近10年浙江省城市環(huán)境空氣質量變化趨勢及影響因素分析*

徐冰燁 俞 潔 沈葉民

(浙江省環(huán)境監(jiān)測中心，浙江 杭州 310015)

近10年浙江省城市環(huán)境空氣質量變化趨勢及影響因素分析*

徐冰燁 俞 潔 沈葉民

(浙江省環(huán)境監(jiān)測中心，浙江 杭州 310015)

利用浙江省環(huán)境空氣中SO2、NO2和PM10監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用Daniel趨勢檢驗法，研究了近10年(2005—2014年)浙江省城市環(huán)境空氣質量變化趨勢及影響因素。結果表明：(1)2005—2014年，浙江省縣級以上城市綜合污染指數(shù)平均值呈顯著下降趨勢，總體環(huán)境空氣質量呈好轉趨勢。(2)SO2年均值呈不顯著下降趨勢，NO2年均值基本保持穩(wěn)定，PM10年均值呈顯著下降趨勢。浙江省SO2、NO2和PM10濃度高值區(qū)域主要分布在浙中北部地區(qū)，與2005年相比，2014年濃度高值區(qū)域面積減少，污染程度降低。(3)SO2、NO2和PM10月均值變化趨勢基本一致，濃度高值主要出現(xiàn)在1、11、12月，低值集中出現(xiàn)在6—9月。(4)PM10為城市大氣中首要污染物，NO2污染負荷呈顯著上升趨勢，表明浙江省城市空氣污染特征逐漸從煤煙型污染過渡到機動車尾氣型污染。(5)產業(yè)結構升級、能源結構優(yōu)化、大氣污染物總量減排和污染源綜合整治等人為控制措施對城市空氣質量改善起到重要作用。地形、氣象、沙塵等自然因素是大氣污染物濃度時空變化的外因。

環(huán)境空氣質量SO2NO2PM10浙江省

隨著中國工業(yè)的快速發(fā)展、城市化進程的加快，城市能耗量以及機動車保有量不斷增加，人類生產生活產生的污染物排放量居高不下，環(huán)境空氣質量狀況較差，空氣污染已成為目前突出的城市環(huán)境問題[1-8]。但對國內城市(如北京、上海和石家莊等市)環(huán)境空氣質量變化趨勢的研究表明，近十幾年來城市環(huán)境空氣質量總體改善，說明各級政府開展的各項大氣污染防治行動對于減輕大氣環(huán)境污染起到了重要作用[9]4-6，[10]157-160，[11-13]。

浙江省位于中國東南沿海、長江三角洲南翼，經濟發(fā)達，人口密集，全省能源以燃煤為主。在2005—2014年，浙江省生產總值增長199.0%，能源消費總量增長56.5%，機動車保有量增長111.3%。浙江省經濟的快速發(fā)展給大氣環(huán)境造成了巨大壓力，導致霾天氣頻發(fā)，如省會城市——杭州多年年霾日數(shù)超過150 d[14-15]，給居民身體健康造成危害[16-19]。

本研究依據(jù)2005—2014年浙江省環(huán)境空氣質量監(jiān)測資料，采用空氣綜合污染指數(shù)、污染負荷系數(shù)和Daniel趨勢檢驗等評價和分析方法，對近10年浙江省空氣質量變化趨勢及影響因素進行分析與研究，為浙江省大氣污染防治工作提供技術支撐。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

采用2005—2014年浙江省縣級以上城市環(huán)境空氣質量長期定點監(jiān)測數(shù)據(jù)，對SO2、NO2和PM10均值及污染指數(shù)等指標進行年際趨勢分析。所用數(shù)據(jù)均來自2005—2014年《浙江統(tǒng)計年鑒》和《浙江省環(huán)境狀況公報》。

1.2 評價標準和方法

鑒于采用的是2005—2014年數(shù)據(jù)，SO2、NO2和PM10評價執(zhí)行《環(huán)境空氣質量標準》(GB 3095—1996)二級標準及2000年的修改單要求，即SO2、NO2和PM10年均值二級標準限值分別為0.06、0.08、0.10 mg/m3。

