趙 靜 齊 芳 張 輝 張春琴

（河北大學(xué)，河北保定071000）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，生態(tài)文明建設(shè)遇到了前所未有的挑戰(zhàn).為了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，人與自然的和諧相處，大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)成為了建設(shè)和諧社會的重要任務(wù)和歷史使命.近年來，空氣質(zhì)量惡化成為了一個(gè)亟待解決的社會問題.空氣質(zhì)量的好壞直接影響大眾的健康，保護(hù)環(huán)境也是保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本保證.在政府層面，中央財(cái)政已經(jīng)安排50億元資金用于京津冀及周邊地區(qū)大氣污染治理工作，具體包括京津冀晉魯和內(nèi)蒙古六個(gè)省份，并把重點(diǎn)放到了污染較嚴(yán)重的河北省.保定市作為河北省污染較嚴(yán)重的城市，空氣治理的任務(wù)十分艱巨.

霧霾直接影響著空氣質(zhì)量的好壞，作為一種氣象學(xué)現(xiàn)象，世界各地很早就對其進(jìn)行了系統(tǒng)的研究.早期的研究主要從氣象、地理環(huán)境方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)性的觀察，探討霧霾的成因、分布和預(yù)測等問題.近年來，隨著遙感技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模數(shù)據(jù)處理問題得到了硬件和軟技術(shù)的支持，更多的研究探索霧霾的預(yù)測問題.需要注意的是，霧霾的形成與當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境密切相關(guān)，因此霧霾的研究具有明顯的地域性特點(diǎn)：周濤和汝小龍［1］分析了北京市霧霾天氣的成因，段再明［2］針對山西省的情況分析了霧霾天氣的化學(xué)成分，指出濕法熄焦是誘發(fā)霧霾天氣的主要原因之一，孫霞等人［3］根據(jù)飛機(jī)探測數(shù)據(jù)給出了石家莊地區(qū)云滴和云凝結(jié)核的分布特征.

衡量空氣質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)就是空氣質(zhì)量指數(shù).首先介紹空氣質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算方法和分級情況.然后使用統(tǒng)計(jì)的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行了保定市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而給出空氣質(zhì)量綜合治理的措施.最后介紹了一種自動存儲空氣質(zhì)量指數(shù)的方法，可以有效的解決收集空氣質(zhì)量指數(shù)歷史數(shù)據(jù)的困難.

1 空氣質(zhì)量指數(shù)

1.1 計(jì)算和分級

空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index（AQI））是定量描述空氣質(zhì)量狀況的非線性無量綱指數(shù).通過測定空氣中各污染物的空氣質(zhì)量分指數(shù)（Individual Air Quality Index（IAQI）），取各污染物的空氣質(zhì)量分指數(shù)的最大值即為空氣質(zhì)量指數(shù).當(dāng)前，主要測定的污染物有：細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）和二氧化硫（SO2）等.記這些污染物的空氣質(zhì)量分指數(shù)分別為IAQI1，IAQI2，IAQI3，IAQI4，IAQI5則空氣質(zhì)量指數(shù)AQI由公式1計(jì)算：

空氣質(zhì)量分指數(shù)的取值范圍為0－500.通俗的講，根據(jù)空氣中污染物的濃度含量和相應(yīng)的表格，把污染物的濃度含量依據(jù)一個(gè)線性函數(shù)對應(yīng)到0－500之間的一個(gè)數(shù)值就得到了污染物的空氣質(zhì)量分指數(shù)，具體的計(jì)算方法可以參考國家標(biāo)準(zhǔn)［4］.根據(jù)計(jì)算得到的空氣中各污染物的空氣質(zhì)量分指數(shù)和公式1，得到空氣質(zhì)量指數(shù).按照空氣質(zhì)量指數(shù)的數(shù)值大小，對空氣質(zhì)量進(jìn)行了分級和相應(yīng)的顏色標(biāo)識.空氣質(zhì)量分為一至六級，詳見表1.

