天津市大氣環(huán)境質(zhì)量影響因素研究

楊崳鈜　李燃　李紅柳　張雷波

摘要 根據(jù)1986—2014年天津市大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析主要污染物濃度變化和大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀。采用主成分分析和線性回歸相結(jié)合的方法，從經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)、自然等方面篩選大氣環(huán)境質(zhì)量的影響因素，建立指標(biāo)體系，對主要污染物進(jìn)行多因素分析。結(jié)果表明，二氧化硫和煙塵排放量是大氣環(huán)境質(zhì)量最直接的影響因素；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費、城市化發(fā)展等通過影響污染物排放，進(jìn)而對大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞 環(huán)境質(zhì)量；大氣污染物；影響因素；天津市

中圖分類號 X501 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）05-0215-03

Abstract Base on Tianjin atmospheric environment quality monitoring data from 1986 to 2014，the main pollutant concentration changes and atmospheric environmental quality status were analyzed. By adopting the combination of principal component analysis and linear regression method，factors influencing the quality of atmospheric environment were selected from the aspects of economic，industrial，natural，established the index system and analyzed multiple factors of main pollutants. The results showed that，sulfur dioxide and soot emissions was the most direct factors affecting atmospheric environment quality，industrial structure，energy consumption，urbanization development affect the quality of atmospheric environment，then influencing the pollutants.

Key words environmental quality；air pollutants；influence factor；Tianjing City

通過對天津市近30年環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，科學(xué)分析和描述大氣環(huán)境污染特征，辨識影響環(huán)境質(zhì)量變化的諸多因素，客觀分析未來社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對環(huán)境的壓力，以此科學(xué)、準(zhǔn)確、審慎地研判天津市當(dāng)前環(huán)境形勢和未來環(huán)境變化趨勢，力求探尋經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、環(huán)境政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等影響因素與環(huán)境質(zhì)量變化之間的響應(yīng)關(guān)系。

1 資料來源與分析方法

根據(jù)1986—2014年大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，天津市4項主要大氣污染物年均濃度變化趨勢如圖1所示。

目前，天津市大氣環(huán)境質(zhì)量逐漸好轉(zhuǎn)并趨于穩(wěn)定，但仍很脆弱；污染類型逐步由煤煙型為主向區(qū)域型復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變。霧霾（灰霾）天數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，PM2.5成為首要污染物。機動車尾氣污染日益嚴(yán)重，重化工業(yè)規(guī)模持續(xù)增大，將加重大氣復(fù)合型污染程度。執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)后，天津市大氣環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)困難。采用主成分分析和線性回歸相結(jié)合的方法，明確影響環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵因素，并進(jìn)行多因素分析[1-3]。對于一個環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)y，分析與之相關(guān)較密切的一組變量x1，x2，…查找這些變量歷年來的數(shù)據(jù)，并利用線性趨勢法填補缺失值[4-6]。將這些數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，使其成為一列均值為0，方差為1的無量綱的數(shù)值。然后利用主成分分析的方法對變量數(shù)進(jìn)行降維，得到幾個不相關(guān)的且能代表原數(shù)據(jù)85%以上信息量的主成分（設(shè)提取了n個主成分，變量xi對主成分fj的系數(shù)為aij）。用線性回歸的方法求出變量y與提取的各主成分之間關(guān)系：y=b1 f1+b2 f2…bn fn+b0。最終計算xi對于環(huán)境指標(biāo)y的系數(shù)wi=b1ai1+b2ai2…+bnain。

2 結(jié)果與分析

從經(jīng)濟(jì)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、社會因素、自然因素、污染物排放等方面篩選大氣環(huán)境質(zhì)量影響因素，建立大氣環(huán)境質(zhì)量影響因素分析指標(biāo)體系（表1）。

理論上講，大氣中的二氧化硫主要來源于煤炭燃燒，雖然能源消費量和煤炭消費量明顯升高，但由于脫硫設(shè)施的增加、脫硫效率的提高以及嚴(yán)格的管理措施等，二氧化硫排放量、二氧化硫濃度顯著降低，即能源消費量和煤炭消費量指標(biāo)對二氧化硫濃度的影響并不顯著（圖2）。理論上講，大氣中二氧化氮主要來源于煤炭燃燒和機動車尾氣。機動車尾氣是氮氧化物的主要排放源之一，但從分析結(jié)果中可以看出，機動車保有量對二氧化氮濃度的影響并不大，而鋪裝道路濃度對氮氧化物濃度呈現(xiàn)較大影響。這一結(jié)果從某種程度上說明機動車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)政策的實施具有良好的成效。但隨著交通道路的發(fā)展，車流量增大、交通堵塞等問題所引起的機動車尾氣污染是不容忽視的影響因素之一（圖3）。相對二氧化硫和二氧化碳2項污染物，各項指標(biāo)對PM10的影響程度較為均衡。從某種意義上講，全社會固定資產(chǎn)投資額代表城市固定資產(chǎn)（例如城市基礎(chǔ)設(shè)施、城市建筑、工業(yè)項目等）的建設(shè)規(guī)模，分析結(jié)果充分說明煙塵排放、機動車尾氣以及建筑施工對煙塵污染的貢獻(xiàn)程度（圖4）。

綜合來看，二氧化硫和煙塵排放量是大氣環(huán)境質(zhì)量最直接的影響因素。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費、城市化發(fā)展等通過影響污染物排放而對大氣環(huán)境質(zhì)量的產(chǎn)生影響。控制污染物排放量是降低污染物濃度、改善大氣環(huán)境質(zhì)量最直接的途徑。

3 結(jié)論

根據(jù)1986—2014年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用主成分分析和線性回歸相結(jié)合的方法，建立指標(biāo)體系，對主要大氣污染物影響分析結(jié)果如下：目前，天津市大氣環(huán)境污染由煤煙型污染向區(qū)域型復(fù)合型污染特征轉(zhuǎn)型，顆粒物來源中，二次粒子和機動車尾氣的貢獻(xiàn)越來越大，各主要源類的分擔(dān)率趨于相當(dāng)。PM2.5成為大氣環(huán)境污染的首要污染物。近年來，霧霾（灰霾）天數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢。污染物排放是大氣環(huán)境質(zhì)量的首要影響因素。以煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)、日益增大的工業(yè)規(guī)模、機動車保有量的持續(xù)增加、大規(guī)模的建設(shè)施工等工業(yè)化和城市化進(jìn)程，通過影響大氣污染物排放量，進(jìn)而影響大氣環(huán)境質(zhì)量。汽車尾氣污染日益嚴(yán)重，重化工業(yè)規(guī)模增大帶來的揮發(fā)性有機污染物排放大幅增加，將加重大氣復(fù)合型污染程度。新增污染物排放量增大，工程減排的治理空間已不大，污染物總量控制壓力增大。

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