2005～2012年山东中南部四大城市大气环境质量状况分析

作者简介：张泽（1989—），男，山东莱芜人。硕士研究生，研究方向为资源开发利用与环境管理。E-mail：[e-mail]通讯作者：徐跃通（1961—），男，浙江金华人。教授，博士研究生导师，博士，研究方向为资源开发利用与环境管理与资源环境信息系统。E-mail:[e-mail]。2005～2012年山东中南部四大城市大气环境质量状况分析张泽，徐跃通（山东师范大学人口·资源与环境学院，济南250014）摘要：根据济南、淄博、泰安、济宁四市2005～2012年空气质量日报数据，运用统计分析的方法，对四市空气污染指数（API）月、季节变化特征与年变化趋势、首要污染物及空气质量等级等进行了统计分析对比，并简单说明了API与环境空气质量指数（AQI）之间的优缺。研究结果表明：（1）泰安空气质量总体优于淄博、济宁和济南，济南空气质量最差；（2）四城市具有明显而相似的API月、季节变化特征，具体表现为7、8月份API月均值相对较低，1、2、11、12月份API月均值相对较高，其次，API季节变化特征说明，四市冬季空气质量最差，其次是春季和秋季，夏季空气质量最好，API季节均值最低；（3）泰安、济宁API年均值呈上升趋势，说明空气质量在逐渐恶化；济南API年均值整体下降，空气质量改善；淄博API年均值变化呈现倒U型变化，其年际变化最大；（4）济南、淄博、泰安、济宁首要污染物均为可吸入颗粒，8年时间序列中所占比例均在78%以上，次要污染为二氧化硫，主要出现在冬季。关键词：大气环境质量、空气污染指数（API）、空气质量指数（AQI）AnalysisonVariationCharacteristicsofAirEnvironmentqualityinFourCitiesinCentralandsouthernShandongProvinceduring2005~2012Zhangze,Xuyuetong(SchoolofPopulation，ResourcesandEnvironment，ShandongNormalUniversity，Jinan250014，China)Abstract:Basedonairpollutionindex（API）ofJinnan,Zibo,Taian,Jiningduringtheperiodof2005-01-01to2012-12-31,themonthly,seasonallyvariationcharacteristicsandannualvariationtendencyofAPIinfourcitieswasanalyzedbythestatisticalanalysismethod.Furthermore,therelationshipbetweenAPIandAQIwereanalyzed.StatisticresultsshowedthattheairqualityinTaianwasbetterthanZibo,Jining,Jinan,themonthlyandseasonalvariationofAPIinJinnan,Zibo,Taian,Jiningareobviousandsimilar,andtheairqualitieswerebestinsummerandworstinwinter.Ingeneral,theAPIinTaian,Jining,wererisingduring2005-2012,thatmeanstheairqualitywasdestroying,JinanwasintheoppositestateandZibochangedcomplex.Resultsalsoshowedthattheprimaryairpollutantsaremainlysulfurdioxideinfourcities.Keywords:Airenvironmentquality;AirPollutionIndex;Airqualityindex随着社会经济的不断发展，人民生活水平的提高，空气质量状况逐渐为大众关注。城市人口密集、工业集中、大量消耗化石燃料，高密度的建筑群不利于污染物的扩散，大气污染问题十分严重；同时城市空气环境质量关系着整个地区甚至国家的居民生活质量和经济发展,所以受到普遍重视[1-3]。对于大气环境质量评价的方法较多，主要有人工神经网络法、模糊聚类法、主成分分析法和空气污染指数法等，其中以空气污染指数API法（AirPollutionIndex）应用较为普遍[4-5]，并被作为2000~2012年全国重点城市空气质量日报发布指标之一。因此，本文利用2005～2012年济南、淄博、泰安、济宁市空气污染指数API历史资料进行四大城市空气质量状况分析，并简单介绍了新的城市空气质量日报发布指标AQI。1.资料来源及处理1.1资料来源本文资料来源于环境保护部数据中心公布的《重点城市空气质量日报》[6]，日报发布形式为空气污染指数(API)、首要空气污染物、空气质量级别和空气质量状况。其中，API是一种向公众公布的、反映和评价空气质量状况的指标，API将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式，并分级表征空气质量级别、空气质量状况及对人体健康的影响，适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。根据中国环境监测总站2000年颁布的《城市空气质量日报技术规定》，依据API数值将我国城市空气质量划分为7级（见表1）[7]。表1空气质量分级标准API空气质量级别空气质量状况对人体健康的影响0~50Ⅰ优可正常活动51~100Ⅱ良可正常活动101~150Ⅲ1轻微污染长期接触，易感人群出现症状151~200Ⅲ2轻度污染长期接触，健康人群出现症状201~250Ⅳ1中度污染一定时间接触后，健康人群出现症状251~300Ⅳ2中度重污染一定时间接触后，心脏病和肺病患者症状显著加剧300Ⅴ重度污染健康人群明显出现强烈症状，提前出现某些疾病1.2资料处理采用统计计算方法，将2005~2012年四个城市的空气污染指数API逐日监测值进行月平均、季平均、年平均，然后分析对比。