康曉風(fēng)，王 光，張明華，張 迪，孫 麗

1．中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012

2．河北省環(huán)境監(jiān)測中心站，河北 石家莊 050037

2013年以來，中國中東部地區(qū)連年出現(xiàn)嚴重的灰霾天氣。2013年1月和2014年2月，都發(fā)生了持續(xù)時間超過一周的大規(guī)模嚴重灰霾，其中京津冀地區(qū)尤為嚴重?！?013年中國環(huán)境狀況公報》顯示:2013年京津冀區(qū)域13個地級及以上城市達標天數(shù)比例范圍為10.4% ～79.2%，平均僅為37.5%?；姻驳慕M成成分非常復(fù)雜，可能包括數(shù)百種大氣顆粒物，其中有害人類健康的主要是PM10，它能直接進入并粘附在人體上下呼吸道和肺葉中。近年來，京津冀地區(qū)鋼鐵、石化等重工業(yè)發(fā)展迅速，能源消耗迅速增長，被認為是灰霾發(fā)生的重要原因?；疑P(guān)聯(lián)分析方法根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度(亦即“灰色關(guān)聯(lián)度”)衡量因素間關(guān)聯(lián)程度，對于一個系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢提供了量化的度量，非常適合動態(tài)歷程分析。利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，分析京津冀地區(qū)的PM10濃度變化與主要經(jīng)濟指標的關(guān)系，試圖分析京津冀地區(qū)空氣污染原因，為今后制定污染控制措施提供參考。

1 分析方法與數(shù)據(jù)選取

1.1 灰色關(guān)聯(lián)度分析方法

灰色關(guān)聯(lián)分析是一種用灰色關(guān)聯(lián)度順序來描述因素間關(guān)系的強弱、大小、次序的系統(tǒng)理論分析方法。具有樣本需求量少，數(shù)據(jù)分布規(guī)律要求低，精準度高，工作量少，定量分析與定性分析結(jié)果高度一致等優(yōu)點［1-2］。該理論最早由鄧聚龍教授于1982年提出，目前應(yīng)用十分廣泛，滲透到社會和自然科學(xué)各個領(lǐng)域［3-11］。

灰色關(guān)聯(lián)分析的基本原理是確定所要分析數(shù)據(jù)序列，并設(shè)置一個母序列［］和若干子序列［］。母序列表示為分析樣本等因變量，子序列表示為分析樣本等自變量。對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，常用的方法有初值化和均值化等。采用初值化進行處理的相關(guān)公式為

計算母序列與子序列之間的絕對差值序列公式為

式中:K為分辨系數(shù)，0.1≤K≤1，一般取0.5;Δmin為各個因素間各時刻的最小絕對差，一般為0;Δmax為各個因素間各時刻的最大絕對差;Δij(tk)為比較時刻因素間的絕對差;Lij(tk)為第i個子因素(xi)對第j個母因素(yi)在k時刻t的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

將每一比較序列各個時刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)集中體現(xiàn)在一個值上，這一數(shù)值即灰色關(guān)聯(lián)度，一般用算

計算母序列和各子序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)公式為

式中:rij表示第i個子因素與第j個母因素的關(guān)聯(lián)度。

1.2 指標選擇和數(shù)據(jù)來源

一般認為，“兩高一資”產(chǎn)業(yè)是環(huán)境污染的主要原因。《大氣污染防治行動計劃》中，最主要的污染治理措施是控制污染物的總量減排。主要包括3個方面:淘汰燃煤小鍋爐;鋼鐵、火電、水泥、化工、石化、有色等行業(yè)污染治理和清潔生產(chǎn)審核;治理城市揚塵。大氣顆粒物的來源，通常貢獻率比較大的幾種排放源為燃煤煙塵、冶金工業(yè)、汽車尾氣、建筑施工以及地面揚塵等［12］。因此在主要經(jīng)濟指標中，選取了GDP、鋼鐵產(chǎn)量、煤炭消費總量、原油消費總量、天然氣消費總量5項指標作為子因素。京津冀地區(qū)空氣污染主要是顆粒物超標，考慮到灰霾因素，PM2.5年均質(zhì)量濃度應(yīng)該是合適的指標，但因多數(shù)城市從2013年才開始監(jiān)測PM2.5，基于數(shù)據(jù)可得性與可比性，選擇城市PM10年均質(zhì)量濃度代表空氣質(zhì)量指標作為母因素。

