2015～2019年中国南部不同城市空气质量演变规律分析①

廖丹 黄华斌 许丽梅

（厦门华厦学院环境与公共健康学院 福建 厦门 361024）

近年来，中国京津冀、长三角、珠三角等区域大气污染来源及其影响因素的相关研究已大量展开，并取得一定的研究成果［1‐3］。在大气污染物时空分布特征研究方面，肖悦［4］利用中国主要城市空气质量数据，综合空间分析和统计分析，从年、季、月的不同时间尺度对比分析了全国城市空气质量的时空演变特征，并采用空间计量模型，讨论空气质量演化对社会经济驱动力的影响。王文萍等［5］以2015～2017年城市群空气质量监测数据为基础，探究城市群空气质量的时空分布特征，结果表明AQI重心在2015～2016年间先向东北迁移，2016～2017年又向西北迁移。在影响因素的研究方面中，韩江雪［6］讨论了北京市尾气污染对环境产生的影响和危害。李育慧等［7］探讨了城市大气颗粒物时空分布特征及气象条件的关系，研究发现大气颗粒物与风速、气温、降水量、相对湿度有一定的关系。郭一鸣［8］利用2015～2017年全国20个城市群的空气质量数据从多个时间尺度分析空气质量时空分布特征，研究还发现，人口密度、土地利用率、城市化进程、能源消耗和技术进步对空气质量变化具有比较大的影响，但各种影响因素对不同发展的城市群影响方向和影响强度存在差异［8‐10］。

2018年6月中国发布《打赢蓝天保卫战三年计划》，是治理大气污染的第三个重要的实施阶段。大气污染控制目标从治理单个污染物或某个城市的污染物转为多种污染物协同减排、大气污染的区域联防联控以及重污染应急防控［11‐13］。目前，我国南部城市面临着以高浓度臭氧为特征的光化学污染，和高湿条件下引起细颗粒物（PM2.5）引起雾霾污染的大气复合污染现状，不仅大大降低了能见度，还严重危害人体健康［14‐16］。对此，广东省出台了《广东省打赢蓝天保卫战实施方案（2018～2020年）》；广西省先后开展了“春季攻坚”行动、夏季臭氧污染防治专项工作和秋冬季大气污染攻坚行动；海南省实施《海南省大气污梁防治条例》等来控制空气污染。然而，有关城市化进程中采取大气污染防治措施与环境空气质量变化特征关联性的报道还相对较少。因此，将深入研究我国南方地区在社会经济发展过程中不同类型城市空气环境质量的演变规律及其影响因素，为城市空气环境质量改善和城市化发展规划的实施提供科学依据和参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

使 用 的AQI、PM10、PM2.5、O3、SO2、NO2、CO数据，均来自于中国生态环境部数据中心。研究选择了2015～2019年南方不同发达程度城市（广州、佛山、南宁、海口、潮州）小时数据进行分析。南方城市的气象数据来自于中国气象数据网，实验选取了逐月平均温度、逐月累计24时降水量、逐月2 min平均风速、逐月日照时长等气象数据。社会经济数据可以直接反映地区社会经济的发展情况，主要参考《广东统计年鉴》《广西统计年鉴》《海南统计年鉴》中选取了生产总值、第二产业生产总值、人均生产总值、年末人口、工业废气排放总量、工业烟（粉）尘排放总量、电力消费量、民用汽车统计等数据（表1）。

表1 各城市第二产业占比及经济生产总值

1.2 方法

使用SPSS22.0软件中的Pearson相关分析法研究气温、降水、日照时长和风速等气象要素对空气质量的影响；探讨生产总值、第二产业生产总值、人均生产总值、年末人口、工业废气排放总量、工业烟（粉）尘排放总量、电力消费量、民用汽车数据等因素对空气质量的影响。运用Spear‐man相关分析法研究PM2.5和O3与其他大气污染物之间的相关关系。

2 结果与分析

2.1 不同城市AQI年际变化的分析

空气质量指数（AQI）可以用来反映空气质量整体水平。从图1中可以看出，各城市AQI的范围在35～70μg/m3，空气质量总体较好，均达到环境空气质量标准（GB3095‐2012）国家二级标准。除2016～2017年间AQI有所上升之外，AQI整体呈下降趋势，南宁市下降百分比最大。海口市的空气质量优于其他4个城市，这主要与海口市四周临海，风速大，大气扩散条件整体较好，加上人为活动排放大气污染物总量明显少于其他城市。受厄尔尼诺的影响，2016年降水量明显增多，使得2017年AQI值略有反弹。

