近10年中国空气质量时空分布特征

空气污染是建设健康中国过程中亟待解决的难题。利用2005—2015年全国86个重点城市空气质量日报数据,综合运用全局自相关法、层次聚类法、空间插值法以及重心迁移模型,从年度、季节和月份3个时间尺度上探讨了近10年来中国空气质量的时空分布特征。结果表明,(1)全国空气质量表现出显著的时间变化规律。从年际变化上看,空气质量逐年好转趋势明显;从季节变化上看,夏季空气质量最好,春秋次之,冬季最差;从月份变化上看,空气质量呈现出显著的先降后升的"U"型变化规律。(2)全国空气质量呈现出显著的空间集聚和分异规律,表现为"北重南轻、东重西轻"的空间格局。其中,京津冀地区、西北地区以及山东、河南属于长期高污染区;以珠三角为核心的南部沿海地区、云贵高原和青藏高原地区属于常年优良区。近10年全国空气质量整体虽得到有效改善,但部分地区(河北、山东、河南和江苏)污染仍在加重,期间污染范围从整个华北地区、中部地区和西北地区向京津冀地区集中,空气污染分布模式从集中连片分布变成零星分布。(3)近10年全国空气质量重心以向东北方向移动为主,表明东部和北部地区部分省份的空气污染程度较全国其他省份严重。(4)研究结果揭示了近10年中国空气质量的时空分异规律,可为寻求污染治理办法提供理论参考。     

珠三角地区PM_(2.5)浓度空间自相关分析

PM_(2.5)空间变异规律是揭示污染机制的重要基础。研究获取珠三角地区共57个监测点2013年全年PM_(2.5)小时均值监测数据,汇总后得到监测点季度均值和年均值,采用空间自相关分析理论研究不同季节PM_(2.5)浓度空间自相关性的强弱与集聚模式。结果显示,珠三角地区PM_(2.5)污染季节差异显著,冬季PM_(2.5)浓度均值是夏季的3倍。空间自相关分析表明,90 km范围内,珠三角PM_(2.5)浓度均存在正空间自相关性且尺度效应明显,空间自相关性存在城市尺度和区域尺度2次递减;春、夏、秋、冬季PM_(2.5)浓度全局Moran's I指数分别为0.542、0.752、0.602和0.628,空间自相关性由高到低依次为夏、冬、秋和春季;珠三角PM_(2.5)浓度集聚模式明显,深圳等沿海地区表现为PM_(2.5)浓度低-低集聚(L-L),而离海岸稍远的广州等地区为高-高集聚(H-H)区域。     

基于GIS的中国API指数时空分布规律研究

以2009年1月至2012年12月的中国120个重点城市的API监测数据为基础,通过选取最优的空间插值方法获得各月及各季节的API空间分布图,并运用剖面线分析等空间数据分析方法研究其空间分布规律。结果表明,API在不同时段的变化较大;存在着明显的季节变化趋势,总体上冬季最高、春季次之、夏季最低,且夏秋季基本均分布在100以内;中国空气质量状况总体良好,API主要分布在51~100之间,但有较多地区分布在80~100间,空气环境质量仍不容乐观;API分布着以兰州和西宁为中心、陕西省西安市为中心及乌鲁木齐市和吐鲁番市为中心的几个空气质量较差的高值集聚的＂热点＂区域及海南省、广东省及福建省的沿海区域、西藏自治区等几个空气质量较好的低值集聚的＂冷点＂区域;在N-S、WE、NW-SE、NE-SW四个剖面线方向上相同季节的分布趋势基本一致,且同一方向上春夏秋冬四季的分布也大致相同,基本呈现＂低-高-低＂的分布趋势且北方地区明显高于南方地区。     

珠三角城市群热岛时空分布及定量评估研究

在利用卫星资料估算地表城市热岛(SUHI)时,选择具有代表性的乡村背景区域对于热岛评估结果的准确性与科学性具有重要意义。通过改进乡村背景选择算法建立一种在区域或全球尺度上相对简单合理的SUHI估算方法,并引入热岛面积、热岛比例指数等指标开展珠三角城市群热岛时空分布特征分析及定量评估。研究结果表明:(1)文章建立的SUHI估算方法能有效监测城市群热岛年/季和昼/夜变化,气候背景可能是城市群季节SUHI变化的一个决定性因子;(2)近5年(2010—2014)珠三角城市群已形成一个广州、佛山、中山、东莞和深圳等城市相连的巨大"区域热岛群",且白天和夜晚存在多个不同的热岛中心,年均SUHI3.0℃的热岛总面积为700 km~2,排名前3的城市分别为佛山(277 km~2)、东莞(228 km~2)和广州(110 km~2),其中心城区SUHI分别为3.1℃、1.9℃和1.5℃;(3)夜晚热岛强于白天,最强热岛出现在秋季夜晚,SUHI3.0℃的热岛总面积可达6 169 km2(占行政区域面积的11%),排名前3的城市分别是东莞(1 514 km2)、佛山(1 420km~2)和广州(1 280 km~2),且9个城市有8个中心城区热岛评估等级在4(严重)以上,显示珠三角大部分中心城区热岛都很严重,且经济结构在很大程度上影响着城市热岛强弱;(4)从1994—2014年,城市群SUHI I3.0℃的热岛总面积从6 km~2增加到4 812 km~2,中心城区平均SUHI从0.1℃增加到1.8℃,热岛评估等级从1级(轻微)上升到4级(严重),这种变化反映了珠三角城市群迅速扩展所导致的热岛强度增加和范围扩大的事实。     