環(huán)境空氣質量綜合評價采用綜合污染指數(shù)法，可用于反映城市空氣質量總體狀況和年際變化特征；污染負荷可表征各項污染物對環(huán)境空氣整體污染水平的貢獻率。計算公式見式(1)至式(3)。浙江省縣級以上城市綜合污染指數(shù)平均值、第j項空氣污染物平均污染負荷分別為各城市的綜合污染指數(shù)、第j項空氣污染物污染負荷的算術平均值。

P=∑Pj

(1)

Pj=Cj/Sj

(2)

fj=Pj/P

(3)

式中：P為綜合污染指數(shù)；Pj為第j項空氣污染物的分指數(shù)；Cj為第j項空氣污染物的季均值或年均值，μg/m3；Sj為第j項空氣污染物的標準限值，μg/m3；fj為第j項空氣污染物的污染負荷。

采用Daniel趨勢檢驗法(又名Spearman秩相關系數(shù)法)來評判空氣污染物變化趨勢在統(tǒng)計學上的顯著性。將秩相關系數(shù)(rs)的絕對值同Spearman秩相關系數(shù)統(tǒng)計表中的臨界值(Wp)進行比較：rs是負值表明在評價時段內統(tǒng)計量指標呈下降趨勢；rs是正值則表明呈上升趨勢；|rs|≤Wp表明變化趨勢沒有顯著意義。本研究中，周期總數(shù)(N，N≥5)為10，取單側檢驗的顯著性水平為0.05，Wp為0.648，計算方法如下：

(4)

di=Xi-Yi

(5)

式中：i為周期序號；Xi為周期1～N按濃度值從小到大排列的序號；Yi為周期1～N按時間序列排列的序號；di為Xi和Yi的差值。

2 結果和討論

2.1 空氣污染趨勢分析

2.1.1 綜合指標分析

由表1可見，2005—2014年綜合污染指數(shù)平均值為1.46～1.89，rs=-0.78>Wp，表明綜合污染指數(shù)平均值呈下降趨勢；2007年前綜合污染指數(shù)平均值略有上升，之后下降明顯，至2014年最低，表明城市空氣質量總體呈好轉趨勢。

表1 2005—2014年浙江省城市空氣質量監(jiān)測結果1)

注：1)2005—2014年SO2、NO2、PM10的年均值單位為μg/m3，超標率單位為%。

圖2 2005、2014年浙江省NO2年均值區(qū)域分布對比Fig.2 Comparison of spatial distribution of NO2 in Zhejiang Province between 2005 and 2014

2.1.2 污染物濃度時空分布特征及變化趨勢

以2005、2014年為例，采用ArcGIS 10反距離權重法(IDW)進行空間插值，繪制浙江省SO2、NO2和PM10年均值區(qū)域分布對比，結果見圖1至圖3。

2005—2014年，浙江省SO2年均值為18～35 μg/m3。SO2年均值總體呈不顯著下降趨勢，具體而言，在2007年達到最高值，之后呈下降趨勢，2014年最低，較2005年下降25.0%。SO2超標率為0～0.4%，呈顯著下降趨勢。2014年，SO2濃度相對高值區(qū)域主要集中于浙江中北部偏東地區(qū)，紹興市區(qū)、衢州江山和金華部分城市濃度較高，但低于二級標準限值；相比2005年，SO2濃度相對高值區(qū)域面積明顯減少，污染程度減輕，且2005年污染相對嚴重的杭州地區(qū)SO2年均值明顯降低。

2005—2014年，NO2年均值為30～34 μg/m3，基本保持穩(wěn)定，2014年最低，較2005年下降6.2%。NO2超標率為0～0.4%，呈不顯著下降趨勢。2014年，杭州、嘉興、湖州和紹興交界區(qū)域NO2年均值較高；相比2005年，NO2濃度相對高值區(qū)域面積略有減小，位置向浙北部遷移，金衢盆地、溫州地區(qū)和寧波市區(qū)NO2污染程度降低。

