呂 鑫，郝連秀，郭慶彪

(1.滁州學(xué)院 地理信息與旅游學(xué)院，安徽 滁州 239000；2.黑龍江第五測(cè)繪地理信息工程院，哈爾濱 150006；3. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇 徐州 221008)

安徽省空氣質(zhì)量時(shí)空分布特征分析

呂 鑫1，郝連秀2，郭慶彪3

(1.滁州學(xué)院 地理信息與旅游學(xué)院，安徽 滁州 239000；2.黑龍江第五測(cè)繪地理信息工程院，哈爾濱 150006；3. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇 徐州 221008)

針對(duì)我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀及研究熱點(diǎn)區(qū)域，為了解安徽省空氣質(zhì)量狀況，對(duì)安徽省16個(gè)覆蓋空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的地級(jí)市的空氣質(zhì)量進(jìn)行分析。根據(jù)2015年1—6月份期間的空氣質(zhì)量指數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用ArcGIS和SigmaPlot等分析統(tǒng)計(jì)軟件，初步獲得安徽省環(huán)境空氣質(zhì)量的時(shí)空分布格局。結(jié)果表明：研究期間安徽省各地級(jí)市的空氣質(zhì)量整體呈隨時(shí)間而提高的趨勢(shì)；省內(nèi)空氣質(zhì)量存在一定程度的南北空間差異，即南部城市的空氣質(zhì)量?jī)?yōu)于北部城市，且以合肥、淮北空氣質(zhì)量為最差，以黃山、池州空氣質(zhì)量為最優(yōu)，城市工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r是影響其空氣質(zhì)量的重要因子之一；各市AQI存在不同程度的月內(nèi)波動(dòng)性，空氣質(zhì)量越好的月份AQI的值域分布越集中，空氣質(zhì)量越差的月份AQI的值域分布越離散。

空氣質(zhì)量；空氣質(zhì)量指數(shù)；安徽省；時(shí)空分布；箱線圖

1 研究背景

隨著我國(guó)地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，能源消耗持續(xù)增長(zhǎng)，工業(yè)進(jìn)程步伐加快，以及人口的增長(zhǎng)，區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量隨之承受了巨大壓力[1-4]。地域遼闊、地勢(shì)多變、生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜、氣候多變；人口分布不均、工業(yè)布局不平衡，使得我國(guó)空氣質(zhì)量存在空間分布差異大、區(qū)域特征顯著等特點(diǎn)。對(duì)不同地區(qū)的空氣質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)研究，掌握其來(lái)源及時(shí)空分布特征，可為開(kāi)展全國(guó)范圍內(nèi)的大氣環(huán)境污染及氣候變化的影響機(jī)制研究等工作提供科學(xué)依據(jù)。

目前，我國(guó)對(duì)于城市空氣質(zhì)量的研究與分析主要集中在華東地區(qū)，尤其是污染較為嚴(yán)重的京津冀地區(qū)[5-8]。安徽省各地區(qū)的空氣質(zhì)量狀況尚無(wú)較為系統(tǒng)的研究。本文對(duì)安徽省各地級(jí)市的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析，以期獲得安徽省各地級(jí)市環(huán)境空氣質(zhì)量的時(shí)空分布情況。

2 資料與方法

2.1 研究區(qū)概況

安徽省位于我國(guó)東南部，毗鄰蘇、浙、魯、鄂、豫、贛6省，是華東地區(qū)跨江近海的內(nèi)陸省份。安徽省地處暖溫帶與亞熱帶過(guò)渡地區(qū)，氣候溫暖濕潤(rùn)，四季分明。氣溫一般南高于北，全省年平均氣溫在14～17 ℃之間。安徽省水資源豐富，我國(guó)5大淡水湖之一的巢湖橫臥江淮，長(zhǎng)江、淮河橫貫全境，境內(nèi)全長(zhǎng)共430 km。安徽省地勢(shì)西南高，東北低；地形地貌呈現(xiàn)多樣性，以平原、丘陵和低山為主。其中，平原面積占全省總面積的31.3%，丘陵占29.5%，山區(qū)占31.2%，湖沼洼地占8.0%。

