許麗忠，蔡雯穎，鐘雪芬，陳 芳，孫 夢(mèng)，饒清華

(1.福建師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，福州 350007;2.數(shù)字福建環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，福州 350007;3.福建省污染控制與資源循環(huán)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350007;4.福建省環(huán)境科學(xué)研究院，福州 350000;5.福建師范大學(xué)福清分校，近海流域環(huán)境測(cè)控治理福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福清 350300)

前 言

細(xì)顆粒物(PM2.5)是大氣常規(guī)6項(xiàng)污染指標(biāo)之一，會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。近年來中國(guó)經(jīng)濟(jì)得到飛速發(fā)展，同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。PM2.5是中國(guó)大氣首要污染物，每年約有1百萬(wàn)的早逝與PM2.5有關(guān)[1-2]。中國(guó)2013～2017年實(shí)施嚴(yán)格的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,2018年頒布了《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，一系列環(huán)保措施，特別是聯(lián)防聯(lián)控戰(zhàn)略的實(shí)施以及能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和機(jī)動(dòng)車尾氣的控制，使得中國(guó)大氣環(huán)境惡化的趨勢(shì)得到了一定的遏制，2013～2017年全國(guó)PM2.5濃度分別為72μg/m3，62μg/m3，50μg/m3，47μg/m3，43μg/m3(中國(guó)環(huán)境公報(bào)，2013～2017年)，2018年全國(guó)PM2.5濃度繼續(xù)下降至39μg/m3，PM2.5對(duì)人群健康的危害相應(yīng)得以減小。然而中國(guó)大范圍的霧霾污染仍時(shí)有發(fā)生，如2018年11月24日至12月3日華北和華東地區(qū)發(fā)生大范圍霧霾天氣，影響范圍大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、污染程度重(2018年中國(guó)氣候公報(bào))。了解中國(guó)PM2.5時(shí)空特征發(fā)展變化趨勢(shì)，對(duì)中國(guó)今后的污染防治措施的制定有著重要的意義。

在2013年之前，中國(guó)尚未建立PM2.5監(jiān)測(cè)體系，對(duì)PM2.5的研究多以地方性為主，對(duì)全國(guó)尺度上PM2.5狀況的了解主要來自遙感。一份基于遙感反演的全球PM2.5濃度分布狀況的研究報(bào)告揭開了中國(guó)PM2.5污染的面紗[3]，同時(shí)也激起了世界對(duì)中國(guó)PM2.5狀況的關(guān)注，此后國(guó)內(nèi)相應(yīng)的研究不斷增多[4]。雖然遙感反演在空間覆蓋度和分辨率上具有不可否認(rèn)的優(yōu)勢(shì)，然而地面監(jiān)測(cè)卻能夠提供更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。2013年“全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)”(http://106.37.208.233:20035/)開放，監(jiān)測(cè)因子為包括PM2.5在內(nèi)的6種常規(guī)污染物，為研究者們提供了全國(guó)尺度的、高時(shí)間和空間分辨率的地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。借助于國(guó)家空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，關(guān)于中國(guó)地面PM2.5時(shí)空分布特征的文獻(xiàn)不斷涌現(xiàn)。結(jié)合地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和空間插值手段，王振波等對(duì)2014年[5]、李沈鑫等對(duì)2013～2015年[6]、熊歡歡等對(duì)2014～2015年[7]期間中國(guó)PM2.5時(shí)空分布特征進(jìn)行了分析，中國(guó)PM2.5污染的基本特征不斷被揭示，如中國(guó)PM2.5污染呈現(xiàn)強(qiáng)烈的時(shí)空分布不均衡性，北方污染強(qiáng)于南方，冬季是污染高發(fā)季節(jié)，氣象因素是影響大氣污染的重要因素[8～10]，這些發(fā)現(xiàn)均有利于對(duì)中國(guó)PM2.5狀況的正確認(rèn)識(shí)。與此同時(shí)，全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)的建設(shè)采用“三步走”方案，第一階段在京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域及直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市共74個(gè)城市進(jìn)行建設(shè)，第二階段為包括國(guó)家環(huán)保重點(diǎn)城市、模范城市在內(nèi)共116個(gè)城市449個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，2013年1月1日和2014年1月1日分兩期對(duì)161個(gè)地級(jí)及以上城市共884個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布，第三階段為177個(gè)地級(jí)及以上城市共552個(gè)國(guó)控城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。至2016年全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)覆蓋至全國(guó)地級(jí)及以上城市。隨著PM2.5監(jiān)測(cè)覆蓋面擴(kuò)展到中國(guó)所有地級(jí)以上城市，過去較少了解的西部地區(qū)，特別是新疆、西藏等地區(qū)的PM2.5狀況得以揭示。中國(guó)西部城市PM2.5狀況的揭示有助于全面地認(rèn)識(shí)中國(guó)PM2.5分布的空間格局，這在以往研究中是較難實(shí)現(xiàn)的。

