中国空气污染指数变化特征及影响因素分析_李小飞

第33卷第6期2012年6月

环境科学Vol．33，No．6Jun．，2012

中国空气污染指数变化特征及影响因素分析

*

李小飞，张明军，王圣杰，赵爱芳，马潜

（西北师范大学地理与环境科学学院，兰州730070）

摘要：以2001～2010年我国42个城市逐日空气污染指数、主要污染因子、空气质量级别和空气质量状况资料为基础，分析了我国城市大气受燃煤影响较为严重，可吸入颗粒物为主要污染因子，空气质量状近10a我国空气质量的变化特征．结果表明，

况以优、良和轻微污染居多；空气质量季节变化明显，冬季空气污染最严重，夏季最轻；从年际变化看，空气质量表现出逐年好转趋势；城市大气环境质量在区域上存在显著差异，表现为由南到北、从沿海到内陆逐渐变差的趋势．对空气污染影响因素的分析表明，局地污染和西北地区沙尘传输造成的自然降尘是我国城市空气质量的主要污染源；气象要素对大气污染物有制约关系，空气污染指数与降水量、风速、逆温线性相关；地形的空间差异影响着气象条件的分布，进而对空气质量的空间变化且具有双重作用．产生影响；人类活动对城市空气质量也存在一定的影响，关键词：空气污染指数；变化特征；影响因素；城市；中国

中图分类号：X131.1；X51

文献标识码：A

文章编号：0250-3301（2012）06-1936-08

VariationCharacteristicsandInfluencingFactorsofAirPollutionIndexinChina

LIXiao-fei，ZHANGMing-jun，WANGSheng-jie，ZHAOAi-fang，MAQian

（CollegeofGeographyandEnvironmentalSciences，NorthwestNormalUniversity，Lanzhou730070，China）

Abstract：Basedonthedailyairpollutionindex（API），primarypollutant，airqualitylevelandstatusof42citiesinChinaduring2001-2010，thecharacteristicsofairqualitywereanalyzed．Theresultsshowedthattheatmospherewassignificantlyinfluencedbyconsumptionofcoal．TheprimarypollutantwasPM10，andtheairqualitystatuswasexcellent（0＜API＜50），good（50＜API＜100）andslightlypolluted（100＜API＜150）inthemajority．Theairpollutionstatusvariedseasonally，whichwasthemostseriousinwinter，andslightestinsummer．Theairqualitywasbetterandbetterintheobservedperiodgenerally；Thespatialdistributionofurbanairenvironmentdisplayedaworseningtrendfromthesouthtothenorthandfromthecoaststotheinland；ThelocalemissionandnaturaldusttransmissionfromtheNorthwestChinawasthemainsourcesofurbanairpollution；Theairpollutantswereimpactedbythemeteorologicalelements，andtheairpollutionindexcorrelatedlinearlywithprecipitation，windspeedandtemperatureinversion；Thedistributionofweatherconditions，whichwasaffectedbytheterrain，alsocouldinfluencetheairquality；Inaddition，thehumanactivitieshadbothpositiveandnegativefunctionsontheurbanairquality．

Keywords：airpollutionindex（API）；variationcharacteristics；influencingfactor；city；China

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，城市环境空气质量也越来越成为人们普遍关注的热点话题，因而对城市大气环境质量做出客观、全面、实时的认识和评价是极其必要的．大气环境质量评

［1］

价是对大气环境状况优劣的定性和定量的评述，其将监测点的监测数据与国家规定的大气质量标准等级相比较，进行综合评价，不仅有利于人们认识和还为有效治理和控制大气污染研究大气环境质量，提供必要的科学依据．

空气污染指数（airpollutionindex，API）是反映

［2］

大气环境质量水平的重要指标．根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环境的影响，将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单它将空气污染程度和空气一的概念性指数值形式，质量状况分级表征，适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势．

