湖北省空气质量区域差异及影响因素探讨

黄贞琪

(华中师范大学 城市与环境科学学院，湖北 武汉 430079)

1 引言

湖北省空气质量日趋恶化，以2012～2017年尤为突出。2012年湖北省17个重点城市空气质量的达标率为88.2%。2017年，除了神农架林区外，其余城市均未达到年均二级标准。而作为衡量空气质量至关重要的一环，PM2.5的热度一直居高不下，并且对人体的健康和大气环境的质量都有巨大的负面影响，容易引发哮喘、支气管炎和心血管病，并且还会导致大气的能见度下降，与人们的生产和生活都息息相关[1]。

关于区域的空气质量影响因素的研究，主要涉及产业结构、气象因素、绿化覆盖、能源消耗等方面。高明运用灰色关联分析法，分析出北京的空气质量受产业结构、工业污染排放源和气象因素的影响[2]；潘琳发现空气质量受工业污染、能源消耗与城市绿化因素的影响[3]；胡斌认为空气质量与二氧化氮、臭氧、二氧化硫以及空气湿度成正比，与气温、气压、雨量成反比[4]；郑宇指出空气质量与二氧化硫排放量、绿化覆盖率、工业烟尘排放量等高度相关[5]；陈磊对宁波市进行了灰色关联分析，得出空气质量受工业污染排放、能源消耗以及地区产值影响[6]。至于室内，刘剑利认为空气质量受室内温湿度、新风量、空气流速和室内空气污染物的影响[7]；王芳认为与室内空气污染物与污染源、室内的通风和温湿度相关[8]。陈镭[9]用统计分析法，得出室内空气质量受风向、降水量和季节的影响；李琛[10]指出在CO、NO2、SO2和O3的影响下，气压对空气质量有很大影响。杨猛[11]认为绿地建设会促进空气质量的改善。张磊[12]指出人均GDP、固定资产投资和煤炭消费量对空气质量有负面影响。杨浩[13]运用实证研究法，说明了京津冀地区产业结构水平、城市化发展水平和空气质量之间存在长期稳定均衡关系；李茜[14]用回归分析法，也指出了城市第二产业结构比例和城市的建成区面积与城市空气主要污染物浓度呈显著的正相关关系。

本文总结现有成果，分析湖北省空气质量的区域差异，概括PM2.5浓度的若干影响因素，希望对PM2.5的治理和空气质量的改善和提升有所帮助。

2 研究区简介及相关概念

2.1 研究区域简介

湖北省地处华中，长江中游，介于108°21′ ～ 116°07′E，29°05′ ～ 33°20′N之间。东西连着安徽和重庆，西北邻陕西，南北为江西、湖南和河南。湖北省地势中间低外围高，南边开口、北有缺口，是一个不完整的盆地，地貌类型囊括山地、丘陵、岗地和平原。气候以亚热带季风气候为主，常年湿润。省内有13个行政区，包括12个省辖市和1个自治州，面积约为18．59万km2，人口近6000万人。

2.2 PM2.5定义

PM2.5也称可入肺颗粒物，是指直径等于或小于25 μm的大气中的颗粒物，约为人头发1/20的直径，英文名叫Particulate Matter2.5，简称PM2.5。PM2.5含有大量有毒有害物质、物粒径小、传送距离远、停留时间长，所以对大气质量影响很大，并且对空气质量和能见度等也有重要的影响[15]。故本文以PM2.5指标为切入点，探讨了湖北省空气质量的区域差异及影响因素。

3 湖北省空气质量区域差异

3.1 基于地形的空气质量差异分析

湖北省空气污染在高原和山地较轻，主要集中于平原地区。空气质量达到优的高频率地区主要是鄂西的高海拔的山区(神农架、恩施地区)；空气质量达到良的站点分布均匀，差别不大；中东部污染为轻度-中度频率较高，轻度污染频率较低，较严重的污染集中在江汉平原周围；中部地区多出现重度污染，如襄阳-宜昌-江汉平原-武汉一带，襄阳和宜昌则污染严重，次之为武汉。可以看出，在全年范围内，湖北东西部山区污染事件发生频率较小，中部发生频率较高，集中在江汉平原一代，发生频率最高在襄阳及宜昌，多严重污染，武汉次之[16]。

3.2 在人类活动影响下的空气质量差异

湖北省 PM2.5浓度空间分布差异显著，人类活动密集的鄂东、鄂南和鄂北区域高，处于有植被覆盖的山区的鄂西北和鄂东南低; 并且湖北省 PM2.5浓度在 2015～2017 年呈逐年下降态势，污染较轻、较重区域都有不同程度的减少，大气监测治理措施已初见成效，人类活动和自然因素共同导致区域内PM2.5质量浓度的时空差异性，不过当自然条件没有明显差异，人类活动的影响非常显著[17]。

4 湖北省区域空气质量的影响因素

4.1 室内空气质量的影响因素

基于学者对24户居室室内外PM2.5浓度进行的连续监测和一系列的数据统计及问卷调查，得到了以下若干PM2.5浓度的影响因素[18]。

(1)室外PM2.5浓度。室内PM2.5浓度与室外浓度、相对湿度呈正相关，与室内外温差、室外风速则呈负相关。

(2)换气次数和穿透系数。室内PM2.5浓度受换气次数以及穿透系数的影响，两者数值与室外风速正相关。风速在较低的范围内，颗粒物的扩散和稀释随风速增加而加快，浓度降低，PM2.5浓度随之降低。