本論文將利用2016年到2017年間中國(guó)336個(gè)地級(jí)以上城市(以下簡(jiǎn)稱“城市”)PM2.5地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)中國(guó)城市PM2.5的時(shí)空變化特征進(jìn)行比較分析，我們的研究結(jié)果將有助于更加全面、完整地認(rèn)識(shí)中國(guó)城市PM2.5的污染特性，從而對(duì)中國(guó)政府下一階段制定更加行之有效的污染治理措施和方案提供幫助。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 PM2.5地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

本論文所采用的數(shù)據(jù)采集自“全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)”，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2016年1月1日至2017年12月31日。在數(shù)據(jù)預(yù)處理中，剔除原始數(shù)據(jù)中 PM2.5濃度≤0的值；計(jì)算月均值時(shí)，若有效日濃度數(shù)據(jù)少于27個(gè)，則當(dāng)月數(shù)據(jù)無效，進(jìn)行刪除；計(jì)算年均值時(shí)，若有效日濃度數(shù)據(jù)少于328日或有效月濃度數(shù)據(jù)少于12個(gè)，則全年數(shù)據(jù)無效，剔除。如此我們獲得了336個(gè)城市2016、2017年完整的有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在下面的統(tǒng)計(jì)分析中，為了便于分析，季節(jié)均在日歷年中劃分，冬季指當(dāng)年的1月、2月和12月，春季為3～5月，夏季為 6～8 月，秋季為 9～11 月。全國(guó)的日平均濃度為336個(gè)樣本城市日均濃度的平均值，全國(guó)月、季節(jié)、年的統(tǒng)計(jì)量則基于全國(guó)日平均濃度。

1.2 全局空間自相關(guān)和局部自相關(guān)

空間自相關(guān)是指一個(gè)區(qū)域分布的地理事物的某一屬性和其他所有事物的同種屬性之間的關(guān)系，通常分為全局空間自相關(guān)和局部自相關(guān)。全局空間自相關(guān)描述某空間屬性的整體分布狀況，判斷此屬性在空間是否有聚集特性存在，但其并不能確切地指出聚集在哪些地區(qū)。局部自相關(guān)統(tǒng)計(jì)量則可用來識(shí)別聚集發(fā)生的位置。全局空間自相關(guān)以Global Moran's I 指數(shù)最為經(jīng)典，而局部自相關(guān)可用Anselin Local Moran's I表針。近年來空間自相關(guān)理論得到重視，被廣泛地應(yīng)用于大氣污染物的時(shí)空特性分析[10-11]。本文中我們利用Arcgis 10.2軟件中的“空間自相關(guān)”工具進(jìn)行分析。