表1 空氣質(zhì)量指數(shù)和分級

按照表1的分類，空氣質(zhì)量指數(shù)越大，對應(yīng)的級別和類別越高，表示的顏色越深，說明空氣污染狀況越嚴(yán)重，從而對人體的健康危害也就越大.空氣質(zhì)量指數(shù)是一個(gè)地區(qū)空氣質(zhì)量的主要指標(biāo)，通過對該指標(biāo)的觀測，可以實(shí)時(shí)了解該地區(qū)空氣質(zhì)量情況.

1.2 保定市空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

根據(jù)河北省空氣質(zhì)量自動實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)公布的數(shù)據(jù)，保定目前設(shè)置了6個(gè)觀測點(diǎn)，分別是：市監(jiān)測站、地表水廠、華電二區(qū)、接待中心、膠片廠和游泳館.保定市的日觀測數(shù)據(jù)是根據(jù)這6個(gè)觀測站點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的滑動平均得到的，反應(yīng)的是24小時(shí)內(nèi)的空氣質(zhì)量情況.表2是保定市11月份空氣質(zhì)量情況：

表2 保定市11月份空氣質(zhì)量情況

2 結(jié)果與分析

2.1 趨勢分析

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，給出了2013年11月保定市空氣質(zhì)量指數(shù)的折線圖，見圖1.從圖中可以發(fā)現(xiàn)在11月份保定市空氣質(zhì)量是良的天數(shù)很少，有將近10天空氣質(zhì)量類別為重度污染以上，空氣質(zhì)量治理治理難度大，任務(wù)重.尤其是15日以后，可能是受到冬季供暖的因素影響，空氣質(zhì)量指數(shù)突然上升.

圖1 保定市11月份空氣質(zhì)量指數(shù)趨勢

2.2 相關(guān)分析

除了進(jìn)行趨勢分析，對空氣中的主要污染物（細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）和二氧化硫（SO2））進(jìn)行了相關(guān)分析.使用公式2計(jì)算兩個(gè)變量（X，Y）的相關(guān)系數(shù)Corr（X，Y）：

其中COV（X，Y）為兩個(gè)隨機(jī)變量的協(xié)方差，σX和σY分別為隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差.計(jì)算得到的相關(guān)矩陣見表3：

表3 相關(guān)系數(shù)矩陣

從表3可以看出，5種主要污染物具有明顯的正相關(guān)關(guān)系.因此，著力控制1個(gè)主要污染物可以有效控制其他污染物的含量.其中，PM2.5和PM10的正相關(guān)關(guān)系最強(qiáng)，這兩個(gè)污染物也是目前需要首要控制的.

3 綜合治理措施

從第2部分中2013年11月保定市的空氣質(zhì)量指數(shù)歷史數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，保定市的空氣質(zhì)量治理任務(wù)艱巨，治理難度大.以下從法制建設(shè)層面、經(jīng)濟(jì)發(fā)展層面和社區(qū)文化宣傳方面給出相應(yīng)的治理措施：

法制建設(shè)層面：大力加強(qiáng)法制建設(shè)是保護(hù)生態(tài)壞境的有力措施［5，6］.在貫徹執(zhí)行《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》的同時(shí)，建立健全地方生態(tài)法規(guī).對于重點(diǎn)領(lǐng)域和特殊區(qū)域，可以考慮保護(hù)環(huán)境的專項(xiàng)立法.對于機(jī)動車限號，可以廣泛征求意見，進(jìn)行聽證會.

經(jīng)濟(jì)發(fā)展層面：從長遠(yuǎn)看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)是相輔相成的兩個(gè)方面.在當(dāng)前階段，普遍的情況是過快的經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了對環(huán)境的破壞，然而，這只是社會發(fā)展的一個(gè)階段，從霧都倫敦的變化可以看到，經(jīng)濟(jì)發(fā)展可以反過來促進(jìn)環(huán)境的改善，環(huán)境的改善又可以促使經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展.要深入分析經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，提出促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)能夠同步進(jìn)行的方案，合理制定招商引資的政策［7］，確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)和諧共進(jìn)，探索從經(jīng)濟(jì)發(fā)展層面有效改善空氣質(zhì)量的措施，比如新上項(xiàng)目環(huán)評一票否決制，對于環(huán)保企業(yè)給予稅費(fèi)減免和政策傾斜.