(3)室内外温差。室内外温差产生热压，促进空气交换，继而对室内 PM2.5浓度产生影响并和室内外温差为负相关关系。

(4)相对湿度。相对湿度对大气颗粒物的形成具有一定的促进作用，且主要在二次颗粒物形成过程及冷凝和碰并引起的增长过程中发挥作用，室内的PM2.5浓度和室外正向相关，所以也和室外相对湿度正向相关。

(5)居室的种类。开放式厨房、推拉窗、低楼层、东西朝向的居室PM2.5的值更高。

(6)人类活动。静坐、走动、运动、炒(炸)、炖(熬)、手动打扫时段的PM2.5值均高于睡觉时。

4.2 室外空气质量的影响因素

(1)气象因素。气象因素对室外空气质量产生影响，大气温度、压强上升，大气温度剧烈上升，均会使得PM2.5含量增加；相反的，风速的增强以及降水的发生，都会减少PM2.5含量的含量。

(2)时间因素。PM2.5在冬春两季比夏秋超标现象更严重而且发生次数更多。至于原因，一方面冬春的采暖期比夏秋非采暖期高，煤燃烧产生颗粒物进入大气，使得大气中颗粒物增加；另一方面，季节变化使得大气湿度改变,在冬季，重金属更多与水分结晶，使PM2.5中重金属质量浓度增加[19]。

(3)经济发展水平。伴随着经济活动的增加，经济活动增加会导致能源消耗和污染排放加剧[20]。能源消耗会造成大量燃料燃烧，污染排放会带来大量废气废水等。因此，经济发展可能会导致 PM2.5浓度增加。 但从数据上看， PM2.5浓度受人均 GDP影响较小，与分析不同。可能人均 GDP 的增加，地区加快发展，政府对环境保护和环境治理的力度加大，人们的环保意识也逐渐提高，更加重视环境问题。

(4)能源效率。能源效率对PM2.5浓度的影响较大，能源效率提高，则意味着同样的生产总值消耗的能源会减少。能源减少消耗则废气排放减少。所以，能源效率提高会造成PM2.5浓度降低[21～23]。

(5)能源消费结构。能源消费结构对PM2.5浓度的影响大小仅次于产业结构，不同能源的污染物排放系数之间存在较大差异，如煤炭燃烧产生的雾霾组成物质远远高于石油、天然气等。所以，PM2.5浓度会因为煤炭消费增加而增加[24,25]。

(6)产业结构。产业结构对PM2.5浓度的影响最大。相比于第一产业和第三产业，第二产业消耗更多的能源，排放更多的污染物，对环境污染更严重。所以，第二产业比重增加造成PM2.5浓度升高。

(7)技术进步。技术进步一方面推动了经济发展，增加了能源消耗，进一步提高了 PM2.5浓度；可另一方面，它提高能源效率，降低能源的消耗，也降低了 PM2.5浓度。此外，技术进步还会改善能源结构，降低 PM2.5浓度。因此，比起提高能源效率，技术进步更多地促进了经济活动的发展。最终，技术进步与PM2.5浓度呈正相关。

4.3 从天气类型看影响湖北省室外PM2.5含量的因素

天气类型不同，湖北省空气的污染区域以及污染源的输送方向随之不同。冷锋天气在前部型分为两路，着重影响鄂东的西北路，主要输送西北污染源；北路着重影响鄂北和江汉平原地区，主要输入北部污染源。暖倒槽型有三种，影响鄂东北的东高西低型，主要输送偏南短距离污染源；北高南低型着重影响鄂西北、鄂东北西部和江汉平原；入海高压底后部型为东部沿海和东北地区污染源。均压场型污染源来源广泛，影响大部分湖北地区。

5 结语

湖北省的空气质量总的来说，可以总结为三点。

(1)湖北省的空气质量在中部地区较差，而四周的边缘地区的空气质量优秀或者良好。

(2)在全年范围内，湖北东西部山区污染事件发生频率较小，中部发生频率较高，集中在江汉平原一代，发生频率最高在襄阳、宜昌及武汉。

(3)PM2.5浓度在人类密集活动地区偏高，在植被覆盖地区偏低，近年来在空气质量上有所改善。

空气质量的影响因素，根据室内和室外不同环境的不同而不同。室内的空气质量，影响因素主要有室内取暖以及烹饪的燃料的种类以及燃烧时间、吸烟时的烟气排放、门窗及建筑物缝隙等的渗透作用、室内外温度差、相对湿度、换气次数以及居室的种类。对于室外的空气质量，在气象方面，表现为大气气压、大气温度以及相对湿度和PM2.5浓度的正相关关系，风速、降水量和PM2.5浓度负相关。时间上，PM2.5在冬春季节超标严重且多发。经济发展发面，能源消费结构、第二产业比重以及技术进步和PM2.5浓度呈正相关，能源效率和PM2.5浓度为负相关。

天气类型方面，6种不同的天气类型所起的作用各不相同，均压场型影响湖北省的大部分地区，冷锋前部型影响鄂北、鄂东地区、江汉平原，暖倒槽型影响鄂东北、鄂西北和江汉平原。