安徽省總面積13.96萬(wàn)km2，地域范圍在東經(jīng)114°54′～119°37′與北緯29°41′～34°38′之間。全省包括17個(gè)地級(jí)市，44個(gè)市轄區(qū)，5個(gè)縣級(jí)市以及56個(gè)縣。各地級(jí)市地理位置如圖1所示。

圖1 安徽省各地級(jí)市地理分布Fig.1 Geographical location of each city in Anhui province

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法介紹

空氣質(zhì)量指數(shù)(Air Quality Index, AQI)是遵循環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)各項(xiàng)空氣污染物(SO2，NO2，CO，O3，PM10，PM2.5)對(duì)生態(tài)環(huán)境及人體健康產(chǎn)生的影響程度，將常規(guī)監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)空氣污染物濃度簡(jiǎn)化為單一的數(shù)值形式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)[9-11]。其計(jì)算式為

(1)

式中：n為污染物項(xiàng)目數(shù)量；IAQI為空氣質(zhì)量分指數(shù)，其計(jì)算依據(jù)為

(2)

式中:IAQIP為污染物項(xiàng)目P的空氣質(zhì)量分指數(shù)；CP為污染物項(xiàng)目P的質(zhì)量濃度值；BPHi和BPLO分別與CP相近的污染物濃度限值的高位值和低位值；IAQIHi和IAQILO分別為與BPHi和BPLO對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)。

由于安徽省部分城市的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)于2015年建成，故選擇省內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)覆蓋較為全面的2015年1—6月份期間的AQI監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。時(shí)序分析并以月份為分析單元，月均值由小時(shí)均值計(jì)算而得?？臻g分析首先以安徽省地級(jí)市行政區(qū)劃矢量圖作為底圖數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件對(duì)各地級(jí)市的屬性字段添加AQI月均值數(shù)據(jù)字段，建立圖形數(shù)據(jù)一體化數(shù)據(jù)庫(kù)；其次利用SigmaPlot軟件制作各市各月AQI分布箱線圖，從而實(shí)現(xiàn)安徽省各市AQI分布特點(diǎn)的直觀表達(dá)。

3 結(jié)果分析與表達(dá)

3.1 時(shí)序分布特征

AQI根據(jù)數(shù)值分為優(yōu)(0300)6個(gè)級(jí)別。AQI能夠綜合體現(xiàn)城市的空氣質(zhì)量狀況， 2015年1—6月份期間安徽省各市AQI的時(shí)序動(dòng)態(tài)變化及各月空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)百分比統(tǒng)計(jì)分別見(jiàn)圖2和表1(其中黃山2，3，5月份數(shù)據(jù)缺失，參與統(tǒng)計(jì)計(jì)算的有1，4，6月份；銅陵2月份數(shù)據(jù)缺失，參與統(tǒng)計(jì)計(jì)算的有1，3，4，5，6月份)。

圖2 2015年1—6月份期間安徽省各市AQI時(shí)序分布Fig.2 Temporal distrbution of AQI of each city in Anhui Province from January to June in 2015

由圖2和表1可知，2015年1—6月份期間，安徽省各地級(jí)市的空氣質(zhì)量整體呈逐月好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)：1月份各地級(jí)市空氣質(zhì)量整體較差，有10個(gè)城市的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率不足50%，僅池州空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率超過(guò)了80%；2月份各市空氣質(zhì)量?jī)?yōu)于1月份，各市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率明顯提升，僅淮北不足50%；3，4月份各市整體空氣質(zhì)量均呈現(xiàn)較好態(tài)勢(shì)，空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率超過(guò)80%的城市分別增至13和12個(gè)，達(dá)到100%達(dá)標(biāo)率的分別有1個(gè)和3個(gè)，全省空氣質(zhì)量明顯提升；5月份空氣質(zhì)量較3,4月份稍有降低，全省空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率不足80%的城市增至11個(gè)，但空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率全部超過(guò)或達(dá)到50%；6月份為研究期間各市空氣質(zhì)量最優(yōu)月份，有8個(gè)市的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率達(dá)到90%以上，其中4市的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率達(dá)到100%。從研究期間觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，安徽省各市空氣質(zhì)量以冬季月份最差，夏季月份最優(yōu)，夏季優(yōu)良的空氣質(zhì)量與豐富的降水量有關(guān)(以合肥市為例，夏季月份有16 d存在不同程度的降雨)。