研究API指数时空分布特征对城市环境空气质

量分析与预报均具有宏观指导意义．然而API指数时空分布一方面受局地和长距离输送污染源的共同影响，另一方面气象场形势在一定程度上亦决定着污染扩散和污染水平．因此，多要素共同作用决定了API指数时空分布的复杂性［2］；国外对此研究不主要集中在对模型预测空气污染指数的研究以多，

［3～5］

．在国内对空气污染指数的及计算方法的改进

［5～7］

、单一或少数几个研究大多数局限于少数区域

［8～12］

城市的空气污染指数（分指数）或主要污染物的分析，仅仅得到的是特定地区和特定条件下空气

污染指数的分布特征，对大尺度区域，特别是全国性空气污染的时空分布特征研究较少．基于此，本研究

收稿日期：2011-08-05；修订日期：2011-10-17

基金项目：国家自然科学基金项目（41161012）；教育部新世纪优秀

人才支持计划项目（NCET-10-0019）；国家重点基础研究发展规划（973）项目（2010CB951003）

作者简介：李小飞（1985～），男，硕士研究生，主要研究方向为环境

E-mail：geoli2010@163．com地球化学，

*通讯联系人，E-mail：mjzhang2004@163．com

6期李小飞等：中国空气污染指数变化特征及影响因素分析

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以全国42个主要城市2001～2010年的日空气质量

在较长时数据对我国API的时空分布进行了分析，间和较大空间尺度上研究我国各站点城市API的季

年变化和空间变化及分布特性，并对其时空分变化、

布特征的驱动机制做了探讨；利用API研究城市较长时期空气质量状况和变化趋势，对于进一步揭示我国城市大气污染问题、制定合理科学的城市空气质量保护提供参考依据．11.1

材料与方法

空气质量分级标准

图1

Fig．1

API季节变化

Seasonalvariationofairpollutionindex

我国目前采用的空气污染指数API分为5个等

［13］

级（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），7个档，范围为0～500．

50、100、200分别对应我国空气质量标准中其中，

二、三类标准的污染物浓度限值，500的日均值一、

对应于人体健康产生明显危害的污染水平，分别与API值（0～50、51～100、101～200、201～300、301～500）相对应．指数越大，级别越高，说明污染越严重，对人体健康的危害也越明显．1.2

数据来源

本研究所用空气污染指数资料取自中华人民共和国环境保护部网站重点城市空气质量日报数据（http：//datacenter．mep．gov．cn/），选取2000年12月～2010年12月记录完整的42个城市．日报资料主要包括逐日空气污染指数、主要污染因子、空气质量级别和空气质量状况．22.1

结果与分析

季节变化特征

特定的季节、不同的天气气候条件会使得城市

粒物污染分指数的贡献率为73.04%，其余6.11%

来自二氧化硫和二氧化氮的贡献；各季节主要污染因子出现天数均表现为：可吸入颗粒物＞无污染＞二氧化硫＞二氧化氮；可吸入颗粒物10a的季度平均值排列顺序为：春＞秋＞冬＞夏，无污染是夏＞秋＞春＞冬，二氧化硫是冬＞春＞秋＞夏，二氧化氮冬＞秋＞春＞夏；污染因子二氧化硫、二氧化氮在四季中出现天数均较少，尤其夏季天数最少；无污染及可吸入颗粒物则相反，夏季出现天数较多．可吸入颗粒物可以被人直接吸入呼吸道内造成危害，其主要的人为源是工农业生产和人类活动；大气中的二氧化硫则主要来源于含硫燃料（特别是煤）的燃烧，其余则来自于冶金、硫酸制造等工业过程；二氧化氮是大气中主要的含氮污染物，其人为源主要是燃料的燃烧，在城市则主要表现为汽车尾气的排放．

