我国近年来多个城市环境空气质量分析＊

庄莉岚，毛俊雯

（湖州师范学院 理学院，浙江 湖州313000）

我国环境空气质量新标准及配套空气质量指数（Air Quality Index，AQI）评价规范于2012年发布，其突破性在于新增了PM2.5等污染项目的监测，并于同年2月启动各城市监测及网络的阶段建设.空气质量分为六级，指数越大对应的级别越高，污染情况越严重，对人体的健康危害就越大.新标准实施第一阶段于2013年1月对京津冀、长三角、珠三角等重点区域及直辖市和省会城市共74个城市进行监测，并陆续在国家环境监测网实时发布监测信息［1］.本文选取多个典型城市，通过环保部获取的信息与数据，对近年来PM2.5的特点及与环境气象因素的相关性进行了定量分析，并结合我国PM2.5的治理目标和区域性特点提出了相关的意见和建议.

1 我国近年来多个城市空气质量变化及其特点

随着对环境空气关注度的不断提高，作为环境空气质量指标的空气质量指数（AQI）成为人们关心的重点.2012年新《环境空气质量标准》发布前，空气质量指数在中国被称为API，未统计包括PM2.5、臭氧等在内的污染物.图1是2000－2012年北京和杭州的空气质量指数（API）数据分析.

依据旧标准，2000－2012年我国空气质量处于一个相对稳定的状态.北京大多数年份空气质量指数在51～100之间，显示为第二级，即良；杭州空气质量均优于北京，全部年份空气质量等级均为良.

2013年发布的中国环境公报［2］显示，我国新标准实施第一阶段，依据新标准对6项指标进行评价，74个城市中仅海口、舟山和拉萨3个城市空气质量为良或优于良，即达标比例为4.1%.与2012年中国环境公报发布的实施旧标准的地级以上城市中，环境空气质量达标城市比例为91.4%形成鲜明对比.

2013年74个城市监测数据显示，SO2、NO2、PM10、PM2.5的达标城市比例依次为86.5%、39.2%、14.9%、4.1%.图2是2014年我国多个城市的空气质量情况.以北京为例，2014年1月至12月有效天数为347天，良及以上天数（即空气质量非“优”的天数）为322天，其中首要污染物为PM2.5的天数为131天；另如郑州，2014年1月至11月初有效天数为351 天，良及以上天数为346 天，其中首要污染物为PM2.5的天数为199天.可见，影响我国环境空气质量的主要污染之一是PM2.5.

2 PM2.5的污染特点及其与环境气象因素的相关性

PM2.5是环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm 固体颗粒或液滴的总称，主要成分为硫酸盐、硝酸盐、含碳颗粒、金属颗粒和矿物质等［3］，主要来源于燃料的燃烧、机动车尾气排放和相关污染物的二次转化等.随着中国城市机动车数量的增长，工业生产引发的污染问题日益突出.2007年广州等地曾爆发严重的污染天气；2011年前，上海、天津、深圳等城市的灰霾天数占全年总天数的三至五成［4］，而当时大多数市民认为这只是雾.

灰霾天气是PM2.5污染的具体表现.因为空气质量恶化，灰霾天气现象增多，我国多数天气预报把灰霾天气现象并入雾作为灾害性天气预警，统称为“雾霾天气”.雾和霾是两种不同的天气现象.霾与雾的区别在于发生的湿度［5］，发生霾时湿度相对不大，且霾较厚，与晴空区没有明显的界限，又由于霾是由粉尘、硫酸盐等组成的，因此看起来会呈黄色或橙灰色.我国PM2.5污染具有区域性、季节性等特点，并与气象因素紧密关联.

2.1 区域性

2013年中国环境公报关于全国霾天气日数及相关检测数据显示，首要污染物均为PM2.5.图3为我国PM2.5污染的主要区域分布图.从图3可以看出，2013年我国PM2.5污染分布区域性明显，长三角、珠三角、京津冀三个区域的污染问题尤为突出，山东、山西、河南中北部、新疆乌鲁木齐、四川成都等多个“群”的灰霾问题日益严重.这些地区均具有城市人口集中、能源消费大、产业密集、经济相对发达等特点，因此新标准最先实施的是这三大重点区域等地，说明我国第一阶段按照新标准进行监测的工作部署是正确的.

