基于GIS的贵州省中心城市空气质量的时空分布特征研究

杨 锐，张立科，李 秋，徐华蓉，李应艳

（铜仁学院旅游与地理系，贵州 铜仁 554300）

引言

随着我国城市化进程的加快，城市环境空气质量问题变得越来越突出。研究表明，空气污染可增加呼吸系统疾病、皮肤病、糖尿病等多种疾病的患病率、致死率，严重影响人体健康。贵州省城市环境空气质量以优和良为主，超标天数中多为轻度污染，但是近年来，随着人们对于高质量生活环境的需求，空气环境质量问题也逐渐引发人们的关注。目前我国对空气质量的研究主要集中在京津冀地区、长江三角洲、珠江三角洲等经济较为发达的地区以及生态较为脆弱的西北等地区[1—5]，对贵州省的空气质量研究多集中于贵阳单个城市，且主要是对其大气污染物的时空分布研究，针对其他城市空气质量的相关研究较少。

发达国家在城市化和工业化过程中，也发生过大规模、比较严重的空气污染问题，如洛杉矶光化学烟雾事件和伦敦烟雾事件等。国外的学者关于空气污染的研究主要集中在大气污染物的时空分布特征及其影响因素。国内对空气质量的研究虽然起步较晚，但近年来空气质量的研究引起了大量专家学者的关注，目前国内的研究主要是从时间和空间尺度对空气质量进行时空分布研究，采用多种方法探究影响其分布规律的因素。如肖悦等通过对我国近10年空气质量的时空分布特征进行分析，发现了我国空气质量呈“北重南轻，东重西轻”的空间格局，且夏季空气质量最好，冬季空气质量较差[6]。张向敏等对2015年中国343个地区的空气质量进行了研究，发现全国及九大区域空气质量的时间分布上呈春冬季较差、夏秋较好的规律；在空间分布上呈北高南低的特征[7]。刘永伟等基于GIS技术对API进行时空分布规律进行分析，发现了我国空气污染具有明显的季节变化特征和空间集聚特征[8]。王媛媛利用环境遥感、空气质量、气象和社会发展等数据，采用多种方法，对中国的大、中、小区域四季的空气质量及大气污染物进行了研究，并对各区域的空气质量影响因素分析，结果发现，城市发展与空气质量的时空分布特征呈显著相关[9]。许燕婷等基于AQI指数探究了中国城市空气质量的时空分布特征，结果发现中国空气污染城市数量减少，空气质量有所改善[10]。

1 数据与研究方法

1.1 数据来源与预处理

空气质量数据选用空气质量综合指数（简称AQCI）来衡量，数据来源于贵州省生态环境厅公布的2014—2022年贵州省9个中心城市空气质量月报；行政区划数据来自1∶400万中国基础地理信息库。

1.2 研究方法

空间分类法是利用GIS对贵州省中心城市的空气质量综合指数进行分析，以揭示贵州省空气质量的空间分布格局；重心迁移法以贵州省各中心城市2014—2022年的空气质量综合指数为权重，计算每年空气质量综合指数的重心，并用平滑的曲线连接，以探究贵州省空气质量的空间迁移变化规律。

2 贵州省中心城市空气质量的时空分布特征

2.1 时间变化特征

2.1.1 年际变化特征

为研究贵州省中心城市空气污染的年度分布规律，对2014—2022年空气质量综合指数逐年变化进行统计，绘制了空气质量变化情况图（图1），如图所示，贵州省中心城市空气质量在2014—2022年期间，贵州省中心城市的空气质量综合指数具有明显的年度分布特征，且空气质量综合指数年际均值整体呈下降趋势，只在2015年和2021年各出现一个高值，2015年的波动幅度较大，而2021年波动幅度较小。表明贵州省中心城市的空气质量存在明显好转现象。在2014—2015年间，贵阳、遵义两市的空气质量综合指数处于下降趋势，而其他城市与全省的空气质量综合指数均处于上升趋势，说明这两年间贵阳和遵义的空气质量向好的方向发展，全省和其他城市的空气质量变差。从整体上看，贵州省各城市呈改善趋势。

