基于GIS的貴州省中心城市空氣質量的時空分布特征研究

楊 銳，張立科，李 秋，徐華蓉，李應艷

（銅仁學院旅游與地理系，貴州 銅仁 554300）

引言

隨著我國城市化進程的加快，城市環境空氣質量問題變得越來越突出。研究表明，空氣污染可增加呼吸系統疾病、皮膚病、糖尿病等多種疾病的患病率、致死率，嚴重影響人體健康。貴州省城市環境空氣質量以優和良為主，超標天數中多為輕度污染，但是近年來，隨著人們對于高質量生活環境的需求，空氣環境質量問題也逐漸引發人們的關注。目前我國對空氣質量的研究主要集中在京津冀地區、長江三角洲、珠江三角洲等經濟較為發達的地區以及生態較為脆弱的西北等地區[1—5]，對貴州省的空氣質量研究多集中于貴陽單個城市，且主要是對其大氣污染物的時空分布研究，針對其他城市空氣質量的相關研究較少。

發達國家在城市化和工業化過程中，也發生過大規模、比較嚴重的空氣污染問題，如洛杉磯光化學煙霧事件和倫敦煙霧事件等。國外的學者關于空氣污染的研究主要集中在大氣污染物的時空分布特征及其影響因素。國內對空氣質量的研究雖然起步較晚，但近年來空氣質量的研究引起了大量專家學者的關注，目前國內的研究主要是從時間和空間尺度對空氣質量進行時空分布研究，采用多種方法探究影響其分布規律的因素。如肖悅等通過對我國近10年空氣質量的時空分布特征進行分析，發現了我國空氣質量呈“北重南輕，東重西輕”的空間格局，且夏季空氣質量最好，冬季空氣質量較差[6]。張向敏等對2015年中國343個地區的空氣質量進行了研究，發現全國及九大區域空氣質量的時間分布上呈春冬季較差、夏秋較好的規律；在空間分布上呈北高南低的特征[7]。劉永偉等基于GIS技術對API進行時空分布規律進行分析，發現了我國空氣污染具有明顯的季節變化特征和空間集聚特征[8]。王媛媛利用環境遙感、空氣質量、氣象和社會發展等數據，采用多種方法，對中國的大、中、小區域四季的空氣質量及大氣污染物進行了研究，并對各區域的空氣質量影響因素分析，結果發現，城市發展與空氣質量的時空分布特征呈顯著相關[9]。許燕婷等基于AQI指數探究了中國城市空氣質量的時空分布特征，結果發現中國空氣污染城市數量減少，空氣質量有所改善[10]。

1 數據與研究方法

1.1 數據來源與預處理

空氣質量數據選用空氣質量綜合指數（簡稱AQCI）來衡量，數據來源于貴州省生態環境廳公布的2014—2022年貴州省9個中心城市空氣質量月報；行政區劃數據來自1∶400萬中國基礎地理信息庫。

1.2 研究方法

空間分類法是利用GIS對貴州省中心城市的空氣質量綜合指數進行分析，以揭示貴州省空氣質量的空間分布格局；重心遷移法以貴州省各中心城市2014—2022年的空氣質量綜合指數為權重，計算每年空氣質量綜合指數的重心，并用平滑的曲線連接，以探究貴州省空氣質量的空間遷移變化規律。

2 貴州省中心城市空氣質量的時空分布特征

2.1 時間變化特征

2.1.1 年際變化特征

為研究貴州省中心城市空氣污染的年度分布規律，對2014—2022年空氣質量綜合指數逐年變化進行統計，繪制了空氣質量變化情況圖（圖1），如圖所示，貴州省中心城市空氣質量在2014—2022年期間，貴州省中心城市的空氣質量綜合指數具有明顯的年度分布特征，且空氣質量綜合指數年際均值整體呈下降趨勢，只在2015年和2021年各出現一個高值，2015年的波動幅度較大，而2021年波動幅度較小。表明貴州省中心城市的空氣質量存在明顯好轉現象。在2014—2015年間，貴陽、遵義兩市的空氣質量綜合指數處于下降趨勢，而其他城市與全省的空氣質量綜合指數均處于上升趨勢，說明這兩年間貴陽和遵義的空氣質量向好的方向發展，全省和其他城市的空氣質量變差。從整體上看，貴州省各城市呈改善趨勢。

