1998年至2016年江蘇省PM2.5時空演化特征

李波

摘? 要：該文利用江蘇省1998—2016年PM2.5數據對該省的空氣污染狀況的時空特征進行了分析，結果顯示：1998—2017年，全省空氣污染呈現加劇趨勢，2007—2016年空間污染程度相對穩定，并略微呈現出下降趨勢;在空間上，空氣污染整體呈現出南北高、中部低的空間特征;隨著時間的推移，蘇北蘇南的空氣污染狀況得到了減輕，而蘇中地區的空氣污染則有明顯加重趨勢。通過該研究，可為江蘇省環境治理，尤其是空氣污染治理及防治措施的制定提供科學借鑒。

關鍵詞：PM2.5? 演化特征? 大氣污染

大氣污染是目前中國發展過程中最為突出的環境問題，這其中細顆粒物是最重要的空氣污染物。改革開放40年來，伴隨著城市化和工業化高速發展，能源的大量消耗、城市建設揚塵以及汽車尾氣是空氣細顆粒物超標的主要原因。目前我國有四大霧霾分布區，分別是四川盆地、黃淮海地區、長江三角洲和珠江三角洲，江蘇省又同時占據黃淮海和長江三角洲兩大霧霾高發地。江蘇省作為我國重要的經濟大省，在全國經濟創新驅動發展中具有不可取代的重要位置，而以PM2.5為代表的可吸入顆粒物污染問題已經成為經濟發展中的不和諧因素，因此防治PM2.5是必須攻克的難題。對PM2.5的防治，一項基礎性工作就是深入了解其時空演化特征，只要這樣才能有針對性的提出防控和治理措施。基于此，該文以江蘇省為例，以哥倫比亞大學發布的全球大氣PM2.5為數據源，分析了1998—2016年全省PM2.5的演化特征，以期為大氣污染治理提供科學依據和有效的措施建議。

1? 研究數據與方法

該文的研究數據主要來自于兩個方面：一是PM2.5遙感反演濃度數據，該數據來源于哥倫比亞大學公布的1998—2016年全球大氣PM2.5濃度數據，其分辨率為0.1°。該數據是衛星遙感反演氣溶膠光學厚度數據，它在諸多方面具有獨特優勢，如獲取成本較低、空間覆蓋面廣以及遙測精度高等，在諸多研究PM2.5的科研工作和實際運用中，其是最基礎且最有效的指標數據。二是江蘇省基礎地理信息數據，空間行政邊界來源于國家基礎地理信息中心提供的1∶400萬中國基礎地理信息數據。該文以江蘇全域作為研究區域，再以研究區域矢量界線為掩膜對柵格數據進行提取，并利用縣級行政區劃界線矢量數據，分區統計各縣級行政單元各年的PM2.5濃度均值，從而建立江蘇省PM2.5濃度值時空數據庫。

該文的研究方法主要是兩個方面：一是對江蘇省分縣的PM2.5濃度數據進行基礎統計分析，包括分布模式、標準差等;二是利用ARCGIS軟件，對全省的PM2.5進行圖形化表達，以辨識區域上的分布規律。該文采用1998年、2008年以及2016年等3期數據作為分析對象。

2? 結果與分析

2.1 PM2.5統計量特征

從江蘇省分縣區PM2.5的統計結果可以看出（見表1），1999年PM2.5的均值為31.6925，2007年上升到62.6100，到了2016年，則略微下降到58.9269。這表明，江蘇省PM2.5在1998—2007年間增長了一倍，空氣污染呈現出明顯的惡化趨勢;2007—2016年則略微降低，這表明近10年江蘇省空氣污染程度有所改善，但好轉程度比較有限。標準差統計量顯示，1998年為5.57，2007年為6.04，而2016年則下降到3.07。這一結果表明，1998年和2007年這兩個時期，全省PM2.5的數值分異較大，尤其是2007年，也就是地區間空間污染程度有明顯差別;與之相對比，2016年全省PM2.5的數值分異相對較小，這也說明，2016年地區間的空氣污染程度差異縮小。過去20年，PM2.5標準差的變化結果顯示，地域間空間污染程度從相對分異逐漸向均質化發展，這也說明PM2.5的空氣污染，正在擴散到全省地域。

