 6—8月濃度較低，11月至次年2月濃度較高，從季節(jié)變化的特點(diǎn)上，也表現(xiàn)出冬季污染物濃度高、夏季較低的特點(diǎn)；ρ(O3)變化呈倒“U”型分布，與上述污染物濃度月變化趨勢相反，表現(xiàn)出5—9月濃度較高，12月至次年1月濃度較低的特點(diǎn)，從季節(jié)變化的角度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)夏季ρ(O3)高，冬季相對較低；ρ(SO2)結(jié)果不像上述污染物月變化具有明顯的特征，呈波動(dòng)變化，但不同年份各月間也具有一定的規(guī)律性，整體上6—8月是濃度較低的時(shí)候，但是某些月份也會出現(xiàn)一些波動(dòng)，如2016年10—11月濃度也比較低，2019年2月濃度也比較低，與同年6—8月的濃度基本持平。

2.2.2 空間變化

長江中游城市群2016—2019年6項(xiàng)污染物質(zhì)量濃度空間分布結(jié)果如圖7所示，由圖可知，各項(xiàng)污染物空間分布具有明顯的差異性。ρ(PM2.5)呈西北向東南遞減的趨勢，西北部地區(qū)濃度較高，ρ(PM10)分布趨勢與ρ(PM2.5)大致相同，高值區(qū)集中分布在西北部地區(qū)，即襄陽市和宜昌市兩個(gè)工業(yè)城市，第二產(chǎn)業(yè)占比較高，工業(yè)發(fā)達(dá)，對能源的需求量大，固體廢氣物和工業(yè)廢氣排放到大氣中使其濃度相對于其他地區(qū)較高。ρ(SO2)整體分布范圍較小，均達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)（≤60），并且大部分地區(qū)達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)（≤20），高值區(qū)主要分布于荊州市以及江西省東南部地區(qū)，SO2主要來源于化石燃料燃燒以及汽車尾氣的排放，江西省的鷹潭市、萍鄉(xiāng)市和新余市能源消耗總量較多，并且仍以傳統(tǒng)的煤炭為主，這也是造成區(qū)域ρ(SO2)相對較高的原因；ρ(CO)空間分布呈自西向東逐層遞減的趨勢，中西部濃度高，尤其以武漢都市圈最為明顯，區(qū)域人口密集，機(jī)動(dòng)車尾氣排放引起區(qū)域的ρ(CO)較高；ρ(NO2)集中分布在武漢都市圈、環(huán)長株潭城市群、南昌市以及荊州市這些城市人口數(shù)量較多、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)；ρ(O3)呈由北向南逐漸減小的趨勢，高值區(qū)主要分布在研究區(qū)內(nèi)的湖北地區(qū)，化石燃料燃燒和汽車尾氣排放產(chǎn)生的氮氧化物和硫化物在紫外線照射下可氧化成O3，造成區(qū)域ρ(O3)的增加。

2.3 空氣質(zhì)量影響因素分析

2.3.1 AQI值與各主要大氣污染物相關(guān)分析

為了研究各主要大氣污染物對AQI值的影響，分別從年和春夏秋冬4個(gè)季節(jié)的尺度上，利用SPSS中的 Spearman相關(guān)性分析分別計(jì)算了 AQI值與PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和 O3的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如表 3所示。在年尺度上，AQI值與PM2.5、PM10和NO2呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.794、0.528、0.713；從季節(jié)尺度上進(jìn)行分析，夏季和冬季各污染物濃度與AQI值的相關(guān)性最強(qiáng)；從AQI值與各污染物的角度上分析，AQI值與PM2.5和NO2的相關(guān)性最強(qiáng)（α＜0.01）。PM2.5是空氣質(zhì)量的主要污染物，對AQI值的影響作用最大，根據(jù)已有的研究，長江中游城市群位于冬季風(fēng)的下風(fēng)帶，北風(fēng)攜帶的西北地區(qū)沙塵物質(zhì)經(jīng)過長距離運(yùn)輸?shù)酱耍沟每諝庵屑?xì)顆粒物質(zhì)增加（劉晟東等，2020），人口密度、人均 GDP產(chǎn)值以及大氣污染物排放也會對區(qū)域PM2.5濃度的增加產(chǎn)生一定的影響（王振波等，2019；許艷玲等，2019）；NO2污染通常會伴隨著PM2.5污染的出現(xiàn)，主要來源于工業(yè)生產(chǎn)中化石燃料燃燒以及汽車尾氣排放等，在空氣中經(jīng)強(qiáng)氧化劑氧化后會形成酸霧或氣溶膠而吸附更多的粉塵或其他物質(zhì)，導(dǎo)致空氣質(zhì)量變差，甚至在冬天形成霧霾天氣。

圖7 2016—2019年各污染物質(zhì)量濃度空間分布特征Fig. 7 Spatial distribution characteristics of mass concentration of various pollutants from 2016 to 2019

表3 AQI與各主要大氣污染物相關(guān)性檢驗(yàn)Table 3 Correlation test between AQI and major air pollutants