由于各地区的经济发展水平及能源结构不同，生产及管理方式各有差异，PM2.5的主要来源也具有区域性.以污染最重的京津冀地区为例，根据王跃思等［6］近年来的研究，北京市PM2.5的主要来源是汽车尾气和工业排放等，贡献率超过50%；河北以钢铁为支柱产业，能源消耗以燃煤为最大来源；柯钊跃等［7］在广州某小学采样分析得出，该区域PM2.5的主要来源为燃煤排放及生物质燃烧，其次是固态的海洋盐粒和机动车尾气；上海环保部门解读2012年来本地PM2.5的主要来源中，机动车船等移动源占1/4［8］.可见，我国PM2.5的来源众多，且不同地区PM2.5的来源有一定差异.一线城市因日常能源使用相对清洁，而机动车的保有量基数大且其数量仍在快速增加，机动车尾气排放对PM2.5贡献率大且将继续增长；二三线城市能源结构多为煤烟型，因此燃煤排放的贡献率更大些.

2.2 季节性

PM2.5的质量浓度并非是保持不变的.图4为中国多个城市2013年11月至2014年10月的平均PM2.5质量浓度变化情况.多个城市的空气质量指数在一年中随着时间呈起伏变化，且变化趋势基本一致.其中4月至9月PM2.5质量浓度普遍较低，12月至次年2月达到峰值，表现出季节性变化的特点.

以乌鲁木齐为例，该城市属温带大陆性沙漠气候，年温差大［9］.PM2.5质量浓度在春夏季（4月至10月）和冬季（11月至次年3月）具有明显季节性特点.春夏季PM2.5质量浓度集中在30～60μg/m3，冬季集中在60～130μg/m3.这主要是因为太阳辐射在春夏季相对更强烈，地表温度较高，空气对流强烈，能促进污染物的有效扩散；冬季气温相对较低，降水量稀少，逆温天气频繁出现且持续时间长，因此PM2.5质量浓度相对较高.

2.3 与其它气象因素的相关性

我国幅员辽阔，地形气候各异.本文选取杭州和北京两个典型城市进行PM2.5相关性分析.两城市气候特征四季分明.为了进一步量化研究气象因素与PM2.5质量浓度的关系，采用SPSS18.0软件对两个城市春夏秋冬PM 2.5质量浓度，以及相应的风级、温度、相对湿度的4 000多个小时均值样本进行统计分析，得出皮尔逊相关系数（Pearson correlation coefficient）.本方法适用探究服从二元正态分布的两个变量间的直接或间接的相互影响，并不排除第三方其它变量的影响.显著性表示是否相关，数值小于0.05为显著相关；相关系数的大小为－1至1，负数表示负相关，正数表示正相关；相关系数绝对值小于0.3时，表示两者间存在弱相关性，0.3～0.5表示中度相关，大于0.5表示较强相关.

表1 2014年杭州四季PM2.5与风级、温度、湿度的相关系数Table 1 Pearson correlation coefficient of PM2.5with wind scale，temperature and humidity in Hangzhou for the four seasons in 2014

表2 2014年北京四季PM2.5与风级、温度、湿度的相关系数Table 2 Pearson correlation coefficient of PM2.5with wind scale，temperature and humidity in Beijing for the four seasons in 2014

由表1和表2可知，杭州与北京四季的PM2.5质量浓度与风级均呈负相关，即风力越大，PM2.5质量浓度越小，且在冬季体现出相对较高的相关性.与温度的相关性较弱，在冬季与温度的相关性相对较高.北京冬季相对湿度与PM2.5质量浓度相关性达0.615，说明湿度对其影响很大；杭州相对湿度与PM2.5质量浓度有正相关亦有负相关，且相关性在正负0.1左右，四季表现影响不大，这可能与杭州相对湿润且雨水较多的气候特点有关.

为进一步了解气象因素对PM2.5质量浓度的影响，根据以上相关系数有针对性地选择相关性较大的时段作进一步分析.选择2014年冬季北京风力变化较大的2月2日（其中1、7、19、23时数据缺失）作图5.从图5可以看出，在8时至12时风力增大时，PM2.5质量浓度持续降低，在风力达到4级并持续的几个小时中，其质量浓度维持在20μg/m3以下.风级越大空气水平流动越快，污染物的稀释和扩散越容易.如果风速较小或无风静止，污染物的扩散就会受到抑制，在近地面不断聚集，导致浓度逐渐升高.

选取2014年1月29日至2月3日杭州无突变天气每天0时、6时、12时及18时的小时平均数据，绘制PM2.5质量浓度与温度间的关系图（见图6）.从图6可以看出，温度明显呈周期性变化，而PM2.5质量浓度变化并非如此.说明温度对PM2.5质量浓度对空气污染程度有一定影响，但不能说明气温的高低就能直接反映PM2.5空气质量的好坏.垂直方向上的气温变化对空气质量的影响较明显［10］，一般条件下，气温是随着高度的增加而降低的，但当出现逆温时，大气处于较稳固的状态，空气流动缓慢，PM2.5等污染物不能随气流向上扩散，使大气污染加重.一般冬季的逆温层较强较厚，夏季相对偏弱.

