直轄市空氣污染指數(shù)比較分析*

任 雪， 任建君

(1.重慶工商大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,重慶 400067；2.重慶醫(yī)科大學(xué) 臨床醫(yī)學(xué)系,重慶 400016)

北京市、上海市、天津市、重慶市四大直轄市都是我國(guó)重要的能源與工業(yè)城市，由于歷史和資源稟賦等原因，四大直轄市大氣環(huán)境都受到了不同程度的污染。近年來(lái)，北京大氣的污染狀況相當(dāng)嚴(yán)重，根據(jù)環(huán)保部公布的數(shù)據(jù)來(lái)看，北京市以81的污染指數(shù)排在2011年的中國(guó)城市空氣污染指數(shù)120個(gè)城市排行榜的第8位，比上海、天津、重慶的污染指數(shù)高出30.65%、9.46%、19.12%，與全國(guó)政治、文化中心的地位極不相稱，已引起社會(huì)各方面的關(guān)注。上海城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，人口密度高；城市的空氣污染也較嚴(yán)重。煙塵、浮塵、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、揮發(fā)性有機(jī)化合物等侵蝕著這座城市。而且，呼吸在有污染的空氣中會(huì)使得易感人群癥狀有輕度加劇，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀。天津市區(qū)域面積較小、人口密度較大、工業(yè)分布相對(duì)集中，大氣污染狀況也較為嚴(yán)重， “十一五”期間的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，大氣主要污染物均存在不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象。重慶主城區(qū)歷來(lái)大氣污染較為嚴(yán)重，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)、以重化工業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等導(dǎo)致資源能源消耗和污染物排放仍然較大，單位GDP能耗和主要污染物排放強(qiáng)度均高于全國(guó)或發(fā)達(dá)地區(qū)平均水平，初步統(tǒng)計(jì)重慶市單位GDP能耗分別是全國(guó)平均水平、北京、天津、上海的1.1、1.9、1.4、1.6倍，單位工業(yè)增加值的廢水、化學(xué)需氧量、氨氮、二氧化硫排放量分別是同期全國(guó)平均水平的1.72、1.14、1.64和1.93倍[1]。

對(duì)四大直轄市大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀以及各項(xiàng)大氣污染物進(jìn)行研究分析，客觀地評(píng)價(jià)和反應(yīng)各直轄市當(dāng)前的環(huán)境質(zhì)量情況和污染狀況，針對(duì)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，使得政府能有針對(duì)性地采取相應(yīng)的防治對(duì)策、制定環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，使公眾能更清晰地認(rèn)識(shí)當(dāng)前的大氣環(huán)境污染問(wèn)題，更好地參與到環(huán)境保護(hù)中來(lái)。

1 各直轄市空氣污染指數(shù)(API)評(píng)價(jià)分析

1.1 API評(píng)價(jià)方法

1.1.1 空氣污染指數(shù)(API)

空氣污染指數(shù)(API)就是將常規(guī)監(jiān)測(cè)的幾種空氣污染物濃度簡(jiǎn)化成為單一的概念性指數(shù)值形式，并分級(jí)表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況，適合于表示城市的短期空氣質(zhì)量狀況和變化趨勢(shì)[2]。

空氣污染指數(shù)是一個(gè)逆指標(biāo)，根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和各項(xiàng)污染物對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的影響來(lái)確定污染指數(shù)的分級(jí)及相應(yīng)的污染物濃度值。我國(guó)目前采用的空氣污染指數(shù)(API)分為5個(gè)等級(jí)[3]，各等級(jí)代表含義如表1。

表1 我國(guó)API等級(jí)劃分表

根據(jù)我國(guó)空氣污染特點(diǎn)和污染防治重點(diǎn)，目前計(jì)入空氣污染指數(shù)的項(xiàng)目暫定為：二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NO2)和總懸浮顆粒物(PM10)[4]。

1.1.2 API評(píng)價(jià)法的基本步驟

選定PM10，NO2以及SO2作為評(píng)價(jià)參數(shù)，根據(jù)各項(xiàng)污染物的時(shí)段平均濃度值分別計(jì)算各污染物的空氣污染指數(shù)，取3個(gè)污染物空氣污染分指數(shù)或城市中的首要污染物(表2)，按空氣污染指數(shù)大小確定地區(qū)的空氣質(zhì)量級(jí)別。

空氣污染指數(shù)的計(jì)算方法為

(1)

式(1)中：

(1)C：某污染物每一測(cè)點(diǎn)的日均值，

(2)C大與C?。涸贏PI分級(jí)限值表(表2)中最貼近C值的兩個(gè)值，C大為大于C的限值，C小為小于C的限值。

(3)I大與I小：在API分級(jí)限值表(表2)中最貼近I值的兩個(gè)值，I大為大于I的值，I小為小于I的值。

表2 空氣污染指數(shù)對(duì)應(yīng)的污染物限制

(4) 城市主要污染物的選取。將各種污染物的污染分指數(shù)都計(jì)算出以后，以最大者為區(qū)域或城市的空氣污染指數(shù)API，則污染物即為區(qū)域或城市空氣中的首要污染物。

