1998年至2016年江蘇省PM2.5時空演化特征

李波

摘? 要：該文利用江蘇省1998—2016年P(guān)M2.5數(shù)據(jù)對該省的空氣污染狀況的時空特征進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示：1998—2017年，全省空氣污染呈現(xiàn)加劇趨勢，2007—2016年空間污染程度相對穩(wěn)定，并略微呈現(xiàn)出下降趨勢;在空間上，空氣污染整體呈現(xiàn)出南北高、中部低的空間特征;隨著時間的推移，蘇北蘇南的空氣污染狀況得到了減輕，而蘇中地區(qū)的空氣污染則有明顯加重趨勢。通過該研究，可為江蘇省環(huán)境治理，尤其是空氣污染治理及防治措施的制定提供科學(xué)借鑒。

關(guān)鍵詞：PM2.5? 演化特征? 大氣污染

大氣污染是目前中國發(fā)展過程中最為突出的環(huán)境問題，這其中細(xì)顆粒物是最重要的空氣污染物。改革開放40年來，伴隨著城市化和工業(yè)化高速發(fā)展，能源的大量消耗、城市建設(shè)揚(yáng)塵以及汽車尾氣是空氣細(xì)顆粒物超標(biāo)的主要原因。目前我國有四大霧霾分布區(qū)，分別是四川盆地、黃淮海地區(qū)、長江三角洲和珠江三角洲，江蘇省又同時占據(jù)黃淮海和長江三角洲兩大霧霾高發(fā)地。江蘇省作為我國重要的經(jīng)濟(jì)大省，在全國經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展中具有不可取代的重要位置，而以PM2.5為代表的可吸入顆粒物污染問題已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的不和諧因素，因此防治PM2.5是必須攻克的難題。對PM2.5的防治，一項基礎(chǔ)性工作就是深入了解其時空演化特征，只要這樣才能有針對性的提出防控和治理措施?；诖耍撐囊越K省為例，以哥倫比亞大學(xué)發(fā)布的全球大氣PM2.5為數(shù)據(jù)源，分析了1998—2016年全省PM2.5的演化特征，以期為大氣污染治理提供科學(xué)依據(jù)和有效的措施建議。

1? 研究數(shù)據(jù)與方法

該文的研究數(shù)據(jù)主要來自于兩個方面：一是PM2.5遙感反演濃度數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)來源于哥倫比亞大學(xué)公布的1998—2016年全球大氣PM2.5濃度數(shù)據(jù)，其分辨率為0.1°。該數(shù)據(jù)是衛(wèi)星遙感反演氣溶膠光學(xué)厚度數(shù)據(jù)，它在諸多方面具有獨特優(yōu)勢，如獲取成本較低、空間覆蓋面廣以及遙測精度高等，在諸多研究PM2.5的科研工作和實際運用中，其是最基礎(chǔ)且最有效的指標(biāo)數(shù)據(jù)。二是江蘇省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，空間行政邊界來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心提供的1∶400萬中國基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。該文以江蘇全域作為研究區(qū)域，再以研究區(qū)域矢量界線為掩膜對柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并利用縣級行政區(qū)劃界線矢量數(shù)據(jù)，分區(qū)統(tǒng)計各縣級行政單元各年的PM2.5濃度均值，從而建立江蘇省PM2.5濃度值時空數(shù)據(jù)庫。

該文的研究方法主要是兩個方面：一是對江蘇省分縣的PM2.5濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)統(tǒng)計分析，包括分布模式、標(biāo)準(zhǔn)差等;二是利用ARCGIS軟件，對全省的PM2.5進(jìn)行圖形化表達(dá)，以辨識區(qū)域上的分布規(guī)律。該文采用1998年、2008年以及2016年等3期數(shù)據(jù)作為分析對象。

2? 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5統(tǒng)計量特征

從江蘇省分縣區(qū)PM2.5的統(tǒng)計結(jié)果可以看出（見表1），1999年P(guān)M2.5的均值為31.6925，2007年上升到62.6100，到了2016年，則略微下降到58.9269。這表明，江蘇省PM2.5在1998—2007年間增長了一倍，空氣污染呈現(xiàn)出明顯的惡化趨勢;2007—2016年則略微降低，這表明近10年江蘇省空氣污染程度有所改善，但好轉(zhuǎn)程度比較有限。標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計量顯示，1998年為5.57，2007年為6.04，而2016年則下降到3.07。這一結(jié)果表明，1998年和2007年這兩個時期，全省PM2.5的數(shù)值分異較大，尤其是2007年，也就是地區(qū)間空間污染程度有明顯差別;與之相對比，2016年全省PM2.5的數(shù)值分異相對較小，這也說明，2016年地區(qū)間的空氣污染程度差異縮小。過去20年，PM2.5標(biāo)準(zhǔn)差的變化結(jié)果顯示，地域間空間污染程度從相對分異逐漸向均質(zhì)化發(fā)展，這也說明PM2.5的空氣污染，正在擴(kuò)散到全省地域。

