2016～2020年蘭州市空氣質量變化及數據相關性研究

張 良

(甘肅省環境監測中心站，甘肅 蘭州 730000)

1 引言

2018年，IPCC報告指出：人類活動進一步影響全球氣候變暖、大氣中的污染物排量增加等氣候問題，為全人類可持續的發展提出了嚴峻的挑戰[1]。近些年，我國區域經濟的高度發展，能源消耗量持續增長，這便加劇區域環境空氣質量承受的壓力[2]。因此改善環境空氣質量已成為我國“十三五”時期環境保護工作的重要目標之一。環境空氣質量監測的目的是保證環境空氣質量達標，與此同時實施環境空氣保護及污染物減少的相應措施，是預防和減少環境空氣質量持續惡化的重要方法[3，4]。

對于空氣質量的評價，綜合指數法具有計算方法簡單、指標覆蓋齊全等優點，目前普遍使用于不同城市之間空氣質量的比較或同一城市不同時期空氣質量的變化趨勢分析[5]?？諝赓|量綜合指數(AQCI)是描述城市環境空氣質量綜合狀況的無量綱指數，可全面考慮污染物的污染程度的大小[1]。

自我國進行產業結構調整以來，東部工業發達區的高污染工業向西遷移，加之西北地區的重要城市屬河谷型城市[6]，特別是甘肅省蘭州市，先前遭受長期霧霾的困擾，比喻為“衛星上看不到的城市”；因地形封閉，大氣污染物難以擴散，生態系統比較脆弱，致使蘭州市的空氣質量面臨巨大挑戰[7]。因此，本文統計分析了2016～2020年蘭州市空氣質量年際變化特征，并且利用Spearman相關系數法分析了蘭州市空氣質量綜合指數(AQCI)及6類污染物濃度之間的關系。以期為西部河谷型城市制定大氣污染防治措施，為“十四五”時期蘭州大氣污染治理提供理論對策。

2 數據與方法

2.1 數據來源

“十三五”期間甘肅省蘭州市共設置了4個國控空氣質量自動監測站點，站點分別位于：城關區鐵路設計院(103.83°E，36.05°N)、生物制品研究所(103.84°E，36.07°N)、西固區蘭煉賓館(103.63°E，36.10°N)和安寧區教育港(103.72°E，36.11°N)。按照《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)執行PM10為可吸入顆粒物、PM2.5為細顆粒物、SO2為二氧化硫、NO2為二氧化氮、CO為一氧化碳、O3為臭氧等六項指標。監測過程中，各監測儀器均用校準儀參照《環境空氣質量自動監測技術規范》(HJ/T193-2005)定期校準，并嚴格實施指控措施，確保監測數據的有效性和準確性。本研究中使用數據均來源于國控蘭州市空氣自動站。

2.2 計算方法

監測數據的統計方法以國家《環境質量報告書編寫技術規范》、《環境空氣質量評價技術規范(試行)》(HJ663)中的有關規定進行各要素的統計，方法如下。

(1)均值計算。

(1)

(2)空氣質量指標計算。

(2)

(3)

污染分擔率：Ki=Pi×100%

(4)

公式中：P為污染綜合指數;Pi為某污染指標的污染分指數;Ci為某污染指標的年均值;Si為某污染指標的評價標準;n為參與評價的污染指標的項目數;Ki為某項污染指標在各項污染指標中的污染分擔率。

2.3 數據分析

蘭州市空氣6類污染物數據(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3)采用SPSS26整理分析，對數據進行正態分布檢驗后，利用 Spearman相關性分析研究 AQCI 與6類污染物之間的相關性。采用Originpro 2021 制圖。

