珠江三角洲2018-2020年AQI時空變化分析

曹宇鵬

（1.西藏農牧學院高原生態研究所；2.西藏林芝高山森林生態系統國家野外科學觀測研究站；3.西藏高原森林生態教育部重點實驗室；4.西藏自治區生態安全聯合重點實驗室，西藏 林芝 860000）

空氣環境對于城市的發展尤為重要。珠江三角洲是我國經濟發展最快的地區之一，是廣東省人口密度最大、地區生產總值最高的區域。隨著城市化的不斷推進，大氣環境污染引起人們的廣泛關注。空間自相關是給定空間中確定數據之間的可能關系，它是在地理學第一定律基礎上所提出的一種概念。空間自相關與標準差橢圓可以精細地展示某地區數據之間的區域性差異，該方法被廣泛運用于分析環境問題。使用新興的地理信息技術手段，能夠從空間的角度分析環境問題，為環境保護提供地理學依據。本文通過收集珠江三角洲2018-2020年的空氣質量指數（AQI）進行AQI空間自相關分析與標準差橢圓分析，直觀地展示該地區空氣質量空間特征，以期為當地空氣環境治理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

珠江三角洲位于廣東省中南部，由東江、西江、北江沖擊的三個三角洲組成，舊時也稱粵江平原。該地區由廣州、深圳、佛山、東莞、珠海、惠州、中山、江門和肇慶九個地級市以及澳門與香港兩個特別行政區組成，與東南亞地區隔海相望，是中國的“南大門”。

空氣質量指數（AQI）是一個定量地描述空氣質量狀況的指數。2012年，原環境保護部用AQI指數代替原有的空氣污染指數（API）。AQI指數等級與影響如表1所示。研究數據是氣象網2018年1月1日至2020年12月31日發布的研究區各縣域各月AQI指數，采取平均值法獲得各縣（縣級市、區）各年AQI指數。

表1 AQI指數等級與影響

1.2 研究方法

1.2.1 空間自相關

全局空間自相關能夠確定整個研究區數據空間集聚情況，其計算公式為：

局部自相關能確定研究數據在局部區域的潛在關系，其計算公式為：

式中：I為局部空間自相關系數。

1.2.2 標準差橢圓

標準差橢圓可以揭示數據的空間分析方向性，其計算公式為：

式中：為橢圓的軸長；var(·)表示方差函數；cov(·)表示協方差函數；和是每個空間單位的位置坐標；和是空間單位的算數平均中心；為空間單位個數。

2 結果與分析

2.1 AQI分布

針對珠江三角洲近三年AQI指數，利用自然斷點法分為四類進行分析，選取其中第一梯度（低值）與第四梯度（高值），結果如表2所示，近三年空氣質量有所提升。總體來看，空氣質量較差（相較于珠江三角洲的其他區域）的區域集中在廣州市和佛山市，空氣質量較好的地區主要是深圳市，但AQI指數最高均維持在二級，表明珠江三角洲空氣質量總體情況較好。

表2 高值、低值區主要分布市域

2.2 全局空間自相關

基于珠江三角洲各縣域2018-2020年AQI指數進行全局空間自相關分析，結果如圖1所示。數據顯示，2018-2020年莫蘭指數（Moran's I）分別為0.270 3、0.351 1與0.505 5，表明珠江三角洲AQI指數并不是隨機分布，而是存在明顯的空間正相關，其極化水平不斷增強，集聚度不斷提高。

圖1 2018-2020年珠江三角洲AQI莫蘭指數圖

2.3 局部空間自相關

為進一步探究珠江三角洲空氣質量空間集聚情況，對數據進行局部空間自相關分析，結果如表3所示。由表3可得，高-高值集聚區主要集中在廣州市與佛山市，其空氣質量相較于珠江三角洲其他地區較差；低-低值集聚區主要集中在深圳市，2020年，珠江三角洲東北部的肇慶市也成為低值集聚區，說明其空氣環境質量得到有效提升。

表3 高-高值與低-低值集聚區分布市域

2.4 標準差橢圓分析

為探究AQI空間分布方向性趨勢，采用第一級別標準差（68%）對其進行標準差橢圓分析，各項參數如表4所示。結果顯示，橢圓面積不斷縮小，表明AQI指數空間集聚度愈來愈集中，數據離散度越來越小。三年變化的中心都位于佛山市順德區。橢圓扁率有變小趨勢，但縮小幅度很低，表明其方向性特征有增強趨勢但總體較穩定。橢圓轉角減小，表明橢圓呈逆時針轉動，表明數據有朝西南-東北方向移動趨勢。

表4 2018-2020年珠江三角洲AQI指數標準差橢圓參數

3 結論

本文對2018-2020年珠江三角洲AQI指數進行了空間分析。從近三年的空氣質量指數空間分布來看，珠江三角洲的空氣質量指數不斷下降，該地區的環境保護措施取得良好成效。珠江三角洲2018-2020年空氣質量指數并不是隨機分布的，而是存在明顯的空間正相關性。高-高值集聚區主要位于珠江三角洲中部的廣州市與佛山市，低-低值集聚區主要位于深圳市。三年來，珠江三角洲AQI指數較高的地區主要集中在廣州市與佛山市，大致呈西北—東南向分布，中心點均位于佛山市順德區，有朝西南-東北方向移動的趨勢。