對全省PM2.5進(jìn)行直方圖統(tǒng)計，結(jié)果顯示3個時期在分布形態(tài)上有明顯差別。1998年的直方圖更接近于正態(tài)分布，峰值在27左右;2007年的直方圖接近于左偏的對數(shù)正態(tài)分布，峰值在64左右;2016年的直方圖接近于右偏的對數(shù)正態(tài)分布，峰值在60左右。單從分布形態(tài)上看，2007年和2016年都為偏態(tài)分布，這說明PM2.5的污染在全省出現(xiàn)極端概率的情況要大于2007年，這也表明近20年，有少部分地區(qū)PM2.5的空氣污染正在日益嚴(yán)重，這一特征應(yīng)當(dāng)受到相關(guān)環(huán)境管理部門的重視。

2.2 PM2.5時空分布特征

江蘇省PM2.5的時空特征顯示（見圖1），1998年、2007年和2016年這3期有明顯差別。其中，1998年，PM2.5的空間分布最高的兩個區(qū)分比為蘇北和南京為中心的蘇中南地區(qū)，蘇南和蘇中地區(qū)數(shù)值相對較低，最低的區(qū)域為沿海地帶;2007年，PM2.5的空間分布最高的地區(qū)為蘇北地區(qū)，其次為以蘇州無錫為代表的蘇南地區(qū)，蘇中越靠近內(nèi)陸的地區(qū)，污染程度相對較高，沿海地帶污染相對較輕;2016年，PM2.5的空間分布最高的地區(qū)依然是蘇北地區(qū)，但蘇中偏南的廣大地區(qū)污染程度也較高，其次是蘇中偏北的地區(qū)，蘇南地區(qū)的污染程度相對下降;從3期的PM2.5空間分布特征，可以看出蘇北地區(qū)始終是江蘇空氣污染最嚴(yán)重的地區(qū)，這里面主要有兩個因素起主導(dǎo)作用：一是蘇北地區(qū)是江蘇省重工業(yè)聚集區(qū)，重化工企業(yè)在這一區(qū)域集中分布;二是蘇北地區(qū)從大的氣候類型上看，更接近于大陸性季風(fēng)氣候，冬季受蒙古高壓控制，空間污染不容易擴(kuò)散。蘇南地區(qū)的空氣污染狀況僅次于蘇北地區(qū)，但比蘇北嚴(yán)重的是，其污染面積較大。蘇南地區(qū)作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心地區(qū)，在高速發(fā)展的同時，環(huán)境問題一直都是無法回避的事實。隨著產(chǎn)業(yè)升級、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，蘇南地區(qū)資源密集型產(chǎn)業(yè)開始轉(zhuǎn)移，體現(xiàn)在空氣污染上近20年污染程度沒有進(jìn)一步惡化，但空間質(zhì)量的恢復(fù)還需要在生態(tài)協(xié)同上做出進(jìn)一步努力。另外，從3期PM2.5空間分布圖上，可以明顯看出，廣大蘇中地區(qū)的空氣污染程度，有不斷加重的趨勢，這里面主要有兩個方面的因素的影響：一是蘇南產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型過程中，重污染產(chǎn)業(yè)向蘇中地區(qū)轉(zhuǎn)移，從而造成污染加劇;二是蘇中地區(qū)自然環(huán)境單一，本身環(huán)境的自凈能力相對較弱，而這也造成了在近20年空氣污染的加重。

3? 結(jié)論及討論

3.1 結(jié)論

通過對1998年、2007年、2016年江蘇省PM2.5的時空演化進(jìn)行特征分析，得出以下主要結(jié)論：（1）整體上看，1998—2007年，江蘇省空氣污染程度呈現(xiàn)出加重趨勢，2007年達(dá)到頂峰;2007—2016年，江蘇省空氣污染程度相對平穩(wěn)，整體上略有降低;（2）江蘇省空氣污染程度具有地域不平衡的特點，其中1998年和2007年地域分異較大，2016年相對較小，反映出隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和污染治理，區(qū)域間的污染程度差別正在縮小;（3）空間上，江蘇空氣污染呈現(xiàn)出南北高，中部低的分布格局，但近些年蘇南地區(qū)空氣污染正在逐步改善，蘇北的重污染地區(qū)也在減少，而蘇中的污染狀況有明顯加重的趨勢，這是需要環(huán)境管理部門高度重視的。

3.2 討論

科學(xué)識別PM2.5濃度空間變化特征與規(guī)律，準(zhǔn)確掌握其驅(qū)動因素及其機(jī)制，是中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵，其不僅能緩解居民對“霧霾猛于虎也”的恐怖心理，也能為區(qū)域大氣聯(lián)動治理、污染產(chǎn)業(yè)的空間布局、城市空間優(yōu)化（風(fēng)道、綠帶等）、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。由于數(shù)據(jù)原因國內(nèi)關(guān)于大尺度PM2.5濃度演化研究起步較晚，已有研究多利用環(huán)境監(jiān)測站點數(shù)據(jù)展開，利用截面數(shù)據(jù)展開季節(jié)與日變化分析。該文利用1998—2016年大氣反演數(shù)據(jù)，一定程度上彌補(bǔ)了大尺度PM2.5數(shù)據(jù)缺失、以及監(jiān)測站點較少、區(qū)域信息失真對研究的限制問題。目前江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展正處在“調(diào)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)增長與綠色發(fā)展”的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型時期，準(zhǔn)確預(yù)見大氣污染物復(fù)雜性和治理長期性，持續(xù)的開展“大氣灰霾追因與控制”與“霧霾與健康關(guān)系”等關(guān)鍵科學(xué)問題是國家急需突破的科學(xué)發(fā)展難關(guān)，也是未來研究探索的重點。

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