2 結(jié)果和討論

2.1 中國(guó)城市PM2.5年度變化

2016年、2017年全國(guó)336個(gè)城市的PM2.5年均濃度分別為46.5±18.1μg/m3、44.1±16.1μg/m3，呈下降趨勢(shì)。2016年P(guān)M2.5年均濃度最低為西藏林芝地區(qū)11.7μg/m3，最高是新疆喀什地區(qū)156.9μg/m3，靠近喀什的和田地區(qū)(108.5μg/m3)以及阿克蘇地區(qū)(91.9μg/m3)也有著較高的 PM2.5濃度。東部地區(qū)污染以華北地區(qū)的保定(92.6μg/m3)和石家莊(99.0μg/m3)兩個(gè)城市最為嚴(yán)重。2017年呈現(xiàn)和2016年相似的空間分布格局。2017年P(guān)M2.5年均濃度最低值出現(xiàn)在迪慶藏族自治州10.3μg/m3，最高還是新疆喀什地區(qū)99.7μg/m3。圖1a顯示了中國(guó)城市2016～2017年間PM2.5平均濃度分布情況。在圖件繪制中，為了更直觀地反映各地級(jí)市的污染水平，依據(jù)世界衛(wèi)生組織制定的標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-2012)，將平均濃度分為了8個(gè)類別，其中第一類別為優(yōu)于GB3095-2012一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和WHO第三階段標(biāo)準(zhǔn)(<15μg/m3),第二類別為優(yōu)于WHO第二階段的標(biāo)準(zhǔn)但劣于第三階段標(biāo)準(zhǔn)(15～25μg/m3)；第三類別為優(yōu)于GB3095-2012二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)值與WHO第一階段標(biāo)準(zhǔn)相同)但劣于WHO第二階段(25～35μg/m3)；第四類別為超國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)0.5倍(35～52.5μg/m3)，第五類別為超標(biāo)1倍(52.5～70μg/m3)，第六類別為超標(biāo)1.5倍(70～87.5μg/m3)，第七類別為超標(biāo)2倍(87.5～105μg/m3)，第八類別為超標(biāo)2倍以上(>105μg/m3)。從圖中可以看出北方污染強(qiáng)于南方，嚴(yán)重超標(biāo)城市呈現(xiàn)明顯的聚集特性，主要集中在新疆西部地區(qū)以及以京津冀為核心的中部和北部地區(qū)。東南沿海與西南地區(qū)PM2.5則持續(xù)穩(wěn)定在較為優(yōu)良的水平。

中國(guó)PM2.5總體水平呈下降趨勢(shì)，2017年336個(gè)城市中，年均濃度<15μg/m3、15～25μg/m3、25～35μg/m3、35～52.5μg/m3、52.5～70μg/m3、70～87.5μg/m3、87.5～105μg/m3、>105μg/m3的城市個(gè)數(shù)分別為9、30、64、140、72、19、2、0個(gè)，而在2016年，相應(yīng)的城市的個(gè)數(shù)分別為3、24、67、132、74、31、3、2個(gè)。中國(guó)約40%的城市年均濃度在35μg/m3(GB3095-2012二級(jí)標(biāo)準(zhǔn))和52.5μg/m3(超標(biāo)0.5倍)之間，這個(gè)比例在不斷增長(zhǎng)，原因在于更加嚴(yán)重的超標(biāo)(超標(biāo)1倍、1.5倍、2倍及2倍以上)的比例在降低。2016年、2017年全國(guó)336個(gè)城市年均濃度的變異系數(shù)CV分別為0.39、0.37，表明中國(guó)城市間PM2.5年平均濃度差異雖然仍較大，但差異在減低，原因在于嚴(yán)重污染的城市PM2.5濃度降低。但不同城市呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)(圖1b)，新疆地區(qū)和西藏地區(qū)大部分城市的PM2.5濃度2017年都較2016年顯著降低，華北地區(qū)、中部地區(qū)等區(qū)域也普遍降低。但有部分城市PM2.5濃度出現(xiàn)反彈，小部分城市2017年P(guān)M2.5濃度出現(xiàn)明顯增高，如新疆昌吉回族自治州、伊犁哈薩克自治州、安徽池州市以及黑龍江雞西市等城市區(qū)域增長(zhǎng)幅度超過10μg/m3，南方許多城市出現(xiàn)增長(zhǎng)幅度在5μg/m3以內(nèi)的小幅增長(zhǎng)，需要引起關(guān)注。

