中国城市空气质量的区域差异及归因分析

开展城市空气质量时空格局演变特征及其影响因素的研究,对于深入认识城市环境与社会经济系统的互馈机理、制定高效的环境治理措施、提升城市发展质量具有重要的理论与实践意义。本文以中国全面实施《大气污染防治行动计划》的2014年为起点,刻画了2014—2019年286个地级以上城市6种空气污染物浓度（CO、NO₂、O₃、PM₁₀、PM_2.5、SO₂）的时空演变特征,并基于面板回归模型分析各污染物浓度之间的相互作用关系;进而利用随机森林模型对城市6种空气污染物浓度与13个自然和社会经济影响因子的关联强度进行探究,从中梳理出关键影响因子。结果显示：① 研究期内,O₃污染加剧,其余污染物年均浓度逐年下降,其中SO₂浓度降幅最大。虽然典型的重污染区范围有所减小,但京津冀、山东半岛、山西、河南等地区的城市空气污染物浓度仍相对较高。② 城市6种空气污染物浓度之间存在显著的相互影响关系,城市空气复合污染特征明显。③ 自然因素和社会经济因素对不同种类空气污染物浓度的影响差异较大,且与污染物浓度之间呈非线性响应关系。自然因素中,城市年均气温与空气污染物浓度的关联强度最大,其次是植被指数。社会经济影响因素中,土地城市化水平和二产比重是主导影响因子,其次是电力消耗总量和交通因子。偏依赖分析进一步刻画了不同污染物浓度对主导影响因子的响应突变阈值。鉴于人类对于自然环境和气象条件的控制能力有限,建议继续通过优化城市密度、控制人为排放源及严格的空气污染防控措施以进一步有效提高城市空气质量。     

基于主体功能区约束的大气污染物总量控制目标分配研究

考虑经济发展水平、污染物排放现状、污染物治理水平、空气质量,特别是国家主体功能区环境目标约束等因素,构建大气污染物排放总量分配的指标体系,用改进的等比例分配方法对2015年国家SO2,NOx总量控制目标进行区域分配。分配结果表明:SO2和NOx削减量大的省份主要集中在华北平原及其周围地区,这些地区污染物排放量大、空气质量较差;削减比例较大的地区主要集中在西部地区以及北京、天津2个直辖市,这些地区单位GDP能耗高、工业污染物去除率低、空气质量差;削减量相对较小的地区主要集中在西南和南部一些省份;削减比例较小的地区主要集中在中南部和南部几个省份,这些地区污染物排放量相对较少,空气质量好于其他省份。     

大气污染物排放量与颗粒物环境空气质量的空间非协同耦合研究——以武汉市为例

针对区域大气污染物排放量与空气质量在时空分布上存在不完全协同、匹配的现象,论文选择SO₂、NO_X、PM_2.5、CO和VOCs作为大气污染物指标,选择气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)表征颗粒物环境空气质量,以武汉市为例,综合应用耦合模型和空间错位指数模型研究2类指标之间的空间非协同耦合规律。主要结论如下：① 武汉市大气污染物排放量与颗粒物空气质量具有不同空间分布特征,大气污染物排放量呈现由城市中心城区向远城区递减的趋势,其中SO₂、PM_2.5和VOCs的排放具有明显的中心聚集现象,而NO_X和CO聚集现象不显著,且与道路分布明显相关;AOD分布具有明显的空间差异性,总体上呈由西北向东南依次递减的趋势。② 武汉市大气污染物排放与颗粒物空气质量的空间非协同耦合规律：越靠近城市中心城区,空间协同耦合现象越显著,空间错位现象越弱;越远离主城区,空间非协同耦合现象越显著,空间错位现象越显著;SO₂排放量与AOD在武汉市远城区的空间错位指数均大于0.7,且耦合度指数小于0.3,呈现较强的非协同耦合特征,NO_X、VOCs、PM_2.5的排放量与AOD在武汉中心城区的空间错位指数均小于0.5,且耦合度指数大于0.5,协同耦合现象较为显著。③ 基于时空非协同耦合分析城市大气环境污染治理建议：针对污染物与AOD空间错位不显著的城市中心城区,以本地减排治理为主;针对污染物与AOD空间错位显著的远城区,应在污染溯源分析的基础上进行区域协调综合治理。     

