多倫縣環境空氣質量變化規律研究及關聯分析

羅慶軍，李春玲，郭玉萍，武立坤

（內蒙古多倫縣生態環境監測站，內蒙古 錫林郭勒 027300）

引言

內蒙古自治區錫林郭勒盟多倫縣位于我國北方農牧交錯帶，是世界著名的錫林郭勒草原的一部分，屬于溫帶半干旱向半濕潤過渡的典型大陸性氣候，境內水資源豐富，是海河流域灤河水系的源頭。多倫縣草地資源豐富，全縣有草場面積413 萬畝，占總面積的70.5%，植被種類繁多，眾多的植物種類和良好的植被條件為生態環境保護和建設起關鍵作用。近年來，多倫縣環境空氣質量雖然穩中向好，但可吸入顆粒物（PM10）仍是環境空氣質量超標的主要因素，臭氧（O3）超標天數居高不下，與揮發性有機物等臭氧前體物的排放[1][2]密切相關。

通過相關性分析，多倫縣環境空氣質量6項指標年平均濃度，發現與社會經濟和環境質量之間具有一定的相關性。一方面環境保護水平對經濟發展水平起著穩定的支撐作用[3]，另一方面社會經濟發展對環境的需求和改善也有十分重要的意義，因而經濟發展情況與環境空氣質量存在明顯正相關的關系[4],分析環境質量與社會經濟之間的關系對把握生態環境狀況，探究生態環境的影響因素，有效保護生態環境，對實現經濟、社會與生態環境協調發展具有重要意義。

1 數據來源和分析方法

1.1 6 項指標數據來源

環境空氣質量6 項指標二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、可吸入顆粒物（PM10）、細顆粒物（PM2.5）來源于錫林郭勒盟生態環境局多倫縣分局空氣自動站2017～2022 年連續監測數據。監測設備分別為XHS2000B 型SO2分析儀、XHN2000B型NO2分析儀、XHPM2000E 型PM10和PM2.5分 析 儀、XHOZ2000B 型O3分 析 儀、XHCO2000B 型CO 分析儀。

1.2 采用Spearman 相關性分析方法對比分析

選取社會經濟、產業結構和資源消耗等相關指標，與環境質量指標進行關聯性分析。本次僅對2017～2022 年相關數據進行統計，社會經濟、產業結構和資源消耗等相關數據來自多倫縣歷年統計年鑒。

采用Spearman 相關性分析方法對2 組數據進行分析，即進行關聯分析，相關系數一般在-1～1 之間。相關系數越接近0，表明2組數據的相關性越弱；相關系數越接近1，表明2 組數據正相關性越強；相關系數越接近-1，表明2 組數據負相關性越強。通常認為，相關系數絕對值≥0.8 時，呈高度相關；0.5 ≤相關系數絕對值﹤0.8 時，呈中度相關；0.3 ≤相關系數絕對值﹤0.5 時，呈低度相關；相關系數絕對值﹤0.3 時，2 組數據不相關。

2 環境空氣質量變化規律

2.1 污染狀況

多倫縣環境空氣質量的首要污染物主要為PM10、PM2.5和O3，詳見表1。春季以顆粒物污染為主，超標主要集中在3～5 月，可吸入顆粒物超標天數明顯多于細顆粒物；夏季以O3為主，超標主要集中在5～6 月。

表1 2018～2022 年多倫縣首要污染物天數統計（單位：d）

2.2 年變化規律

對標《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）中規定的6 項指標進行統計分析如圖1所示，多倫縣2017～2022 年6 項指標SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5年平均濃度均達到GB 3095-2012 二級標準，且呈平穩下降趨勢。多倫縣2017～2022 年超標天數如圖2 所示，呈緩慢下降趨勢，說明多倫縣環境空氣質量總體有所改善。

圖1 多倫縣6 項污染物年平均濃度變化趨勢

圖2 多倫縣年污染超標天數變化趨勢

2.3 月/季變化規律

多倫縣環境空氣質量SO2、NO2濃度呈現“冬高夏低”特征，基本呈現“U”字形分布規律，最高濃度出現在12 月至次年1 月，主要與燃煤供暖有關[5]，冬季采暖期，煙塵、SO2、氮氧化物（NOx）等污染物排放量相對增多。

PM10峰值出現在春季3～5 月，主要與春季沙塵天氣有關。PM2.5和CO 總體平穩，呈現夏季偏低的規律性，主要原因是夏季氣溫高，對流強烈，大氣邊界高度較高，擴散條件較好[6]，有利于污染物濃度降低。

O3濃度的高低與輻射、溫度、濕度、邊界層高度等氣象要素密切相關，O3濃度在一年中呈“Λ”型分布，呈現“夏高冬低”規律，O3污染主要集中在日照強、溫度高、云量少的春末和夏季，最高濃度集中在5～8 月，主要與高溫、高輻射、低濕條件有助于光化學反應增強有關[7]。另外，因為O3的生成依賴于陽光，所以O3濃度在每天中有明顯的日變化規律，一般為日間高、夜間低。白天隨著日照加強，NOx和VOCs 等前體物的反應加快，O3濃度逐漸升高，一般在14:00～17:00 達到一天中的最高值。之后逐漸降低，到傍晚太陽輻射減弱，O3濃度又恢復到較低的狀態，夜間O3會自身分解或與空氣中的還原性物質發生反應而消除，濃度降到最低。