表1 2015年1—6月份安徽省各市空氣質(zhì)量月達(dá)標(biāo)天數(shù)百分比

Table 1 Percentages of the days reaching air quality satandard in each city of Anhui Province from January to June in 2015

城市達(dá)標(biāo)天數(shù)百分比/%1月份2月份3月份4月份5月份6月份合肥(He)30．050．065．575．972．486．2蕪湖(W)41．975．093．596．771．0100．0馬鞍山(M)32．364．393．590．080．683．3蚌埠(B)40．760．783．982．870．082．8淮南(HN)48．063．093．188．092．986．2淮北(HB)45．242．980．670．077．466．7銅陵(T)48．3—96．8100．050．096．4安慶(A)71．075．093．592．353．6100．0黃山(Hu)74．2——100．0—100．0滁州(C)48．467．996．883．358．173．3阜陽(yáng)(F)43．375．089．776．774．296．7宿州(S)46．760．774．279．396．776．7六安(L)64．376．989．396．374．2100．0池州(CHI)80．6100．0100．0100．074．296．3亳州(BO)54．864．387．189．796．775．9宣城(X)54．863．696．889．760．096．6

注：表中加下劃線為當(dāng)月達(dá)標(biāo)天數(shù)最少；粗體為當(dāng)月達(dá)標(biāo)天數(shù)最多。

3.2 空間變化特征

2015年1—6月份安徽省各市AQI空間分布情況如圖3所示。

圖4 2015年1—6月份安徽省各市AQI箱線圖Fig.4 Boxplots of AQI of each city in Anhui Province from January to June in 2015

圖3 2015年1—6月份安徽省各市AQI空間分布Fig.3 Spatial distrbution of AQI of each city in Anhui Province from January to June in 2015

由圖3可知，2015年1—6月份安徽省各市AQI月均值在41～137范圍內(nèi)波動(dòng)。安徽省空氣質(zhì)量空間分布存在著一定程度的南北差異，南部城市的空氣質(zhì)量要優(yōu)于北部城市。表1橫向來(lái)看，6個(gè)月中，省會(huì)城市合肥和位于北部的淮北的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率為各市中最低，位于南部的黃山和池州的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率均有3個(gè)月達(dá)到100%。探究其原因，據(jù)安徽省統(tǒng)計(jì)局對(duì)2014年安徽各市的統(tǒng)計(jì)資料：合肥市發(fā)電量184.25億kW·h、水泥產(chǎn)量2276.29萬(wàn)t、鋼鐵產(chǎn)量208.48萬(wàn)t，且合肥市規(guī)模以上(全部年主營(yíng)業(yè)務(wù)收入在2 000萬(wàn)元及以上的工業(yè)企業(yè))工業(yè)產(chǎn)業(yè)種類多、數(shù)量大，居全省首位；淮北市發(fā)電量160.2億kW·h，水泥鋼鐵等工業(yè)產(chǎn)業(yè)作用不大，但市內(nèi)存在幾百處煤礦區(qū)，原煤、洗煤產(chǎn)量達(dá)8668.4萬(wàn)t。而空氣質(zhì)量最佳的黃山市作為國(guó)家園林城市的旅游勝地，重點(diǎn)推進(jìn)文化生態(tài)保護(hù)區(qū)建設(shè)、主推農(nóng)林茶業(yè)；池州市發(fā)電量?jī)H40.35億kW·h、水泥產(chǎn)量192.94萬(wàn)t、鋼鐵產(chǎn)量171.63萬(wàn)t，工業(yè)產(chǎn)量遠(yuǎn)低于合肥等高污染城市。綜上，除地理區(qū)位及區(qū)域氣象條件等影響外，城市工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r應(yīng)當(dāng)是影響城市空氣質(zhì)量的重要因素之一。

箱線圖(Boxplot)是利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中的5個(gè)統(tǒng)計(jì)量：最小值、下四分位數(shù)、中位數(shù)、上四分位數(shù)與最大值來(lái)描述數(shù)據(jù)的一種方法，可直觀表達(dá)數(shù)據(jù)的對(duì)稱性及分布特點(diǎn)信息。圖4為2015年1-6月安徽省各市AQI箱線圖，圖中各市名稱以表1中各市縮寫(xiě)字母代替。