中国城市空气污染时空分布格局和人口暴露风险

近年来,中国空气污染及其对人口健康危害的时空分布呈现出新的特征。论文使用5 a(2015—2019年)间逐小时的空气质量监测数据,利用变化率计算、热点分析、趋势分析和超标频数统计等方法,分析了中国332个城市的空气质量及人口空气污染暴露风险的时空分布特征,结论如下：① 中国城市近年来空气质量有好转趋势,环境空气质量指数(AQI)下降的城市占所研究城市总数的91.3%;PM_2.5、PM₁₀、SO₂和CO等4种污染物浓度均有所下降,而NO₂和O₃浓度有所上升;② PM_2.5、PM₁₀、SO₂和CO浓度变化率的热点分布于新疆地区和云南—华南地区,NO₂浓度变化率的热点为新疆地区和河套平原,O₃浓度变化率的热点为华北平原至长江中下游流域;西北地区和华南地区空气质量变化幅度较小;③ 9个城市在PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、O₃和CO等6种污染物中均有暴露,分布于山西、河北与山东。暴露风险均为0级的低风险城市共有12个,分别位于新疆、云南、贵州、四川、广东、福建和黑龙江。研究结论对于跨区域空气污染的协同治理以及制定差异化的空间人口流动管理政策具有重要参考价值。     

中国城市空气污染及其空间溢出效应评估——以113个环保重点城市为例（英文）

近年来,中国城市空气污染问题日益受到学界和民众的广泛关注。对城市空气质量进行科学评价并分析其相关影响因素,对于空气污染治理具有重要的理论和实践意义。中国自2013年初实施新的空气质量标准(GB 3095-2012),PM_(2.5),O_3,CO,PM_(10),SO_2,NO_2等六种污染物被列入监测指标,并由环保部信息发布平台公布污染物浓度数据。本文收集了中国113个环保重点城市2014、2015年六种污染物浓度数据,基于核密度分析法、空间热点分析法来刻画中国城市空气污染演变格局和集聚形势。通过熵值评价系统,构建了综合空气质量(CAQI)指标,并解析六种污染物对中国城市空气质量的综合影响。研究结果表明,大体上,CO和SO_2是中国大部分城市空气的主要污染物,但在不同类型城市表现出明显差异。空气质量较差的城市主要位于华北和华中地区,其中京津冀地区尤为严重。利用一般回归模型、空间滞后和空间误差回归模型探究影响城市空气质量的主要影响因素。结果表明气象条件和人类活动对城市空气质量影响显著,具体表现为工业化和城镇化因子与城市空气综合质量具有较高的相关性。空间滞后模型结果显示城市空气污染存在明显的空间溢出效应,表明临近城市之间的空气质量相互影响程度较高。因此,本研究建议政府和相关组织应加强区域联防联控和深度合作,共同治理城市空气污染问题。     

近几年沙尘天气对中国北方环保重点城市可吸入颗粒物污染的影响

 利用2000—2008年中国北方17个环保重点城市API指数资料和同期气象资料,评估沙尘天气对中国北方城市大气环境的整体影响,对比分析不同城市空气质量受春季沙尘影响的程度,并以一次强沙尘暴过程为例,探讨其影响中国北方城市空气质量的范围、程度和过程。结果表明,2000—2008年北方环保重点城市大气的首要污染物是可吸入颗粒物,污染状况严重。春季颗粒物高污染状况主要与沙尘天气有关。不同城市受沙尘影响的程度也不同,影响程度自西向东降低,其中对银川、兰州和西宁影响最大。沙尘天气容易造成严重颗粒物污染事件,颗粒物浓度变化可以清楚地反映沙尘的输送、移动及强度变化。即使在并未出现沙尘天气的地区,在上游沙尘输送作用下,颗粒物浓度也会受较大影响。     

基于GIS空气质量模拟结果的表达方法研究

分析基于Surfer空气质量模拟结果等值线表达方法的优缺点,探讨基于GIS空气质量模拟结果可视化的技术与方法;借助ArcGIS Engine 9.3,集成Calpuff模型,对气象场、污染浓度时空分布特征与动态演变趋势等进行可视化试验。结果表明,基于GIS的空气质量模拟结果可视化能较好地表达研究区域的大气环境状况,对深入研究污染浓度的时空演变规律、污染影响范围与程度有很强的实际应用价值。     

