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论文方式解析池州市空气质量演变特征

2021-03-17 14:57


   空气污染是中国现阶段发展中不得不面对的问题,本文通过对安徽省生态环境监测中心提供的《安徽环境质量月报》中池州市各项主要污染物的月平均污染浓度等数据进行处理,进而对于池州市2015年到2019年的空气质量的总体特征、季节变化、年际变化进行分析,得出池州市近5年来空气质量演变的特征。结果表明:池州市的空气质量综合指数在2015年到2019年期间明显有一个“先上升,后下降”的变化。表明池州当地的空气质量经过了一个先恶化后治理的过程;在影响池州市空气质量的六种主要空气污染物中(SO2、NO2、PM2.5、PM10、CO、O3),PM2.5和PM10占据的比例明显高于其他污染物,是池州市的主要污染物;池州市的空气质量有着较为显著的季节变化规律,冬季的空气质量最差,夏季的空气质量最好,春秋季介于两个之间;主要的空气污染物年际变化大。参照生态环境部颁发的《环境空气质量标准》(GB3095-2012)和《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ663-2013)的来看,池州市月均空气质量优良率为79.80%。总体而言空气质量良好,但是季节性强、年际变化率大。

 
  中国近年来的经济迅猛发展,人们的经济生活有了明显的改善。但是在经济发展的过程中,城市道路房屋等基础设施的完善,煤、石油和天然气这些化石能源的开采,以及交通运输、工业生产和日常生活产生了大量的污染物,这些形形色色的污染物排放到大气中,造成了严重的空气污染。“十三五时期”党中央提出全面建设“生态环境、创造美好生活”。让人们的注意力不再是仅仅关注经济的发展,还对于和我们生活密切相关的空气质量有了更多的关注。空气质量是保护生态环境,创建美好生活的总要方面。国内外的专家学者很早就对其进行研究。他们通过对城市空气质量相关数据的统计和研究构建出一个城市的空气质量演变模型,用来预测和评鉴一个城市的空气质量,对城市今后的发展和有关政策的制定起着积极作用。本文通过对池州市2015年到2019年这五年的空气质量数据进行处理得出空气质量综合指数,在此基础之上用空气质量距平数、季节变异指数、年际变化率,这些数据来来分析池州市近5年来空气质量演变的规律。
 
  1.1数据来源与研究方法
 
  1.1.1数据来源
 
  文章的原始数据来源于2015年到2019年安徽省生态环境监测中心提供的《安徽环境质量月报》中池州市各项主要污染物的月平均污染浓度。在这个基础之上参考《环境空气质量标准》(GB3095-2012)和《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ663-2013)处理得出出各项污染物指数和空气质量综合指数。
 
  1.1.2研究方法
 
  (1)空气质量月优良率
 
  空气质量月优良率是指一个月中空气质量为优、良的天数与总天数的比值,用来整体评价一个月空气质量的总体情况。
 
  (2)空气质量综合指数
 
  空气质量综合指数,亦可称环境空气质量综合指数,是描述城市环境空气质量综合状况的无量纲指数,综合考虑了《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ633-2012)中规定的:SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3等六种污染物污染程度,空气质量综合指数值越大表明综合污染程度越重[1]。
 
  (3)空气质量综合指数的距平数
 
  对空气质量综合指数进行距平运算的目的是比较每月的空气质量综合指数与多年平均情况的关系,是为了进一步分析池州市空气质量演变的特点。
 
  (1)
 
  式子中Ai表示第i种污染物空气质量指数的距平数。Ri表示第i种污染物空气质量指数。R̅ⅈ表示第i种污染物空气质量指数的平均指数。Ai的值越大说明污染越严重,空气质量越差,值越小则说明空气质量越良好。
 
  (4)基于空气质量综合指数的季节变异指数
 
  季节变异指数用来反应事物的季节性变化的强度。本文的季节变异指数是基于空气质量综合指数,反应的是影响池州市的六种主要污染物的季节变化。
 
  (1)
 