各項指標選取2007—2012年數(shù)據(jù)。其中，PM10年均質(zhì)量濃度來源于北京市、天津市、河北省2007—2012年《環(huán)境狀況公報》［13-15］，5 項經(jīng)濟指標的數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局官網(wǎng)數(shù)據(jù)庫［16］。

考慮到區(qū)域傳輸因素，選取以下指標進行灰色關(guān)聯(lián)度分析:京津冀地區(qū)PM10年均質(zhì)量濃度與主要經(jīng)濟指標的灰色關(guān)聯(lián)度分析;北京市PM10年均質(zhì)量濃度與北京市主要經(jīng)濟指標的灰色關(guān)聯(lián)度分析;北京市PM10年均質(zhì)量濃度與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的灰色關(guān)聯(lián)度分析;天津市PM10年均質(zhì)量濃度與天津市主要經(jīng)濟指標的灰色關(guān)聯(lián)度分析;天津市PM10年均質(zhì)量濃度與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的灰色關(guān)聯(lián)度分析;河北省PM10年均質(zhì)量濃度與河北省主要經(jīng)濟指標的灰色關(guān)聯(lián)度分析;河北省PM10年均質(zhì)量濃度與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的灰色關(guān)聯(lián)度分析。術(shù)平均法計算。記數(shù)列Xi對數(shù)列Yj的關(guān)聯(lián)度為rij，公式為

2 方法的應(yīng)用及結(jié)果分析

2.1 方法應(yīng)用

以京津冀地區(qū)2007—2012年主要經(jīng)濟指標和城市PM10年均質(zhì)量濃度為對象，進行灰色關(guān)聯(lián)度分析。原始數(shù)據(jù)見表1。

表1 京津冀地區(qū)PM10年均質(zhì)量濃度與主要經(jīng)濟指標值

2.1.1 無量綱化處理

針對所選取的指標，采用初值化進行無量綱化處理，結(jié)果如下:

2.1.2 絕對差值的計算

將無量綱化后的數(shù)值代入公式(2)，計算絕對差值，各年度絕對差值見表2。

表2 Y與Xi的絕對值差

2.1.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)的計算

由表2 可以看出，Δmax=1.495，Δmin=0，將數(shù)值帶入公式(3)，則得關(guān)聯(lián)系數(shù):

把表2中的絕對值差帶入公式(5)，即可計算出關(guān)聯(lián)系數(shù)。Xi與Y的關(guān)聯(lián)系數(shù)見表3。

表3 關(guān)聯(lián)系數(shù)

2.1.4 關(guān)聯(lián)度的計算

將表3中的關(guān)聯(lián)系數(shù)代入公式(4)，計算得出京津冀地區(qū)PM10與主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度為0.620、0.631、0.790、0.713、0.567。北京市、天津市、河北省的PM10年均質(zhì)量濃度與不同區(qū)域的經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度計算方法與上述方法相同。

2.2 結(jié)果分析

京津冀地區(qū)PM10年均質(zhì)量濃度與煤炭消費總量關(guān)聯(lián)度最大，與天然氣消費總量關(guān)聯(lián)度最小，關(guān)聯(lián)度數(shù)值見表4。由表4可得，京津冀地區(qū)PM10年均質(zhì)量濃度與主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)序為煤炭消費總量＞原油消費總量＞鋼鐵產(chǎn)量＞GDP＞天然氣消費總量。

表4 京津冀地區(qū)PM10與主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度

從京津冀地區(qū)PM10年均質(zhì)量濃度與主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)曲線(圖1)可以看出，煤炭消費量對空氣質(zhì)量的影響長期處于前列。京津冀地區(qū)作為國家的重工業(yè)基地，對煤炭需求量大，2007—2012年，京津冀地區(qū)煤炭消費量增幅達23.7%。有研究表示:煤炭燃燒排放出的大氣污染物是整個京津冀地區(qū)灰霾的最大根源［17］;這也與研究利用關(guān)聯(lián)分析測算出來的結(jié)果相一致。

