天水市麥積區空氣質量時空分布格局探究

姬宏 杜芳芳

摘 要：本文以天水市麥積區空氣質量為研究對象，結合國家空氣質量監測站數據和基于空間插值方法所獲得的數據，使用空氣質量綜合指數評價法、相關系數法等空間分析方法分析了其空氣質量時空變化規律與分布格局。結果表明，甘肅省天水市麥積區空氣質量整體狀況優良，但區域內部呈現明顯的差異性，即東部諸鄉鎮空氣質量優良，西部各鄉鎮的空氣質量變化相對較差，最差的集中分布中部各鄉鎮;時間上，研究區空氣質量呈現出明顯的季節變化特征，整體以冬春季節（1月）空氣質量為差，夏秋季節（5月、10月）空氣質量為優。

關鍵詞：空氣質量（AQI）;空間插值;時空分布

中圖分類號：X51;P208文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）22-0138-04

Abstract： Taking the air quality in Maiji District of Tianshui City as the research object， combined with the data obtained from the national air quality monitoring station and based on the spatial interpolation method， the spatial analysis methods such as air quality comprehensive index evaluation method and correlation coefficient method were used to analyze the spatial-temporal variation and distribution pattern of air quality. The results show that the air quality of Maiji District in Tianshui city is good on the whole， but there are obvious differences within the region， that is， the air quality of the eastern towns is good， the change of the air quality of the western towns is relatively poor， and the worst is concentrated in the central towns; in terms of time， the air quality in the study area shows obvious seasonal variation characteristics， and the overall air quality is in winter and spring （January） The air quality was poor， and the air quality was excellent in summer and autumn （May and October）.

Keywords： Air Quality Index（AQI）;spatial interpolation spatiotemporal distribution;change characteristics

1 研究背景

近年來，我國工業化和城市化進程不斷加快，但由于其是粗放式的、不可持續性的發展，導致生態環境日益惡化。協調好經濟發展與生態環境間的矛盾成為一個亟待解決的社會公共問題，各級政府部門都在積極探索區域生態環境污染的形成原因，并主動尋求相關治理方案和對策。而空氣污染作為環境治理的關鍵，更需要尋求應對之策。

1976年，美國公布了用于評價大氣質量逐日變化的大氣質量指數，即污染物標準指數（Pollutant Standard Index，PSI）[1];80年代中期，又發布了一項對大氣顆粒指標的新規定，其中使用PM10代替了原先的總懸浮顆粒物（Total Suspended Particulate，TSP）;1997年7月，用空氣質量指數（Air Quality Inde，AQI）替代污染標準指數（PSI）[2]，并規范了PM2.5的最高限值。我國環保部門在1982年發布了《環境空氣質量標準》（GB 3095—1982），之后又對其進行了三次修訂，即1996年進行了第一次修訂，2000年進行了第二次修訂，2012年進行了第三次修訂，最終形成了《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）。該標準中確定了15項污染物項目[3]。

天水市麥積區作為甘肅省休閑農業示范縣區的模范縣區，其空氣質量一直備受關注，空氣質量不斷下降的問題也頻繁見諸報端，所處地理環境和特殊的氣象條件都是影響空氣質量的重要因素[4]。但目前，對于天水市空氣質量的研究多集中于對單一因子的大尺度分布變化規律上[5-7]，難以滿足實際需求。因此，對麥積區的大氣污染狀況展開分析已迫在眉睫。

2 數據與方法

2.1 研究區概況

麥積區位于天水市的東南部。地處北緯34°06′～34°48′，東經105°25′～106°43′，東接陜西省寶雞市，南鄰秦州區、兩當縣、徽縣，西靠甘谷縣，北連清水縣、秦安縣，全區轄17個鄉鎮。麥積區東西長123 km，南北最寬處為50 km，最窄處不足5 km，境內海拔為835～2 492 m，總面積為3 452 km2。氣候屬大陸半濕潤季風氣候，年平均溫度為10.2 ℃，無霜期170 d，年均降水量為506.3 mm，自北向南有增多的趨勢[8]。

2.2 研究數據

本研究所用空氣質量數據資料部分獲取自生態環境部環境監測總站空氣質量實時發布系統平臺（http：//106.37.208.233：20035），分別選取2018年1月、5月和10月3個月前7天共計21天的完整的數據記錄。

2.3 研究方法

2.3.1 空氣質量評價方法。2012年，原環境保護部（現生態環境部）頒布實施了《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》，用空氣質量指數作為評價指標[9]替代之前的空氣污染指數（API）標準。空氣質量指數即用無量綱數值表征某地某時間大氣環境整體狀況的定量描述模型[10]，其以空氣中各污染物濃度對人類身體所造成的危害為基礎[11-12]。根據評價體系中主要污染物的濃度及所對應空氣質量分指數，選取分指數中值最大指數當作AQI的值判斷出空氣質量整體狀況，即AQI的數值越高，則大氣污染越嚴重。

