2001－2011年我國城市空氣污染變化特征及分析

蘇 捷，王麗濤，魏 巍，程丹丹

(河北工程大學城市建設學院，河北邯鄲056038)

隨著我國城市化發展過程的飛躍，工業現代化的迅猛崛起，對大氣環境所造成的污染也日趨嚴重。特別是在經濟水平高度發達、人口相對集中的城區環境，交通源及建筑群的日趨密集不利于污染物的擴散，工業廢氣排放量和耗煤量的不斷猛增等現象都成為影響空氣質量狀況的重要因素。污染物進入到大氣環境后的擴散與稀釋過程會使大氣環境的物理、化學性質發生改變［1]。當前，我國絕大部分城市均以空氣污染指數的實況數據向公眾市民播報空氣質量狀況。空氣污染指數(Air Pollution Index，API)，是將常規所監測的幾種大氣污染物濃度簡化為單一概念性的指數形式來表征空氣污染程度和空氣質量狀況。這對研究某一地區的空氣污染狀況有著重要的意義［2－3]。

近年來，國內有許多學者對空氣污染指數資料做出過系統的研究和分析，從最初對空氣污染指數法在城市大氣環境評價的應用討論［4]到后來的應用統計學方法對空氣污染在時空變化及特征的研究，如中國海洋大學的王斌曾利用空氣污染指數API和聚類分析的方法分析了2004－2007年我國空氣污染的區域時空變化特征［5]及2001－2005年間我國23個沿海城市的空氣污染狀況［6]，孫炳彥等對我國南北方城市空氣環境質量對比分析［7]，袁博等對我國城市群空氣污染及其季節變化特點［8]，李小飛等對中國空氣污染指數變化特征及影響因素分析［9]。另外，也有大部分針對小區域或個別城市的單獨研究，包括北京地區［10]，上海城區［11]，杭州地區［12]，河南省重點城市［13]，陜西西安［14]，新疆烏魯木齊與克拉瑪依［15－16]，廣州地區［17]，重慶地區［18]，河北邯鄲［19]。但多數研究只是針對某一特定區域或單一城市的重點討論，缺乏長時間、大范圍區域內的空氣污染特征分析和研究。而事實上，我國的大氣環境質量呈現大區域特征［20－21]。本文主要利用2001－2011年全國86個重點城市的日空氣質量數據資料對我國API的年際變化進行了分析，并通過API值反算濃度值對華北、東北、華中、華南等7大地理區域進行污染因子變化趨勢的研究，并以2011年為例，分析了空氣質量評價及污染因子的地理分布情況。

1 數據來源及研究方法

研究所用的數據資料來自源于國家環境保護部網站(http://datacenter.mep.gov.cn)2001 年 1月1日至2011年12月31日全國86個重點監測城市所公布的每日空氣質量信息，主要包括空氣污染指數API、首要污染物的發生情況及空氣質量評價等相關資料，數據信息完整的城市為42個。自2001年6月5日起，國家環保部網站增加了秦皇島、連云港、寧波、桂林、北海5個城市。2004年6月4日起增加了37個城市(渭南、寶雞、玉溪、曲靖、德陽、瀘州、綿陽、柳州、韶關、張家界、常德、荊州、平頂山、開封、日照、濰坊、濟寧、棗莊、泰安、淄博、九江、泉州、蕪湖、湖州、紹興、鎮江、揚州、齊齊哈爾、牡丹江、撫順、鞍山、赤峰、陽泉、長治、大同、石嘴山、克拉馬依)。2006年1月1日起又增加自貢、南充2個城市。文本主要針對我國城市空氣污染變化特征以統計學方法對近200 020個數據進行了相應的分析和研究。

2 結果與分析

2.1 API均值與首要污染物的時空變化

為保證最終結果的精確性及合理性，此部分研究主要針對2001－2011年數據信息完整的42個主要監測城市。圖1所描述的是API的年際均值變化及首要污染物發生頻率情況，可以看出，近11年來，全國重點城市API年際均值總體呈下降趨勢，年變化范圍在65～90之間，波動幅度較小。下降過程可分為三個階段:(1)2006－2009年;(2)2010－2011年。下降幅度分別為:14.91%、8.75%、3.31%。最高值發生在2001年，API均值達到86.14，最低值發生在2011年，API均值達到66.80。從首要污染物的發生頻率來看，可吸入顆粒物的發生頻率明顯高于二氧化硫與氮氧化物的發生。三種首要污染物的發生頻率都有不同程度的下降趨勢。(3)2001－2005年;二氧化硫的高發期出現在2004－2008年，2009年之后有明顯的下降勢態。氮氧化物為首要污染物的發生情況最少，發生頻率的最高峰值出現在2004年。從時間上來看，無首要污染物的發生天數年變化有較明顯的增加趨勢，2010年達到11年來的最高值。這表明2001－2011年，全國大部分城市空氣質量狀況稍有緩解。

圖2為污染物的區域變化情況，分別對地理上的7大區域(華北、東北、華中、華東、西北、西南、華南)以三種污染物濃度的變化情況進行了獨立的研究與分析。從圖中可以得到以下結論:

