劉林瑤，牟子平*，秦惠平，陳重軍

（1.蘇州科技大學 環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州215009；2吳中區(qū)環(huán)境保護局，江蘇 蘇州 215104）

21世紀以來，大氣污染作為一種氣象及環(huán)境災害性現象，已經帶來不可忽視的影響，空氣質量的優(yōu)劣程度已經成為影響人們幸福指數的重要因素[1－2]?？諝赓|量是當前城市面臨的一個十分突出的環(huán)境問題，與人們的健康息息相關，受到城市居民的普遍關注[3]。相關科學研究表明：當大氣中污染物的濃度達到一定的程度，會引起人類呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)的不適，另外如果長時間處于污染的大氣環(huán)境中，相應疾病的死亡率也會不斷上升[4－7]。大氣污染還能抑制農作物的生長，破壞它們的生長機理，降低農產品的質量并且使農產品的產量大幅度減少[8－9]。大氣環(huán)境質量現狀及影響因素是當前空氣污染領域的一個重要研究內容[10－13]。

筆者以國家環(huán)境保護部網站發(fā)布的蘇州市2014年1月1日至12月31日的逐日空氣質量日報數據，蘇州市環(huán)保局發(fā)布的環(huán)境狀況公報統(tǒng)計的2005至2014年蘇州市空氣質量的數據為基礎，分析蘇州市空氣質量現狀，探討城市發(fā)展過程中空氣質量變化趨勢及影響因素，為后期改善大氣環(huán)境質量制定有效的措施提供科學依據。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

蘇州作為蘇南地區(qū)的工業(yè)中心，被污染的大氣環(huán)境和快速增長的經濟之間的矛盾日益尖銳。隨著蘇州市社會經濟快速發(fā)展，能源需求大幅增長，機動車保有量的不斷增加，復合型大氣污染特征日益凸顯。

1.2 數據來源

蘇州市2005到2014年的AQI均值及優(yōu)良率均來源于蘇州市環(huán)境狀況公報。2014年1月至12月的每日的PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO濃度數據來源于國家環(huán)境保護部網站。

1.3 評價方法

目前，國內外學者已提出多種環(huán)境空氣質量評價方法，主要包括模糊評價法、灰色聚類法、物元分析法和人工神經網絡法等[14－17]。不過這些方法仍存在各自的不足，評價結果大多只能給出一些離散的分級值，而且分辨精度不高，評價過程復雜，不便使用。針對上述缺點，李祚泳借鑒了空氣污染損害率評價法，提出了一個基于污染損害指數的普適公式，并采用遺傳算法對公式中的參數進行優(yōu)化，使其具有普遍適用性，能應用于多種污染物的空氣質量評價。文中采用李祚泳提出的污染損害指數的普適公式[18－19]，對蘇州市的空氣質量現狀進行評價。

2 空氣質量評價

2.1 近十年蘇州市年空氣質量狀況

2005至2012年，蘇州市空氣質量優(yōu)良的日數總體上呈現逐年增加的趨勢，空氣質量良好以上的天數比例由87.7%上升到92.6%；而2013年和2014年，每年僅有三分之二的天數空氣質量達到良好（見表1）。從表1可以看出，到2013年，空氣質量良好天數的比例相對于2012年下降了35.7%；2014年，空氣質量良好天數相比于2013年有所增加，但是空氣質量良好以上的天數卻仍只達到227 d。

表1 蘇州市2005-2014年空氣質量指數統(tǒng)計分析

2.2 空氣綜合污染損害指數

采用李祚泳提出的污染損害指數普適公式，對蘇州的空氣質量進行評價。選用的大氣污染評價因子分別為 PM10、CO、SO2和 NO2。計算結果見表 2。

表2 蘇州市環(huán)境空氣監(jiān)測值與污染損害指數評價

由表2可見，蘇州市綜合污染損害指數值為11.725，達到環(huán)境空氣質量二級標準范圍，屬于輕污染。在四種評價因子中，PM10的污染損害指數最大，達到7.969；其次是 NO2為6.135，CO和SO2的污染損害指數相對較小，分別為4.124和3.385。因此，PM10是蘇州市環(huán)境空氣的首要污染物。