  在上式中用Si代表着第i中空气污染物的季节变异指数;Ri表示第i种空气污染物的空气质量指数;R̅ⅈ表示第i种空气污染指数的所有年份的平均值。Si绝对值越大表示污染物的季节编译指数越大,空气质量越不稳定。反之,如果Si的绝对值越小则表示污染物的季节变异指数越小,空气质量越稳定。
 
  (5)基于空气质量综合指数的年际变化率
 
  年际变异指数是表示年度差异的数值,在本文中用来描述空气污染物的年与年之间的变化情况。本文的年际变化率是基于空气质量综合指数,反应的是影响池州市的六种主要污染物的年际变化。
 
  (2)
 
  Cv的数值越大就表明空气污染因子的年际变化率就越大,则说明此种空气污染因子的稳定性就越差;反之,这说明空气污染因子的稳定性越强。
 
  2池州市空气质量演变特征分析
 
  2.1池州市空气质量优良率特征
 
  根据2015年到2019年安徽省环境质量月报中的数据,对池州市空气质量进行分析得出池州市2015年到2019年空气质量优良率(图1-1)。分析可得出以下结论。
 
  图1-1池州市空气质量优良率(2015年-2019年)
 
  从图1-1中可以看出,池州市的空气质量优良率整体来说较高。2015年度空气质量优良率达到95%,看出此时的池州市空气质量很好,空气污染很少。到2016年池州市的空气质量优良率已经从2015年的95%下滑了15个百分点到达80%.就仅仅从数据来进行分析,空气质量优良率达到80%是非常不错的,说明此时的空气质量较高。但是相较于前一年空气质量优良率高达95%的好成绩而言,80%的空气质量优良率就显得微不足道。这是池州市空气质量恶化的开端。到2017年池州市的空气质量并没有改善,相反的池州市的空气质量继续下滑趋势,并且达到了2015年到2019年的最低水平,空气质量优良率为80%。相较于2015年池州市空气质量的数据,2017年的空气质量优良率下降了27个百分点;相较于2016年空气质量数据则是下降了12个百分点。2018年池州市的空气质量挽回了自2016年以来的连续两年的下滑趋势,空气质量有着明显的改善,空气质量优良率也有着显著的上升达到80%。就单单从空气质量优良率的数值而言已经恢复到2016年水平。2019年池州市的空气质量变化不大呈现基本稳定的局面,从数值上看相较于2018年的空气质量优良率的数据2019来了略有下降。总体来说,不论是最低值的80%还是其他年份的数据,池州市的空气质量总体较为良好。但是空气质量稳定性差,波动大。
 
论文方式解析池州市空气质量演变特征
  从2015年的空气质量最佳,优良率为95%,到空气质量最差,就有80%的空气质量优良率的2017年。两者差距大,而且仅仅用来两年。就此分析,不难看出。2017年到2018年间池州市的空气质量又有着大幅度的好转情况,从数据上表现为2018年的空气质量优良率上升12个百分点达到80%,恢复到2016年水平。2018年到2019年池州市的空气质量变化不是特别明显,在总体稳定的情况下,空气质量略有下降。从池州市2015年到2019年的空气质量优良率的变化曲线可以粗略的分析出池州市空气质量的变化趋势。2015年以来池州市的空气质量不断恶化,空气污染不断加重。2017年池州市空气污染问题的到重视,有关部门采取有效的方法对空气污染进行治理,不断恶化的空气得到遏制,空气质量有着明显的好转。2018年、2019年池州市的空气质量较为稳定,虽然有所波动,但是幅度不大。总体而言,池州市空气质量年际变化曲线的“U”,池州市的空气质量经过了从污染到治理再到波动稳定的过程
 
