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.黑龍江第五測繪地理信息工程院，哈爾濱 150006；3. 中國礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221008)

安徽省空氣質(zhì)量時空分布特征分析

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.黑龍江第五測繪地理信息工程院，哈爾濱 150006；3. 中國礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221008)

針對我國環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀及研究熱點區(qū)域，為了解安徽省空氣質(zhì)量狀況，對安徽省16個覆蓋空氣質(zhì)量監(jiān)測站點的地級市的空氣質(zhì)量進行分析。根據(jù)2015年1—6月份期間的空氣質(zhì)量指數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用ArcGIS和SigmaPlot等分析統(tǒng)計軟件，初步獲得安徽省環(huán)境空氣質(zhì)量的時空分布格局。結(jié)果表明：研究期間安徽省各地級市的空氣質(zhì)量整體呈隨時間而提高的趨勢；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)量優(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；時空分布；箱線圖

1 研究背景

隨著我國地區(qū)經(jīng)濟迅速發(fā)展，能源消耗持續(xù)增長，工業(yè)進程步伐加快，以及人口的增長，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，使得我國空氣質(zhì)量存在空間分布差異大、區(qū)域特征顯著等特點。對不同地區(qū)的空氣質(zhì)量進行系統(tǒng)研究，掌握其來源及時空分布特征，可為開展全國范圍內(nèi)的大氣環(huán)境污染及氣候變化的影響機制研究等工作提供科學(xué)依據(jù)。

目前，我國對于城市空氣質(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)量狀況尚無較為系統(tǒng)的研究。本文對安徽省各地級市的空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理與分析，以期獲得安徽省各地級市環(huán)境空氣質(zhì)量的時空分布情況。

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渡地區(qū)，氣候溫暖濕潤，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5大淡水湖之一的巢湖橫臥江淮，長江、淮河橫貫全境，境內(nèi)全長共430 km。安徽省地勢西南高，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個地級市，44個市轄區(qū)，5個縣級市以及56個縣。各地級市地理位置如圖1所示。

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

2.2 數(shù)據(jù)來源與方法介紹

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，依據(jù)各項空氣污染物(SO2，NO2，CO，O3，PM10，PM2.5)對生態(tài)環(huán)境及人體健康產(chǎn)生的影響程度，將常規(guī)監(jiān)測的各項空氣污染物濃度簡化為單一的數(shù)值形式，從而實現(xiàn)對空氣質(zhì)量的綜合評價[9-11]。其計算式為

(1)

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

(2)

式中:IAQIP為污染物項目P的空氣質(zhì)量分指數(shù)；CP為污染物項目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)測站點于2015年建成，故選擇省內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測站點覆蓋較為全面的2015年1—6月份期間的AQI監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。時序分析并以月份為分析單元，月均值由小時均值計算而得?？臻g分析首先以安徽省地級市行政區(qū)劃矢量圖作為底圖數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件對各地級市的屬性字段添加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；其次利用SigmaPlot軟件制作各市各月AQI分布箱線圖，從而實現(xiàn)安徽省各市AQI分布特點的直觀表達。

3 結(jié)果分析與表達

3.1 時序分布特征

AQI根據(jù)數(shù)值分為優(yōu)(0300)6個級別。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的時序動態(tài)變化及各月空氣質(zhì)量達標(biāo)天數(shù)百分比統(tǒng)計分別見圖2和表1(其中黃山2，3，5月份數(shù)據(jù)缺失，參與統(tǒng)計計算的有1，4，6月份；銅陵2月份數(shù)據(jù)缺失，參與統(tǒng)計計算的有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，安徽省各地級市的空氣質(zhì)量整體呈逐月好轉(zhuǎn)的趨勢：1月份各地級市空氣質(zhì)量整體較差，有10個城市的空氣質(zhì)量達標(biāo)率不足50%，僅池州空氣質(zhì)量達標(biāo)率超過了80%；2月份各市空氣質(zhì)量優(yōu)于1月份，各市空氣質(zhì)量達標(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，空氣質(zhì)量達標(biāo)率超過80%的城市分別增至13和12個，達到100%達標(biāo)率的分別有1個和3個，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)量達標(biāo)率不足80%的城市增至11個，但空氣質(zhì)量達標(biāo)率全部超過或達到50%；6月份為研究期間各市空氣質(zhì)量最優(yōu)月份，有8個市的空氣質(zhì)量達標(biāo)率達到90%以上，其中4市的空氣質(zhì)量達標(biāo)率達到100%。從研究期間觀測數(shù)據(jù)來看，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(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)月達標(biāo)天數(shù)最少；粗體為當(dāng)月達標(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。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橫向來看，6個月中，省會城市合肥和位于北部的淮北的空氣質(zhì)量達標(biāo)率為各市中最低，位于南部的黃山和池州的空氣質(zhì)量達標(biāo)率均有3個月達到100%。探究其原因，據(jù)安徽省統(tǒng)計局對2014年安徽各市的統(tǒng)計資料：合肥市發(fā)電量184.25億kW·h、水泥產(chǎn)量2276.29萬t、鋼鐵產(chǎn)量208.48萬t，且合肥市規(guī)模以上(全部年主營業(yè)務(wù)收入在2 000萬元及以上的工業(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8668.4萬t。而空氣質(zhì)量最佳的黃山市作為國家園林城市的旅游勝地，重點推進文化生態(tài)保護區(qū)建設(shè)、主推農(nóng)林茶業(yè)；池州市發(fā)電量僅40.35億kW·h、水泥產(chǎn)量192.94萬t、鋼鐵產(chǎn)量171.63萬t，工業(yè)產(chǎn)量遠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)計數(shù)據(jù)中的5個統(tǒng)計量：最小值、下四分位數(shù)、中位數(shù)、上四分位數(shù)與最大值來描述數(shù)據(jù)的一種方法，可直觀表達數(shù)據(jù)的對稱性及分布特點信息。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中各市縮寫字母代替。

