2001年-2010年三大城市群api變化特征

2001年-2010年三大城市群api變化特征

1城市空氣指數(shù)分析近年來，隨著國家對環(huán)境保護的高度重視，大氣污染的處理能力逐漸加強。然而，由于各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平、氣候、地理等自然條件的很大不同，不同地區(qū)尤其不同城市的呼吸變化特征不同。京津冀、長三角和珠三角是我國最為重要的三大城市群,同時也是我國經(jīng)濟最為發(fā)達、人口最為稠密的地區(qū)。三大城市群內(nèi)的城市在經(jīng)濟快速發(fā)展的同時,其空氣質(zhì)量是否得到了改善抑或繼續(xù)惡化,弄清楚這個問題并深入比較各城市群之間的API異同,對我國政府和環(huán)境保護部門制定、修改環(huán)境保護政策和相關(guān)技術(shù)標準會起到積極的作用。同時,通過對三大城市群代表城市空氣質(zhì)量近年變化特征的分析也可為我國其它地區(qū)在發(fā)展經(jīng)濟的同時更加注重大氣環(huán)境保護提供必要的借鑒?？諝馕廴局笖?shù)(AirPollutionIndex,API)是一種反映和評價空氣質(zhì)量的數(shù)量尺度方法,是將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度簡化成為單一的概念性指數(shù)數(shù)值形式,并分級表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況,其特點是綜合、簡便、直觀,適于表達不同城市空氣質(zhì)量狀況及污染程度。國內(nèi)外科研工作者對城市空氣污染及API進行了大量研究,其中,Sarrat等研究了不同城市地表類型形成的熱島對區(qū)域大氣污染的影響;Houda等根據(jù)不同天氣類型,研究了一種利用太陽分光光度計觀測結(jié)果反演大氣可吸入顆粒物濃度值的方法;Lu等評估了香港地區(qū)空氣污染指數(shù)的優(yōu)缺點,并對目前采用的API提出了修訂建議;杜吳鵬等采用2001年-2006年API和氣溶膠光學厚度資料,研究了沙塵天氣過程對我國北方城市大氣環(huán)境質(zhì)量的影響;王海鵬等利用逐日API資料和一維連續(xù)Morlet小波變換方法研究了蘭州大氣污染時間序列的多尺度變化特征、主周期和影響因素。另外,其他許多研究人員對一些典型地區(qū)和城市的空氣污染指數(shù)也進行了詳細分析。本研究在統(tǒng)計2001年-2010年日均API基礎(chǔ)上,選取京津冀、長三角和珠三角三大城市群中9個代表城市,分析了各城市群城市近10年API年際和季節(jié)變化特征,對比了各城市及各城市群之間API的異同,統(tǒng)計了各城市近10年輕度污染及以上級別天數(shù)的變化趨勢,并結(jié)合當?shù)刈匀粭l件和大氣環(huán)境改善措施,對導致空氣質(zhì)量變化原因進行了分析。2環(huán)境污染評價本研究所用的API數(shù)據(jù)來源于國家環(huán)境保護部的對外發(fā)布結(jié)果,該數(shù)據(jù)根據(jù)各城市大氣污染物濃度每日監(jiān)測值計算得到。目前我國采用二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物3項指標的監(jiān)測數(shù)據(jù)計算空氣污染指數(shù),計算方法可參考相關(guān)文獻和技術(shù)規(guī)定。空氣污染指數(shù)是根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標準和各項污染物對人體健康和生態(tài)環(huán)境的影響來確定污染指數(shù)的分級及相應的污染物濃度限值,我國城市API分級標準見表1,其中API大于100即達到污染級別。3結(jié)果分析3.1大氣污染治理現(xiàn)狀圖1是京津冀城市群中北京、天津和石家莊2001年-2010年API變化,從圖1可以看到3個城市的年均API近10年呈下降趨勢,年變化系數(shù)分別為-2.9、-3.7和-6.3。