多伦县环境空气质量变化规律研究及关联分析

罗庆军，李春玲，郭玉萍，武立坤

（内蒙古多伦县生态环境监测站，内蒙古 锡林郭勒 027300）

引言

内蒙古自治区锡林郭勒盟多伦县位于我国北方农牧交错带，是世界著名的锡林郭勒草原的一部分，属于温带半干旱向半湿润过渡的典型大陆性气候，境内水资源丰富，是海河流域滦河水系的源头。多伦县草地资源丰富，全县有草场面积413 万亩，占总面积的70.5%，植被种类繁多，众多的植物种类和良好的植被条件为生态环境保护和建设起关键作用。近年来，多伦县环境空气质量虽然稳中向好，但可吸入颗粒物（PM10）仍是环境空气质量超标的主要因素，臭氧（O3）超标天数居高不下，与挥发性有机物等臭氧前体物的排放[1][2]密切相关。

通过相关性分析，多伦县环境空气质量6项指标年平均浓度，发现与社会经济和环境质量之间具有一定的相关性。一方面环境保护水平对经济发展水平起着稳定的支撑作用[3]，另一方面社会经济发展对环境的需求和改善也有十分重要的意义，因而经济发展情况与环境空气质量存在明显正相关的关系[4],分析环境质量与社会经济之间的关系对把握生态环境状况，探究生态环境的影响因素，有效保护生态环境，对实现经济、社会与生态环境协调发展具有重要意义。

1 数据来源和分析方法

1.1 6 项指标数据来源

环境空气质量6 项指标二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）来源于锡林郭勒盟生态环境局多伦县分局空气自动站2017～2022 年连续监测数据。监测设备分别为XHS2000B 型SO2分析仪、XHN2000B型NO2分析仪、XHPM2000E 型PM10和PM2.5分 析 仪、XHOZ2000B 型O3分 析 仪、XHCO2000B 型CO 分析仪。

1.2 采用Spearman 相关性分析方法对比分析

选取社会经济、产业结构和资源消耗等相关指标，与环境质量指标进行关联性分析。本次仅对2017～2022 年相关数据进行统计，社会经济、产业结构和资源消耗等相关数据来自多伦县历年统计年鉴。

采用Spearman 相关性分析方法对2 组数据进行分析，即进行关联分析，相关系数一般在-1～1 之间。相关系数越接近0，表明2组数据的相关性越弱；相关系数越接近1，表明2 组数据正相关性越强；相关系数越接近-1，表明2 组数据负相关性越强。通常认为，相关系数绝对值≥0.8 时，呈高度相关；0.5 ≤相关系数绝对值﹤0.8 时，呈中度相关；0.3 ≤相关系数绝对值﹤0.5 时，呈低度相关；相关系数绝对值﹤0.3 时，2 组数据不相关。

2 环境空气质量变化规律

2.1 污染状况

多伦县环境空气质量的首要污染物主要为PM10、PM2.5和O3，详见表1。春季以颗粒物污染为主，超标主要集中在3～5 月，可吸入颗粒物超标天数明显多于细颗粒物；夏季以O3为主，超标主要集中在5～6 月。

表1 2018～2022 年多伦县首要污染物天数统计（单位：d）

2.2 年变化规律

对标《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）中规定的6 项指标进行统计分析如图1所示，多伦县2017～2022 年6 项指标SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5年平均浓度均达到GB 3095-2012 二级标准，且呈平稳下降趋势。多伦县2017～2022 年超标天数如图2 所示，呈缓慢下降趋势，说明多伦县环境空气质量总体有所改善。

图1 多伦县6 项污染物年平均浓度变化趋势

图2 多伦县年污染超标天数变化趋势

2.3 月/季变化规律

多伦县环境空气质量SO2、NO2浓度呈现“冬高夏低”特征，基本呈现“U”字形分布规律，最高浓度出现在12 月至次年1 月，主要与燃煤供暖有关[5]，冬季采暖期，烟尘、SO2、氮氧化物（NOx）等污染物排放量相对增多。

PM10峰值出现在春季3～5 月，主要与春季沙尘天气有关。PM2.5和CO 总体平稳，呈现夏季偏低的规律性，主要原因是夏季气温高，对流强烈，大气边界高度较高，扩散条件较好[6]，有利于污染物浓度降低。

O3浓度的高低与辐射、温度、湿度、边界层高度等气象要素密切相关，O3浓度在一年中呈“Λ”型分布，呈现“夏高冬低”规律，O3污染主要集中在日照强、温度高、云量少的春末和夏季，最高浓度集中在5～8 月，主要与高温、高辐射、低湿条件有助于光化学反应增强有关[7]。另外，因为O3的生成依赖于阳光，所以O3浓度在每天中有明显的日变化规律，一般为日间高、夜间低。白天随着日照加强，NOx和VOCs 等前体物的反应加快，O3浓度逐渐升高，一般在14:00～17:00 达到一天中的最高值。之后逐渐降低，到傍晚太阳辐射减弱，O3浓度又恢复到较低的状态，夜间O3会自身分解或与空气中的还原性物质发生反应而消除，浓度降到最低。