基于MODIS数据的珠三角地区NDVI时空变化特征及对气象因素的响应

珠江三角洲是广东省经济密度最大、人为活动最强烈的区域,随着工业化和城市化的迅速发展,该区域出现了各种生态环境问题。通过对2001-2017年覆盖珠三角地区的MODIS/NDVI数据进行月时间序列重构和年时间序列合成,利用趋势分析方法和空间自相关分析方法对珠三角地区NDVI的时间变化趋势和空间格局特征进行研究,同时结合气象站点观测资料,基于相关系数方法分析NDVI对气象因素的响应。结果表明,(1)在过去的17年中,珠三角地区NDVI在年际变化上呈现波动增长趋势,总体年平均增长速率为0.005 1。(2)在空间分布上,珠三角范围内有90.84%区域的植被呈增长趋势,而在珠三角核心地带的城市群集区域存在植被退化现象,占全区面积的9.16%。(3)珠三角地区NDVI具有高空间集聚特性,受地形和城区分布影响,低植被覆盖集聚区和高植被覆盖集聚区分布格局显著且变化稳定,在多年平均NDVI的局部空间自相关分析中分别占全区面积的28.77%和33.69%。(4)珠三角地区NDVI和气温、降水及日照时数在月变化上显著相关,NDVI对气温和降水的响应分别存在1个月和1-2个月的滞后效应,并且这种滞后效应在空间分布上也体现出"西南-东北"方向的区域差异,而NDVI对日照时数的响应不存在滞后。(5)在年尺度上,珠三角地区NDVI与气象因素之间的相关性不显著。研究结果对珠三角地区恢复植被和修复生态具有重要的参考价值和现实意义     

中国城市大气污染特征及社会经济影响分析

大气污染因影响人类健康、制约国家发展而成为全球最关注的环境问题之一。基于2016年中国361个城市空气质量数据,利用空间自相关和核密度法分析中国空气质量的时空演化特征,并运用空间计量经济模型从全国和区域两个尺度探讨空气污染的社会经济影响因素。结果表明,(1)从污染等级上看,全国及各区域空气质量以优、良和轻度污染天气居多。(2)从时间变化上看,全国及各区域空气质量呈现出"夏低冬高,春降秋升"的"U"型月变化规律。(3)从空间变化上看,全国空气质量整体呈现出由沿海到内陆、由南到北、由西到东、由非采暖区到采暖区、由欠发达到发达区逐渐加重的态势,其中,京津冀、山东半岛和黄河中游属于高污染热点集聚区,而南部沿海、青藏和云贵高原属于低污染冷点集聚区。(4)从全国层面上,人口集聚、工业化和能源消耗对大气污染的恶化具有推动作用;而经济发展、科技进步和城市绿化的提高则有助于改善城市空气质量。(5)从区域层面上看,绿地覆盖率对各地大气污染呈不同程度的负向改善效应;人口密度、能源消耗、第二产业占比和民用汽车拥有量对各地大气污染呈不同程度的正向加重效应;而科技支出占比和人均GDP对各地空气质量的影响具有双向性。该研究结果可为寻求污染治理办法提供理论参考,并为人与自然的和谐发展提供科学依据。     

华南地区人为热排放特征

利用1990—2015年《中国统计年鉴》和《中国能源年鉴》中海南、广东、广西以及香港的能源消费与人口数据,分析上述地区人为热排放在时间和空间上的分布特征及其影响因素。结果表明,海南、广东和广西的人为热排放呈持续增长态势,1995—2014年其年均人为热通量分别从0.09、0.47和0.16 W·m~(-2)逐步增长到0.49、1.68和0.44 W·m~(-2)。人为热排放的空间分布不均匀,2010年在珠三角、潮汕地区主要城市、湛江以及海口形成了以城区为中心的相对人为热高值区,其中广州等大城市最大值约为50 W·m~~(-2),香港超过100 W·m~~(-2)。这种分布与工商业发展程度以及人口密度密切相关。随着人为热排放的快速增长,其对该区域局地气候以及空气质量将造成愈来愈大的影响。     