天津和石家莊的API近10年比北京降低的更為顯著,主要是由于北京城市迅猛發(fā)展對空氣質(zhì)量的影響更大,北京的城市人口和機動車急劇增加,城市規(guī)模的膨脹在3座城市中最為明顯,因此一定程度上抵消了改善大氣環(huán)境所實施的政策和措施。石家莊本來污染最為嚴重,經(jīng)過一定的環(huán)境整治后其API下降的幅度最為明顯。天津緊鄰渤海,海陸風對大氣污染物的清潔能力較強,其大氣環(huán)境自凈能力最強,自然條件最為優(yōu)越,因此其年均API最低。近年3城市年均和各季節(jié)API有趨于同步的特征,年均API值在80左右,一方面表明各地治理大氣污染力度的加強,另一方面也說明大氣污染有“區(qū)域化”的發(fā)展趨勢,因而在大氣污染治理方面采取區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控越發(fā)重要。北京在奧運會前外遷或關(guān)閉了很多高污染高能耗的工廠企業(yè),并與周邊的天津、河北等省份通過合作共同治理大氣污染源的排放,這對北京空氣質(zhì)量的改善起到很大的作用,從圖1中可看到北京在2006年后大氣環(huán)境質(zhì)量顯著改善,API降低趨勢更加明顯,在2009年和2010年降低到85和86。值得注意的是在2006年3城市API均有所升高,這主要是因為該年度春季沙塵天氣較為嚴重,導致其春季平均API偏高所致。京津冀城市群API季節(jié)變化明顯,春季和冬季API較高,夏季最低,這是因為該地區(qū)冬春季干燥少雨、沙塵天氣頻繁,采暖燃燒大量的化石燃料和天然氣,而夏季降水較多,空氣對流旺盛,污染物極易沉降和擴散。但隨著污染類型逐漸由工礦企業(yè)、冬季取暖等粗放型排放向以機動車尾氣排放為代表的復合型污染轉(zhuǎn)變,近些年京津冀地區(qū)API的這種季節(jié)變化特征正在逐漸減弱。3.2非海洋凈氣運動區(qū)api圖2是長三角城市群的上海、南京和杭州2001年-2010年的API變化,相較于京津冀城市群,長三角城市群的年均API較低,總體上API呈震蕩下降趨勢,但沒有京津冀城市群下降明顯,API年變化系數(shù)分別為-1.7、-2.2和-1.7。3座城市在2002年API均最高(上海80,南京98,杭州89)。特別值得注意的是,上海和杭州近年API呈逐漸下降趨勢,而南京2010年API明顯升高,該年度南京4個季節(jié)的API均較高,南京地處內(nèi)陸寧鎮(zhèn)丘陵,大氣擴散條件較沿海地區(qū)略差,且南京為我國重要的重工業(yè)城市,化工、鋼鐵等行業(yè)在國民經(jīng)濟中占了較大比重,與同處于長三角區(qū)域的上海相比較,南京的API明顯偏高。上海毗鄰海洋,北面緊鄰長江入?？?海洋性氣候較南京和杭州更加明顯,其大氣污染物在清潔的海洋性大氣影響下易于擴散,加之空氣中水汽含量高,污染粒子易于隨降水沉積;由于杭州受海洋清潔大氣影響的程度小于上海,因此其API介于南京和上海之間。長三角地區(qū)冬季和春季大氣層結(jié)穩(wěn)定,污染物易于累積不易擴散,造成冬春季API最高,夏季雨水充沛對污染物的洗刷及大氣對流旺盛對污染物擴散均較為有利,因而夏季API明顯低于其它3個季節(jié)。3.3城市api的年變化系數(shù)和季節(jié)差異圖3是珠三角城市群的廣州、深圳和珠海2001年-2010年的API變化,其中廣州和深圳在2002年-2004年API有一定的升高,此后呈平緩下降趨勢。珠海的API在2001年-2005年略有下降,2005年-2010年略有升高,這與廣州和深圳的API年際變化特征相反。3座城市API年變化系數(shù)分別為-1.47、-0.74和-0.67,總體來看,相較京津冀和長三角城市群,珠三角城市群近10年API降低不太明顯,按季節(jié)劃分,夏季較其它季節(jié)降低的略多,這可能與夏季天氣和氣候變化特征有關(guān),比如降水的增加等氣象因素。珠三角城市群毗鄰南海,屬于典型的海洋性氣候,常年降水充沛,大氣擴散條件較好,在三大城市群中API最低。由于冬季大氣層結(jié)最為穩(wěn)定,污染物易于累積不易擴散,造成冬季API略高,而夏季頻繁的降水加之城市大氣受清潔海風控制使其API最低。