直辖市空气污染指数比较分析*

任 雪， 任建君

(1.重庆工商大学 数学与统计学院,重庆 400067；2.重庆医科大学 临床医学系,重庆 400016)

北京市、上海市、天津市、重庆市四大直辖市都是我国重要的能源与工业城市，由于历史和资源禀赋等原因，四大直辖市大气环境都受到了不同程度的污染。近年来，北京大气的污染状况相当严重，根据环保部公布的数据来看，北京市以81的污染指数排在2011年的中国城市空气污染指数120个城市排行榜的第8位，比上海、天津、重庆的污染指数高出30.65%、9.46%、19.12%，与全国政治、文化中心的地位极不相称，已引起社会各方面的关注。上海城市经济发展迅猛，人口密度高；城市的空气污染也较严重。烟尘、浮尘、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、挥发性有机化合物等侵蚀着这座城市。而且，呼吸在有污染的空气中会使得易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状。天津市区域面积较小、人口密度较大、工业分布相对集中，大气污染状况也较为严重， “十一五”期间的监测结果显示，大气主要污染物均存在不同程度的超标现象。重庆主城区历来大气污染较为严重，以煤为主的能源结构、以重化工业为主的产业结构等导致资源能源消耗和污染物排放仍然较大，单位GDP能耗和主要污染物排放强度均高于全国或发达地区平均水平，初步统计重庆市单位GDP能耗分别是全国平均水平、北京、天津、上海的1.1、1.9、1.4、1.6倍，单位工业增加值的废水、化学需氧量、氨氮、二氧化硫排放量分别是同期全国平均水平的1.72、1.14、1.64和1.93倍[1]。

对四大直辖市大气环境质量现状以及各项大气污染物进行研究分析，客观地评价和反应各直辖市当前的环境质量情况和污染状况，针对其未来的发展趋势，使得政府能有针对性地采取相应的防治对策、制定环境保护规划，使公众能更清晰地认识当前的大气环境污染问题，更好地参与到环境保护中来。

1 各直辖市空气污染指数(API)评价分析

1.1 API评价方法

1.1.1 空气污染指数(API)

空气污染指数(API)就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式，并分级表征空气污染程度和空气质量状况，适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势[2]。

空气污染指数是一个逆指标，根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环境的影响来确定污染指数的分级及相应的污染物浓度值。我国目前采用的空气污染指数(API)分为5个等级[3]，各等级代表含义如表1。

表1 我国API等级划分表

根据我国空气污染特点和污染防治重点，目前计入空气污染指数的项目暂定为：二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NO2)和总悬浮颗粒物(PM10)[4]。

1.1.2 API评价法的基本步骤

选定PM10，NO2以及SO2作为评价参数，根据各项污染物的时段平均浓度值分别计算各污染物的空气污染指数，取3个污染物空气污染分指数或城市中的首要污染物(表2)，按空气污染指数大小确定地区的空气质量级别。

空气污染指数的计算方法为

(1)

式(1)中：

(1)C：某污染物每一测点的日均值，

(2)C大与C小：在API分级限值表(表2)中最贴近C值的两个值，C大为大于C的限值，C小为小于C的限值。

(3)I大与I小：在API分级限值表(表2)中最贴近I值的两个值，I大为大于I的值，I小为小于I的值。

表2 空气污染指数对应的污染物限制

(4) 城市主要污染物的选取。将各种污染物的污染分指数都计算出以后，以最大者为区域或城市的空气污染指数API，则污染物即为区域或城市空气中的首要污染物。

API = max(I1,I2…In)

(2)

1.2 直辖市大气环境空气污染指数实证分析

根据我国空气污染特点和污染防治重点，以大气环境质量二级标准为基准，2001-2011年3个大气污染指标(PM10、NO2、SO2)作为标度，分别计算重庆市、北京市、天津市以及上海市大气环境空气污染指数(表3-6)。从表3可以看出，2001-2004年重庆市的空气质量属于Ⅲ级，即“轻微污染”程度，从2005年开始，空气质量得到进一步的改善，属于“良”的程度。同时，从历年的空气污染指数上看， SO2的污染从高峰值188降低到了2011年的73，降低了61个百分点，而PM10只降低了不到27个百分点，现如今，影响重庆空气污染指数等级的主要是PM10。

从表4可以看出，从2003年开始，北京市的空气质量得到进一步的改善，属于Ⅱ级，即“良好”的程度， PM10的空气污染分指数最大，SO2的空气污染分指数下降幅度最大，从2002年的峰值58.5下降到2011年的14，NO2也有不小的降幅。

从表5可以看出，天津市的空气质量一直保持在Ⅱ级，空气污染指数在逐年减少，其中SO2的空气污染分指数最大，下降的值也最高，其次是SO2，SO2相对来说保持在一个平稳的数值。

从表6可以看出，上海市的大气环境目前保持在良好的状态。上海市污染分指数最大的是PM10，SO2的污染分指数有一个波动，在2005年的时候SO2的污染分指数达到了最大，从2009年开始呈现大幅度下降的趋势，2011年已经下降了将近一半。NO2的污染分指数不大，不过降幅也十分有限。

从总体来说，四大直辖市的空气污染指数在逐年减少，空气质量在不断变好。特别是SO2的污染从其污染分指数均呈现大幅下降的趋势；4个城市的NO2的污染分指数处于一个较低的水平，不过下降都十分有限；影响4个城市空气污染指数的主要是PM10。