圖1 京津冀地區(qū)PM10與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)曲線

京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標與北京市、天津市、河北省PM10年均質(zhì)量濃度的關(guān)聯(lián)度數(shù)值雖然各不相同，但關(guān)聯(lián)度從大到小的順序完全一致，分別為煤炭消費總量＞原油消費總量＞鋼鐵產(chǎn)量＞GDP＞天然氣消費總量。煤炭消費總量、原油消費總量和鋼鐵產(chǎn)量排在前三，GDP和天然氣消費量與PM10年均質(zhì)量濃度的關(guān)聯(lián)性低。

3個省市的關(guān)聯(lián)曲線如圖2～圖4所示，關(guān)聯(lián)度數(shù)值見表5。

圖2 北京市PM10年均質(zhì)量濃度與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)曲線

圖3 天津市PM10年均質(zhì)量濃度與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)曲線

圖4 河北省PM10年均質(zhì)量濃度與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)曲線

圖2～圖4可以看出，3個省市與5項主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)性中北京市與河北省相似，天津市波動性較大但整體趨勢與前兩者相同。煤炭消費總量、原油消費總量和鋼鐵產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)較大，一直在較高水平波動。GDP、天然氣消費總量的關(guān)聯(lián)系數(shù)相對較小，且PM10與京津冀地區(qū)5項主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)有明顯的降低趨勢。

表5 北京市、天津市、河北省PM10年均質(zhì)量濃度與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度

2.2.2 北京市情況

北京市PM10年均質(zhì)量濃度與北京市煤炭消費總量的關(guān)聯(lián)度位居第一，在5項主要經(jīng)濟指標中關(guān)系最為密切，關(guān)聯(lián)度數(shù)值見表6。北京PM10年均質(zhì)量濃度與北京市主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)序為煤炭消費總量＞鋼鐵產(chǎn)量＞原油消費總量＞GDP＞天然氣消費總量。

表6 北京市PM10年均質(zhì)量濃度與北京市主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度

北京市PM10年均質(zhì)量濃度與主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)見圖5。

1.2 胰腺癌組織芯片制作 將 FFPE 胰腺癌組織標本常規(guī)制成 H-E 切片，再根據(jù) H-E 切片確定具有代表性的腫瘤部位及癌旁組織，應(yīng)用商品化 Recipient Block 模塊（1.5 mm，9×10；Quick-Ray）和手工 Quick Ray 組織芯片制作槍（韓國UINTMA 公司）制備組織芯片。另外制作 20例小樣本的胰腺癌組織芯片用于雜交條件優(yōu)化。

圖5 北京市PM10年均質(zhì)量濃度與北京市主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)曲線

從圖5可見，煤炭消費總量與PM10年均質(zhì)量濃度的關(guān)聯(lián)系數(shù)5 a來保持平穩(wěn)態(tài)勢，且居高不下。PM10年均質(zhì)量濃度與鋼鐵產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)出現(xiàn)波動，估計與首鋼在2005—2010年期間陸續(xù)搬出北京市有關(guān)。與其他城市相比，北京市機動車保有量相對較高，原油消費量大，與PM10年均質(zhì)量濃度的關(guān)聯(lián)度較高，排名第三。

與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度相比，北京市5項經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度均高于前者，說明北京市空氣質(zhì)量受自身影響明顯。以煤炭消費總量為例，北京市PM10年均質(zhì)量濃度與本地煤炭消費總量的關(guān)聯(lián)度為0.942，與京津冀煤炭消費總量的關(guān)聯(lián)度為0.753，高出25%。其中，煤炭消費總量均位居第一;鋼鐵產(chǎn)量和原油消費總量為二、三名，但2種情況下，排名有所不同。

2.2.3 天津市情況

天津市PM10年均質(zhì)量濃度與煤炭消費總量的關(guān)聯(lián)度排第一，關(guān)聯(lián)度數(shù)值見表7。天津市PM10年均質(zhì)量濃度與天津市主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)序為煤炭消費總量＞原油消費總量＞鋼鐵產(chǎn)量＞天然氣消費總量＞GDP。

表7 天津市PM10年均質(zhì)量濃度與天津市主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度

天津市PM10年均質(zhì)量濃度與主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)曲線見圖6。

圖6 天津市PM10年均質(zhì)量濃度與天津市主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)曲線