2.3.2 AQI值與氣象因子的相關(guān)分析

氣象因子對空氣污染物的擴(kuò)散及沉降起著重要的作用，在污染物排放量一定的條件下，氣象狀況對空氣質(zhì)量有著重要的影響，因此選取 2016—2019年研究區(qū)各城市降水量、平均氣壓、平均風(fēng)速、平均氣溫、平均相對濕度、日照時(shí)數(shù)6項(xiàng)氣象指標(biāo)，與AQI在年以及春夏秋冬各季節(jié)作相關(guān)性分析（見表4）。從年尺度上看，AQI與降水量、平均氣溫和日照時(shí)數(shù)相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)分別為-0.332、-0.674、-0.236，其中降水量和平均氣溫的相關(guān)性都通過α＜0.01的顯著性檢驗(yàn)；AQI與平均氣壓、平均風(fēng)速和平均相對濕度的相關(guān)系數(shù)依次為-0.123、0.158、-0.061，相關(guān)性不顯著。

氣溫對于研究區(qū)空氣質(zhì)量具有顯著影響，在全年及各個(gè)季節(jié)都與 AQI呈顯著相關(guān)性，高溫狀態(tài)下空氣對流強(qiáng)烈，大氣的水平輸送和垂直擴(kuò)散能力增強(qiáng)，有利于減少地面污染物濃度，但是在冬春季節(jié)，研究區(qū)氣溫相對較低，大氣運(yùn)動(dòng)減弱，不利于污染物擴(kuò)散，因此會造成空氣污染狀況加劇。降水量對當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量也具有一定影響，降水對污染的的沖刷和沉降作用明顯，尤其是在冬季污染相對嚴(yán)重時(shí)期，短時(shí)降水能對大氣污染起到一定程度的緩解作用（劉昕等，2019）。日照時(shí)數(shù)與AQI變化呈顯著負(fù)相關(guān)（α＜0.05），日照有利于加速污染物的擴(kuò)散速度，日照時(shí)數(shù)越長，污染物濃度越低，另外當(dāng)污染狀況加劇時(shí)，也會導(dǎo)致大氣能見度降低，減少日照時(shí)數(shù)（王海暢等，2015）。一般情況下，風(fēng)速與空氣污染呈負(fù)相關(guān)，風(fēng)速越大越有利于污染物的擴(kuò)散，污染程度越輕，但該相關(guān)性結(jié)果顯示平均風(fēng)速與AQI呈正相關(guān)，與柏玲等（2018）得到的長江中游城市群PM2.5濃度與風(fēng)速相關(guān)性結(jié)果一致，因此也從一定程度反映了長江中游城市群空氣質(zhì)量污染可能與外來污染物的輸送具有一定的關(guān)系。另外結(jié)果顯示，平均相對濕度與AQI值的相關(guān)性并不十分明顯，楊興川等（2017）研究中認(rèn)為相對濕度較高時(shí)有利于氣溶膠粒子的聚集，會加劇污染，而研究區(qū)冬春季節(jié)平均相對濕度與AQI呈負(fù)相關(guān)，可能與當(dāng)?shù)貪穸鹊谋镜字递^高有關(guān)，顆粒物吸濕后反而有利于污染物的沉降（樊建勇等，2020）。

表4 AQI與各氣象因子的相關(guān)性檢驗(yàn)Table 4 Correlation test between AQI and meteorological factors

2.3.3 社會經(jīng)濟(jì)因子影響分析

人類的社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)是空氣質(zhì)量狀況發(fā)生污染的主要驅(qū)動(dòng)因素，隨著人類活動(dòng)范圍逐漸加大，城市人口數(shù)量的增加，城市建成區(qū)面積不斷擴(kuò)大，城市化進(jìn)程加快，民用汽車數(shù)量增加，工業(yè)廢棄物的排放以及能源消耗量的增加等，使得人工向大氣中排放污染物的濃度不斷增加。為研究社會經(jīng)濟(jì)因子對研究區(qū)AQI的影響，選取了2017年研究區(qū)各城市人均GDP、城市化水平、城市綠化率、工業(yè)企業(yè)單位數(shù)、能源消耗總量、電力消耗總量、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、民用汽車擁有量 8項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，根據(jù)相關(guān)系數(shù)得出與 AQI具有顯著相關(guān)性的有4個(gè)，其中工業(yè)企業(yè)單位數(shù)（P=0.660）、能源消耗總量（P=0.456）、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（P=0.652）、民用汽車擁有量（P=0.514）均通過顯著性α＜0.01的檢驗(yàn)，呈顯著正相關(guān)，電力消耗總量（P=0.385）在α＜0.05水平上呈顯著正相關(guān)，人均 GDP（P=0.272）、城市化水平（P=0.247）也呈正相關(guān)，城市綠化率（P= -0.291）呈負(fù)相關(guān)。