2005—2014年，PM10年均值為72～91 μg/m3，呈顯著下降趨勢，2014年較2005年下降15.4%。PM10超標率為4.0%～11.3%，呈顯著下降趨勢。

圖3 2005、2014年浙江省PM10年均值區(qū)域分布對比Fig.3 Comparison of spatial distribution of PM10 in Zhejiang Province between 2005 and 2014

2014年，浙中北部地區(qū)PM10年均值相對較高；相比2005年，PM10大片超標區(qū)域基本消失，浙北、浙中和浙西大部分地區(qū)PM10年均值明顯下降。

從SO2、NO2和PM10地域分布特征來看，浙江省大氣污染物濃度高值區(qū)域主要分布在浙中北地區(qū)，這主要與地區(qū)經濟發(fā)展水平、產業(yè)結構、人口密度、地理位置和地形地貌相關。浙中北地區(qū)位于長三角南端，經濟發(fā)達、人口密集、城市化水平較高，電力、冶金、石化等行業(yè)在杭州灣地區(qū)集中分布，區(qū)域污染排放總量較高，而且杭金衢盆地的大氣流場受低丘盆地地形的影響，風速較小、靜風頻率較高、大氣穩(wěn)定度大，低空易出現(xiàn)逆溫層，大氣擴散稀釋能力較差，從而導致浙中北地區(qū)大氣污染重于其他地區(qū)。

2.1.3 污染物濃度季節(jié)變化特征

由圖4可見：SO2、NO2和PM10月均值變化趨勢基本一致，濃度高值主要出現(xiàn)在冬季的1、11、12月(尤其是12月，3種污染物月均值均為全年最高)，濃度低值集中出現(xiàn)在初夏至初秋的6—9月；2月較1月濃度明顯降低，3月有所回升，3—7月濃度逐月降低，8—12月濃度逐月升高。

圖4 2005—2014年浙江省大氣污染物月均值變化Fig.4 Monthly average of pollutants concentration in Zhejiang Province during 2005-2014

空氣污染物濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化特征，主要受氣象條件和人類生產及生活活動影響。秋冬季低溫干燥，靜穩(wěn)天氣出現(xiàn)頻率較高，大氣邊界層高度較低，易出現(xiàn)逆溫層結，且降水量少，不利于污染物的擴散和去除；同時，北方冬季取暖導致污染物排放增加，污染氣團隨北風入境與本地排放的污染物相疊加易形成污染天氣。夏季氣溫較高，對流強烈，大氣邊界層高度較高，降水較多，擴散條件較好，有利于污染物濃度的降低。2月濃度變化特殊主要與春節(jié)長假期間較多工礦企業(yè)放假停產，污染物排放大量減少有關。

2.1.4 空氣污染特征

2005—2014年，浙江省3項大氣污染物中歷年均以PM10影響程度最大，其平均污染負荷穩(wěn)定在0.5左右，為城市大氣首要污染物。

NO2和SO2年均值表現(xiàn)出不同的消長趨勢，表明空氣污染特征在發(fā)生變化。如圖5所示，NO2和SO2年均值比值(NO2/SO2)在2007年最低(0.94)，之后基本呈逐年上升趨勢，2014年達到最高(1.67)，說明NO2濃度的相對比例正逐漸增加。浙江省11個地級以上城市中，2014年杭州、寧波、溫州、湖州、舟山、臺州和麗水的NO2/SO2已經超過2，這與上海、北京等典型的以機動車尾氣型污染為主的超大城市類似[9]4，[10]158。從污染負荷看：NO2污染負荷呈顯著上升趨勢；SO2呈不顯著下降趨勢；NO2污染負荷自2012年開始已超過SO2。這表明，浙江省城市空氣污染特征逐漸從煤煙型污染過渡到機動車尾氣型污染。