库布齐沙漠治理对京津冀地区空气质量影响:2017年5月3-6日沙尘天气模拟

作为影响京津冀地区的沙尘途经地和发源地,对库布齐沙漠的治理工作一直在持续,成为使用科学技术手段将沙漠变废为宝、变害为利的成功案例,同时也是全球治沙范例。为研究库布齐沙漠治理工作对京津冀地区空气质量的改善效果,利用手工采样数据和城市空气质量监测数据,结合气团轨迹,筛选库布齐沙漠起沙并对京津冀地区产生影响的沙尘天气。选取2017年5月3-6日作为典型个例代表,使用嵌套网格空气质量预报模式系统（NAQPMS）,设计不同的起沙权重系数敏感试验,模拟研究该地区起沙和治理对京津冀地区的空气质量影响。结果表明：（1）气象模式较好地把握天气系统的演变以及地面风场的特征,保证NAQPMS模式可合理模拟沙尘的起沙区域、影响范围以及时空演变特征;（2）受沙尘影响城市的PM₁₀浓度模拟量值及变化与观测较为一致,表明模式合理再现了沙尘的输送过程;（3）库布齐沙漠起沙对京津冀地区的PM₁₀浓度贡献为35~150 μg·m^-3,贡献比例为10%~40%;（4）库布齐沙漠治理可使京津冀地区PM₁₀浓度降低35~75 μg·m^-3,下降比例为5%~20%,受影响城市PM₁₀浓度下降比例为7%~37%,沙漠治理工作可有效降低受影响地区的PM₁₀浓度。     

APEC区域减排对北京PM_(2.5)浓度时空变化的影响分析

为保障2014年亚太经济合作组织(APEC)会议期间北京的空气质量,京津冀晋鲁豫(简称J4LY地区)采取了区域减排措施。该文基于地基监测的PM_(2.5)日均浓度数据,利用普通克里金方法对该地区的PM_(2.5)进行空间插值表达,分析其时空分布特征,并顾及风速、相对湿度评估区域减排对研究区空气质量的影响。与2013年同期相比,虽然APEC期间气象条件不利,北京PM_(2.5)浓度仍下降28%。APEC会后区域减排措施解除,京津冀空气质量急剧转差、PM_(2.5)浓度反弹,凸显了区域减排措施的重要性。采用Spearman秩相关系数,分析对比了2014年APEC前后共34d与2013年、2015年同期北京与周边城市PM_(2.5)浓度相关性的变化特征,揭示区域减排措施有效降低了山东、河南空气污染物的远程传输贡献。     

长江经济带空气质量指数的时空特征及驱动因素分析 ——基于贝叶斯空间计量模型的实证

基于2015年长江经济带126个城市空气质量监测数据,首先利用探索性空间数据分析方法揭示了空气质量指数（AQI）的时空演变特征,然后采用贝叶斯空间滞后模型探讨了长江经济带空气质量指数的社会经济驱动因素。研究结果表明：① 长江经济带年AQI在空间上整体具有东高西低,长江以北高长江以南低的分布特点,具有明显的空间集聚特征。空气污染严重的热点地区主要集中长三角城市群的江苏省、浙北地区、皖北大部分地区以及上海市。空气质量较好的冷点地区则主要集中在云南省、四川的攀枝花以及贵州的大部分地区。② 长江经济带AQI在季节上呈现冬春高、夏秋低的季节变化趋势。总体而言,四季的高值集聚主要分布在鄂皖苏,低值集聚主要分布在云贵地区。③ 贝叶斯空间滞后模型回归结果显示,长江经济带空气质量存在显著的空间溢出效应。此外,模型结果证实了“环境库兹涅兹曲线”假说;FDI回归系数为正,支持了“污染避难所”假说;人口密度、公路客运量均是导致空气污染加剧的重要因素,而第三产业比重和建成区绿化覆盖率增加有利于长江经济带空气质量的改善。     

安徽省东部地区秸秆焚烧问题的调查研究

秸秆的露天焚烧造成了空气的严重污染,影响了人民的正常生活和正常生产,近些年已经成为一个难以解决的社会问题。笔者于2015年7月对安徽省东部地区农村秸秆焚烧问题进行了调查,调查发现安徽省东部焚烧的秸秆种类主要是小麦秸秆和水稻秸秆,原因主要是村民处于经济上的考虑,彻底解决这一问题需要找到合适的秸秆利用途径,使得经济上能够获利。     

沙尘事件对兰州河谷大气环境PM10的影响

利用1999—2001年兰州河谷大气中空气污染物的监测数据,结合河西地区沙尘事件频次,分析了兰州河谷大气环境PM10含量的季节变化特征及其成因。结果表明,源于河西地区的沙尘暴对兰州市空气中PM10含量有重要影响,PM10浓度在冬春季较高,在夏季较低。1985—2001年16 a来河西走廊中东部沙尘事件年均约为37.6 d,兰州河谷年均沙尘事件约为24.4 d,两者表现出显著的相关性（R=0.67,P=0.003）。2001年兰州河谷1 h平均沙尘PM10浓度统计分析显示:PM10含量大于1.0 mg·m-3 的峰值,主要由河西地区沙尘暴过程引起,而PM10含量0.5~1.0 mg·m-3之间的峰值,主要由工业污染物SO2、NOx及颗粒物的排放引起。要长期有效地改善兰州市大气环境质量,不仅要科学地制定本地污染物的减排措施,还要考虑周围地区生态环境的建设。     