API = max(I1,I2…In)

(2)

1.2 直轄市大氣環(huán)境空氣污染指數(shù)實(shí)證分析

根據(jù)我國(guó)空氣污染特點(diǎn)和污染防治重點(diǎn)，以大氣環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，2001-2011年3個(gè)大氣污染指標(biāo)(PM10、NO2、SO2)作為標(biāo)度，分別計(jì)算重慶市、北京市、天津市以及上海市大氣環(huán)境空氣污染指數(shù)(表3-6)。從表3可以看出，2001-2004年重慶市的空氣質(zhì)量屬于Ⅲ級(jí)，即“輕微污染”程度，從2005年開(kāi)始，空氣質(zhì)量得到進(jìn)一步的改善，屬于“良”的程度。同時(shí)，從歷年的空氣污染指數(shù)上看， SO2的污染從高峰值188降低到了2011年的73，降低了61個(gè)百分點(diǎn)，而PM10只降低了不到27個(gè)百分點(diǎn)，現(xiàn)如今，影響重慶空氣污染指數(shù)等級(jí)的主要是PM10。

從表4可以看出，從2003年開(kāi)始，北京市的空氣質(zhì)量得到進(jìn)一步的改善，屬于Ⅱ級(jí)，即“良好”的程度， PM10的空氣污染分指數(shù)最大，SO2的空氣污染分指數(shù)下降幅度最大，從2002年的峰值58.5下降到2011年的14，NO2也有不小的降幅。

從表5可以看出，天津市的空氣質(zhì)量一直保持在Ⅱ級(jí)，空氣污染指數(shù)在逐年減少，其中SO2的空氣污染分指數(shù)最大，下降的值也最高，其次是SO2，SO2相對(duì)來(lái)說(shuō)保持在一個(gè)平穩(wěn)的數(shù)值。

從表6可以看出，上海市的大氣環(huán)境目前保持在良好的狀態(tài)。上海市污染分指數(shù)最大的是PM10，SO2的污染分指數(shù)有一個(gè)波動(dòng)，在2005年的時(shí)候SO2的污染分指數(shù)達(dá)到了最大，從2009年開(kāi)始呈現(xiàn)大幅度下降的趨勢(shì)，2011年已經(jīng)下降了將近一半。NO2的污染分指數(shù)不大，不過(guò)降幅也十分有限。

從總體來(lái)說(shuō)，四大直轄市的空氣污染指數(shù)在逐年減少，空氣質(zhì)量在不斷變好。特別是SO2的污染從其污染分指數(shù)均呈現(xiàn)大幅下降的趨勢(shì)；4個(gè)城市的NO2的污染分指數(shù)處于一個(gè)較低的水平，不過(guò)下降都十分有限；影響4個(gè)城市空氣污染指數(shù)的主要是PM10。

表3 2001-2011年重慶空氣污染指數(shù)

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于《重慶統(tǒng)計(jì)年鑒2012》

表4 2001-2011年北京空氣污染指數(shù)

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于《北京統(tǒng)計(jì)年鑒2012》

表5 2003-2011年天津空氣污染指數(shù)

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于《天津統(tǒng)計(jì)年鑒2012》

表6 2001-2011年上海空氣污染指數(shù)

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于《上海統(tǒng)計(jì)年鑒2012》

2 各直轄市空氣質(zhì)量的AHP分析

2.1 研究方法概述

層次分析法(Analytic Hierarchy Process簡(jiǎn)稱AHP)是將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法[5]。層次分析法的基本思路是用先分解后綜合的系統(tǒng)思想整理，然后綜合人們的的主觀判斷，使定性分析與定量分析有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)定量化決策。將所要分析的問(wèn)題層次化據(jù)根問(wèn)題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)，將問(wèn)題分解成不同的組成因素，按照因素間的相互關(guān)系及隸屬關(guān)系，將因素按不同層次聚集組合，形成一個(gè)多層分析結(jié)構(gòu)模型，最終歸結(jié)為最低層(方案、措施、指標(biāo)等)相對(duì)于最高層(總目標(biāo))相對(duì)重要程度的權(quán)值或相對(duì)優(yōu)劣次序的問(wèn)題。

2.2 大氣環(huán)境AHP分析模型

2.2.1 構(gòu)造判斷矩陣并求最大特征根以及特征向量

為了得出空氣污染中各個(gè)污染指標(biāo)影響空氣質(zhì)量的程度，以大氣環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，將各直轄市(以重慶市為例)2011年的3個(gè)大氣污染指標(biāo)(PM10、NO2、SO2)的分指數(shù)(即指標(biāo)間的比例)作為標(biāo)度，構(gòu)造判斷矩陣B：