由圖4中各月各市存在的離群點(diǎn)及最值分布可知，各市AQI存在不同程度的月內(nèi)波動(dòng)性。箱體部分體積信息表達(dá)的是組內(nèi)數(shù)據(jù)分布的密集離散程度，則可知，空氣質(zhì)量越好的月份AQI的值域分布越集中，空氣質(zhì)量越差的月份分布越離散。6月份空氣質(zhì)量較差的合肥市AQI呈左偏分布，說(shuō)明AQI多集中在較小值區(qū)域，與6月份全省城市空氣質(zhì)量吻合較好，合肥其余月份AQI呈近似正態(tài)分布；淮北1月份和2月份呈現(xiàn)顯著的右偏分布，表明AQI多集中在較大值區(qū)域。由此可知，合肥和淮北較差的月平均空氣質(zhì)量并非離群點(diǎn)的高值導(dǎo)致，而是常態(tài)化的平均水平。

4 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)2015年1—6月份安徽省各地級(jí)市的空氣質(zhì)量指數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，初步獲得了安徽省空氣質(zhì)量的時(shí)序變化和空間格局分布特征，得到以下結(jié)論：

(1) 2015年上半年，安徽省各市空氣質(zhì)量呈逐月提高態(tài)勢(shì)，以冬季1月份為最差，夏季6月份為最優(yōu)。

(2) 安徽省空氣質(zhì)量空間分布存在著一定程度的南北差異，南部城市的空氣質(zhì)量?jī)?yōu)于北部城市；省會(huì)城市合肥和位于北部的淮北的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率為各市中最低，位于南部的黃山和池州的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率相對(duì)較高。城市工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r是影響城市空氣質(zhì)量的重要因素之一。

(3) AQI分布箱線圖表明，各市AQI存在不同程度的月內(nèi)波動(dòng)性，空氣質(zhì)量越好的月份AQI的值域分布越集中，空氣質(zhì)量越差的月份AQI的值域分布越離散。

本文主要研究目的是對(duì)安徽省空氣質(zhì)量時(shí)序變化和空間格局分布進(jìn)行初步分析，為宏觀把握安徽省空氣質(zhì)量在全國(guó)范圍內(nèi)的地位提供科學(xué)依據(jù)。下一步工作應(yīng)結(jié)合安徽省各地區(qū)的城市特點(diǎn)、區(qū)位發(fā)展進(jìn)程，以及氣象因素等多種空氣質(zhì)量影響因素，進(jìn)一步對(duì)安徽省空氣質(zhì)量時(shí)空分布格局及其成因進(jìn)行深入研究。

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(編輯：羅 娟)

Temporal and Spatial Distribution of Air Qualityin Anhui Province

Lü Xin1，HAO Lian-xiu2，GUO Qing-biao3

(1.Geographic Information and Tourism College, Chuzhou University, Chuzhou 239000, China; 2.Fifth Geographic Information Engineering Institute of Surveying and Mapping, Harbin 150006,China； 3.School of Environment Science and Spatial Informatics，China University of Mining and Technology， Xuzhou 221008，China)

In view of the air quality situation in China, the air qualities of 16 cities of Anhui Province where monito-ring stations are located were analyzed. The temporal and spatial distributions of air quality of Anhui Province arepreliminarily obtained based on monitoring data of air quality index from January to June in 2015 by using ArcGIS and SigmaPlot. Results show that 1) air quality in each city of Anhui Province improves with time; 2) the air quality of cities in southern Anhui is better than that in northern cities, worst in Hefei and Huaibei and best in Huangshan and Chizhou. The development of urban industry is an important factor which affects the air quality; 3) the AQI (air quality index) of each city fluctuates to different extents in different months. The value range of AQI concentrates in months of good air quality, and gets discrete in months of poor air quality.

air quality; air quality index; Anhui Province; spatial-temporal distribution; boxplot

2015-09-17；

2015-11-05

安徽省高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2015B16)

呂 鑫(1989-)，女，黑龍江哈爾濱人，助教，碩士，主要從事大氣環(huán)境及氣溶膠方面研究，(電話)14790126367(電子信箱)lvxinbetter@163.com。

10.11988/ckyyb.20150794

2016,33(12):144-147，152

TP79

A

1001-5485(2016)12-0144-04