對全省PM2.5進行直方圖統計，結果顯示3個時期在分布形態上有明顯差別。1998年的直方圖更接近于正態分布，峰值在27左右;2007年的直方圖接近于左偏的對數正態分布，峰值在64左右;2016年的直方圖接近于右偏的對數正態分布，峰值在60左右。單從分布形態上看，2007年和2016年都為偏態分布，這說明PM2.5的污染在全省出現極端概率的情況要大于2007年，這也表明近20年，有少部分地區PM2.5的空氣污染正在日益嚴重，這一特征應當受到相關環境管理部門的重視。

2.2 PM2.5時空分布特征

江蘇省PM2.5的時空特征顯示（見圖1），1998年、2007年和2016年這3期有明顯差別。其中，1998年，PM2.5的空間分布最高的兩個區分比為蘇北和南京為中心的蘇中南地區，蘇南和蘇中地區數值相對較低，最低的區域為沿海地帶;2007年，PM2.5的空間分布最高的地區為蘇北地區，其次為以蘇州無錫為代表的蘇南地區，蘇中越靠近內陸的地區，污染程度相對較高，沿海地帶污染相對較輕;2016年，PM2.5的空間分布最高的地區依然是蘇北地區，但蘇中偏南的廣大地區污染程度也較高，其次是蘇中偏北的地區，蘇南地區的污染程度相對下降;從3期的PM2.5空間分布特征，可以看出蘇北地區始終是江蘇空氣污染最嚴重的地區，這里面主要有兩個因素起主導作用：一是蘇北地區是江蘇省重工業聚集區，重化工企業在這一區域集中分布;二是蘇北地區從大的氣候類型上看，更接近于大陸性季風氣候，冬季受蒙古高壓控制，空間污染不容易擴散。蘇南地區的空氣污染狀況僅次于蘇北地區，但比蘇北嚴重的是，其污染面積較大。蘇南地區作為我國經濟發展的核心地區，在高速發展的同時，環境問題一直都是無法回避的事實。隨著產業升級、結構轉換，蘇南地區資源密集型產業開始轉移，體現在空氣污染上近20年污染程度沒有進一步惡化，但空間質量的恢復還需要在生態協同上做出進一步努力。另外，從3期PM2.5空間分布圖上，可以明顯看出，廣大蘇中地區的空氣污染程度，有不斷加重的趨勢，這里面主要有兩個方面的因素的影響：一是蘇南產業升級轉型過程中，重污染產業向蘇中地區轉移，從而造成污染加劇;二是蘇中地區自然環境單一，本身環境的自凈能力相對較弱，而這也造成了在近20年空氣污染的加重。

3? 結論及討論

3.1 結論

通過對1998年、2007年、2016年江蘇省PM2.5的時空演化進行特征分析，得出以下主要結論：（1）整體上看，1998—2007年，江蘇省空氣污染程度呈現出加重趨勢，2007年達到頂峰;2007—2016年，江蘇省空氣污染程度相對平穩，整體上略有降低;（2）江蘇省空氣污染程度具有地域不平衡的特點，其中1998年和2007年地域分異較大，2016年相對較小，反映出隨著經濟發展和污染治理，區域間的污染程度差別正在縮小;（3）空間上，江蘇空氣污染呈現出南北高，中部低的分布格局，但近些年蘇南地區空氣污染正在逐步改善，蘇北的重污染地區也在減少，而蘇中的污染狀況有明顯加重的趨勢，這是需要環境管理部門高度重視的。

3.2 討論

科學識別PM2.5濃度空間變化特征與規律，準確掌握其驅動因素及其機制，是中國經濟快速發展與環境保護協調發展的關鍵，其不僅能緩解居民對“霧霾猛于虎也”的恐怖心理，也能為區域大氣聯動治理、污染產業的空間布局、城市空間優化（風道、綠帶等）、產業結構與能源結構調整提供科學依據。由于數據原因國內關于大尺度PM2.5濃度演化研究起步較晚，已有研究多利用環境監測站點數據展開，利用截面數據展開季節與日變化分析。該文利用1998—2016年大氣反演數據，一定程度上彌補了大尺度PM2.5數據缺失、以及監測站點較少、區域信息失真對研究的限制問題。目前江蘇省經濟發展正處在“調結構、穩增長與綠色發展”的關鍵轉型時期，準確預見大氣污染物復雜性和治理長期性，持續的開展“大氣灰霾追因與控制”與“霧霾與健康關系”等關鍵科學問題是國家急需突破的科學發展難關，也是未來研究探索的重點。

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