2014—2019年中国秸秆焚烧火点的地理特征分析

客观、精细地刻画秸秆火点的地理空间分布特征,对科学引导作物秸秆焚烧和提高行政监管效率具有重要意义。基于2014—2019年中国区域内Satsee-Fire火点数据集和地形、社会经济数据建立的中国秸秆火点数据库和自然-人口-经济数据库,本研究采用GIS分析工具和数理统计方法,剖析了中国秸秆火点在地形、公共交通和人口-经济三方面7个因子之下的空间格局特征,结果表明：① 秸秆焚烧现象集中发生在高程低于250 m、坡度低于8°的区域,而位于北向坡和南向坡的秸秆火点数分别占总数的42.65%、37.36%。② 秸秆焚烧现象在机场和铁路禁燃区内呈不同的空间格局特征。距机场愈远秸秆焚烧行为愈普遍,机场禁燃区的秸秆焚烧有近六成发生在距机场11~15 km处;而铁路禁燃区内的秸秆火点分布较为均衡,总体呈内部圈层较外部区域略微密集态势,空间上火点密度整体随纬度增加而逐步增加,山西、内蒙古、河北及东三省铁路禁燃区火点数占总数的76.88%。③ 近七成的秸秆火点发生在人口密度低于250人/km2的县域,而58.17%的秸秆火点发生在年GDP低于100亿元的县域;秸秆焚烧现象与县域人口密度、GDP水平存在负相关关系,即县域人口密度愈大、县域经济愈发达,发生秸秆焚烧的现象愈为鲜见。     

中国空气质量时空变化特征

基于2015年中国343个地区空气质量指数(AQI)数据,运用统计分析和空间自相关分析方法,对全国及陆地表层系统九大区域空气质量时空变化特征进行分析。结果表明:①全国及九大区域空气质量春季较差、夏秋优良、冬季最差,AQI季节均值呈现"U"形变化特征。②全国及九大区域AQI月均值变化趋势呈现"L"形特征。③全国及九大区域AQI日均值变化趋势呈现周期性W～脉冲型波动规律。④"高污染"和"低污染"区域呈现出北高南低的南北分异格局。⑤九大区域首要污染物频次结构差异明显,频次最高的首要污染物PM2.5或者PM10在空间上呈现出明显的东西分异格局。     

陕西区域环境空气质量时空特征

利用陕西省的环境空气质量自动监测站2017—2021年的监测数据,分析了陕西区域空气质量的逐月变化特征、季节变化特征、年变化特征以及不同污染物的空间分布情况,对不同区域发生重度污染时段的环境空气质量污染特征和成因进行了探讨。结果表明：(1)2017—2021年陕西省空气质量逐步改善,空气质量改善幅度关中>陕南>陕北,SO₂浓度年均下降12.5%,CO浓度年均下降9.9%,PM_2.5年均下降7.2%。(2)关中区域和陕北北部污染较重,陕北南部和陕南区域污染较轻,城市污染程度重于郊县。(3)陕西省空气质量具有明显的季节变化特征,重污染天多在采暖季和春季(1月、2月、3月、11月、12月)。不同区域发生重度污染时的首要污染物具有明显差异。陕北区域重度及以上污染天的首要污染物为PM₁₀(100%),关中区域为PM_2.5(82%)、PM₁₀(17%)、O₃(1%),陕南区域为PM_2.5(81%)、PM₁₀(19...     

中国城市群空气质量时空演化及收敛趋势

选取2015—2020年全国城市空气质量实时监测数据,运用Dagum基尼系数、变异系数和收敛模型等方法,定量考察城市群空气质量差异及其来源和收敛机制。结果显示：① 2015年以来,中国20个城市群空气质量均未表现出逐年改善的理想趋势,绝大多数城市群空气质量在波动反复中趋于改善,且O₃开始取代PM_2.5成为部分城市群最主要的首要污染物。② 中国城市群空气质量“南优北劣”的空间分异特征明显,但考察期内空间差异有所缩小,且群间差异远大于群内差异。③ 中国城市群空气质量不仅存在σ收敛趋势,而且存在绝对和条件β收敛趋势,无论是否考虑除初始值以外的其他异质性影响因素,城市群地区各城市空气质量都朝着稳态水平变化发展。     