选取2014年北京1月29日至2月6日无降水天气的每天8时与16时（如数据缺失则选取时间点左右1h）相对湿度与PM2.5质量浓度数据作图7.从图7可以看出，两者呈明显的正相关性.这是因为相对湿度越大越有利于颗粒物凝结核，促使气态污染物成分转化为液态颗粒物，迅速形成污染物.而杭州由于冬季雨水多而导致相对湿度发生变化，从而呈现相对湿度越大，PM2.5质量浓度越低的负相关情况.

3 城市环境空气污染的防治对策

近年来，随着中国经济高速发展带来的能源消耗快速增长，加剧了多个城市遭遇不同程度的雾霾天气.对城市空气质量进行实时监测，通过收集的数据定量分析雾霾的成因及其影响因素，是现阶段治理城市雾霾的重要出发点.从目前情况看，煤炭在能源耗费中占有较高比重，以细颗粒物PM2.5为特征的污染日益突出.如浙江省的一些二三线城市，虽然没有很大的汽车保有量，也没有重工业污染物的大量排放，但仍有包括电站炉窑、农业及生活源等污染源影响环境空气质量.据调查，湖州市城区餐饮业的油烟、建筑拆造施工和矿山开采粉尘、农村秸秆焚烧等都是本地污染物PM2.5的主要来源.

我国政府陆续推出多项政策防治大气污染.2012年9月国务院批复的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》［11］明确要求各地方部门根据各地具体情况，制定5～20年的达标时间表.通过设立环境标准、约束指标及能源价格改革，促使能源结构和经济结构调整、技术创新、提升废物回收利用率等，从而有效引导对常规能源的替代和增强清洁能源技术的竞争力.

对于一些规范政策无实效的问题，政府应考虑健全相关法律的制定与修订，严格管理手段，坚决取缔高污染、高耗能的技术和产品；我国空气质量状况监测处于成长阶段，加强相关信息与环境空气质量数据的公开，有利于政策的实施，有利于公民对我国现阶段空气状况的认识；加强对各地方监测仪器进行定期测评，加强第三方网络发布平台、手机软件平台的监管，有利于增加公民信息获取渠道，增加对信息与数据的信任；我国环保部网站建设可增加相关科普板块，如关于空气颗粒物与健康、污染项目与标准、对公众的建议等.

对于公民个体而言，在城市可以多选用绿色出行方式，如乘坐公交或使用公共自行车、购车时考虑选用节能环保车型；在农村尽量减少农作物废料的燃烧处理等；在节日期间减少烟花爆竹的燃放，取暖加热尽量用清洁能源；关注室外空气质量的同时，也不要忘记室内；关注政府的政策动态并积极响应，关注我国空气质量监测报告，多使用社会监督的权利，为政府工作提建议.

我国大气环境治理正循着规划朝着目标迈进，但要真正解决PM2.5污染的问题，改善大气污染程度，需要各级地方政府投入更多的财力、人力，借鉴国内外成功经验，面对现阶段空气质量状况与经济发展的矛盾，寻求可持续发展的良方.

［1］环境保护部.关于实施《环境空气质量标准》（GB3095－2012）的通知［EB/OL］.（2012－02－29）.http：//www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201203/t20120302＿224147.htm.

［2］环境保护部.2013 中国环境状况公报［EB/OL］.（2014－06－04）.http：//www.gzhjbh.gov.cn/dtyw/tt/gndttt/69402.shtml.

［3］贾海红，王祖武，张瑞荣.关于PM2.5的综述［J］.污染防治技术，2003，16（4）：135.

［4］上海、天津等城市灰霾天数已占全年的30%至50%［N］.燕赵都市报，2011－10－26（26）.

［5］杨科，吕校华，黎芳，等.基于相对湿度的霾与轻雾区别方法［J］.农业灾害研究，2013，3（21）：42.

［6］杨新兴，尉鹏，冯丽华.大气颗粒物PM2.5及其源解析［J］.前沿科学，2013，7（2）：12－19.

［7］柯钊跃.广州市天河区PM2.5的化学组成分析［J］.广东化工，2013，40（12）：174－175.

［8］东方早报.上海公布PM2.5八大来源［EB/OL］.（2012－02－29）.http：//sh.sina.com.cn/news/s/2012－02－29/0830209683.html.

［9］毛炜峄，南庆红，史红政.新疆气候变化特征及气候分区研究［J］.气象，2008，34（10）：69－73.

［10］赵景联.环境科学导论［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［11］环境保护部.重点区域大气污染防治“十二五”规划［EB/OL］.（2012－10－29）.http：//www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/gwy/201212/t20121205＿243271.htm.