  2.2池州市空气质量综合指数特征
 
  对池州市2015年到2019年每个月的空气污染指数统计得出池州市空气污指数(表2-1)。
 
  从表2-1中可以看出,SO2、CO这两种空气污染物的指数每年都小于1。PM10在2015年有三个月超出二级标准,2016年有4个月超出二级标准,2017年仅有6月、7月、8月这三个月达到二级标准,2018年情况发生好转有4个月超出二级标准,2019年维持2018年水平。空气污染物PM2.5与空气污染物PM10的污染情况有相似之处,但是较比与空气污染物PM10,空气污染物PM2.5的污染更加严重。2015年有4个月超出二级标准,2016年有6个月超出二级标准,2017年有10个月超出二级标准,2018年、2019年分别有7个月、8个月超出二级标准。与空气污染物PM10和空气污染物PM2.5这两种污染物而言,NO2和O3这两种空气污染物的影响相对较小。2106年有两个月这两种污染物超标,2017年NO2超标3个月,O3超标1个月,2018年这两种污染物都超标5个月,2019年NO2超标月数下降到2个月,O3继续保持5个月超标。通过逐年对空气质量指数超标情况进行分析,也可以看出池州市空气质量经过了一个恶化到治理的过程,印证的上文中的说法。
 
  结合表2-1种的空气质量指数,可以将影响池州市的六种污染物分成一下几种类型。
 
  主要污染物:池州市的主要污染物是以空气污染物PM10和空气污染物PM2.5所代表的物理颗粒物质污染。这两种空气污染物不仅超标严重,而且都有着明显的变化趋势。2015年到2017年,这三年在空气污染物PM10和空气污染物PM2.5的污染快速加重,严重超标。2018年到2019年这两年间这两空气污染物的污染趋势明显好转,治理效果十分明显。
 
  次要污染物:池州市空气污染的次要污染物是NO2和CO,相对于主要污染物而言。次要污染物的污染程度较小,污染的持续时间较短。
 
  微污染物:微污染物是指污染物浓度达到二级标准,对于空气质量的影响小。池州市的微污染物主要是指SO2和O3。
 
  表2-1池州市空气指数(2015年-2019年)
 
  2.3池州市空气质量距平数特征
 
  对表2-1的数据进行距平分析,得到池州市空气质量距平指数(表2-2)。为了使数据更为直观,对其进行上色。从数据中可以得出以下结论。
 
  SO2这种污染物的空气质量指数距平数不仅数值小而且变化范围都不大,但是可以看出距平数的数值有逐年减小的趋势。NO2和SO2在数值和变化范围有类似之处,但是其距平数有明显的上升趋势。PM10和PM2.5的距平数数值的变化特征方面有一致性。既先增加后减小的过程。CO和O3数值波动较小,没有明显的变化趋势。
 
  从中可以发现SO2这种空气污染物对于池州市空气质量的影响越来越小而且自生的变化幅度很小。NO2与SO2的情况相反,其对于池州市空气质量的影响逐渐增大。PM10和PM2.5的变化特征再次印证池州市空气质量经过一个污染到治理的过程,数值变化大也从另一方面说明其是池州市的主要空气污染物。
 
  表2-2池州市空气指数距平数(2015-2019)
 
  2.4池州市空气质量季节变动指
 
  通过处理得出池州市2015年到2019年每月的各种空气污染指数季节变化率(表2-3)。结合表2-2可以得出池州市空气质量的季节变化情况。
 
  SO2这种空气污染物的季节变动指数数值小,且数值的变动幅度也很小。所以可以分析得出池州市SO2这种空气污染物没有明显的季节变化。NO2的季节变化率逐年增长,且有着较为明显的季节性变化。具体表现在冬半年,特别是11月到2月的数值大,夏半年的数值普遍较小。在一年中NO2的季节变动指数随月份呈现明显“U”字型的变化曲线,并且变化幅度逐年增加。这说明NO2这种空气污染物有着鲜明的季节性,并且季节性有着逐年加强的趋势。PM10和PM2.5的季节变化十分明显,7月、8月是这两种污染物影响最小的月份,12月、1月是污染最为严重的月份。由于空气污染物PM10和空气污染物PM2.5占据池州市空气质量污染物的主体地位,是池州市的主要污染物。所以在其影响下,池州市的总体空气质量也具有鲜明的季节性。CO与SO2的特征相似,季节性不突出。O3的季节性也比较明显,但是相较于NO2、PM10和PM2.5这几种呈现“U”的季节变化曲线。它的变化曲线呈现“n”型,在夏半年的空气污染物O3的污染情况最为严重,冬半年的污染明显降低。总体而言,池州市空气质量有着明显的季节性,空气质量指数季节变化率总体呈“U”,季节性逐年减小。
 