4個(gè)顯著相關(guān)的社會經(jīng)濟(jì)因子與AQI的影響分析如圖 8所示，工業(yè)企業(yè)單位數(shù)的決定系數(shù)（R2=0.542）最大，最接近于1，說明工業(yè)企業(yè)單位數(shù)與AQI的相關(guān)性最強(qiáng)，影響也最大；其次是能源消耗總量（R2=0.484）、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（R2=0.464），民用汽車擁有量的決定系數(shù)（R2）最小，為0.341。工業(yè)企業(yè)單位數(shù)對空氣質(zhì)量的影響最大，工業(yè)企業(yè)單位數(shù)越多意味著污染源也就越多，尤其是宜昌市和襄陽市這種工業(yè)型城市，工業(yè)企業(yè)單位數(shù)多，AQI值越大。第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值反映了各地第二產(chǎn)業(yè)對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)，各城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不同，工業(yè)企業(yè)單位的數(shù)量也不一樣，因此各城市在發(fā)展的過程中要合理調(diào)整當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)布局，減少高污染高能耗工業(yè)企業(yè)單位的數(shù)量，控制污染產(chǎn)業(yè)部門SO2、NOx以及煙塵等顆粒物質(zhì)向空氣中的排放，切實(shí)抓好各污染排放單位的排放量。能源消耗總量對 AQI值也具有一定影響，因此在生產(chǎn)生活中也要調(diào)整好能源結(jié)構(gòu)，尤其是煤炭等化石能源的使用，推進(jìn)農(nóng)村地區(qū)煤改氣進(jìn)程，推進(jìn)清潔能源的使用。隨著居民生活條件的改善，民用汽車數(shù)量的增加也成為空氣質(zhì)量不可忽視的影響因素之一，齊夢溪等（2019）研究中發(fā)現(xiàn)北京市非采暖期城市道路機(jī)動(dòng)車尾氣的排放對大氣細(xì)顆粒污染有著不可忽視的影響，大氣污染程度空間分布與城市道路交通線具有明顯的相關(guān)性。減少社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對空氣質(zhì)量的影響，關(guān)鍵要在源頭上加以控制，切斷污染物源頭，對高污染產(chǎn)業(yè)進(jìn)行整治，尤其在冬季大氣質(zhì)量欠佳的情況下制定一些彈性措施，加大宣傳力度，提高公民的環(huán)境意識，共同打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)。

3 結(jié)論

（1）在年尺度上，2016—2019年AQI值總體呈現(xiàn)下降趨勢。季節(jié)上表現(xiàn)為夏季指數(shù)值低，冬季偏高。在月尺度上呈比較對稱的“U”型形狀，AQI值一般是在1月或12月值最高，7月或8月指數(shù)值最小。在空間上，除仙桃市、潛江市和天門市低于周圍地區(qū)外，長江中游城市群2016—2019年AQI值整體上呈現(xiàn)“東南低、西北高”的特點(diǎn)，各月AQI值空間分布差異明顯，1月AQI值區(qū)域差異最大。

（2）6種主要污染物在時(shí)空分布上也表現(xiàn)出顯著的差異。在年時(shí)間尺度，除ρ(NO2)和ρ(O3)外，其他污染物濃度均呈下降趨勢；在月尺度上，ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(CO)和ρ(NO2)都呈“U”型分布，6—8 月濃度較低，11月至次年2月濃度較高。空間上，ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(CO)、ρ(O3)都呈西北高、東南低的特點(diǎn)；ρ(SO2)高值區(qū)主要分布于荊門市與江西省鷹潭、萍鄉(xiāng)和新余；ρ(NO2)集中分布在武漢都市圈、環(huán)長株潭城市群、南昌市以及荊州市。

（3）AQI值在年尺度上與 PM2.5、PM10、NO2呈顯著正相關(guān)，并且在春季和冬季相關(guān)性較強(qiáng)。PM2.5和NO2濃度對AQI值在年尺度以及各季節(jié)都呈顯著正相關(guān)（α＜0.01），對AQI值影響最大。

（4）氣象因子中平均氣溫和降水量與 AQI呈顯著負(fù)相關(guān)（α＜0.01），其次是日照時(shí)數(shù)（α＜0.05），呈顯著負(fù)相關(guān)，與平均氣壓、平均風(fēng)速和平均相對濕度的相關(guān)性不顯著。AQI與各氣象要素在季節(jié)變化上表現(xiàn)出一定的差異性。

圖8 2017年AQI值與社會經(jīng)濟(jì)因子影響分析Fig. 8 Analysis of the impact of AQI value and socioeconomic factors in 2017

（5）社會經(jīng)濟(jì)因子中，AQI與工業(yè)企業(yè)單位數(shù)（P=0.660）、能源消耗總量（P=0.456）、第二產(chǎn)業(yè)總值（P=0.652）、民用汽車擁有量（P=0.514）呈顯著正相關(guān)（α＜0.01），電力消耗總量（P=0.385）在α＜0.05水平上呈顯著正相關(guān)。工業(yè)企業(yè)的決定系數(shù)（R2=0.542）最大，對空氣質(zhì)量的影響最大。