社區(qū)文化宣傳層面：霧霾天氣的行成，與人們的環(huán)保意識有著密切關(guān)系.環(huán)保意識深化與加強(qiáng)，可以通過社區(qū)文化的宣傳，讓公眾了解霧霾天氣的成因和不利影響，以便采取防護(hù)措施；提高公眾的環(huán)保意識，盡量減少私家車出行，嚴(yán)禁燃燒垃圾、減少煙花爆竹燃放等，探索社區(qū)文化的多元化形式，深化社區(qū)群眾的環(huán)保意識，在社區(qū)內(nèi)去辦大型公益環(huán)?；顒?

4 數(shù)據(jù)自動獲取

當(dāng)前，我省各市的空氣質(zhì)量指數(shù)可以通過河北省空氣質(zhì)量自動實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢，網(wǎng)站地址為：http：／／121.28.49.85：8080／.該網(wǎng)站提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和每日數(shù)據(jù)兩類數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的公開給了大眾很好的參考，也有利于相關(guān)學(xué)者對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析.類似的公布空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)站還有一些，然而幾乎沒有網(wǎng)站提供空氣質(zhì)量的歷史數(shù)據(jù)，這給想要收集歷史數(shù)據(jù)的研究者帶來了麻煩.在河北省環(huán)保廳的官方網(wǎng)站上，我省各市的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)日報(bào)是公開的，這些數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)的html格式，網(wǎng)址為http：／／121.28.49.85：8080／datas／day／include.html.，比如保定市的數(shù)據(jù)見圖2：

圖2 保定市空氣質(zhì)量指數(shù)html數(shù)據(jù)

使用matlab程序，利用正則表達(dá)式進(jìn)行文本匹配自動記錄每天的數(shù)據(jù)，并且存儲到一個(gè)excel文件.由于空氣質(zhì)量分級是根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)劃分的，因此只需記錄空氣質(zhì)量指數(shù)和主要污染物類型.把matlab程序加入到系統(tǒng)的任務(wù)計(jì)劃中就可以自動執(zhí)行了.自動獲取數(shù)據(jù)主要代碼見表4：

表4 自動獲取數(shù)據(jù)Matlab代碼

5 結(jié) 論

空氣質(zhì)量受到多種因素的影響，其中主要包括地理環(huán)境因素，城市污染物排放（工業(yè)廢氣、汽車尾氣等）以及大眾的環(huán)保意識.一般地，地理環(huán)境屬于自然形成的，對于它的改良要綜合考慮，難度較大，投入較多，且后期結(jié)果不好預(yù)測.因此，重點(diǎn)應(yīng)放在控制人為因素方面.城市污染物排放是人為可控因素，主要有工業(yè)廢氣排放、汽車尾氣排放、節(jié)假日煙花燃放等.環(huán)保意識的深化和加強(qiáng)也是有效促進(jìn)環(huán)境改善的方法.

［1］周濤，汝小龍.北京市霧霾天氣成因及治理措施研究［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2012，2：12～16

［2］段再明，解析山西霧霾天氣的成因［J］.太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，5：539～541

［3］孫霞，銀燕，韓洋，肖輝，孫玉穩(wěn)，李寶東.石家莊地區(qū)霧霾天氣下云滴和云凝結(jié)核的分布特征［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2012，32（7）：1165～1170

［4］環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）（HJ 633－2012），2012：1～12

［5］劉雪梅，田悅芳.河北省加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)總體思路研究［J］.社會科學(xué)論壇，2011，12：222～226

［6］河北省科技廳2010年軟科學(xué)課題組，河北省生態(tài)文明建設(shè)路徑的分析與法制思考［J］.全國商情：經(jīng)濟(jì)理論研究，2010，11：6～8

［7］鄭彩云，河北省利用外商直接投資對生態(tài)環(huán)境的影響分析［D］.河北大學(xué)，2008