由圖4中各月各市存在的離群點及最值分布可知，各市AQI存在不同程度的月內(nèi)波動性。箱體部分體積信息表達的是組內(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

通過對2015年1—6月份安徽省各地級市的空氣質(zhì)量指數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，初步獲得了安徽省空氣質(zhì)量的時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，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)量優(yōu)于北部城市；省會城市合肥和位于北部的淮北的空氣質(zhì)量達標(biāo)率為各市中最低，位于南部的黃山和池州的空氣質(zhì)量達標(biāo)率相對較高。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安徽省空氣質(zhì)量時序變化和空間格局分布進行初步分析，為宏觀把握安徽省空氣質(zhì)量在全國范圍內(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、區(qū)位發(fā)展進程，以及氣象因素等多種空氣質(zhì)量影響因素，進一步對安徽省空氣質(zhì)量時空分布格局及其成因進行深入研究。

[1] 岳玎利，鐘流舉，曾立民，等. 珠三角地區(qū)冬季大氣細顆粒物理化特性與成因[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2015，38(2)：105-109.

[2] 任斐鵬，江 源，董滿宇，等. 基于遙感和GIS的流域社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)空間化方法研究[J]. 長江科學(xué)院院報, 2015,32(3):112-116.

[3] ZHANG X Y, WANG Y Q, NIU T,etal. Atmospheric Aerosol Compositions in China: Spatial/temporal Variability, Chemical Signature, Regional Haze Distribution and Comparisons with Global Aerosols[J].Atmospheric Chemistry and Physics, 2012, 12 (2):779-799.

[4] TAO Ming-hui, CHEN Liang-fu, WANG Zi-feng,etal. A Study of Urban Pollution and Haze Clouds over Northern China During the Dusty Season Based on Satellite and Surface Observations[J]. Atmospheric Environment, 2014, 82(19): 183-192.

[5] 施曉暉,徐祥德. 北京及周邊氣溶膠區(qū)域影響與大霧相關(guān)特征的研究進展[J]. 地球物理學(xué)報, 2012,55(10):3230-3239.

[6] 姚 青, 蔡子穎, 韓素芹, 等. 天津冬季霧霾天氣下顆粒物質(zhì)量濃度分布與光學(xué)特性[J]. 環(huán)境科學(xué)研究，2014,27(5):462-469.

[7] 滕 曼,姚雅偉,付 強.京津冀地區(qū)環(huán)境空氣PM2.5動監(jiān)測現(xiàn)場比對研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報, 2015,9(1)：331-334.

[8] 伯 鑫, 王 剛, 溫 柔,等. 京津冀地區(qū)火電企業(yè)的大氣污染影響[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2015,35(2)：364-373.

[9] 吳立新，呂 鑫，秦 凱,等.秸稈焚燒期間徐州市空氣污染物時空分布特征分析[J]. 地理與地理信息科學(xué), 2014,30(1)：18-22,31.

[10]孔寒月. 河南省大氣環(huán)境質(zhì)量空間格局及成因分析[J]. 開封教育學(xué)院學(xué)報, 2015,35(7):287-290.

[11]高慶先,劉俊蓉,李文濤,等. 中美空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)對比研究及啟示[J]. 環(huán)境科學(xué), 2015, 36(4):1141-1147.

(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