图1 2014—2022年贵州省中心城市空气质量各年变化图

2.1.2 季节变化特征

为探讨贵州省在不同的季节里空气质量的时间变化趋势，对2014—2022年中心城市空气质量综合指数季节变化进行统计分析。结果如图2所示，贵州省的空气质量综合指数在季节分布方面，均存在冬季至夏季逐渐下降趋势，并在夏季达到最低值；夏季至冬季空气质量综合指数呈现逐渐上升趋势，在冬季达到最高值的特点。除了2022年外，其他年份均呈冬季＞春季＞秋季＞夏季的季节性变化趋势，反映出贵州省中心城市夏季空气质量较冬季空气质量好，季节变化特征呈现“√”的变化特征。

图2 2014—2022年贵州省中心城市空气质量各年季节变化图

2.1.3 逐月变化特征

对2014—2022年的空气质量综合指数逐月变化进行统计，结果如图3所示，贵州省中心城市月均空气质量综合指数曲线大体上呈现先下降后上升的变化趋势，从1月到7月表现出下降趋势，7月到12月表现出上升趋势，1到12月呈“V”型变化趋势，并且中间表现出起伏不定的微小波动。其中，2015年的空气质量综合指数值变化起伏较其他年份大，且是9年中空气质量综合指数值较高的年份。除了2015年和2018年外，其他年份的最小值均出现在7月份，最大值出现在12月及次年的1月份。说明各年份的空气质量大体呈7月份是一年中空气质量较好、1月份或12月份是一年中空气质量较差的月份的分布特征。

图3 2014—2022年贵州省中心城市空气质量各年逐月变化图

2.2 空间分布特征

通过对贵州省9个中心城市的空气质量综合指数进行空间分类分析，得到全省四季空气质量综合指数的分布情况，从区域来看，一年四季贵州省的中部、北部和西北部地区的空气质量均比南部、东南部、西南部地区差。具体来说，夏季空气质量普遍较好，西南部和南部地区的兴义市、都匀空气质量相对于其他7个城市好，夏季空气污染主要集中在贵阳市、遵义市、毕节市、凯里市，其次是安顺市、六盘水市和铜仁市。相对于夏季来说，秋季六盘水和贵阳两市空气污染比上一季度更加明显，而毕节市的空气质量较夏季低，其他8个城市相对上一季度空气质量变化微弱；春季和冬季空气污染范围更广，除兴义市和都匀市两市空气质量相对较好，其他7个城市均有不同程度污染。

2.3 空间迁移规律

以贵州省各中心城市2014—2022年的空气质量综合指数为权重，计算每年空气质量综合指数的重心，并用平滑的曲线连接，制作贵州省中心城市空气质量重心迁移图。结果如图4所示，2014—2022年贵州省空气质量重心主要集中于毕节市与贵阳市的交界处，并且具有明显的迁移变化。除了2014—2015年外，贵州省空气质量空间迁移规律主要以东西方向为主。具体来说：2014—2017年，空气质量综合指数的重心迁移轨迹大体上向西南方向移动，且东西方向移动的距离约等于南北方向的移动距离，反映这三年贵州省空气污染的空间分布格局大体一致，未出现明显的变化。2017—2019年，空气质量综合指数的重心向东北迁移，且东西方向大于南北方向，反映出贵州省这两年空气污染主要以东西方向的变化为主。2019—2022年的空气质量综合指数的重心主要向西南方向移动，且西移距离远大于南移距离，说明这三年贵州省的空气质量越往西越严峻。从整体上看，贵州省各城市空气质量综合指数在2014—2022年的重心大体上呈东西方向的空间迁移规律，且重心在北部。说明贵州省空气质量在2014—2022年西北部、东北较西南部和东南部严峻。

图4 2014—2022年贵州省中心城市空气质量重心迁移图

3 结论

本文基于2014—2022年贵州省各城市空气质量综合指数数据，对贵州省各城市空气质量的时空分布特征研究，得出主要结论如下：

（1）贵州省的空气质量呈显著的时间变化规律。年际上，贵州省的各城市2014—2022年的空气质量综合指数的年均值大体呈下降趋势；季节上，夏季的空气质量综合指数达到在全年中处于低值，冬季处于高值，形成“√”的变化趋势；月份上，贵州省各城市的空气质量综合指数呈“V”型变化特征，7月是一年中空气质量最好的月份，12月或次年1月是空气质量最差的月份。

（2）贵州省的空气质量在空间上表现空间分异。贵州省的中部、北部和西北部地区的空气质量均比南部、东南部、西南部地区差。

（3）从空间迁移规律上看，贵州省的空气质量综合指数在2014—2022年的重心大体上呈东西方向的空间迁移规律，且重心在北部。反映贵州省空气质量在2014—2022年西北部、东北与西南部和东南部相比较为严峻。