圖1 2014—2022年貴州省中心城市空氣質量各年變化圖

2.1.2 季節變化特征

為探討貴州省在不同的季節里空氣質量的時間變化趨勢，對2014—2022年中心城市空氣質量綜合指數季節變化進行統計分析。結果如圖2所示，貴州省的空氣質量綜合指數在季節分布方面，均存在冬季至夏季逐漸下降趨勢，并在夏季達到最低值；夏季至冬季空氣質量綜合指數呈現逐漸上升趨勢，在冬季達到最高值的特點。除了2022年外，其他年份均呈冬季＞春季＞秋季＞夏季的季節性變化趨勢，反映出貴州省中心城市夏季空氣質量較冬季空氣質量好，季節變化特征呈現“√”的變化特征。

圖2 2014—2022年貴州省中心城市空氣質量各年季節變化圖

2.1.3 逐月變化特征

對2014—2022年的空氣質量綜合指數逐月變化進行統計，結果如圖3所示，貴州省中心城市月均空氣質量綜合指數曲線大體上呈現先下降后上升的變化趨勢，從1月到7月表現出下降趨勢，7月到12月表現出上升趨勢，1到12月呈“V”型變化趨勢，并且中間表現出起伏不定的微小波動。其中，2015年的空氣質量綜合指數值變化起伏較其他年份大，且是9年中空氣質量綜合指數值較高的年份。除了2015年和2018年外，其他年份的最小值均出現在7月份，最大值出現在12月及次年的1月份。說明各年份的空氣質量大體呈7月份是一年中空氣質量較好、1月份或12月份是一年中空氣質量較差的月份的分布特征。

圖3 2014—2022年貴州省中心城市空氣質量各年逐月變化圖

2.2 空間分布特征

通過對貴州省9個中心城市的空氣質量綜合指數進行空間分類分析，得到全省四季空氣質量綜合指數的分布情況，從區域來看，一年四季貴州省的中部、北部和西北部地區的空氣質量均比南部、東南部、西南部地區差。具體來說，夏季空氣質量普遍較好，西南部和南部地區的興義市、都勻空氣質量相對于其他7個城市好，夏季空氣污染主要集中在貴陽市、遵義市、畢節市、凱里市，其次是安順市、六盤水市和銅仁市。相對于夏季來說，秋季六盤水和貴陽兩市空氣污染比上一季度更加明顯，而畢節市的空氣質量較夏季低，其他8個城市相對上一季度空氣質量變化微弱；春季和冬季空氣污染范圍更廣，除興義市和都勻市兩市空氣質量相對較好，其他7個城市均有不同程度污染。

2.3 空間遷移規律

以貴州省各中心城市2014—2022年的空氣質量綜合指數為權重，計算每年空氣質量綜合指數的重心，并用平滑的曲線連接，制作貴州省中心城市空氣質量重心遷移圖。結果如圖4所示，2014—2022年貴州省空氣質量重心主要集中于畢節市與貴陽市的交界處，并且具有明顯的遷移變化。除了2014—2015年外，貴州省空氣質量空間遷移規律主要以東西方向為主。具體來說：2014—2017年，空氣質量綜合指數的重心遷移軌跡大體上向西南方向移動，且東西方向移動的距離約等于南北方向的移動距離，反映這三年貴州省空氣污染的空間分布格局大體一致，未出現明顯的變化。2017—2019年，空氣質量綜合指數的重心向東北遷移，且東西方向大于南北方向，反映出貴州省這兩年空氣污染主要以東西方向的變化為主。2019—2022年的空氣質量綜合指數的重心主要向西南方向移動，且西移距離遠大于南移距離，說明這三年貴州省的空氣質量越往西越嚴峻。從整體上看，貴州省各城市空氣質量綜合指數在2014—2022年的重心大體上呈東西方向的空間遷移規律，且重心在北部。說明貴州省空氣質量在2014—2022年西北部、東北較西南部和東南部嚴峻。

圖4 2014—2022年貴州省中心城市空氣質量重心遷移圖

3 結論

本文基于2014—2022年貴州省各城市空氣質量綜合指數數據，對貴州省各城市空氣質量的時空分布特征研究，得出主要結論如下：

（1）貴州省的空氣質量呈顯著的時間變化規律。年際上，貴州省的各城市2014—2022年的空氣質量綜合指數的年均值大體呈下降趨勢；季節上，夏季的空氣質量綜合指數達到在全年中處于低值，冬季處于高值，形成“√”的變化趨勢；月份上，貴州省各城市的空氣質量綜合指數呈“V”型變化特征，7月是一年中空氣質量最好的月份，12月或次年1月是空氣質量最差的月份。

（2）貴州省的空氣質量在空間上表現空間分異。貴州省的中部、北部和西北部地區的空氣質量均比南部、東南部、西南部地區差。

（3）從空間遷移規律上看，貴州省的空氣質量綜合指數在2014—2022年的重心大體上呈東西方向的空間遷移規律，且重心在北部。反映貴州省空氣質量在2014—2022年西北部、東北與西南部和東南部相比較為嚴峻。