從圖6可以看出，5項主要經(jīng)濟指標在2007—2012年期間整體呈下降趨勢，煤炭消費量長期居于高位，成為與PM10年均質(zhì)量濃度關(guān)聯(lián)度最高的指標。在天津市發(fā)布的顆粒物源解析結(jié)果中，揚塵、燃煤、機動車、工業(yè)生產(chǎn)等為主要污染物［18］，燃煤排第二，對大氣污染的貢獻率較高，這與研究測算的煤炭消費總量與PM10關(guān)聯(lián)度高的結(jié)果相一致。同時，天津石化產(chǎn)業(yè)突出，匯聚了天津石化、渤?；さ榷嗉姨卮笮突て髽I(yè)，除了消化天津市本地開采的石油外，還將消化國外進口石油，故原油消費總量對空氣質(zhì)量也有較大影響。

與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度相比，京津冀地區(qū)5項經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度均高于天津市，說明天津市空氣質(zhì)量受區(qū)域傳輸影響較大。關(guān)聯(lián)度排在前三名的經(jīng)濟指標，天津與京津冀地區(qū)一致，依次為煤炭消費總量、原油消費總量、鋼鐵產(chǎn)量。

2.2.4 河北省情況

以鋼鐵、石化等作為支柱產(chǎn)業(yè)的河北省，測算結(jié)果與其他2個城市有所不同。結(jié)果顯示，鋼鐵產(chǎn)量與PM10年均質(zhì)量濃度的關(guān)聯(lián)度位居第一，這也與河北是鋼鐵大省的實際情況相符合。河北省PM10年均質(zhì)量濃度與省內(nèi)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)序為鋼鐵產(chǎn)量＞原油消費總量＞GDP＞煤炭消費總量＞天然氣消費總量，關(guān)聯(lián)度數(shù)據(jù)見表8。

表8 河北省PM10年均值與省內(nèi)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度

從河北省PM10年均質(zhì)量濃度與主要經(jīng)濟指標關(guān)聯(lián)曲線圖(圖7)可看出，5項經(jīng)濟指標與PM10年均質(zhì)量濃度的關(guān)聯(lián)度均呈平穩(wěn)下降趨勢，這與河北省近幾年下大力量壓縮過剩鋼鐵產(chǎn)能，推進大氣污染綜合治理攻堅行動等措施密切相關(guān)。雖然河北省近幾年壓減了鋼鐵產(chǎn)能規(guī)模，但鋼鐵產(chǎn)量依然在與空氣質(zhì)量關(guān)聯(lián)度上具有突出優(yōu)勢。

圖7 河北省PM10年均質(zhì)量濃度與省內(nèi)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)曲線

與京津冀地區(qū)主要經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度相比，河北省的差異性較大。與京津冀經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度，煤炭消費總量、原油消費總量、鋼鐵總量排前三，關(guān)聯(lián)度值分別為0.786、0.711、0.630;與本地經(jīng)濟指標的關(guān)聯(lián)度，鋼鐵產(chǎn)量、原油消費總量、GDP排前三，關(guān)聯(lián)度值分別為 0.775、0.695、0.625。這種差異性，說明相比區(qū)域傳輸?shù)挠绊懀颖笔】諝赓|(zhì)量受自身影響更大。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

京津冀地區(qū)、北京市、天津市、河北省的主要經(jīng)濟指標與PM10年均質(zhì)量濃度的關(guān)聯(lián)度均呈下降趨勢，煤炭消費總量、原油消費總量、鋼鐵產(chǎn)量多位居前三，這與京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點相符合。

北京市、河北省空氣質(zhì)量受自身影響明顯，天津市空氣質(zhì)量受區(qū)域傳輸影響較大。

3.2 建議

建議北京市加大“控煤”力度，通過淘汰煤炭消耗量大的落后產(chǎn)能，逐步提高接受外輸電比例、增加天然氣供應(yīng)、加大非石化能源利用強度等措施，降低煤炭消費量。

天津市受唐山市、滄州市及北京市等周邊重污染城市的污染物傳輸影響顯著，建議加強區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控，建立區(qū)域統(tǒng)一的污染防治平臺，推進污染物協(xié)同減排，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)作與屬地管理相協(xié)調(diào)。

河北省作為國內(nèi)最大的鋼鐵生產(chǎn)基地，建議重點加強鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，壓縮過剩產(chǎn)能，推進位于城市主城區(qū)鋼鐵企業(yè)的搬遷、改造，以降低對空氣污染的貢獻率。

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