对各个城市空气质量状况季节分布特征统计（图3），我国城市空气质量状况的季节变化总体上表现出，优或良在总天数中所占比例较大，其次为轻微污染和轻度污染，中度污染、中度重污染和重度污染所占比重最小；夏、秋季Ⅰ和Ⅱ级天数占总天数的45.66%，冬、春季Ⅳ1、Ⅳ2和Ⅴ级污染天数分别287和673d；空气质量状况10a的季度平为390、

均值排列顺序表现为：优是夏＞秋＞春＞冬，良是秋＞春＞夏＞冬，轻微污染、轻度污染、中度污染和中度重污染的规律相同，均为冬＞春＞秋＞夏，重度污染是是春＞冬＞秋＞夏，再次表明我国空气质量夏、秋季较好，春季次之，冬季最差．

综上，四季大气污染指数、主要污染因子以及空气质量状况10a统计分析结果显示，冬季大气污染最为严重，秋、春次之，夏季污染最低．这种季节变化规律，表现出我国以煤烟和二次扬尘的为主的大气

空气质量发生较大的变化；局地因素，即各个城市

的气象条件、地貌状况、植被分布以及当地人们的活

［7］

动状况是形成这种季节变化的关键因素．全国42个城市2000年12月～2010年12月API的季节变化均值显示（图1），我国城市空气污染指数以夏季

作为转折点，冬季至夏季API大幅度降低，夏季之后API趋于升高；也即冬季空气质量最差，春季大气污染指数次于冬季，夏秋两季相对较好，总体上空气污染指数＜100处于Ⅰ或Ⅱ级；污染指数季节顺序为冬季（88）＞春季（79）＞秋季（73）＞夏季（63）．

由图2可见，我国城市主要污染因子季节变化特征．依据我国环境污染的特点和污染防治重点，目前计入空气污染指数的项目为：二氧化硫、氮氧化物（二氧化氮）和总悬浮颗粒物（PM10），

其中可吸入颗

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环境科学33

卷

图2

Fig．2

主要污染因子季节变化

Seasonalvariationofthemainpollution

factors

图3

Fig．3

空气质量状况季节变化

Seasonalvariationofairqualityconditions

污染特征，也与天气气候条件以及局地因素的季节变化有关．冬季降水偏少，气候干燥，植被干枯，西北风强劲，易引发起沙、扬尘天气；另外冬季，尤其是早晚，容易出现逆温层抑制污染物在大气中的扩散，同时冬季为采暖期，燃料消耗量大，污染物排放量

［14］

更加剧了大气污染．春季是沙尘暴频发的季大，

节，多发生于西北的沙尘暴借强劲的西北风可长距离输送影响中国的不少城市，有时会席卷大半个中国

，沙尘加大了空气中的含尘量，从而影响环境空气质量．然而，夏秋两季降水增多，湿度增大，植被

图4

Fig．4

API年际变化

Inter-annualvariationofairpollutionindex

［15］

覆盖度明显增大（相对于春、冬两季），而且太阳辐射强，近地面层热力对流旺盛，逆温出现的几率小，空气的扩散条件好，有利于污染物的稀释和扩散，空气质量无疑相对较好．2.2