圖5 2005—2014年浙江省城市NO2/SO2變化趨勢Fig.5 Change of the ratio of NO2 to SO2

2.2 環(huán)境空氣質量變化影響因素分析

2.2.1 產業(yè)結構和能源結構優(yōu)化調整

2005—2014年，產業(yè)結構和能源結構優(yōu)化調整是改善環(huán)境空氣質量的關鍵。浙江省經濟發(fā)展的顯著特征是產業(yè)結構進一步優(yōu)化，高效益和低能耗的第三產業(yè)發(fā)展迅速，占全省生產總值比例呈逐年上升趨勢，2014年已首次超過第二產業(yè)，而第一產業(yè)和第二產業(yè)比例均呈下降趨勢，10年來分別下降了2.2、5.6百分點。能源、電力消費量年均分別遞增5.8%、9.6%，但能源利用效率逐年提高，2014年浙江省全年萬元GDP能耗為0.5 t標準煤，比2005年下降47.6%。同時，能源消費結構進一步優(yōu)化，清潔能源比例上升，2014年煤炭、石油占全省能源消費結構比例較2013年下降2.8百分點，天然氣、水和核電等清潔能源比例上升1.4百分點。這表明，浙江省節(jié)能降耗工作取得明顯成效，在保障經濟發(fā)展的同時減少了污染排放。

2.2.2 大氣污染物總量減排

污染物排放是空氣污染的內因，減少污染物排放是降低污染物濃度的根本。浙江省通過推進清潔生產、整治高污染行業(yè)等措施，實行污染物排放總量控制，有效減少了SO2、煙粉塵的排放。2005年以來，浙江省工業(yè)煙粉塵排放量總體呈下降趨勢(見圖6)，2014年較2005年減少19.0%。但隨著經濟快速發(fā)展，煙粉塵排放總量依然較高，且近兩年有所回升，同時日益增加的機動車保有量和大規(guī)模城市建設導致道路交通和建筑施工過程中產生大量揚塵，使得PM10年均值依然處于較高水平，仍是影響城市環(huán)境空氣質量的主要因子。

2005年以來，隨著SO2污染減排政策的實施，燃煤電廠脫硫工程建設加快，SO2排放量呈逐年下降趨勢(見圖7)，2014年浙江省SO2排放量較2005年削減了33.3%，空氣中SO2年均值隨之下降，減排取得明顯成效。

圖6 2005—2014年煙粉塵排放量與PM10年均值變化Fig.6 Relation between the emissions of industrial smoke and dust and PM10 in urban ambient air during 2005-2014

圖7 2005—2014年SO2排放量與年均值變化Fig.7 Relation between SO2 emission and SO2 in urban ambient air during 2005-2014

“十一五”期間，NOx未被納入污染減排目標，電廠脫氮脫硝工程尚處在初步建設和推行階段，工業(yè)燃煤量的增長使得NOx排放量總體呈上升趨勢(見圖8)。同時，全省機動車保有量以平均年增長率9%的速度激增(由2005年的728萬輛增至2014年的1 539萬輛)，而對機動車尾氣污染控制相對滯后，導致交通源排放的NOx也逐年升高。“十二五”以來，NOx被納入污染減排目標，工業(yè)排放的NOx逐年下降。因而10年間NO2年均值雖基本保持穩(wěn)定，但其污染負荷呈上升態(tài)勢，機動車尾氣型污染相比煤煙型污染有所加重。

圖8 2005—2014年NOx排放量與NO2年均值變化Fig.8 Relation between NOx emission and NO2 in urban ambient air during 2005-2014

2.2.3 自然影響因素

除人為因素外，大氣污染物濃度時空變化還受地形、氣象、沙塵等自然因素影響[20-21]。下墊面的地形地貌影響大氣流動，從而對大氣污染物的擴散有較大影響。杭金衢盆地因其低丘盆地地形影響，其特有的地方性大氣環(huán)流使污染物難以擴散稀釋，是導致杭金衢盆地空氣污染相對嚴重的重要原因。氣溫、風速、風向、降水和光照等氣象因素是大氣污染物濃度季節(jié)變化的重要外因，同時也會對污染物年際變化產生影響，如2013年為2004年以來年均降水量最少的年份，使得該年總體環(huán)境空氣質量較2012年有所惡化。沙塵和浮塵天氣會造成PM10濃度和組分的顯著變化[22-24]。北方沙塵暴多發(fā)于春季(3—5月)或冬季(1、11、12月)，沙塵暴源區(qū)的沙塵粒子夾卷在北方氣團中，隨氣團南下影響沿途地區(qū)空氣質量。10年間影響浙江省最大的一次浮塵天氣出現(xiàn)在2010年3月，此次浮塵污染持續(xù)時間長、影響范圍廣，共有46個城市出現(xiàn)重度污染，浮塵過程中表現(xiàn)為PM10濃度急劇升高，大氣能見度迅速下降。