3 关联分析

3.1 指标选取

社会经济共选取地区生产总值、第一产业产值、第二产业产值、第三产业产值、人均可支配收入、一产占比、二产占比、三产占比、牲畜存栏、粮食产量、粮食播种面积、草原面积12 项指标。其中，地区生产总值、第一产业产值、第二产业产值、第三产业产值、人均可支配收入5 项指标属于社会经济领域范畴；一产占比、二产占比和三产占比3 项指标属于产业结构范畴；牲畜存栏、粮食产量、粮食播种面积、草原面积4 项指标属于资源消耗范畴。环境空气质量指标选取SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5的年均浓度。

3.2 各项指标的相关性

根据表2、表3、表4 相关分析结果，研究环境空气质量各项指标的相关性。

表2 环境空气质量与社会经济指标相关系数

表3 环境空气质量与产业结构指标相关系数

表4 环境空气质量与资源消耗指标相关系数

3.2.1 可吸入颗粒物（PM10）

根据社会经济各指标与PM10年平均浓度的相关性分析结果，PM10与社会经济领域范畴的地区生产总值、居民可支配收入呈低度负相关，与第二产业产值呈中度正相关，与第三产业产值呈中度正相关，与第一产业产值不相关；PM10与产业结构范畴的一产占比呈高度负相关，与二产占比呈中度正相关，与三产占比不相关；PM10与资源消耗范畴的粮食播种面积呈中度负相关，与牲畜存栏呈低度负相关，与草原面积呈低度正相关，与粮食产量不相关。分析表明，社会经济、产业结构、资源消耗与PM10年平均浓度具有相关性。

3.2.2 细颗粒物（PM2.5）

根据社会经济各指标与可PM10年平均浓度的相关性分析结果，PM2.5与社会经济领域范畴的第一产业产值呈中度负相关、与居民可支配收入呈低度负相关，与地区生产总值、第二、三产业产值不相关；PM2.5与产业结构的一产占比呈低度负相关，与二、三产占比均不相关；PM2.5与资源消耗范畴的牲畜存栏、粮食播种面积呈高中度负相关，与草原面积呈中度正相关，与粮食产量不相关。分析表明，社会经济、产业结构、资源消耗与PM2.5年平均浓度具有一定的相关性。

3.2.3 二氧化硫（SO2）

根据社会经济各指标与SO2年平均浓度的相关性分析结果，SO2与社会经济领域范畴的第一产业产值、居民可支配收入均呈中度正相关，与地区生产总值、第二、三产业产值不相关；SO2与产业结构的一产占比呈中度正相关，与二、三产占比不相关；SO2与资源消耗范畴的粮食产量呈中度负相关，与粮食播种面积呈低度正相关，与草原面积呈低度负相关，与牲畜存栏不相关。分析表明，社会经济、产业结构、资源消耗与SO2年平均浓度具有相关性。

3.2.4 二氧化氮（NO2）

根据社会经济各指标与NO2年平均浓度的相关性分析结果，NO2与社会经济领域范畴的地区生产总值呈低度正相关，与第二、三产业产值呈低度负相关，与第一产业产值、居民可支配收入不相关；NO2与产业结构的一产占比均呈中度正相关，与二产占比呈低度负相关，与三产占比不相关；NO2与资源消耗范畴的粮食产量、牲畜存栏呈中度负相关，与粮食播种面积和草原面积不相关。分析表明，社会经济、产业结构、资源消耗与NO2年平均浓度具有相关性。

3.2.5 臭氧（O3）

根据社会经济各指标与O3年平均浓度的相关性分析结果，O3与社会经济领域范畴的第一产业产值、居民可支配收入呈中度负相关，与第三产业产值呈低度负相关，与地区生产总值、第二产业产值均不相关；O3与产业结构的一产占比呈中度负相关，与三产占比呈低度正相关，与二产占比不相关；O3与资源消耗范畴的粮食产量、草原面积呈中度正相关，与粮食播种面积、牲畜存栏不相关。分析表明，社会经济、产业结构、资源消耗与O3年平均浓度具有一定的相关性。

3.2.6 一氧化碳（CO）

根据社会经济各指标与CO 年平均浓度的相关性分析结果，CO 与社会经济领域范畴的第一产业产值呈高度负相关，与地区生产总值和第二、三产业的产值和居民可支配收入均呈中度负相关；CO 与产业结构的三产占比呈高度正相关，与二产占比呈中度负相关，与一产占比不相关；CO 与资源消耗范畴的粮食产量、草原面积呈中度正相关，与牲畜存栏呈低度负相关，与粮食播种面积不相关。分析表明，社会经济、产业结构、资源消耗与CO 年平均浓度具有相关性。

结论

多伦县环境空气质量的首要污染物主要为PM10、PM2.5和O3。春季以颗粒物污染为主，超标主要集中在3～5 月；夏季以O3为主，超标主要集中在5～6 月。多伦县2017～2022年环境空气质量6 项指标（SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5）年平均浓度均达到GB 3095-2012 二级标准，且呈平稳下降趋势。因此，多伦县环境空气年污染超标天数呈缓慢下降趋势，环境空气质量总体有所改善，且环境空气质量6 项指标年平均浓度与社会经济的社会经济领域范畴、产业结构范畴、资源消耗范畴指标具有一定的相关性。