表3 2001-2011年重庆空气污染指数

注：数据来源于《重庆统计年鉴2012》

表4 2001-2011年北京空气污染指数

注：数据来源于《北京统计年鉴2012》

表5 2003-2011年天津空气污染指数

注：数据来源于《天津统计年鉴2012》

表6 2001-2011年上海空气污染指数

注：数据来源于《上海统计年鉴2012》

2 各直辖市空气质量的AHP分析

2.1 研究方法概述

层次分析法(Analytic Hierarchy Process简称AHP)是将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法[5]。层次分析法的基本思路是用先分解后综合的系统思想整理，然后综合人们的的主观判断，使定性分析与定量分析有机结合，实现定量化决策。将所要分析的问题层次化据根问题的性质和要达到的总目标，将问题分解成不同的组成因素，按照因素间的相互关系及隶属关系，将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层分析结构模型，最终归结为最低层(方案、措施、指标等)相对于最高层(总目标)相对重要程度的权值或相对优劣次序的问题。

2.2 大气环境AHP分析模型

2.2.1 构造判断矩阵并求最大特征根以及特征向量

为了得出空气污染中各个污染指标影响空气质量的程度，以大气环境质量二级标准为基准，将各直辖市(以重庆市为例)2011年的3个大气污染指标(PM10、NO2、SO2)的分指数(即指标间的比例)作为标度，构造判断矩阵B：

B的特征向量及最大特征根：

86，1.496 064，0.824(0.258 449,0.478 026,0.263 525)T

得出污染指标的权重分别是：

ω1(PM10)=0.26，ω2(NO2)=0.48，ω3(SO2)=0.26

对判断矩阵进行一致性检验，计算出判断矩阵B的最大特征根λmax：

λmax=2.998

据此，一致性指数：CI=0.001 968。

因有3个指标，知其随机一致性指标值RI=0.58，因此可得到随机一致性比率：CR=0.03<0.1。

说明上述判断矩阵通过了一致性检验，即可以认为上述指标权重的确定具有合理性。

同理，得出北京市，天津市，上海市各市的空气污染指数的权数分别为(表7)：

表7 各直辖市空气污染指数权数

2.2.2 模型结论

根据以上分析知：PM10的空气污染指数权数都较小，权数较大的主要是NO2和SO2。纵向比较，重庆市的PM10污染指数权数最大，天津市的NO2污染指数权数最大，北京市的SO2污染指数权数最大。

重庆市空气污染物中，NO2的污染占比最大。PM10的污染指标权重为0.26，NO2的污染指标权重为0.48，SO2的污染指标权重为0.26，也即是在所研究的主要大气污染物排放中，每增加排放1单位的主要污染物，其中PM10约占0.26，NO2为0.48，SO2则为0.26，同理，对于北京市的空气污染指数中，权数较重的是SO2，每增加排放1单位的主要污染物，其约占63%，而天津市所占比重较大的则是NO2，约占54%，上海市的各污染排放量最大的则是NO2和SO2。

3 结论与建议

通过分析可知，各直辖市空气质量现状不容乐观，大气环境的主要污染物各不相同。

北京市的SO2污染相当严重，污染指数权数站到了63%。从北京市目前的大气环境来看，改善其空气质量面临着继续削减污染物“存量”和控制污染物“增量”的双重压力，要到达到其制定的大气环境改善目标，即2015年，全市空气中SO2、NO2、CO、苯并(a)芘、氟化物和铅等6项污染物稳定达标，总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物年均浓度比2010年下降10%左右，臭氧污染趋势逐步减缓，全市空气质量二级和好于二级天数比例达到80%，北京市在机动车污染、扬尘污染、重点行业污染控制、生态建设与修复、绿色能源开发与应用等方面仍然任重道远。

上海的空气质量总体来看比较可以，没有特别突出的主要污染物，这与上海的工厂基本都已经搬到了远郊，中心城区的绿化率也逐年提高是息息相关的。但是其SO2污染依然严重，在与上海市汽车占有量大有相当大的关系，所以，上海在汽车尾气治理方面还应该加大力度。

NO2在影响天津市的大气环境的主要污染物中所占的权重比较大，这与天津市工业园区较多，工业发展较为发达且发展速度仍在继续加快有很大的关系。因此，天津市的在治理大气污染方面应注意控制工业废气的排放，调整产业结构和能源结构，重点扶持绿色和低耗能产业的发展，加大城市绿色生态建设的力度。

重庆市近年来的空气质量在逐步变好，但是大气污染依然严重。从重庆市的“十二五”规划中可以看到，重庆市在未来工业化现代化程度会越来越高，随之而来的大气污染也会随之加重，大气环境保护也越来越棘手。建议：一方面，优化产业布局，加快传统产业的技术改造，控制燃煤及工业废气污染、控制城市扬尘污染、控制机动车排气污染、控制餐饮油烟及挥发性有机物污染；另一方面，增加城市绿化面积，增强大气污染监管能力，鼓励发展重庆市具有优势的光伏太阳能等新兴产业[6]，增加清洁能源使用，改善环境质量。

参考文献：

[1] 重庆市人民政府.重庆市“十二五”生态建设和环境保护规划[Z]. 2011

[2] 李祚泳. 大气环境质量评价的标度指数法[J]. 中国环境科学,1998,18(5): 433-436

[3] 冯顺利.汽车车内空气质量检测和评价方法的研究[D]. 北京长安大学硕士论文,2008

[4] 中华人民共和国环境部.环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)[Z],2012

[5] 陈正伟.综合评价技术及应用[M]. 成都：西南财经大学出版社,2013

[6] 熊俊.二氧化碳排放与经济增长及能源消耗的灰色关联分析[J]. 重庆工商大学学报：自然科学版，2012,29(1):28-32