李 穎, 鞏世鈺

(遼寧師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116029)

PM2.5是環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)中當(dāng)量直徑≤2.5 μm 的顆粒物，是監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣污染程度的重要指標(biāo)之一[1].近年來(lái)，傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)引發(fā)的大氣污染問(wèn)題日益突出，高濃度的PM2.5是造成我國(guó)霧霾天氣的主要因素之一[2-3]；同時(shí)PM2.5對(duì)人體健康的危害更是引起社會(huì)廣泛關(guān)注[4].為改善空氣質(zhì)量，增強(qiáng)人民的藍(lán)天幸福感，我國(guó)先后出臺(tái)了一系列重大決策部署：國(guó)務(wù)院頒布《大氣十條》[5]將治理大氣污染作為生態(tài)文明建設(shè)與治理環(huán)境問(wèn)題的關(guān)鍵；《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》[6]強(qiáng)調(diào)突出精準(zhǔn)施策，加強(qiáng)重點(diǎn)地區(qū)及污染源治理，促進(jìn)多污染源協(xié)同控制.加強(qiáng)對(duì)PM2.5污染問(wèn)題研究有利于引導(dǎo)發(fā)展綠色可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)，加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè).

目前，國(guó)內(nèi)外許多研究學(xué)者對(duì)PM2.5進(jìn)行了廣泛的研究，如基本污染特征[7-9]、形成機(jī)制[10-11]、來(lái)源解析[12-14]、對(duì)人體的健康影響[15-16]和對(duì)氣候的影響[17-18]等方面.但目前鮮有對(duì)監(jiān)測(cè)方法改進(jìn)、源解析模型開發(fā)、多污染源協(xié)同控制等問(wèn)題的研究.

文獻(xiàn)計(jì)量法是以科技文獻(xiàn)的外部特征為研究對(duì)象，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法描述、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)的定量分析方法[19].李兆林[20]雖利用文獻(xiàn)計(jì)量法對(duì)PM2.5進(jìn)行分析，但大多以Web of Science為數(shù)據(jù)源，對(duì)于系統(tǒng)把握國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及熱點(diǎn)尚顯不足[21-23].因此從發(fā)文量及高頻詞可視化分析等方面剖析國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)，以期了解研究領(lǐng)域前沿動(dòng)態(tài)，為進(jìn)一步研究提供借鑒與參考.

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

國(guó)外文獻(xiàn)以Web of Science為數(shù)據(jù)源，檢索文獻(xiàn)中含有“PM2.5”并精煉文獻(xiàn)類型為ARTICLE，搜索年份范圍為1990—2018年，最后得出16 304篇有效文獻(xiàn).國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)采用CNKI中主題為“PM2.5”的文獻(xiàn)為數(shù)據(jù)源，搜索年份范圍為1990—2018年，最后得出6 309篇有效文獻(xiàn).將有效文獻(xiàn)導(dǎo)入Bibexcel中，導(dǎo)出文獻(xiàn)年度發(fā)文量及高頻關(guān)鍵詞，并合并關(guān)鍵詞中的近義詞與同義詞.本文篩選出國(guó)外文獻(xiàn)詞頻大于70的關(guān)鍵詞共52個(gè)，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)篩選出詞頻大于30的關(guān)鍵詞共47個(gè).利用Bibexcel構(gòu)建共詞矩陣并導(dǎo)入U(xiǎn)cinet中，再用Netdraw構(gòu)建高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視圖進(jìn)行共詞分析，最后利用Ochiia系數(shù)法對(duì)共詞矩陣進(jìn)行包容化處理，具體計(jì)算公式為

(1)

最后導(dǎo)入SPSS中進(jìn)行聚類分析，分析得出系統(tǒng)聚類分析譜系圖及群集.

2 結(jié)果分析

2.1 研究現(xiàn)狀

國(guó)外研究整體呈上升趨勢(shì)(圖1)：第一階段(1992—1997年)萌芽發(fā)展階段，此階段發(fā)文量為33篇，處于起步階段.第二階段(1998—2009年)穩(wěn)定增長(zhǎng)階段，發(fā)文量為3 632篇，推測(cè)是由于1997年美國(guó)將PM2.5納入空氣質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)之一[24]；第三階段(2010—2018年)快速增長(zhǎng)階段，發(fā)文量為12 639篇，推測(cè)原因是自2010年起，美國(guó)及歐盟為了使PM2.5達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)地采取更為嚴(yán)格的措施[25].

國(guó)內(nèi)研究呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖2)：第一階段(1999—2003年)初步發(fā)展階段，此階段發(fā)文量為38篇，推測(cè)原因是2000年《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》的頒布促使國(guó)內(nèi)相關(guān)研究開始起步.第二階段(2004—2010年)波動(dòng)發(fā)展階段，發(fā)文量為377篇，特別是在2009年發(fā)文量達(dá)到了峰值，推測(cè)原因是2008年我國(guó)舉辦夏季奧運(yùn)會(huì)，加大了對(duì)北京和協(xié)辦城市的空氣污染科研及整治力度[26]，由于項(xiàng)目結(jié)題需要一定的時(shí)間，故在2009年出現(xiàn)了發(fā)文峰值.第三階段(2011—2016年)快速發(fā)展階段，發(fā)文量為3 896篇，推測(cè)原因是2012年我國(guó)生態(tài)環(huán)境部新頒發(fā)了《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)[27].2017—2018年發(fā)文量下降的原因推測(cè)是國(guó)家政策的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致研究方向發(fā)生改變，但未來(lái)總體發(fā)文量呈上升趨勢(shì).

