石寶玉 廖龍靜 李莉莉 李超

摘 要：以合肥市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面板數(shù)據(jù)為樣本，氣體污染物為指標(biāo)，建立空氣質(zhì)量時(shí)空分布模型，從日度、月度和季度三個(gè)維度分析不同區(qū)污染狀況.根據(jù)主成分分析綜合評(píng)價(jià)模型，分析廬陽區(qū)、明珠廣場(chǎng)、三里街等十個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要污染源，并對(duì)各區(qū)污染程度排序.研究結(jié)果表明，NO2和PM2.5是合肥的主要污染物，瑤海區(qū)空氣質(zhì)量最差；濱湖新區(qū)、董鋪水庫(kù)、高新區(qū)、琥珀山莊、明珠廣場(chǎng)和長(zhǎng)江中路空氣污染程度較輕，包河區(qū)、廬陽區(qū)、三里街和瑤海區(qū)的空氣污染較重.

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量；時(shí)空分布；污染源；綜合評(píng)級(jí)；MATLAB

[中圖分類號(hào)]X51 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

文章編號(hào)：1003-6180（2018）02-0004-05

Abstract：Aiming at the problem of air pollution in Hefei， with the index of gaseous pollutants as the starting point， real-time monitoring panel data of air quality in Hefei was selected as the research sample. A spatio-temporal distribution model of air quality is set up to analyze the pollution status in different areas from three aspects of daily， monthly and quarterly； With principal component analysis comprehensive evaluation model， track the main pollution sources of ten monitoring sites in Luyang District， Pearl Plaza and Sanli Street， and sort the degree of pollution in each area： NO2 and PM2.5 are the main pollutants in Hefei， and Yaohai air quality is the worst. Establish the clustering analysis， and the air pollution in Binhu New Area， Dongpu Reservoir， Hi-tech Zone， Amber Mountain Villa， Pearl Plaza and Middle Changjiang Road was relatively light， while the air pollution in Baohe District， Luyang District， Sanli Street and Yaohai District was heavy.

Key words：air quality；spatio-temporal distribution；pollution sources；comprehensive rating；MATLAB

合肥市是安徽省的省會(huì)城市，其經(jīng)濟(jì)總量、增長(zhǎng)率、人均GDP等均位居全省第一.伴隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗逐漸加大，合肥市重污染天氣現(xiàn)象頻繁發(fā)生.合肥市2016年3月～2017年2月的空氣質(zhì)量，“優(yōu)”僅占18%，“良”占53%，“輕度污染”占20%，“中度污染”占6%，“重度污染”占3%.因此，研究合肥市空氣質(zhì)量問題有著重要意義.

1 合肥市環(huán)境空氣質(zhì)量時(shí)空分布特征

1.1 空氣質(zhì)量季節(jié)特征

選取2016年3月1日0時(shí)到2017年2月28日23時(shí)合肥市廬陽區(qū)、明珠廣場(chǎng)、三里街、瑤海區(qū)、長(zhǎng)江中路、董鋪水庫(kù)、濱湖新區(qū)、琥珀山莊、包河區(qū)和高新區(qū)10個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)SO2，NO2，PM10和PM2.5的平均濃度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，夏季的首要污染物是O3，春季和冬季空氣污染嚴(yán)重，SO2，NO2和PM2.5污染物濃度較高.

1.2 單因子指數(shù)分析

單因子指數(shù)統(tǒng)計(jì)顯示：

（1）廬陽區(qū)年日平均單項(xiàng)污染指數(shù)由大到小的排序?yàn)镻M2.5>O3>NO2，明珠廣場(chǎng)和三里街日平均單項(xiàng)污染指數(shù)由大到小的排序?yàn)镺3>PM2.5>NO2，其余7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均單項(xiàng)污染指數(shù)由大到小的排序相同，均為O3>PM2.5>PM10.

（2）NO2年日均濃度單項(xiàng)污染指數(shù)前三位的是廬陽區(qū)、明珠廣場(chǎng)和三里街；SO2年日均濃度的單項(xiàng)污染指數(shù)最高為濱湖新區(qū)；CO年日均濃度單項(xiàng)污染指數(shù)最高為長(zhǎng)江中路，O3年日平均濃度前三甲為瑤海區(qū)、長(zhǎng)江中路和明珠廣場(chǎng)，均超標(biāo)較嚴(yán)重；廬陽區(qū)的PM2.5和PM10年日平均濃度均為最高.

1.3 PM2.5相關(guān)因素分析

采集合肥地區(qū)2017年6月份實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量環(huán)境數(shù)據(jù)，整理得到日度數(shù)據(jù)，分析PM2.5（含量）與AQI監(jiān)測(cè)指標(biāo)中可吸入顆粒物PM10，SO2，CO，NO2和O3之間的相關(guān)性.運(yùn)用MATLAB軟件，作PM2.5與各污染指標(biāo)散點(diǎn)圖，見圖1.

由圖1可知，隨著各指標(biāo)污染濃度的增高，PM2.5含量均有上升趨勢(shì)，存在線性相關(guān)性；PM10的含量與O3存在較高相關(guān)性.

2 構(gòu)建主成分分析綜合評(píng)價(jià)模型

采集合肥市 2016年3月～2017年2月國(guó)控點(diǎn)環(huán)境質(zhì)量中NO2，SO2，CO，O3，PM10，PM2.5六項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù).按時(shí)間段劃分為四個(gè)季度（春季為3月1日至5月31日，夏季為6月1日至8月31日，秋季為9月1日至11月30日，冬季為12月1日至2月28日），計(jì)算其平均污染濃度.