2.3.1.1 空氣質量分指數計算方法。污染物項目P的空氣質量分指數按式（1）計算：

式中：[IAQIM]表示污染物項目M的空氣質量分指數;[CM]表示污染物項目M的濃度值;[BPH]表示表1中與BP相近的污染物濃度限值的高位值;[BPL]表示表1中與BP相近的污染物濃度限值的低位值;[IAQIH]表示表1中與[BPH]對應的空氣質量分指數;[IAQIL]表示表1中與[BPL]對應的空氣質量分指數。

2.3.1.2 空氣質量分指數劃分標準。依國家空氣質量各分指數劃分標準，對大氣污染物每一類項目的濃度限值做了規定[9]，如表1所示。

2.3.1.3 空氣質量指數計算方法。空氣質量指數計算公式如式（2）所示：

式中：[IAQI]為空氣質量分指數;[n]為空氣質量分指數。對計算得到的空氣質量指數按照國家標準進行分等劃級[9]。其分級標準按50的累積值從0向300遞增，對應的空氣質量指數級別為一級至六級，對人類健康的不利影響也隨之增大，即空氣質量指數級別為一級時，空氣質量最好，對人體無害;空氣質量指數級別為六級時，為嚴重污染，會對人體身體某些機能產生不良影響。

2.3.2 空間插值方法。通過對已有實測數據和其空間分布與變化特征展開相關性分析，以此選擇最適合于本研究區的空間數據內插方法，以估算生成完整連續表面的方法即為地統計學中的空間插值方法[13]。

3 結果與分析

3.1 空間分布特征分析

研究區2018年1月、5月和10月前7天空氣質量整體狀況較好，依國家空氣質量等級劃分標準，研究區空氣質量指數類別顯示均為優良級別，其變化趨勢表現為東西方向的過渡變化。從各不同時間段的空氣污染指數的數值變化上來看，1月前7天空氣質量的整體狀況最差，5月前7天居中，10月前7天最優。1月前7天區域內的空氣質量差異較大;5月前7天變化幅度相對較為平緩，介于1月前7天和10月前7天之間;10月前7天變化幅度最小。天水市麥積區AQI空間分布如圖1所示。

3.2 時間變化特征分析

由1月7天部分代表鄉鎮AQI變化（見圖2）可看到，各鄉鎮空氣質量指數變化都比較劇烈，整體上呈現出自1月1日的最高值向1月7日的最低值變化的趨勢。其中，1日至2日下降趨勢最顯著;2日至3日整體趨于穩定和平緩，空氣質量指數仍然處于較高水平，大氣污染較為嚴重;3日至6日整體變化比較穩定，變化幅度不大。麥積區整體空氣質量為良，對正常的生產生活活動的影響比較有限。以1月6日為節點，全區空氣質量進一步好轉，達到同期空氣質量最優水平。

5月的空氣質量（見圖3）整體處于較平穩的變化狀態，空氣質量指數在5月3日達到最大值;5月4日出現最低值。同時，該時期呈現出明顯的區域差異性，形成了以五龍鄉等為中心的變化曲線群和以花牛鎮等為中心的變化曲線群。在第一個變化曲線群之中，5月1日至2日空氣質量指數的變化呈現出趨好的趨勢;在第二個變化曲線群中，則出現了小幅度的上升趨勢。3日，全區各鄉鎮的空氣質量均有上升。4日，全區空氣質量指數出現小幅回落。5日，第二變化曲線群出現斷崖式的下降，空氣質量顯著改善。6—7日，出現了小幅度回升，達到全區的平均水平。

10月前7日AQI（見圖4）整體良好，優良區域所占面積大于較差區域。在該監測時段，全區的空氣質量指數在10月1日達到最高值，10月6日達到最小值，在東部形成了廣闊次優區。具體而言，10月1日至2日的空氣質量變化幅度最大;2日至3日保持下降趨勢，下降的趨勢比較平緩。4日，全區所有鄉鎮的空氣質量指數出現小幅度上升。5日則再次出現了下降的變化趨勢。

4 結論

本文使用的數據主要為國家生態環保部公布的空氣質量監測點數據和通過實地調查采樣獲取的部分區域不同時間段的空氣質量數據，通過一系列GIS空間分析的方法探究了甘肅省天水市麥積區2018年的空氣質量空間分布格局和時間變化規律，最終得到以下幾點結論。

①天水市麥積區空氣質量指數總體上處于較低水平，空氣質量整體狀況向好。本研究時間跨度為3個不同季節共21天，其中1月空氣質量指數自1日至7日最低值逐漸降低。

②麥積區空氣質量的區域變化具有顯著的地域分異規律：東部地區和南部地區為全區域空氣質量的最優區;西部的鄉鎮為全區的次優區;中部地區的馬跑泉鎮、花牛鎮等區域為全區最差地帶。

③麥積區空氣質量在時間上的變化具有顯著的規律性：研究區空氣質量1月時為全區最差;5月時，有所好轉，整體保持在良好水平;10月時，全區空氣質量整體優良，優于1月、5月同期狀況。

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