圖1 國(guó)外有關(guān)PM2.5研究文獻(xiàn)發(fā)文量Fig.1 The number of PM2.5 literatures in foreign

圖2 國(guó)內(nèi)有關(guān)PM2.5研究文獻(xiàn)發(fā)文量Fig.2 The number of PM2.5 literatures in domestic

2.2 研究熱點(diǎn)

2.2.1 高頻關(guān)鍵詞

關(guān)鍵詞是文獻(xiàn)研究方向的核心體現(xiàn)，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵詞分析可以明確該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)[28].分別得到國(guó)外與國(guó)內(nèi)高頻關(guān)鍵詞(表1、表2).

表1 國(guó)外高頻關(guān)鍵詞及其出現(xiàn)頻次

表2 國(guó)內(nèi)高頻關(guān)鍵詞及其出現(xiàn)頻次

國(guó)外研究中頻次最高的為PM2.5，PM，Air Pollution，均超過(guò)2 000，占被統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵詞的43.3%，說(shuō)明重視基本污染特征研究.關(guān)鍵詞中Source Apportionment，Aerosol，Positive Matrix Factorization(PMF)，Black Carbon，Organic Carbon，Elemental Carbon占被統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵詞的12.6%，說(shuō)明來(lái)源解析及形成機(jī)制為研究熱點(diǎn).由于PM2.5粒徑微小，攜帶的金屬及有機(jī)化合物進(jìn)入呼吸道后會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不利影響，因此有關(guān)Exposure，Epidemiology，Health Effects等與人體健康的研究日益增多.

國(guó)內(nèi)研究高頻關(guān)鍵詞為PM2.5，頻次超過(guò)5 000，占被統(tǒng)計(jì)高頻關(guān)鍵詞的48.9%.次高頻關(guān)鍵詞為大氣污染、PM10、PM、霧霾、氣象條件等，占比為20.7%，說(shuō)明較為重視環(huán)境空氣污染問(wèn)題.北京、京津冀作為高頻關(guān)鍵詞反映出北京及周圍地區(qū)為重點(diǎn)研究區(qū).綜合分析國(guó)內(nèi)外高頻關(guān)鍵詞，共同研究熱點(diǎn)為基本污染特征及環(huán)境空氣污染，但國(guó)外更側(cè)重研究來(lái)源解析、形成機(jī)制和對(duì)人體健康的影響.

2.2.2 高頻關(guān)鍵詞共詞分析

高頻關(guān)鍵詞分析雖然在一定程度上能反映研究現(xiàn)狀，但未能反映出內(nèi)在關(guān)系，因此引入共詞分析法[29]解決這一問(wèn)題.

國(guó)外關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視圖(圖3)中52個(gè)關(guān)鍵詞之間聯(lián)系緊密，各節(jié)點(diǎn)間連線縱橫交錯(cuò)，其中,PM2.5，PM10，Air Pollution，Air Quality，Aerosol，Source Apportionment等節(jié)點(diǎn)較大且與其他關(guān)鍵詞共現(xiàn)次數(shù)多，一定程度上為研究熱點(diǎn).另外，Aerosol，Black Carbon，Ozone，Exposure等關(guān)鍵詞間連線較粗，關(guān)系較為緊密.

國(guó)內(nèi)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視圖(圖4)中，PM2.5這一關(guān)鍵詞所代表的節(jié)點(diǎn)最大，且與周圍各節(jié)點(diǎn)的連線較粗，可判斷這一關(guān)鍵詞為研究熱點(diǎn).另外，PM10、PM、相關(guān)性、霧霾、氣象條件、北京等關(guān)鍵詞間的關(guān)系較為緊密.

圖3 國(guó)外PM2.5高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視圖Fig.3 The foreign PM2.5 key words co-occurrence netview graph

圖4 國(guó)內(nèi)PM2.5高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視圖Fig.4 The domestic PM2.5 key words co-occurrence netview graph

2.2.3 高頻關(guān)鍵詞聚類分析

采用聚類分析得出系統(tǒng)聚類譜系圖(圖5、圖6)，以及關(guān)鍵詞聚類四個(gè)群集劃分(表3、表4).群集1包含大多研究熱點(diǎn)，如：Aerosol，Air Pollution，Biomass Burning，Principal Component Analysis(PCA)，Source Apportionment等，隨著監(jiān)測(cè)手段的增多，來(lái)源分析方法呈現(xiàn)日益多樣化的趨勢(shì).群集2中包含China，說(shuō)明較為重視中國(guó)地區(qū)的研究；另外此群集中也包含PM2.5對(duì)人體健康影響的研究，如Cardiovascular Disease，Epidemiology，Asthma，Lung Function等，其大致可分為兩類：一是PM2.5的流行病學(xué)研究；二是PM2.5引發(fā)的疾病研究.群集3中包含PM2.5與其他污染源的關(guān)系，如Carbon Monoxide，Heavy Metals，NO2，Ozone.群集4為MODIS數(shù)據(jù)反演氣溶膠光學(xué)厚度及氣溶膠分類,同時(shí)對(duì)氣溶膠進(jìn)行分類，如Elemental Carbon，Organ Carbon等，根據(jù)不同種類的氣溶膠輻射強(qiáng)迫大小模擬對(duì)氣候的影響.