B的特征向量及最大特征根：

86，1.496 064，0.824(0.258 449,0.478 026,0.263 525)T

得出污染指標(biāo)的權(quán)重分別是：

ω1(PM10)=0.26，ω2(NO2)=0.48，ω3(SO2)=0.26

對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算出判斷矩陣B的最大特征根λmax：

λmax=2.998

據(jù)此，一致性指數(shù)：CI=0.001 968。

因有3個(gè)指標(biāo)，知其隨機(jī)一致性指標(biāo)值RI=0.58，因此可得到隨機(jī)一致性比率：CR=0.03<0.1。

說(shuō)明上述判斷矩陣通過(guò)了一致性檢驗(yàn)，即可以認(rèn)為上述指標(biāo)權(quán)重的確定具有合理性。

同理，得出北京市，天津市，上海市各市的空氣污染指數(shù)的權(quán)數(shù)分別為(表7)：

表7 各直轄市空氣污染指數(shù)權(quán)數(shù)

2.2.2 模型結(jié)論

根據(jù)以上分析知：PM10的空氣污染指數(shù)權(quán)數(shù)都較小，權(quán)數(shù)較大的主要是NO2和SO2?？v向比較，重慶市的PM10污染指數(shù)權(quán)數(shù)最大，天津市的NO2污染指數(shù)權(quán)數(shù)最大，北京市的SO2污染指數(shù)權(quán)數(shù)最大。

重慶市空氣污染物中，NO2的污染占比最大。PM10的污染指標(biāo)權(quán)重為0.26，NO2的污染指標(biāo)權(quán)重為0.48，SO2的污染指標(biāo)權(quán)重為0.26，也即是在所研究的主要大氣污染物排放中，每增加排放1單位的主要污染物，其中PM10約占0.26，NO2為0.48，SO2則為0.26，同理，對(duì)于北京市的空氣污染指數(shù)中，權(quán)數(shù)較重的是SO2，每增加排放1單位的主要污染物，其約占63%，而天津市所占比重較大的則是NO2，約占54%，上海市的各污染排放量最大的則是NO2和SO2。

3 結(jié)論與建議

通過(guò)分析可知，各直轄市空氣質(zhì)量現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，大氣環(huán)境的主要污染物各不相同。

北京市的SO2污染相當(dāng)嚴(yán)重，污染指數(shù)權(quán)數(shù)站到了63%。從北京市目前的大氣環(huán)境來(lái)看，改善其空氣質(zhì)量面臨著繼續(xù)削減污染物“存量”和控制污染物“增量”的雙重壓力，要到達(dá)到其制定的大氣環(huán)境改善目標(biāo)，即2015年，全市空氣中SO2、NO2、CO、苯并(a)芘、氟化物和鉛等6項(xiàng)污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，總懸浮顆粒物和可吸入顆粒物年均濃度比2010年下降10%左右，臭氧污染趨勢(shì)逐步減緩，全市空氣質(zhì)量二級(jí)和好于二級(jí)天數(shù)比例達(dá)到80%，北京市在機(jī)動(dòng)車污染、揚(yáng)塵污染、重點(diǎn)行業(yè)污染控制、生態(tài)建設(shè)與修復(fù)、綠色能源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等方面仍然任重道遠(yuǎn)。

上海的空氣質(zhì)量總體來(lái)看比較可以，沒(méi)有特別突出的主要污染物，這與上海的工廠基本都已經(jīng)搬到了遠(yuǎn)郊，中心城區(qū)的綠化率也逐年提高是息息相關(guān)的。但是其SO2污染依然嚴(yán)重，在與上海市汽車占有量大有相當(dāng)大的關(guān)系，所以，上海在汽車尾氣治理方面還應(yīng)該加大力度。

NO2在影響天津市的大氣環(huán)境的主要污染物中所占的權(quán)重比較大，這與天津市工業(yè)園區(qū)較多，工業(yè)發(fā)展較為發(fā)達(dá)且發(fā)展速度仍在繼續(xù)加快有很大的關(guān)系。因此，天津市的在治理大氣污染方面應(yīng)注意控制工業(yè)廢氣的排放，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)扶持綠色和低耗能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加大城市綠色生態(tài)建設(shè)的力度。

重慶市近年來(lái)的空氣質(zhì)量在逐步變好，但是大氣污染依然嚴(yán)重。從重慶市的“十二五”規(guī)劃中可以看到，重慶市在未來(lái)工業(yè)化現(xiàn)代化程度會(huì)越來(lái)越高，隨之而來(lái)的大氣污染也會(huì)隨之加重，大氣環(huán)境保護(hù)也越來(lái)越棘手。建議：一方面，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造，控制燃煤及工業(yè)廢氣污染、控制城市揚(yáng)塵污染、控制機(jī)動(dòng)車排氣污染、控制餐飲油煙及揮發(fā)性有機(jī)物污染；另一方面，增加城市綠化面積，增強(qiáng)大氣污染監(jiān)管能力，鼓勵(lì)發(fā)展重慶市具有優(yōu)勢(shì)的光伏太陽(yáng)能等新興產(chǎn)業(yè)[6]，增加清潔能源使用，改善環(huán)境質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 李祚泳. 大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的標(biāo)度指數(shù)法[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué),1998,18(5): 433-436

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[6] 熊俊.二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)及能源消耗的灰色關(guān)聯(lián)分析[J]. 重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012,29(1):28-32