2.1 模型的建立

假定有n個(gè)樣本，每個(gè)樣本共有p個(gè)變量，構(gòu)成一個(gè)n×p階的樣本空間

計(jì)算綜合評(píng)價(jià)得分.考慮到選取主成分的方差貢獻(xiàn)率不同，將各主成分得分分別與方差貢獻(xiàn)率相乘，即最終的綜合評(píng)價(jià)得分.

2.2 模型的求解

利用MATLAB軟件對(duì)各區(qū)域污染物進(jìn)行主成分分析，確定影響空氣質(zhì)量的主要污染因子.將數(shù)據(jù)代入主成分分析模型中，在MATLB軟件中運(yùn)算后得到六個(gè)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣、相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、特征向量.

2.2.1 春季數(shù)據(jù)分析

以表3的春季數(shù)據(jù)為例，NO2，SO2，CO，O3，PM10，PM2.5的主成分列表見表4.表4中列出了所有的主成分，按照特征根的從小到大次序排列.

從表4中可知，第一主成分特征根為2733 5，方差貢獻(xiàn)率為45.56%.根據(jù)累計(jì)貢獻(xiàn)率需到達(dá)85%，由各主成分對(duì)應(yīng)特征向量可知，影響合肥市春季空氣質(zhì)量的主要污染因子有NO2和PM2.5.綜合得分排序見表5.春季高新區(qū)的污染最嚴(yán)重，其次是包河區(qū)，濱湖新區(qū)污染最輕.

2.2.2 夏季數(shù)據(jù)分析

影響合肥市春季空氣質(zhì)量的主要污染因子有NO2和PM2.5.綜合得分排序見表6.夏季瑤海區(qū)污染最嚴(yán)重，其次是高新區(qū)和包河區(qū)及長(zhǎng)江中路，濱湖新區(qū)污染最輕.

2.2.3 秋季數(shù)據(jù)分析

影響合肥市春季空氣質(zhì)量的主要污染因子為PM2.5，綜合得分排序見表7.秋季瑤海區(qū)的污染最嚴(yán)重，長(zhǎng)江中路次之，明珠廣場(chǎng)污染最輕.

2.2.4 冬季數(shù)據(jù)分析

影響合肥市春季空氣質(zhì)量的主要污染因子為NO2，SO2及PM2.5.綜合得分排序見表8.冬季瑤海區(qū)的污染仍是最嚴(yán)重的，廬陽區(qū)污染嚴(yán)重程度排第二，包河區(qū)和濱湖新區(qū)污染較輕.

車輛尾氣排放和燃料燃燒是二氧化氮的主要來源.PM2.5污染的主要來源是燃料燃燒和機(jī)動(dòng)車輛尾氣排放，PM10主要來源于工業(yè)過程，如燃煤、冶金、化工、內(nèi)燃機(jī)等直接排放的超細(xì)顆粒物.因此，影響合肥市空氣質(zhì)量主要因素是燃料燃燒和機(jī)動(dòng)車的尾氣排放.

3 構(gòu)建系統(tǒng)聚類分析模型

采用系統(tǒng)聚類的方法對(duì)合肥市10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)年度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終得到如下的聚類圖，見圖2.

聚類系譜圖表明，第一類監(jiān)測(cè)點(diǎn)污染相對(duì)較輕，包括濱湖新區(qū)、董鋪水庫(kù)、高新區(qū)、琥珀山莊、明珠廣場(chǎng)、長(zhǎng)江中路；第二類監(jiān)測(cè)點(diǎn)污染最重，包括包河區(qū)、廬陽區(qū)、三里街和瑤海區(qū).

結(jié)合合肥實(shí)際情況可知，第一類監(jiān)測(cè)點(diǎn)大多在合肥市郊區(qū)，處于城建發(fā)展期，人流量和車輛要少一些，第二類監(jiān)測(cè)點(diǎn)大部分在老城區(qū)和火車站汽車站，工業(yè)廢氣及粉塵、生活廢物廢料以及機(jī)動(dòng)車尾氣等給空氣質(zhì)量帶來很大影響，較之第一類地區(qū)明顯有很大差異.

4 結(jié)束語

以合肥市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面板數(shù)據(jù)為樣本，氣體污染物為指標(biāo)，建立空氣質(zhì)量時(shí)空分布模型，從日度、月度和季度三個(gè)維度分析不同區(qū)污染狀況.根據(jù)主成分分析綜合評(píng)價(jià)模型，分析廬陽區(qū)、明珠廣場(chǎng)、三里街等十個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要污染源，并對(duì)各區(qū)污染程度排序.研究結(jié)果表明，NO2和PM2.5是合肥的主要污染物，瑤海區(qū)空氣質(zhì)量最差；濱湖新區(qū)、董鋪水庫(kù)、高新區(qū)、琥珀山莊、明珠廣場(chǎng)和長(zhǎng)江中路空氣污染程度較輕，包河區(qū)、廬陽區(qū)、三里街和瑤海區(qū)的空氣污染較重.合肥市應(yīng)加大對(duì)環(huán)境空氣保護(hù)的投入力度，鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)，推進(jìn)前沿治理技術(shù)，加強(qiáng)居民的環(huán)保意識(shí).

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編輯：吳楠