從圖3中可以看到珠海的空氣質(zhì)量優(yōu)于鄰近的廣州和深圳,但隨著大氣污染呈現(xiàn)區(qū)域性特點,一個地區(qū)的空氣質(zhì)量不僅受自身大氣環(huán)境條件的制約,還會受到鄰近地區(qū)的空氣污染物排放、輸送、沉降等的影響,應特別關(guān)注珠海近幾年API略微升高現(xiàn)象,避免與廣州等城市的污染程度趨同,提前制定和采取大氣污染聯(lián)防聯(lián)控措施。3.4城市群內(nèi)部的api圖4為京津冀、長三角、珠三角三大城市群9個城市年均和4個季節(jié)API的對比,從圖4可以明顯地看出,京津冀城市群的API最高,其次是長三角城市群,而珠三角城市群的API最低,也就是說,這3個城市群的API由北向南逐漸降低。從各城市群內(nèi)部來看,距離海洋近的城市其API較低,例如天津的API低于北京和石家莊,上海的API低于南京和杭州,同樣珠海和深圳的API低于廣州,即氣候背景和地理位置對城市空氣質(zhì)量起到很大的決定作用。從各季節(jié)來看,冬季和春季的API明顯較高,而夏季的API較低,這與我國東部地區(qū)屬于典型的季風氣候區(qū)有關(guān),夏季多雨,對大氣污染物的清潔作用明顯,冬春季大氣層結(jié)穩(wěn)定,且北方城市冬春季采暖及春季頻發(fā)的沙塵天氣會增加大氣中污染物含量。3.5京津冀城市群環(huán)境污染天數(shù)明顯下降為進一步研究各城市群代表城市近10年空氣污染程度,統(tǒng)計了2001年-2010年每年API大于100即輕度污染及以上級別的天數(shù)(表2),從表2中可以看到,京津冀城市群中的北京和石家莊污染天數(shù)最多,近10年年均分別高達131.6天和111.7天,值得注意的是,近幾年京津冀城市群特別是北京和石家莊的污染天數(shù)已經(jīng)明顯下降,表明該地區(qū)的大氣環(huán)境改善明顯。長三角城市群中上海的輕度污染及以上級別的天數(shù)最少,近10年平均為47.7天,而南京和杭州明顯較上海的污染天數(shù)多。珠三角城市群中,珠海除了在2001年出現(xiàn)一次污染外,其他年份沒有出現(xiàn)API大于100的情況,而廣州在近10年的污染天數(shù)明顯高于同區(qū)域的深圳和珠海,年均達到34.4天,不過近幾年廣州的污染天數(shù)已呈明顯的下降趨勢。從圖5中可以看到,2001年-2008年三大城市群城市間的污染天數(shù)差距較大,而2008年之后,各個城市間的污染天數(shù)已呈縮小的趨勢,特別是京津冀城市群的污染天數(shù)已經(jīng)減少到與長三角城市群相接近的水平。4城市群內(nèi)部城市api的變化特征通過統(tǒng)計分析2001年-2010年京津冀、長三角和珠三角三大城市群9個代表城市的API年際和季節(jié)變化以及污染天數(shù),得到以下結(jié)論:(1)3個城市群代表城市近10年API總體上呈下降趨勢,其中京津冀城市群下降最為明顯,其次是長三角城市群,珠三角城市群API下降最不顯著。(2)3個城市群的年均和季節(jié)API由北向南逐漸降低,京津冀城市群API最高,珠三角城市群API最低,而城市群內(nèi)部距離海洋近的城市API較低。(3)3個城市群API均表現(xiàn)出冬春季高、夏季低的季節(jié)變化特征,氣候背景對城市空氣質(zhì)量起到很大的決定作用。(4)城市群不同城市年均和各季節(jié)API有趨于同步的變化趨勢,大氣污染呈現(xiàn)一定的區(qū)域同質(zhì)化的特征。(5)北京和石家莊近10年年均污染天數(shù)最多,分別為131.6天和111.7天,珠海污染天數(shù)最少;2001年-2008年3大城市群城市間的污染天數(shù)差距較大,2008年之后各個城市間的污染天數(shù)明顯縮小。我國現(xiàn)行的空氣污染指數(shù)是2000年從發(fā)達國家引進,相比美國和歐盟等發(fā)達國家和地區(qū),納入API的指標相對較少,要求也較低,與世界衛(wèi)生組織的要求相比則更低,如歐美國家廣泛開展的PM2.5(細粒子)監(jiān)測,我國目前還沒有納入常規(guī)監(jiān)測,因此,系