圖5 國(guó)外關(guān)鍵詞系統(tǒng)聚類分析譜系圖Fig.5 Pedigree chart of hierarchical cluster analysis of key words in foreign

圖6 國(guó)內(nèi)關(guān)鍵詞系統(tǒng)聚類分析譜系圖Fig.6 Pedigree chart of hierarchical cluster analysis of key words in domestic

表3 國(guó)外PM2.5高頻關(guān)鍵詞聚類群集劃分

群集1中包含了污染源的研究，如O3，PM，PM10，TSP，氣溶膠等，近年來(lái)在京津冀等污染嚴(yán)重地區(qū)開展了PM2.5基本污染特征以及來(lái)源的相應(yīng)工作[30-32]；群集中也包含了我國(guó)區(qū)域性PM2.5污染研究，如：京津冀，采暖期，燃煤電廠.群集2主要包含基本污染特征.群集3主要包含來(lái)源及化學(xué)成分問(wèn)題，如：來(lái)源，多環(huán)芳烴，影響因素，有機(jī)碳，元素碳.群集4包含 PM2.5對(duì)人體健康的影響研究，如：呼吸系統(tǒng)疾病，健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，危害，氧化應(yīng)激等.

表4 國(guó)內(nèi)PM2.5高頻關(guān)鍵詞聚類群集劃分

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

(1)國(guó)內(nèi)外發(fā)文量增長(zhǎng)趨勢(shì)具有階段性，國(guó)外分為萌芽發(fā)展、穩(wěn)定增長(zhǎng)和快速增長(zhǎng)三個(gè)階段；國(guó)內(nèi)分為初步發(fā)展、波動(dòng)發(fā)展和快速發(fā)展階段.

(2)國(guó)外高頻關(guān)鍵詞為PM2.5，PM10，Air Pollution，PM，Source Apportionment，Aerosol，Exposure等，一定程度為國(guó)外研究熱點(diǎn).國(guó)內(nèi)高頻關(guān)鍵詞為PM2.5、大氣污染、PM10、PM、霧霾、氣象條件等，其中,PM2.5代表的節(jié)點(diǎn)最大成為國(guó)內(nèi)研究熱點(diǎn).國(guó)內(nèi)外共同研究熱點(diǎn)為基本污染特征及環(huán)境空氣污染，但國(guó)外更側(cè)重來(lái)源解析、形成機(jī)制及對(duì)人體健康影響等研究.

(3)國(guó)內(nèi)外涉及基本污染特征、來(lái)源解析、污染源以及對(duì)人體健康影響的研究，但國(guó)外對(duì)來(lái)源解析、人體健康、污染源等有深入研究；而國(guó)內(nèi)側(cè)重基本污染特征及區(qū)域性研究，其他研究熱點(diǎn)雖有涉及但不甚透徹，因此國(guó)內(nèi)亟待加強(qiáng)相關(guān)熱點(diǎn)的研究.

3.2 討論

綜上所述，PM2.5是國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科研究熱點(diǎn)之一，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)未來(lái)的PM2.5研究進(jìn)行總結(jié)：

(1)建立多污染源與多污染物的監(jiān)控，優(yōu)化監(jiān)測(cè)指標(biāo).不僅要加強(qiáng)SO2，NOx等污染源治理，同時(shí)也要繼續(xù)加強(qiáng)二次顆粒物前體物的合理控制，以促進(jìn)多污染源的協(xié)同控制，逐步完善顆粒物排放清單，加強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物研究，為各行各業(yè)制定排放標(biāo)準(zhǔn)提供借鑒參考.

(2)完善PM2.5監(jiān)測(cè)方法.繼續(xù)鞏固并重視對(duì)重點(diǎn)地區(qū)PM2.5監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，在β射線法[33]、振蕩天平法[34]等方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，并繼續(xù)開發(fā)新的監(jiān)測(cè)方法；同時(shí)結(jié)合區(qū)域污染特征，綜合運(yùn)用多種監(jiān)測(cè)方法，逐步完善PM2.5預(yù)警機(jī)制.

(3)開發(fā)新的源解析模型并加強(qiáng)二次源解析研究.當(dāng)前源解析的主流方法有源清單法[35]、源模型法[36]和受體模型法[37].在此基礎(chǔ)上開發(fā)源解析新模型，繼續(xù)加強(qiáng)二次源解析研究，以便更加了解各污染源對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率；同時(shí)完善突發(fā)性污染事件的源解析工作，增強(qiáng)應(yīng)急機(jī)制.