图1 2015～2019年我国南部不同类型城市的AQI年际变化

2.2 年际变化特征分析

由图2～6可知，各城市空气污染物NO2、PM2.5、PM10、O3、CO和SO2浓度具有明显的年际变化特征，不同发达城市也存在明显的浓度水平差异。NO2浓度高低顺序依次为广州、佛山、南宁、潮州、海口，其中，2015～2017年佛山和广州NO2浓度均在上升。各城市PM2.5、CO浓度均呈现逐年下降的趋势，O3浓度却逐年上升。2016年出了现SO2浓度急剧下降。总体上，各城市空气污染物变化主要受不同年份社会经济发展水平条件下人为活动改变导致污染物排放量的差异。

图2 2015～2019年不同城市NO2浓度年际变化

2.3 空气质量月变化分析

图3 2015～2019年不同城市PM2.5浓度年际变化

图4 2015～2019年不同城市O3浓度年际变化

图5 2015～2019年不同城市CO浓度年际变化

图6 2015～2019年不同城市SO2浓度年际变化

从图7可以看出，各城市月AQI变化的总体趋势呈“V”型曲线，季节变化呈“冬高夏低”。6月份的空气质量最好，AQI均值最低；12～1月份AQI最大，空气污染最为严重。冬季大气层结构稳定，逆温现象频发，大气垂直对流条件差，近地层人类生产生活排放的污染不断累积；受偏北季风影响，气流来自污染较重的北方陆地，经常出现大范围、高浓度污染物的区域性传输［14‐15］。相反，在夏季，大气水平和垂直扩散条件好，南方城市主要受偏南方向清洁的海洋气团影响，对污染物起到稀释作用，导致各污染物浓度处于全年较低的水平。从不同城市来看，广州空气质量略优于其他地区，这主要与环境保护意识较强、污染治理的资金投入较多导致空气质量改善明显有关，而佛山是制造业集中的城市，污染型的企业数量相对较多，空气质量整体水平较差。

图7 2015～2019年不同城市AQI月变化特征

2.4 空气质量的影响因素分析

研究表明，气象条件与空气质量的关系密切，风速风向、气温等因素大气影响大气污染物的迁移转化。本研究利用SPSS 22.0软件分析各污染物和气象因素之间的相关关系，具体Person相关分析结果见表2。从污染物与气象因子的关系来看，月降水总量、月平均风速、月平均气温、月日照时数与CO、NO2、O3、PM10、PM2.5、SO2呈极显著负相关，说明温度升高、风速变大、日照时间变长，都会使各空气污染物处于相对较低的水平。结合南方城市夏季气温高，降水量充足，日照时间充足，临海地区风速大的特点，呈现出夏季污染物浓度低、冬季污染物浓度高的规律。月平均风速、月平均气温、月日照时数与O3浓度呈正相关，说明风速大、温度上升、日照时数长，均有利于O3浓度上升。

表2 主要空气污染物与气象因子之间的相关分析

研究发现，社会经济因素影响环境空气质量的贡献率：民用汽车拥有量＞能源消费水平＞第二产业占比。从表3中可以看出，NO2与生产总值、第二产业生产总值、人均生产总值、年末人口、工业废气排放总量、电力消费量、民用汽车数量等呈正相关关系。随着社会经济的快速发展，工业生产、机动车数量增长均会造成大量NO2的排放，进入大气中，经一系列大气化学反应生成PM2.5和臭氧，从而对环境空气质量造成负面影响。另外，PM10、PM2.5浓度与工业烟（粉）尘排放总量呈显著正相关，说明一次排放源对南方城市大气颗粒物的贡献较大。

表3 主要社会经济因素与大气污染物的相关分析

3 小结

基于2015～2019年我国南部不同发达程度城市大气污染物浓度水平、气象因子和社会经济指标分析，主要结果如下：（1）不同发达程度城市空气质量呈现出“倒U型”库兹尼茨曲线，各空气污染物浓度呈“冬高夏低”变化趋势，O3作为城市环境空气质量的首要污染物，呈出逐年上升趋势。（2）各空气污染物的年际、月变化规律主要受社会经济发展水平引起污染物排放差异、大气稳定度和气象条件变化等因素影响。（3）从污染物变化的影响因素看，风速大、气温高、日照时数长，O3浓度较高；降水增加，大气污染物浓度均有所下降。从社会经济因素看，NO2与工业废气排放总量、电力消费量、民用汽车统计呈极显著的正相关；PM10、PM2.5与工业烟（粉）尘排放总量呈极显著正相关。总体上，社会经济发展水平和气象条件共同影响我国南部城市空气质量整体水平。