(1)可吸入顆粒物是造成全國空氣污染最主要的污染物。可吸入顆粒物污染較為嚴重的地域為華北地區和西北地區，華南地區污染物濃度值最低，可吸入顆粒物逐年平均濃度均小于0.1 mg/m3。11年中，除華南地區無明顯的規律變化以外，其余6個區域(華北、東北、華中、華東、西北、西南)可吸入顆粒物的濃度均有不同程度的下降趨勢。下降幅度較大的是華北地區和西北地區，分別達到 40.79%、33.62%。

(2)七個區域均存在二氧化硫的污染，從濃度分布上來看，華北地區二氧化硫的污染情況較為突出，2001年達到最高值，濃度為0.214 mg/m3，2007年達到0.0962 mg/m3，為11年來的最低值。東北地區的二氧化硫濃度有較為明顯的上升趨勢，2009年出現了一個峰值，濃度為0.0956 mg/m3。2005年，華南地區二氧化硫的污染有明顯的起伏，濃度達到0.1361 mg/m3。從走勢來看，華北、華東、華中、西北、西南、華南地區有明顯下降趨勢的變化規律。

(3)相對于可吸入顆粒物及二氧化硫的污染情況，全年氮氧化物的發生頻率較低。2001－2011年間，華中地區與西南地區沒有發生氮氧化物的污染。華北地區和東北地區近三年不存在氮氧化物的污染。氮氧化物發生的地區主要集中在華南及華東地區，內陸城市雖也有發生，但是發生頻率相對較低，南北地區有較為明顯的差異。氮氧化物污染較為嚴重的地區集中發生在華南地區，特別是在沿海城市，氮氧化物的污染濃度在0.03～0.06 mg/m3的范圍內變化，這與該地域頻頻發生的光化學煙霧污染有極大關系。

2.2 空氣質量評價與分析

根據2011年的數據信息資料，對全國86個重點監測城市進行統計分析，得到的結果如圖3所示。從污染因子分布圖來看，首要污染物為可吸入顆粒物的城市主要集中在我國北方及南方內陸城市，總體呈現南低北高的變化特征。2011年間發生頻率較高的城市有棗莊、淄博、濟寧、濟南、蘭州、西寧等，可吸入顆粒物發生天數均在330 d以上。相比之下，南方沿海城市及西藏地區發生較少，如湛江、海口、拉薩等。二氧化硫的分布情況無明顯規律，發生頻率較高的城市主要集中在華北地區與南方內陸城市。另外，全年中發生頻率最高的城市為南充、柳州、鞍山、石嘴山等。氮氧化物的發生主要集中在沿海城市，諸如廈門、深圳、廣州，全年發生頻率較低。全年中，無首要污染物因子的城市集中在南方沿海地區，如珠海、湛江、海口、拉薩，全年發生天數各為201 d、318 d、263 d、294 d，空氣質量較為突出。2011年全國86個重點監測城市污染物分布與前面2001－2011年間42個城市的地域性分析結果大體相似，可見我國大氣主要污染物的發生在地域上具有同一性。

由空氣質量的分布情況來看，空氣質量為優、良的發生天數在全年中占有較大的比重。由圖3(b)可知，空氣質量為優的天數呈現為南方城市優于北方城市的趨勢，較為明顯的是沿海城市及西藏地區。如湛江、拉薩、海口三市，全年中空氣質量為優的天數分別為318 d、294 d、263 d，三市的空氣質量在86個城市中較為突出。輕微污染、輕度污染、中度污染發生頻率較高的城市多集中在北方內陸城市。中度重污染及重度污染情況發生較多的城市為烏魯木齊、蘭州、赤峰三市，全年分別達到8 d、6 d、6 d。特別是烏魯木齊市，全年重度污染高達5 d，空氣污染較為嚴重。由此可見，我國南北方地區的空氣質量狀況有明顯的差異，北方城市的空氣質量低于南方城市，特別是可吸入顆粒物的污染情況對空氣質量影響較大。

3 結論

1)2001－2011年，空氣污染指數API值緩慢下降，空氣質量逐年好轉。可吸入顆粒物發生頻率大，目前是我國的主要污染物。二氧化硫的高發期出現在2004－2008年，近幾年來有明顯下降態勢。氮氧化物發生頻率的最高峰值出現在2004年，集中在沿海地區。無首要污染物的發生天數年變化有較為明顯的增加趨勢，2010年達到11年來的最高值。

2)在空間變化上，東西南北差異較大。華北地區及西北地區可吸入顆粒物污染較為嚴重。二氧化硫的污染集中體現在華北地區及東北地區南方部分城市。氮氧化物的發生主要集中在華南及華東地區，內陸城市發生頻率較低。我國大氣主要污染物的發生在地域上具有同一性。

3)就2011年空氣質量評價來看，全年可吸入顆粒物發生頻率較高的城市有棗莊、淄博、濟寧、濟南、蘭州、西寧。空氣質量為優良的情況為南方城市優于北方。輕微污染、輕度污染、中度污染發生頻率較高的城市多集中在北方內陸城市。中度重污染及重度污染情況發生較多的城市為烏魯木齊、蘭州、赤峰三市。我國南北方地區的空氣質量有明顯差異，南方城市的空氣質量優于北方城市。

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