注：中國(guó)地圖底圖下載自“國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)”(https://www.tianditu.gov.cn/)(審圖號(hào)：GS(2020)4630號(hào))，下同。

2.2 PM2.5濃度的季節(jié)變化和月份變化特征

2016年、2017年全國(guó)336個(gè)城市PM2.5呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化特征。冬季(1月、2月、12月)大部分中東部城市季節(jié)濃度在50μg/m3以上，而夏季(6月～8月)大部分城市濃度低于35μg/m3，冬季濃度大約是夏季濃度的2倍，PM2.5季節(jié)性變化特征(夏季最低，秋春次之，冬季最高)十分明顯。同時(shí)PM2.5的季節(jié)性變化也表現(xiàn)出地區(qū)性差異。在春秋冬三季京津冀及周邊區(qū)域、新疆西部始終是高污染聚集區(qū)，而在夏季雖然全國(guó)城市PM2.5濃度均有所降低，但京津冀及周邊地區(qū)的PM2.5濃度仍高于了其他城市。2016年336個(gè)城市春夏秋冬季度濃度的變異系數(shù)CV值分別為0.45、0.49、0.36、0.39；而2017年春夏秋冬季度濃度的CV值分別為0.43、0.35、0.41、0.37；說明除夏季外，城市間季節(jié)濃度的差異總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖2顯示了336個(gè)城市各月份的平均濃度。從圖中可以看出，全國(guó)月平均濃度呈現(xiàn)明顯的U型分布，一年中最高濃度往往出現(xiàn)在1月份和12月份，而最低濃度往往出現(xiàn)在8月份。對(duì)比2016、2017年各城市各月份的表現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)，2017年的冬季東部地區(qū)的污染環(huán)境狀況并沒有比2016年有改善，雖然在其他季節(jié)2017年都優(yōu)于2016年。2017年1月份、2月份新疆西部地區(qū)的污染比2016年得到明顯改善，東部地區(qū)的重污染的范圍反較2016年有所增大，污染程度增強(qiáng)，但這種污染反彈的現(xiàn)象在其他月份并沒有體現(xiàn)。由于PM2.5導(dǎo)致的霧霾事件多發(fā)生于冬季，因此中國(guó)要實(shí)現(xiàn)真正的空氣質(zhì)量狀況好轉(zhuǎn)，冬季是關(guān)鍵。中國(guó)自2013年開始《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，在強(qiáng)有力的污染防治措施實(shí)施5年后，中國(guó)城市空氣質(zhì)量持續(xù)改善的壓力增大，中國(guó)大氣污染防治任重道遠(yuǎn)。

圖2 2016、2017年全國(guó)城市PM2.5月份平均濃度

2.3 PM2.5的日濃度特征

PM2.5日均濃度如果超過75μg/m3，通常被認(rèn)為會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生急性危害，75μg/m3被WHO制定為第三階段日濃度標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)國(guó)標(biāo)GB3095-2012日濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值也為75μg/m3。如果日均濃度超過75μg/m3，則認(rèn)為發(fā)生了污染事件。污染事件發(fā)生的頻率也是衡量環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)之一。冬季是污染事件發(fā)生最為頻繁的季節(jié)。2016～2017年間共726個(gè)全國(guó)日平均濃度有效觀察日中，58次全國(guó)日平均濃度超過75μg/m3(8%)，其中31次發(fā)生于2016年，27次發(fā)生于2017年；其中52次發(fā)生在冬季(其中2016年、2017年冬季各發(fā)生26次)，4次發(fā)生在春季，2次發(fā)生在秋季。冬季是霧霾事件發(fā)生最為頻繁的季節(jié)，但2017年冬季并未較2016年有較大的改善。