年变化特征

2001～2010年全国站点城市空气污染指数变

，2001～2006年下降年表现为下降趋势［图5（b）］

幅度较小，甚至在2007年略微升高，但之后又急剧下降，至2010年趋于稳定；二氧化硫作为污染物出

10a间分别于2003年和2008年出现现天数较少，

一谷一峰；即2001～2003年二氧化硫天数呈减少

2003～2008年表现为上升趋势，2008～2010趋势，

．主要污染因子中，年又趋于减少［图5（c）］二氧化且年际变化波动较大，分别于氮出现天数最少，

2002年、2005年和2009年出现极小值，2004年和2007年出现2个峰值［图5（d）］，总体上无规律可循．

全国站点城市2001～2010年空气质量状况的年际变化如图6所示．2001～2010年空气质量出现

API总体上表现为下降趋势．从2001化趋势见图4，

～2005年API平均值表现出逐年下降的趋势，波动较小，在2006年API陡然升高，之后又表现出平缓下降趋势．

图5给出了2001～2010年各不同污染因子出现天数的年际变化．由图5（a）可以看出2001～2010年无污染出现天数虽有波动但整体上表现出逐年增

2010年全国站点城市无污染的天数为4038d；大，

可吸入颗粒物作为首要污染物的天数2001～

2010

6期李小飞等：

中国空气污染指数变化特征及影响因素分析

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图5

Fig．5

主要污染因子年际变化

Inter-annualvariationofthemainpollution

factors

优的天数虽略微有波动但整体上表现出逐年增大［；良出现的天数在2007年发生了变化，图5（a）］

即2001～2007年良出现天数呈增大趋势，2007年

；2001～2010年之后则表现为趋于减小［图6（a）］

轻微污染和轻度污染出现天数减小均趋势明显，波

；中度污染、动较小［图6（b）和图6（c）］中度重污10a间虽有较大的波染和重度污染出现天数较少，

动但总的趋势是趋于减小；同时，本研究发现3种

图6

Fig．6

空气质量状况年际变化

Inter-annualvariationofairqualityconditions

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环境科学33卷

空气质量级别在2006年均表现出增大的转折，加之API在2006年的陡然升高，表明2006年全国出现了较大范围的空气污染

．

综上，大气污染指数、主要污染因子以及空气质量状况10a统计分析结果表明：API的年际变化表

空气污染趋于良好；主要污染因子现为逐年减小，

当中无污染出现的天数逐年增大，可吸入颗粒物出

现天数也明显趋于减少，二氧化硫和二氧化氮出现天数虽有波动，但减少趋势也较为明显；空气质量状况的年际变化也进一步表明了2001～2010年全国城市空气质量的好转趋势．这与近年来各地方政府和环保部门在大气污染治理方面的工作密不可分，也与城市综合整治力度的加大，环境建设和环境管理工作的不断地深入，科学有效地治理措施以及全民的参与密不可分．2.3

空间变化特征

选取中华人民共和国环境保护部网站重点城市空气质量日报数据，所有站点城市的空间分布如图7（a）所示，基本涵盖我国南北以及沿海内陆地区（东西差异）．

我国城市大气环境质量在区域上存在明显的差API、异，主要污染因子和空气质量状况均表现出从从沿海至内陆的变化趋势．图7（b）为API南向北，

的空间分布，虽然空气质量均表现为Ⅰ或Ⅱ级（兰

州、乌鲁木齐表现为Ⅲ1），在区域上则南方和沿海城其中珠海、湛江和海口表现为Ⅰ市API均值较低，级，北方与内陆城市空气质量皆为Ⅱ级，且均是API高值区．主要污染因子的空间分布如图7（c）所示，无污染的区域特征表现为南方及沿海城市出现天数较多，北方和内陆城市出现天数较少；可吸入颗粒物和二氧化硫则表现为北方和内陆城市出现天数较多，南方及沿海城市较少；二氧化氮作为污染物主要出现在南京、南通、上海、温州、福州、厦门、汕头、深圳、珠海、广州、南宁等沿海城市和西北干旱区的呼和浩特、银川和乌鲁木齐，以及兰州和哈尔滨，区域差异主要表现为沿海城市大于内陆城市，南方大湛江、合肥以及拉萨等，10a来于北方城市；海口、

从未出现过二氧化硫和二氧化氮的天数．空气质量，状况的区域分布特征也比较明显［图7（d）］空气质量级别优或良出现天数表现为南方和沿海城市大

于北方和内陆城市；轻微污染、轻度污染、中度污染、中度重污染和重度污染出现天数均表现为北方

并且南方和沿海和内陆城市大于南方和沿海城市，

的部分城市10a来并没有出现过轻度污染或轻度

污染以上的空气质量状况，如珠海、海口、湛江和昆明等城市．

图7Fig．7

空气质量空间变化示意Spatialvariationofairquality