3 結果與分析

3.1 污染物濃度年際變化特征

由表1可知，從2016～2020年，PM10、PM2.5、NO2、CO呈現出逐步降低的趨勢，而O3呈現出先增加后降低的趨勢；總體來說，蘭州市空氣污染物濃度逐年降低，通過“大氣十條”和“藍天保衛戰”等一系列組合拳后環境空氣改善效果顯著。其中PM10濃度范圍為76～92 μg/m3，5年均值為84 μg/m3，5年均超過年二級標準。PM2.5濃度范圍為34～41 μg/m3，5年均值為38 μg/m3，2020年首次達到年二級標準。SO2濃度范圍為15～20 μg/m3，5年均值為18 μg/m3，5年均達到年一級標準。NO2濃度范圍為47～52 μg/m3，5年均值為50 μg/m3，5年均超過年二級標準。CO濃度范圍為2.0～2.7 mg/m3，5年均值為2.5 mg/m3，5年均達到日一級標準。O3濃度范圍為132～150 μg/m3，5年均值為147 μg/m3，5年均達到日二級標準。

蘭州市PM10和NO2兩項指標尚未達到國家二級標準，下一步成為“十四五”期間蘭州市大氣污染治理及改善的重點方向。

表1 2016～2020年蘭州市6類污染物濃度

3.2 優良天數與AQCI的年際變化

由表2可知，從2016～2020年，優良天數比例(%)呈現增加趨勢，空氣質量綜合質量(AQCI)指數呈現下降趨勢，表明“十三五”期間蘭州市開展大規模的大氣環境綜合整治工作，蘭州市空氣質量逐年變好。2020年蘭州市空氣質量優良天數達到312 d，優良天數比例達到85.2%。較2016年增加30 d，同比提高1.3%，是2013年實行新標準以來最多的年份。由圖1可知， PM10、CO分擔率呈現出波動中下降的趨勢，PM2.5、SO2、NO2分擔率基本保持不變，而O3呈現出逐漸上升的趨勢。2016～2020年六類污染物分擔率逐步由顆粒物PM10為主向氣態污染物NO2為主轉變。

表2 優良天數與AQCI的年際變化

蘭州市遵循“蘭州藍”從“淺藍”走向“深藍”，產業、能源、交通、用地等方面的結構調整。通過發展生態產業、提高清潔能源占比、治理機動車污染、大面積開展國土綠化等措施，打贏大氣污染治理的階段性戰役。

圖1 6類污染物濃度年均值的分擔率

3.3 AQCI與6類污染物濃度的相關性

由圖2首先可知，AQCI和PM10、PM2.5、NO2、CO呈現出顯著的正相關(P<0.05)，AQCI隨O3濃度的增加而減小，但是P>0.05，沒有統計學意義。其次可知，PM10和PM2.5呈現出顯著的正相關(P<0.05)，SO2隨PM10和PM2.5濃度的增加而增加，但是P>0.05，沒有統計學意義。再者，NO2和PM10、PM2.5呈現出顯著的正相關(P<0.05)，NO2隨SO2濃度的增加而增加，但是P>0.05，沒有統計學意義。最后，CO和PM2.5、NO2呈現出顯著的正相關(P<0.05)，CO隨PM10和SO2濃度的增加而增加，但是P>0.05，沒有統計學意義[8～11]。

圖2 6類污染物濃度年均值和AQCI的Spearman相關系數

4 結論

(1)從2016～2020年，PM10、PM2.5、NO2、CO呈現出逐步降低的趨勢，而O3呈現出先增加后降低的趨勢，蘭州市空氣污染物濃度逐年降低，治理效果明顯。

(2)蘭州市PM10和NO2兩項指標尚未達到國家二級標準，應成為“十四五”期間蘭州市大氣污染治理及改善的重點方向。

(3)從2016～2020年，優良天數比例(%)呈現出增加趨勢，空氣質量綜合質量(AQCI)呈現下降趨勢，表明

蘭州市空氣質量逐年變好。

(4)蘭州市2016～2020年六類污染物分擔率逐步由顆粒物PM10為主向氣態污染物NO2為主轉變。

(5)AQCI和PM10、PM2.5、NO2、CO呈現出顯著的正相關，而AQCI與SO2、O3與其他污染物濃度及相關性不顯著。