3 結 論

(1) 2005—2014年，浙江省縣級以上城市綜合污染指數(shù)平均值呈顯著下降趨勢，表明環(huán)境空氣質量總體呈好轉趨勢。

(2) SO2年均值總體呈不顯著下降趨勢，在2007年后逐年下降；NO2年均值基本保持穩(wěn)定；PM10年均值呈顯著下降趨勢。就空間分布而言，與2005年相比，2014年全省SO2、NO2和PM10濃度高值區(qū)域明顯減少，污染程度明顯降低。浙江省大氣污染物濃度較高的區(qū)域主要分布在浙江省中北部地區(qū)。

(3) SO2、NO2和PM10月均值變化趨勢基本一致，濃度高值主要出現(xiàn)在冬季的1、11、12月，濃度低值集中出現(xiàn)在初夏至初秋的6—9月。

(4) PM10平均污染負荷穩(wěn)定在0.5左右，為城市大氣首要污染物。NO2/SO2在2007后呈逐年上升趨勢，且NO2污染負荷呈顯著上升趨勢，2012年開始已超過SO2，表明浙江省城市空氣污染特征逐漸從煤煙型污染過渡到機動車尾氣型污染。

(5) 產業(yè)結構升級、能源結構優(yōu)化、大氣污染物總量減排和污染源綜合整治等人為控制措施對浙江省城市空氣質量改善起到重要作用。地形、氣象、沙塵等自然因素是大氣污染物濃度時空變化的外因。

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AnalysisonthevariationtrendandinfluencefactorsofambientairqualityinZhejiangProvinceduringrecenttenyears

XUBingye，YUJie，SHENYemin.

(EnvironmentalMonitoringStationofZhejiangProvince，HangzhouZhejiang310015)

According to the urban ambient air quality monitoring data from 2005 to 2014 in Zhejiang Province，the air quality was statistically analyzed in terms of SO2，NO2and PM10. The variation tread and influence factor of air quality of Zhejiang Province were studied by Daniel trend test method. The results showed that：(1) the average value of comprehensive pollution index in county level cities of Zhejiang Province decreased significantly which suggested the urban ambient air quality presented a trend of improvement during 2005-2014. (2) The annual average of SO2concentration decreased gradually since 2007. The NO2concentration basically remained stable. The PM10concentration showed a significant decline. Spatially，the concentration of air pollutants in the middle and northern Zhejiang was high. The regional area of the high concentration of SO2，NO2and PM10decreased and the pollution degree obviously declined in 2014 compared to 2005. (3) The monthly variation of SO2，NO2and PM10basically had the same trend. The highest concentration appeared in January，November and December and the lowest concentration occurred from June to September. (4) PM10was the primary pollutant of urban ambient air pollution. The NO2pollution load presented a significant upward trend，which showed that the air pollution pattern in Zhejiang Province was transferring from coal burning caused problem to automobile exhaust related pollution. (5) Environmental protection policies such as the upgrading of industrial structure，the improvement of energy efficiency，the total amount control of pollution discharged and the control of pollution source played an important role in improving the air quality. Natural factors such as topography，meteorology and dust storm were external causes of temporal and spatial variations of air pollutants.

ambient air quality； SO2； NO2； PM10； Zhejiang Province

徐冰燁，女，1978年生，博士，高級工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。

*浙江省環(huán)境保護科研計劃項目(No.2011A18)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.06.006

2016-07-20)