  表2-3池州市空气质量季节变异指数(2015-2019)
 
  2.5池州市空气质量年际变异指数
 
  从池州市2015年到2019年这5年的空气质量污染物指数的年际变异指数处理中得出池州市空气质量年际变化率(表2-4)。
 
  总体而言池州市这5年内各污染物指数的年际变化率比较大,空气质量的稳定性较差。SO2的年际变异指数最大为2019年的39%,最小是2017年度的24%,不仅每年的变异指数数值较大,而且数值的变动性强。这说明对于池州市而言空气污染物SO2年际变化较大,而且仅从现有的数据分析来看并没有出现明显的变化规律。二氧化氮的年际变异指数除去2016年的16%外,都在30%左右波动。虽然变异指数的值较大,但是数值变化较为稳定。PM10和PM2.5的年际变异指数有着相似的特点。两种空气污染物的年际变异指数曲线都呈现“先上升,后下降”的变化趋势。具体表现为两者的年际变异指数都是2015到2016年有着明显的大幅度上升,在2018年到2019年又都有着较为大的下降。CO的年际变异指数是几种空气污染物中最低的,在23%上下浮动,数值较小,且变化幅度低。O3的年际变化率和二氧化硫一样,没有明显规律。池州市的空气质量综合指数的年际变异指数相较于各项单独指数而言较小,有着先增加后减少的趋势。
 
  表2-4池州市空气年际变化率
 
  3池影响池州市空气质量的因素分析
 
  3.1地形因素
 
  地形对于池州市的空气质量有着很大的影响。池州市位与皖南山区多山地丘陵,地表植被覆盖率高。池州市的空气污染物在丘陵山区所生成的山谷风对流的影响下很能发生堆积。山区茂盛的森林植被对扩散的空气污染物进行着有效的吸收和进化。所以总体而言池州市的空气质量总体良好。
 
  3.2气候因素
 
  气候对于城市的空气质量而言,起着决定性作用。池州市的气候以亚热带季风性气候侯为主,有着明显的雨季和旱季。而降水对于空气污染物的讲解作用十分的明显,特别是对于PM2.5和PM10这样的固体悬浮污染物的降解作用更是十分显著。因为夏秋季节降水多,所以空气质量在夏秋季较高。反之,冬春季空气质量较差。3月北方冷空气对池州市的影响较大,所以在3月份的绝大多数时间里池州市的风力强劲。空气污染物收到强风吹散,所以3月份空气质量较好。南方暖空气在4月、5月到达池州,由于暖空气的活动导致大气出现逆温现象增加,使得空气稳定,空气污染物不易扩散,所以空气质量有所下降。这也是池州市空气污染指数数值出现明显异常的有意原因。所以池州市的空气质量在当地气温和降水的双重影响下,呈现出明显的季节变化。
 
  3.3人文因素
 
  1月、2月因为中国传统节日春节,所以带来外出护工人员返乡。池州市经济欠发达,本市没有足够的岗位来吸收消化本地劳动力,所以池州市有着较大的外出务工人员。随着春季庞大的外出务工人群回到池州给当地的空气质量带来一定的影响。再加上,春节祭祖、燃放烟花庆祝等诸多的习俗,更是让本来就恶化的空气质量带来更大的影响。这也使得池州市空气质量在一月和二月的高值有了较为合理解释。
 
  汽车的普及、城市的发展、产业结构的调整这些也对池州市的空气质量产生一定影响。


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