3 關聯分析

3.1 指標選取

社會經濟共選取地區生產總值、第一產業產值、第二產業產值、第三產業產值、人均可支配收入、一產占比、二產占比、三產占比、牲畜存欄、糧食產量、糧食播種面積、草原面積12 項指標。其中，地區生產總值、第一產業產值、第二產業產值、第三產業產值、人均可支配收入5 項指標屬于社會經濟領域范疇；一產占比、二產占比和三產占比3 項指標屬于產業結構范疇；牲畜存欄、糧食產量、糧食播種面積、草原面積4 項指標屬于資源消耗范疇。環境空氣質量指標選取SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5的年均濃度。

3.2 各項指標的相關性

根據表2、表3、表4 相關分析結果，研究環境空氣質量各項指標的相關性。

表2 環境空氣質量與社會經濟指標相關系數

表3 環境空氣質量與產業結構指標相關系數

表4 環境空氣質量與資源消耗指標相關系數

3.2.1 可吸入顆粒物（PM10）

根據社會經濟各指標與PM10年平均濃度的相關性分析結果，PM10與社會經濟領域范疇的地區生產總值、居民可支配收入呈低度負相關，與第二產業產值呈中度正相關，與第三產業產值呈中度正相關，與第一產業產值不相關；PM10與產業結構范疇的一產占比呈高度負相關，與二產占比呈中度正相關，與三產占比不相關；PM10與資源消耗范疇的糧食播種面積呈中度負相關，與牲畜存欄呈低度負相關，與草原面積呈低度正相關，與糧食產量不相關。分析表明，社會經濟、產業結構、資源消耗與PM10年平均濃度具有相關性。

3.2.2 細顆粒物（PM2.5）

根據社會經濟各指標與可PM10年平均濃度的相關性分析結果，PM2.5與社會經濟領域范疇的第一產業產值呈中度負相關、與居民可支配收入呈低度負相關，與地區生產總值、第二、三產業產值不相關；PM2.5與產業結構的一產占比呈低度負相關，與二、三產占比均不相關；PM2.5與資源消耗范疇的牲畜存欄、糧食播種面積呈高中度負相關，與草原面積呈中度正相關，與糧食產量不相關。分析表明，社會經濟、產業結構、資源消耗與PM2.5年平均濃度具有一定的相關性。

3.2.3 二氧化硫（SO2）

根據社會經濟各指標與SO2年平均濃度的相關性分析結果，SO2與社會經濟領域范疇的第一產業產值、居民可支配收入均呈中度正相關，與地區生產總值、第二、三產業產值不相關；SO2與產業結構的一產占比呈中度正相關，與二、三產占比不相關；SO2與資源消耗范疇的糧食產量呈中度負相關，與糧食播種面積呈低度正相關，與草原面積呈低度負相關，與牲畜存欄不相關。分析表明，社會經濟、產業結構、資源消耗與SO2年平均濃度具有相關性。

3.2.4 二氧化氮（NO2）

根據社會經濟各指標與NO2年平均濃度的相關性分析結果，NO2與社會經濟領域范疇的地區生產總值呈低度正相關，與第二、三產業產值呈低度負相關，與第一產業產值、居民可支配收入不相關；NO2與產業結構的一產占比均呈中度正相關，與二產占比呈低度負相關，與三產占比不相關；NO2與資源消耗范疇的糧食產量、牲畜存欄呈中度負相關，與糧食播種面積和草原面積不相關。分析表明，社會經濟、產業結構、資源消耗與NO2年平均濃度具有相關性。

3.2.5 臭氧（O3）

根據社會經濟各指標與O3年平均濃度的相關性分析結果，O3與社會經濟領域范疇的第一產業產值、居民可支配收入呈中度負相關，與第三產業產值呈低度負相關，與地區生產總值、第二產業產值均不相關；O3與產業結構的一產占比呈中度負相關，與三產占比呈低度正相關，與二產占比不相關；O3與資源消耗范疇的糧食產量、草原面積呈中度正相關，與糧食播種面積、牲畜存欄不相關。分析表明，社會經濟、產業結構、資源消耗與O3年平均濃度具有一定的相關性。

3.2.6 一氧化碳（CO）

根據社會經濟各指標與CO 年平均濃度的相關性分析結果，CO 與社會經濟領域范疇的第一產業產值呈高度負相關，與地區生產總值和第二、三產業的產值和居民可支配收入均呈中度負相關；CO 與產業結構的三產占比呈高度正相關，與二產占比呈中度負相關，與一產占比不相關；CO 與資源消耗范疇的糧食產量、草原面積呈中度正相關，與牲畜存欄呈低度負相關，與糧食播種面積不相關。分析表明，社會經濟、產業結構、資源消耗與CO 年平均濃度具有相關性。

結論

多倫縣環境空氣質量的首要污染物主要為PM10、PM2.5和O3。春季以顆粒物污染為主，超標主要集中在3～5 月；夏季以O3為主，超標主要集中在5～6 月。多倫縣2017～2022年環境空氣質量6 項指標（SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5）年平均濃度均達到GB 3095-2012 二級標準，且呈平穩下降趨勢。因此，多倫縣環境空氣年污染超標天數呈緩慢下降趨勢，環境空氣質量總體有所改善，且環境空氣質量6 項指標年平均濃度與社會經濟的社會經濟領域范疇、產業結構范疇、資源消耗范疇指標具有一定的相關性。