珠江三角洲2018-2020年AQI时空变化分析

曹宇鹏

（1.西藏农牧学院高原生态研究所；2.西藏林芝高山森林生态系统国家野外科学观测研究站；3.西藏高原森林生态教育部重点实验室；4.西藏自治区生态安全联合重点实验室，西藏 林芝 860000）

空气环境对于城市的发展尤为重要。珠江三角洲是我国经济发展最快的地区之一，是广东省人口密度最大、地区生产总值最高的区域。随着城市化的不断推进，大气环境污染引起人们的广泛关注。空间自相关是给定空间中确定数据之间的可能关系，它是在地理学第一定律基础上所提出的一种概念。空间自相关与标准差椭圆可以精细地展示某地区数据之间的区域性差异，该方法被广泛运用于分析环境问题。使用新兴的地理信息技术手段，能够从空间的角度分析环境问题，为环境保护提供地理学依据。本文通过收集珠江三角洲2018-2020年的空气质量指数（AQI）进行AQI空间自相关分析与标准差椭圆分析，直观地展示该地区空气质量空间特征，以期为当地空气环境治理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

珠江三角洲位于广东省中南部，由东江、西江、北江冲击的三个三角洲组成，旧时也称粤江平原。该地区由广州、深圳、佛山、东莞、珠海、惠州、中山、江门和肇庆九个地级市以及澳门与香港两个特别行政区组成，与东南亚地区隔海相望，是中国的“南大门”。

空气质量指数（AQI）是一个定量地描述空气质量状况的指数。2012年，原环境保护部用AQI指数代替原有的空气污染指数（API）。AQI指数等级与影响如表1所示。研究数据是气象网2018年1月1日至2020年12月31日发布的研究区各县域各月AQI指数，采取平均值法获得各县（县级市、区）各年AQI指数。

表1 AQI指数等级与影响

1.2 研究方法

1.2.1 空间自相关

全局空间自相关能够确定整个研究区数据空间集聚情况，其计算公式为：

局部自相关能确定研究数据在局部区域的潜在关系，其计算公式为：

式中：I为局部空间自相关系数。

1.2.2 标准差椭圆

标准差椭圆可以揭示数据的空间分析方向性，其计算公式为：

式中：为椭圆的轴长；var(·)表示方差函数；cov(·)表示协方差函数；和是每个空间单位的位置坐标；和是空间单位的算数平均中心；为空间单位个数。

2 结果与分析

2.1 AQI分布

针对珠江三角洲近三年AQI指数，利用自然断点法分为四类进行分析，选取其中第一梯度（低值）与第四梯度（高值），结果如表2所示，近三年空气质量有所提升。总体来看，空气质量较差（相较于珠江三角洲的其他区域）的区域集中在广州市和佛山市，空气质量较好的地区主要是深圳市，但AQI指数最高均维持在二级，表明珠江三角洲空气质量总体情况较好。

表2 高值、低值区主要分布市域

2.2 全局空间自相关

基于珠江三角洲各县域2018-2020年AQI指数进行全局空间自相关分析，结果如图1所示。数据显示，2018-2020年莫兰指数（Moran's I）分别为0.270 3、0.351 1与0.505 5，表明珠江三角洲AQI指数并不是随机分布，而是存在明显的空间正相关，其极化水平不断增强，集聚度不断提高。

图1 2018-2020年珠江三角洲AQI莫兰指数图

2.3 局部空间自相关

为进一步探究珠江三角洲空气质量空间集聚情况，对数据进行局部空间自相关分析，结果如表3所示。由表3可得，高-高值集聚区主要集中在广州市与佛山市，其空气质量相较于珠江三角洲其他地区较差；低-低值集聚区主要集中在深圳市，2020年，珠江三角洲东北部的肇庆市也成为低值集聚区，说明其空气环境质量得到有效提升。

表3 高-高值与低-低值集聚区分布市域

2.4 标准差椭圆分析

为探究AQI空间分布方向性趋势，采用第一级别标准差（68%）对其进行标准差椭圆分析，各项参数如表4所示。结果显示，椭圆面积不断缩小，表明AQI指数空间集聚度愈来愈集中，数据离散度越来越小。三年变化的中心都位于佛山市顺德区。椭圆扁率有变小趋势，但缩小幅度很低，表明其方向性特征有增强趋势但总体较稳定。椭圆转角减小，表明椭圆呈逆时针转动，表明数据有朝西南-东北方向移动趋势。

表4 2018-2020年珠江三角洲AQI指数标准差椭圆参数

3 结论

本文对2018-2020年珠江三角洲AQI指数进行了空间分析。从近三年的空气质量指数空间分布来看，珠江三角洲的空气质量指数不断下降，该地区的环境保护措施取得良好成效。珠江三角洲2018-2020年空气质量指数并不是随机分布的，而是存在明显的空间正相关性。高-高值集聚区主要位于珠江三角洲中部的广州市与佛山市，低-低值集聚区主要位于深圳市。三年来，珠江三角洲AQI指数较高的地区主要集中在广州市与佛山市，大致呈西北—东南向分布，中心点均位于佛山市顺德区，有朝西南-东北方向移动的趋势。