污染事件的發(fā)生也有著地區(qū)性差異。通過比較2016年、2017年各城市日濃度超標(biāo)頻率圖，可以發(fā)現(xiàn)，中國(guó)城市高超標(biāo)率的范圍在不斷縮小，超標(biāo)頻次也在不斷減低，這是與城市濃度的總體變化趨勢(shì)是相一致的。超標(biāo)(往往意味著霧霾)頻次區(qū)域也呈現(xiàn)空間積聚特征。不考慮自然因素導(dǎo)致的新疆地區(qū)高PM2.5超標(biāo)率，河北省、山東省的大部分城市超標(biāo)率一般均在30%以上，其中河北省的石家莊市、衡水市和山東省的聊城市超標(biāo)率超過了40%，這一高超標(biāo)率地區(qū)向南擴(kuò)展到河南、向西擴(kuò)展到陜西等地區(qū)。南方城市的超標(biāo)率總體上低于北方城市。同樣的，我們也發(fā)現(xiàn)，城市日濃度超標(biāo)問題也是改善與反彈并存。通過對(duì)比各城市2017年相較于2016年日超標(biāo)率變化情況，可以發(fā)現(xiàn)，在全國(guó)城市超標(biāo)率總體下降的趨勢(shì)中，中國(guó)東北地區(qū)、南方沿海地區(qū)(如廣東、廣西、貴州等部分城市)以及部分中部城市(如安徽、江西、山西等部分城市)2017年的超標(biāo)率高于了2016年的超標(biāo)率，這也與這些城市2017年P(guān)M2.5濃度的反彈相呼應(yīng)。大部分的城市超標(biāo)率變化幅度在±5%之類，但有部分城市(如安徽的池州市、淮南市、廣西玉林、賀州、河北秦皇島、黑龍江雞西市、吉林省吉林市、遼寧撫順等)超標(biāo)率增長(zhǎng)了5%以上、山西的呂梁、甘肅臨夏市超標(biāo)率增長(zhǎng)了10%以上。暴露強(qiáng)度和暴露時(shí)間是PM2.5對(duì)人體健康危害的兩個(gè)要素，控制人群急性危害的暴露時(shí)間也是衡量污染控制成效的指標(biāo)之一，這些急性危害的暴露時(shí)間反彈的城市也應(yīng)是今后污染控制的重點(diǎn)。

2.4 PM2.5空間依賴性分析

本節(jié)應(yīng)用全局自相關(guān)系數(shù)對(duì)中國(guó)城市PM2.5的空間依賴性進(jìn)行分析。由于Moran's I指數(shù)的計(jì)算依賴于研究區(qū)域、研究對(duì)象以及工具參數(shù)，為了使Moran's I的計(jì)算結(jié)果具有可比性，我們?cè)谟?jì)算過程中，采用相同的工具參數(shù)，考慮大氣污染物的擴(kuò)散并不局限于接壤的城市，采用反距離(冪次為1)方式進(jìn)行空間關(guān)系的概念化，距離閾值設(shè)為500km，選擇歐式距離作為距離計(jì)算方法，對(duì)2016年、2017年城市PM2.5濃度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后計(jì)算全局自相關(guān)性(下表)。結(jié)果顯示，中國(guó)城市的PM2.5濃度呈現(xiàn)顯著的空間聚集性，z值都遠(yuǎn)大于了2.58，無論在年、季節(jié)還是月份尺度上。從年濃度來看，自相關(guān)的分析結(jié)果顯示從2016年到2017年中國(guó)PM2.5濃度的空間依賴性在減弱，這一減弱主要體現(xiàn)在春冬兩個(gè)季節(jié)。2017年各月份的空間聚集性普遍較2016年降低，除了6月、8月和10月，2017年這三個(gè)月空間聚集性的增強(qiáng)使得2016、2017年秋季的空間聚集性變化差異不大，而 2017年夏季的Moran's I指數(shù)和z 值都大于了2016年Moran's I計(jì)算結(jié)果并沒有呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性特征，雖然2016年、2017年的8月份都是一年中聚集性最低的月份。

