2016～2020年兰州市空气质量变化及数据相关性研究

张 良

(甘肃省环境监测中心站，甘肃 兰州 730000)

1 引言

2018年，IPCC报告指出：人类活动进一步影响全球气候变暖、大气中的污染物排量增加等气候问题，为全人类可持续的发展提出了严峻的挑战[1]。近些年，我国区域经济的高度发展，能源消耗量持续增长，这便加剧区域环境空气质量承受的压力[2]。因此改善环境空气质量已成为我国“十三五”时期环境保护工作的重要目标之一。环境空气质量监测的目的是保证环境空气质量达标，与此同时实施环境空气保护及污染物减少的相应措施，是预防和减少环境空气质量持续恶化的重要方法[3，4]。

对于空气质量的评价，综合指数法具有计算方法简单、指标覆盖齐全等优点，目前普遍使用于不同城市之间空气质量的比较或同一城市不同时期空气质量的变化趋势分析[5]。空气质量综合指数(AQCI)是描述城市环境空气质量综合状况的无量纲指数，可全面考虑污染物的污染程度的大小[1]。

自我国进行产业结构调整以来，东部工业发达区的高污染工业向西迁移，加之西北地区的重要城市属河谷型城市[6]，特别是甘肃省兰州市，先前遭受长期雾霾的困扰，比喻为“卫星上看不到的城市”；因地形封闭，大气污染物难以扩散，生态系统比较脆弱，致使兰州市的空气质量面临巨大挑战[7]。因此，本文统计分析了2016～2020年兰州市空气质量年际变化特征，并且利用Spearman相关系数法分析了兰州市空气质量综合指数(AQCI)及6类污染物浓度之间的关系。以期为西部河谷型城市制定大气污染防治措施，为“十四五”时期兰州大气污染治理提供理论对策。

2 数据与方法

2.1 数据来源

“十三五”期间甘肃省兰州市共设置了4个国控空气质量自动监测站点，站点分别位于：城关区铁路设计院(103.83°E，36.05°N)、生物制品研究所(103.84°E，36.07°N)、西固区兰炼宾馆(103.63°E，36.10°N)和安宁区教育港(103.72°E，36.11°N)。按照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)执行PM10为可吸入颗粒物、PM2.5为细颗粒物、SO2为二氧化硫、NO2为二氧化氮、CO为一氧化碳、O3为臭氧等六项指标。监测过程中，各监测仪器均用校准仪参照《环境空气质量自动监测技术规范》(HJ/T193-2005)定期校准，并严格实施指控措施，确保监测数据的有效性和准确性。本研究中使用数据均来源于国控兰州市空气自动站。

2.2 计算方法

监测数据的统计方法以国家《环境质量报告书编写技术规范》、《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ663)中的有关规定进行各要素的统计，方法如下。

(1)均值计算。

(1)

(2)空气质量指标计算。

(2)

(3)

污染分担率：Ki=Pi×100%

(4)

公式中：P为污染综合指数;Pi为某污染指标的污染分指数;Ci为某污染指标的年均值;Si为某污染指标的评价标准;n为参与评价的污染指标的项目数;Ki为某项污染指标在各项污染指标中的污染分担率。

2.3 数据分析

兰州市空气6类污染物数据(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3)采用SPSS26整理分析，对数据进行正态分布检验后，利用 Spearman相关性分析研究 AQCI 与6类污染物之间的相关性。采用Originpro 2021 制图。

3 结果与分析

3.1 污染物浓度年际变化特征

由表1可知，从2016～2020年，PM10、PM2.5、NO2、CO呈现出逐步降低的趋势，而O3呈现出先增加后降低的趋势；总体来说，兰州市空气污染物浓度逐年降低，通过“大气十条”和“蓝天保卫战”等一系列组合拳后环境空气改善效果显著。其中PM10浓度范围为76～92 μg/m3，5年均值为84 μg/m3，5年均超过年二级标准。PM2.5浓度范围为34～41 μg/m3，5年均值为38 μg/m3，2020年首次达到年二级标准。SO2浓度范围为15～20 μg/m3，5年均值为18 μg/m3，5年均达到年一级标准。NO2浓度范围为47～52 μg/m3，5年均值为50 μg/m3，5年均超过年二级标准。CO浓度范围为2.0～2.7 mg/m3，5年均值为2.5 mg/m3，5年均达到日一级标准。O3浓度范围为132～150 μg/m3，5年均值为147 μg/m3，5年均达到日二级标准。

兰州市PM10和NO2两项指标尚未达到国家二级标准，下一步成为“十四五”期间兰州市大气污染治理及改善的重点方向。

表1 2016～2020年兰州市6类污染物浓度

3.2 优良天数与AQCI的年际变化

由表2可知，从2016～2020年，优良天数比例(%)呈现增加趋势，空气质量综合质量(AQCI)指数呈现下降趋势，表明“十三五”期间兰州市开展大规模的大气环境综合整治工作，兰州市空气质量逐年变好。2020年兰州市空气质量优良天数达到312 d，优良天数比例达到85.2%。较2016年增加30 d，同比提高1.3%，是2013年实行新标准以来最多的年份。由图1可知， PM10、CO分担率呈现出波动中下降的趋势，PM2.5、SO2、NO2分担率基本保持不变，而O3呈现出逐渐上升的趋势。2016～2020年六类污染物分担率逐步由颗粒物PM10为主向气态污染物NO2为主转变。

表2 优良天数与AQCI的年际变化

兰州市遵循“兰州蓝”从“浅蓝”走向“深蓝”，产业、能源、交通、用地等方面的结构调整。通过发展生态产业、提高清洁能源占比、治理机动车污染、大面积开展国土绿化等措施，打赢大气污染治理的阶段性战役。

图1 6类污染物浓度年均值的分担率

3.3 AQCI与6类污染物浓度的相关性

由图2首先可知，AQCI和PM10、PM2.5、NO2、CO呈现出显著的正相关(P<0.05)，AQCI随O3浓度的增加而减小，但是P>0.05，没有统计学意义。其次可知，PM10和PM2.5呈现出显著的正相关(P<0.05)，SO2随PM10和PM2.5浓度的增加而增加，但是P>0.05，没有统计学意义。再者，NO2和PM10、PM2.5呈现出显著的正相关(P<0.05)，NO2随SO2浓度的增加而增加，但是P>0.05，没有统计学意义。最后，CO和PM2.5、NO2呈现出显著的正相关(P<0.05)，CO随PM10和SO2浓度的增加而增加，但是P>0.05，没有统计学意义[8～11]。

图2 6类污染物浓度年均值和AQCI的Spearman相关系数

4 结论

(1)从2016～2020年，PM10、PM2.5、NO2、CO呈现出逐步降低的趋势，而O3呈现出先增加后降低的趋势，兰州市空气污染物浓度逐年降低，治理效果明显。

(2)兰州市PM10和NO2两项指标尚未达到国家二级标准，应成为“十四五”期间兰州市大气污染治理及改善的重点方向。

(3)从2016～2020年，优良天数比例(%)呈现出增加趋势，空气质量综合质量(AQCI)呈现下降趋势，表明

兰州市空气质量逐年变好。

(4)兰州市2016～2020年六类污染物分担率逐步由颗粒物PM10为主向气态污染物NO2为主转变。

(5)AQCI和PM10、PM2.5、NO2、CO呈现出显著的正相关，而AQCI与SO2、O3与其他污染物浓度及相关性不显著。