從季節(jié)變化來看，蘇州市空氣質量存在顯著的季節(jié)變化特征，春季和冬季污染損害指數明顯高于夏、秋兩季，分別達到12.145和13.114。另外，PM10、NO2和SO2這三種主要空氣污染物的季節(jié)變化也比較明顯，尤其是PM10，污染損害指數最大值出現在冬季或春季，最小值出現在夏季，這與氣象條件有關。有研究表明夏季降水多，氣溫高，大氣相對處于不穩(wěn)定狀態(tài)，逆溫天氣少而混合層高，有利于污染物的擴散；而在冬季，氣候比較干燥，雨水較少，逆溫天氣出現的頻率較大，污染物容易沉積在低空局部區(qū)域，不利于空氣中污染物的清除，尤其是空氣中的顆粒物，它們將很長時間的浮在空氣中，很難散去[20－22]。

2.3 空氣質量指數與污染物相關分析

通過單因子評價法，分析蘇州市AQI的日均值與PM2.5、PM10、CO、NO2、SO2的相關性，進一步闡明影響蘇州市空氣質量的主要大氣成分。如圖1所示。

由圖1可知，PM2.5與AQI呈顯著性相關，PM10與AQI呈中度相關，其相關模型分別為

式中：Y分別為PM2.5和PM10的濃度，X為AQI。

CO與AQI為低度線性相關，其相關方程式為

式中：Y為CO的濃度，X為AQI。

NO2和SO2與AQI呈低度相關，其相關方程式為

式中：Y分別為NO2和SO2的濃度，X為AQI。

由此可得，影響蘇州市空氣質量的主要污染物是PM2.5和PM10，其次是CO、NO2和SO2這三種污染物雖然對蘇州空氣的質量有一定的影響，但是相比前面二種污染物的影響而言，作用力是相對小的。

圖1 蘇州市空氣污染指數與影響因子相關性分析

3 影響空氣環(huán)境質量的主要污染物分析

3.1 蘇州市的地理區(qū)位和氣象條件

3.1.1 地理區(qū)位因素

大氣污染物的跨城市輸送已成為國內外眾多學者的研究熱點[23-25]，伍復勝等人通過建立VAR模型，探究城市間大氣污染的相互影響，研究表明大氣污染具有明顯的區(qū)域性特征，相鄰的城市之間存在相互影響效應[26]。而蘇州市地勢平坦，處于長三角區(qū)域的城市群中部，受到區(qū)域大氣污染傳輸影響較為明顯。為了更好的研究蘇州及其鄰近城市之間空氣質量的相關關系，以蘇州及鄰近城市2014年的全年逐日空氣質量指數為基礎進行相關性分析（表3）。根據結果可知，蘇州與無錫的相關性最為明顯，達到0.91；其次是上海，為0.87；與常州、南通的相關性系數分別為0.86和0.84；蘇州市與杭州和寧波的相關性也均達到0.01顯著性水平。以上數據說明蘇州市的空氣污染不是獨自存在的，鄰近城市的空氣污染特征具有相似性，空氣污染變化具有同步性。

表3 蘇州市與其鄰近城市之間AQI的相關性分析

3.1.2 氣象條件

據研究表明，大氣污染的濃度易受氣象條件的影響[27-29]。不同的氣象條件對于污染物的稀釋以及擴散的影響是不同的。下面對蘇州市AQI與氣象條件的相關性進行分析。

將蘇州AQI月平均值與平均氣溫、降水量、相對濕度和平均風速等氣象因素（表4）進行綜合分析。利用SPSS計算得蘇州AQI與各氣象因素的相關系數（表5）。從表5可以看出，蘇州AQI和溫度呈負相關，且相關性達到0.676 39，說明平均氣溫對空氣質量的影響非常顯著；AQI和降水量的相關性在-0.605 80，說明降水量對AQI的影響也比較顯著；AQI和相對濕度的相關性在-0.715 63，說明了相對濕度在很大程度上影響了蘇州的AQI；但平均風速的大小對AQI的影響并不是特別顯著，AQI和平均風速的相關系數為-0.105 75。綜上可以看出，蘇州作為一個典型的南方城市，隨著季節(jié)的變化，其平均氣溫、降水量以及濕度會相應的變化，但是平均風速在全年的變化是不顯著的，因此，風力對空氣質量的影響最不明顯。

表4 2014年蘇州市分月氣象情況

表5 蘇州AQI與氣象條件的相關性分析

3.2 蘇州市的能源結構

空氣質量的下降和能源的消耗及其燃燒過程中污染的排放是存在一定的關系的，近五年原煤、焦炭、天然氣和煤氣的消耗量以一定的比例逐年增加，而汽油、燃料油、液化石油氣的消耗量顯示出逐漸下降的趨勢（表 6）。

燃料在燃燒的過程中會產生大量的廢氣。根據燃料的使用量及不同燃料的大氣污染物排放系數計算出的大氣污染物排放量見表7。由表6可知，NOx、SO2、CO是燃料燃燒最主要的排放物。