表 中國(guó)城市PM2.5全局自相關(guān)分析統(tǒng)計(jì)表

2.5 PM2.5空間簇的變化特征

從圖1a中可以明顯的看出，中國(guó)城市PM2.5濃度分布呈現(xiàn)非常明顯的直觀的聚集性，特別是京津冀及周邊城市形成一個(gè)PM2.5的高濃度集中區(qū)。然而這一高濃度區(qū)是否具有顯著性特征，也就是是否形成具有明顯的外溢作用的空間簇，需要通過定量模型進(jìn)行分析。全球自相關(guān)分析結(jié)果表明中國(guó)城市PM2.5分布具有明顯的簇特征，但全局自相關(guān)其并不能確切地指出聚集發(fā)生在什么地區(qū)。而局部指標(biāo)計(jì)算每一個(gè)空間單元與其鄰近單元就某一屬性的相關(guān)程度，并可利用LISA圖(local indicators of spatial association，LISA)形象化地顯示聚集區(qū)。圖3顯示了2016年、2017年具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著意義的中國(guó)城市PM2.5空間簇的分布情況。從圖中可以看出，PM2.5濃度的空間聚集態(tài)較為穩(wěn)定，2017年與2016年呈現(xiàn)相似的分布。

圖3 中國(guó)城市PM2.5空間簇的季節(jié)變化特征

高高(HH)聚集區(qū)主要有2簇，一簇位于新疆西部，由阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)、喀什地區(qū)和克孜勒蘇州等城市組成，這一高高簇的形成應(yīng)該與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境相關(guān)。另一簇位于長(zhǎng)江以北、包括京津冀地區(qū)及周邊地區(qū)，西至陜西西安等市，南至湖北荊州等市，東至山東東營(yíng)，江蘇宿遷，安徽合肥等市。該一高高簇在一年四季中都存在，但不同月份亦出現(xiàn)較明顯的變化。2017年春季該高高簇較2016年春季有發(fā)展趨勢(shì)，特別是在3月和5月，結(jié)合2016年、2017年春季的PM2.5的分布，說明該區(qū)域PM2.5濃度狀況在改善的同時(shí)，區(qū)域性在加強(qiáng)。夏季是一年中空氣質(zhì)量狀況最為良好的季節(jié)，但這一高高聚集區(qū)仍十分顯著的存在，區(qū)域范圍并沒有縮小，并且相較2016年，2017年這一聚集區(qū)范圍也在擴(kuò)大。2016年8月、9月這個(gè)高高聚集區(qū)有向南擴(kuò)展，但這一趨勢(shì)在2017年并沒有體現(xiàn)。高高聚集區(qū)向南擴(kuò)展趨勢(shì)在2017年的11月份表現(xiàn)十分明顯，雖然整體上秋季的高高聚集區(qū)較夏季沒有發(fā)生太大的變化。到了冬季，特別是12月份和1月份，一些中部城市也加入該聚集區(qū)。2017年11月份、12月份這一高高聚集區(qū)明顯向南、向中部城市擴(kuò)展，再次說明了PM2.5區(qū)域性的發(fā)展?？傮w來看，這一高高聚集簇在一年中經(jīng)歷由中東部地區(qū)逐漸向北方地區(qū)退縮，再由北方地區(qū)向中東部地區(qū)擴(kuò)展的循環(huán)周期，這一趨勢(shì)與以往的研究結(jié)論相同[5]。該高高聚集區(qū)應(yīng)成為中國(guó)大氣污染聯(lián)合防治的重點(diǎn)區(qū)域。

新疆西部(如喀什、和田地區(qū)等)是中國(guó)另一個(gè)高高聚集區(qū)的核心，這一聚集區(qū)在2017年呈現(xiàn)明顯縮小的趨勢(shì)，特別是在夏季和冬季，呼應(yīng)了該地區(qū)PM2.5狀況的改善。與京津冀高高聚集區(qū)的形成是由于人類活動(dòng)影響造成不同，西北地區(qū)這一高高聚集區(qū)則主要是由于自然環(huán)境的風(fēng)沙影響造成的，因此具有一定的周期性。一般這一區(qū)域在每年的2、3月份開始發(fā)展，并達(dá)到峰值，其后4、5月份維持在一定的范圍，從6月份開始，這一區(qū)域逐漸收縮，直至消失，但到10月份這一區(qū)域重現(xiàn)， 12月份這一高高聚集區(qū)再次消失。