重庆主城区空气质量时空分布及原因分析

通过对重庆主城区1998—2008年空气监测数据的分析,研究重庆市空气质量的时空分布.主城区的首要污染物是PM10,其次是SO2,再其次是NOx.总的来说从1998—2008年空气质量优和良的比率不断升高,而轻度污染和中度污染的比率不断降低,空气质量不断改善.季节上基本是冬季污染秋季污染春季污染夏季污染.从空间来看,北碚的污染指数最低,其次是渝北和南岸,而渝中、大渡口、沙坪坝的污染指数比较高.气候与气象、地形、工业布局与生产、能源结构、交通、政策与污染控制措施,影响着重庆空气质量的变化.根据污染的特点本研究最后提出了治理空气污染的对策.     

长江经济带经济-环境协调发展格局及演变

通过经济与环境系统的协调发展度评估,分析了长江经济带经济环境协调发展的时空演变格局,并对经济带经济发展、环境污染与环境质量的格局与态势展开探讨。研究表明：经济带协调发展度空间差异显著,东部地区明显大于中西部地区,沿江地区高于非沿江地区。高度协调型主要分布在长三角地区及少数中西部省会城市;高度失调型主要分布在重庆、皖北、滇西南、鄂中等地区;江西与四川是协调型转为失调型的集中地区。长三角核心城市经济地位依然凸显,但长三角边缘地区城市经济位序呈下降趋势,中西部地区部分城市经济位序上升明显。工业废水排放以重庆、苏州、杭州为最多,工业SO₂排放呈现3大集中地带。城市空气质量较差的是长三角边缘地区以及中西部沿江地区,城市空气质量总体上与工业SO₂排放、工业烟尘排放在空间格局上较为吻合。长江干流断面水质上游（川滇渝）与下游（苏沪）较差,一定程度上反映了沿江地区工业废水排放对长江水质的影响。最后,从树立发展与保护双重使命,创新经济带开发体制机制;推进下游城市经济转型升级,培育中上游新的经济增长极;落实最严格的管理制度,共建生态文明示范带等方面提出发展建议。     

峡口城市乌鲁木齐冬季大气污染的时空分布特征

基于2013年1~3月每日发布的6类污染物(PM10、SO2、NO2、PM2.5、CO和O3)逐时数据和同期气象数据,对乌鲁木齐污染物的时空分布变化规律进行了分析。结果表明:乌鲁木齐污染物浓度空间分布型可分为两种,即城区中心-外围过渡型和南北过渡型。PM10是城区中心-外围递增型,SO2和CO则是城区中心-外围递减型。南北递增型是PM2.5和O3,南北递减型为NO2;乌鲁木齐冬季六类污染物污染指数级别由小到大依次是:O3SO2NO2COPM10PM2.5;污染物日变化曲线大致为双峰结构(PM10、PM2.5和SO2)单峰结构(CO、NO2和O3);PM2.5超标率很高(88.7%),其与相对湿度、能见度、风速、降水呈反相关关系,与逆温差呈显著的正相关。当PM2.5的AQI值逐步升高时,低空型东南大风出现频率和逆温层厚度、温差等总体上也呈现增加趋势,说明低空型东南风对于峡口城市的空气质量存在重要的影响。     

中国366个城市空气污染综合程度的时空演变特征分析

采用2016—2017年中国366个城市1 484个监测站点的空气质量近地监测数据,以期最大程度覆盖西部地区,填补现状对西北热点地区污染因子探讨的空白。运用空间描述性统计、空间插值、空间自相关、标准差椭圆与重心分析方法,从年度、季度、月度、日度对比的角度探讨中国空气质量的污染类型、发展趋势、集聚与迁移特征。研究发现:基于插值法,可将全国分为3个区域,临海性与山地性对空气质量优良区产生显著的正响应。山西是污染加重程度最大的省份,主要受SO₂浓度升高影响,而北京与河南是污染改善效果最明显的省份,主要是PM_2.5的治理成效显著。空气质量分布格局以新疆西部和冀鲁豫形成双核高值聚类模式,并且集聚深受温度分带的影响。空气质量总体分布朝向呈东北—西南方向,转移重心均分布在河南省,以向东北方向移动为主,这种分布变迁又重新定义了其季节分异。全国主要的污染类型以PM₁₀与PM_2.5为主。PM10主要分布在新疆地区,受风沙过境扬尘污染自然因素更大,PM_2.5主要分布在华中、华北、苏北地区,受人为经济活动影响更大。