表6 蘇州2010-2014年能源消費情況

表7 燃料燃燒產生的大氣污染排放量統(tǒng)計

3.3 城市交通汽車尾氣廢氣排放

2010年至2014年是蘇州市機動車發(fā)展的“井噴期”，機動車保有量以年平均17.3%的速度增加。2010年蘇州市只有各類機動車204.644 7萬輛，到2014年底蘇州市機動車保有量突破271.29萬輛。其中2010年汽車保有量為124.96萬輛，截止2014年底汽車保有量更是達240.3694萬輛，是2010年2倍。在各類車輛中，私家車的發(fā)展最為迅速，由2010年的94.62萬輛增長到2014年的197.897萬輛，其保有量占到機動車保有量的73%（圖2）。

圖2 2010-2014年蘇州汽車保有量的變化趨勢

研究表明，在車輛的行駛過程中，發(fā)動機內部的燃燒條件基本上很難達到理想狀態(tài)，因此，汽油和柴油等不能完全燃燒轉化為水和二氧化碳，在不完全燃燒的狀態(tài)下，容易產生大量的有害物質，包括碳氫化合物、一氧化碳、氮氧化物以及顆粒物等，尤其是在上下班的高峰，各種車輛混行，車輛減速、怠速運行的時間長，導致油耗增多，廢氣排放量大。

3.4 工業(yè)企業(yè)廢氣的排放

雖然蘇州市對工業(yè)廢氣的排放采取了控制措施，但是廢氣的排放情況依舊很嚴重（表8）。相當一部分的老的工業(yè)企業(yè)在生產過程中并沒有添加廢氣處理裝置，在尾氣處理未達標的情況下就對外排放，造成了大氣污染的加劇[30－31]。工業(yè)廢氣中含大量SO2、NOX、煙塵以及生產性粉塵。

表8 2011-2014年蘇州工業(yè)廢氣排放情況

3.5 城市建筑揚塵、灰塵等懸浮物的沉積

隨著我國經濟的快速發(fā)展、城市化進程的推進，房地產及公共設施等基礎建設正不斷加快。根據蘇州市統(tǒng)計年鑒的統(tǒng)計數據，蘇州地區(qū)近十年建成區(qū)面積就由432.8 km2增加到735.15 km2，增長率為70%（圖3）。同時，蘇州市人均城市道路面積也由21.5 m2增長到了32.4 m2（圖4）。研究表明建筑施工揚塵是最重要的揚塵污染源之一[32－33]。

圖3 蘇州2005-2014建成區(qū)面積變化趨勢

圖4 蘇州2005-2014人均城市道路面積增長趨勢

在蘇州近年來建設發(fā)展過程中，城市高架的建造、地鐵的修建、舊城區(qū)的改造等建設施工并沒有按照規(guī)定對施工現場進行處理，許多工地破路或者挖開地面以后，并沒有采取相應的措施，裸露的地面，在車輛開過的時候就會產生大量的揚塵，很難散去。另外，各種建筑施工所需要的原材料以及建筑過程中產生的垃圾都被無序的堆放并且沒有采取覆蓋措施，嚴重污染了大氣環(huán)境。

4 結語

利用污染損害指數法和單因子評價方法有效地分析了蘇州市空氣質量的現狀以及空氣質量與各污染物的相關性，探討了造成蘇州市大氣污染的主要因素，得到以下結論：

（1）近年來蘇州市空氣質量的優(yōu)良率呈下降趨勢，空氣質量優(yōu)良率均只達到60%；

（2）蘇州市綜合污染損害指數值為11.725，達到環(huán)境空氣質量二級標準范圍，屬于輕污染。從季節(jié)變化來看，蘇州市空氣質量存在顯著的季節(jié)變化特征，春季和冬季污染損害指數明顯高于夏、秋兩季，分別達到12.145和13.114。另外，PM10、NO2和SO2這三種主要空氣污染物的季節(jié)變化也比較明顯，尤其是PM10，污染損害指數最大值出現在冬季或春季，最小值出現在夏季，這與氣象條件有關。

（3）空氣質量指數與污染物相關分析表明PM2.5和PM10與AQI相關性顯著，相關性達到0.98和0.80，其次是CO，相關性為0.54，因此，PM10和PM2.5是蘇州市環(huán)境空氣的首要污染物。

由于蘇州市環(huán)境空氣中的主要污染物是PM2.5和PM10，可通過控制煤炭的燃燒、加強清潔能源的使用、改進生產工藝、減少建筑揚塵和完善區(qū)域空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)等措施改善空氣環(huán)境質量。