处理原数据过程中发现，四市中有几年均缺失了一日的日监测数据，在8年时间序列分析过程中影响微小，故不作进一步处理。2.API变化特征2.1API月、季节变化特征通过对济南、淄博、泰安、济宁2005~2012年的API日均值计算处理，得出4市8年API月均值，结果见图1。由图1可见，泰安各月份的API均值明显低于其他三市，说明泰安空气质量总体最好在四市中；淄博空气质量趋于第二，优于济宁和济南；济南各月份整体最差，除6、9、10月份低于济宁，其他月份均大于三市API月均水平。济南、淄博、泰安、济宁1~12月份是遵循先降低后升高趋势，符合北方城市的空气质量变化规律[8]，7、8月份API月均值相对较低，1、2、11、12月份API月均值相对较高，空气质量最差。图12005~2012年山东省中南部四城市各月份API月平均值根据山东气候特征，将一年四季划分，春季为3~5月，夏季为6~8月，秋季为9~11月，冬季为当年12月到次年2月份[9]。表2统计了四城市2005~2012年四季中API的平均值及其标准差。由表2可见，济南、淄博、泰安、济宁均具有明显的API季节变化特征，各市冬季平均值最高，其次是春季和秋季，夏季空气质量最好，API均值最低。这是因为四城市是5060708090100110123456789101112月份API淄博API年月均值济宁API月平均值泰安API月平均值济南API月平均值典型的北方城市，冬季采暖导致了能源消耗加剧，污染变重；另外，四城市冬季由于白天日照时数短，夜间地面长波辐射强，在晴朗微风的夜晚，近地层容易形成大气逆温。而逆温层形成后会像盖子一样抑制着污染物向高空扩散所以在逆温层里空气质量往往较差。从表2还可以看出，各季节API均值反应的空气质量状况，泰安最好，济南最差，淄博和济宁相差不多；API的波动春季和秋季济南最大，冬季泰安最大，夏季是济宁。表2济南、淄博、泰安、济宁API季节变化城市春季夏季秋季冬季平均值标准差平均值标准差平均值标准差平均值标准差济南85.317.8375.595.1781.0810.5195.877.62淄博78.712.5768.163.9373.317.5782.415.70泰安66.253.2063.482.3465.395.8579.068.90济宁76.891.6573.468.3979.924.4982.566.43表32005~2012年四城市各级空气质量级别所占的天数及良好率分布项目各级空气质量级别所占天数/d良好率/%Ⅰ级Ⅱ级大于Ⅱ级济南淄博泰安济宁济南淄博泰安济宁济南淄博泰安济宁济南淄博泰安济宁200571746702552903152701035842571.7884.1198.9093.15200612105336295300304302585582784.1184.9397.8192.602007151467162963022883225449102785.2186.5897.2692.60200841163172913072913207148112980.6086.8996.9992.0820097543132873082913207051303180.7785.9991.7691.48201012342122953152893185746333484.3487.3690.9390.66201116632143033152993134543333787.6488.1990.9389.84201292541163163042953254036292489.0490.1492.0693.43均值101148242923052973116248202974.0586.7794.5291.982.2API年际变化趋势表3山东省中南部四城市各级空气质量级别所占的天数及良好率分布。统计结果表明，济南平均每年处于Ⅰ级和Ⅱ级的天数为302d，一年中有62d在Ⅱ级以上，空气受到污染；淄博在Ⅱ级以上的天数为48天位居济南之后，泰安和济宁有20、29天在Ⅱ级以上。值得说明的是，济南在2007~2010年均出现2或3天的重度污染，对人们的健康影响很大。由表3可见，济南空气质量良好率最高为2012年89.04%，相较最低年份2005年71.78%，两者差距17.26%；淄博最大最小年份之间相差6.03%。济宁各年级空气质量良好率变化很小维持稳定；泰安空气质量良好率呈下降趋势，2010年为最低年份。图2呈现了2005~2012年济南、淄博、泰安、济宁API年均值变化。由图可见，在8年时间序列中，济南API年均值为90.50~77.19，呈下降趋势；济宁、泰安API年均值分别为70.74~83.45和62.25~73.97，呈上升趋势；淄博倒U型变化，2009年空气质量最差，2012年空气质量最好，年际变化最大。城市空气质量波动与多方面的因素有关，其中政府的环保规划起着重要作用，如济南2001~2004年之间的良好率仅为62.91%，在2005年政府环保规划方案中便将大气污染防治作为重点工作来抓，采取了一系列措施如淘汰小规模燃煤锅炉、对多家重点单位实施限期治理、开展大气环境容量测算工作、强化机动车尾气污染防治的监督管理、突出扬尘控制等，因此自2005年开始济南空气质量逐渐提高改善[10]。图2济南、淄博、泰安、济宁2005~2012年API年均值变化同时，通过对2005~2012年山东省中南部四城市首要污染物天数统计。统计结果表明，四城市首要污染物都是可吸入颗粒，济南、淄博、泰安、济宁可吸入颗粒出现天数分别为2700、2545、2293、2691天，所占比例均在78%以上，济南与济宁更是在92%以上；次要污染为二氧化硫，主要出现在冬季，表明空气污染呈现出风沙扬尘、烟煤型的混合污染特征。3．AQI与API对比分析自