PM2.5濃度低低(LL)聚集區(qū)則主要位于中國(guó)南部沿海(如福建)以及中國(guó)西南地區(qū)(如云南、西藏)以及東北邊界地區(qū)。低低聚集態(tài)勢(shì)在秋冬季節(jié)的中國(guó)的西南和東北表現(xiàn)得較為明顯。西藏林芝地區(qū)、云南迪慶州是較為穩(wěn)定的低低聚集態(tài)的核心地區(qū)，然而南部的廣東沿海的低低聚集區(qū)在2017年的秋、冬季消失，反映出該地區(qū)PM2.5濃度的上升。2017年的春季低低聚集區(qū)域較2016年春季明顯擴(kuò)大，特別是在3、4月份，西南低低聚集區(qū)向北擴(kuò)展，東北范圍也有所擴(kuò)大，到6月份，低低聚集區(qū)沿邊界向南擴(kuò)展至東南沿海的福建省，隨后回縮，到了秋冬季，該聚集區(qū)以向北擴(kuò)展為主，12月份、1月份西部的低低聚集區(qū)最為明顯，主要原因是由于該時(shí)期中東部地區(qū)PM2.5高濃度的反襯出西南地區(qū)空氣質(zhì)量得良好。

向南擴(kuò)展的東部高高聚集區(qū)以及縮小的東南低低聚集區(qū)應(yīng)引起有關(guān)部門的重視。我們的研究結(jié)果揭示了在《大氣污染防治計(jì)劃》干預(yù)下中國(guó)城市PM2.5時(shí)空特性的變化趨勢(shì)，從而有助于中國(guó)政府下一階段制定更加行之有效的污染治理措施和方案。

3 結(jié) 論

3.1 中國(guó)城市PM2.5空間格局總體穩(wěn)定的，北方污染強(qiáng)于南方，東部重污染區(qū)環(huán)繞在京津冀及周邊地區(qū)，同時(shí)新疆西部也為PM2.5高濃度區(qū)域，東南沿海與西南地區(qū)則處在較為優(yōu)良的水平。2016年、2017年全國(guó)336個(gè)城市的PM2.5年均濃度分別為46.5±18.1μg/m3、44.1±16.1μg/m3，呈下降趨勢(shì)。

3.2 PM2.5年濃度超過52.5μg/m3(相當(dāng)于國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)35 μg/m3的1.5倍)的重污染范圍逐漸縮小，程度減輕；污染超標(biāo)(日濃度超過75μg/m3)頻次超過15%的區(qū)域范圍縮小，超標(biāo)頻次減低。南方城市的超標(biāo)率總體上低于北方城市。

3.3 PM2.5季節(jié)性變化特征(夏季最低，秋春次之，冬季最高)明顯。雖然春夏秋三季PM2.5濃度在下降，但冬季并沒有發(fā)生明顯的好轉(zhuǎn)。

3.4 中國(guó)城市PM2.5濃度呈現(xiàn)顯著的空間依賴性，無論在年濃度尺度、季節(jié)還是月份尺度上，但依賴性在減弱。

3.5 PM2.5濃度的空間聚集態(tài)較為穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在位于華北平原的高高聚集區(qū)、新疆西部的高高聚集區(qū)以及3處較為分散的低低聚集區(qū)。東部高高聚集區(qū)一年內(nèi)都存在，呈現(xiàn)擴(kuò)展-減退的循環(huán)周期，并呈發(fā)展趨勢(shì)。西部高高簇位于新疆西部，呈現(xiàn)明顯收縮趨勢(shì)。低低聚集態(tài)主要出現(xiàn)在中國(guó)南部沿海、西南地區(qū)以及東北邊界地區(qū)。西南地區(qū)低低聚集態(tài)的城市增多，范圍擴(kuò)大，但中國(guó)南部沿海地區(qū)，特別是廣東省、廣西城市的低低聚集區(qū)在縮小。