基于文献定量法的农业面源污染风险评估研究动态

为客观分析农业面源污染研究进展、研究热点和研究趋势,以CNKI数据库和Web of Science数据库为基础,采用文献定量法从发文时间、研究主题、研究区域、评估方法等方面进行统计分析,并结合GIS技术进行相关分析。结果表明:(1)2个数据库的发文量总体均呈上升趋势,截至2019年6月15日,发文总量分别为147和541篇,2000年以前、2001—2005年、2006—2010年、2011—2015年、2016—2019年5个时段CNKI和Web of Science数据库年均发文量分别为0、0.50、3.80、13.6、19.5和3.22、10.2、21.6、30.6、52.25篇;(2)2个数据库研究主题主要围绕农业面源污染、风险评估、输出系数模型、水文模型、GIS空间分析等方面,但相比中国,国际研究在毒理学领域优势明显;(3)热点分析发现,中国研究文献存在京津冀片区、东北三省片区、长三角片区、山东片区、渝贵川片区5个集聚区,全球研究文献存在中国区域、美国—加拿大区域、英法德区域、巴西区域4个集聚区,2个数据库分别以安徽省13篇文献成果和中国165篇文献成果居首位;(4)风险评估方法分析发现,不同尺度研究在方法上存在一定的差异,GIS技术在不同尺度均能发挥较好的作用。在文献分析基础上,从基础数据观测与获取、机理研究、模型自主开发、标准制定等方面对中国农业面源污染风险研究目前存在的问题进行分析并提出相应的建议,供该领域研究者参考。     

佛山城市森林公园表层土壤重金属累积特征、影响因素及其评价

研究区域经济快速发展对城市森林生态系统影响,明确城市森林公园土壤重金属污染程度,可为城市森林公园土壤管理和城市土壤安全利用与保护提供理论依据。以佛山市城市森林公园林区为研究对象,依据其分布格局随机选取11个林区,分析了样地土壤中8种重金属(Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn、Hg、As)累积特征,通过单因子评价指标进行评价及影响因素分析。结果表明,(1)佛山市城市森林公园表层土壤重金属环境质量整体良好,不同样地质量分数差异较大,其中重金属Ni元素质量分数均值略超珠三角背景值,其余重金属元素质量分数均值都低于珠江三角洲背景值,均不构成人身接触健康风险。(2)佛山城市森林公园土壤重金属主要受森林土壤成土过程及干湿沉降影响,其次为林业管理和汽车燃油。(3)中央公园样地8种重金属均低于背景值,其余样地均有不同重金属、不同程度超出珠三角土壤重金属环境背景值,其中Ni在王借岗公园、As在西樵山公园分别是区域背景值的4.34倍和3.80倍,达到重污染级别;Pb在李小龙乐园、As在大南山林场是区域背景值2.28倍和2.09倍,达到中度污染级别,各影响因素叠加累积效应可能是导致土壤重金属超出背景值的种类多和强度大的原因。(4)佛山城市森林公园11个样地中,超出珠三角土壤背景值频度最高的为Cr元素,其次为As元素,其中王借岗公园样地Cd、Cr、Cu、Zn、Ni超出区域背景值;西樵山公园样地Hg、Zn、As超出区域背景值;李小龙乐园样地、大南山公园样地、桫椤保护区样地和佛山植物园样地均有2种重金属超出区域背景值,其余样地为单元素超出区域背景值或没有重金属超出区域背景值。     

基于自然资源本底数据的珠三角城市群生态敏感性评估分析

开展区域生态敏感性评估,有助于区域生态环境的保护与管理。以珠三角城市群为研究区,地理信息系统及遥感技术为研究手段,基于自然资源本底数据的提取结果,构建因子评价指标体系,并结合层次分析法(AHP),探究并评估其区域生态敏感性。综合考虑研究区的自然、社会和经济条件,选取了河流、坡度、高程3个自然生态因子。由于研究区域中心城市地区向周边及非中心城市地区的扩张进程快,土地利用、道路交通实施建设的发展更新迅速,因此将土地利用类型、交通路网2个因子也列为因子层要素。结果表明,在空间分布上,各类自然资源本底数据的分布呈现显著的空间异质性,部分呈现小集中大分散的格局。珠三角城市群的高程和坡度生态敏感性呈现显著的中部低四周高的态势,并且低敏感区域占据绝大多数。珠三角城市群的综合生态敏感性呈现中间低四周高的分布情况。此外,珠三角城市群内9个城市的综合生态敏感性具有显著的差异。广州、深圳等经济发达、城市化水平高区域,其轻度敏感性区域和不敏感性区域所占比例较高。肇庆、江门等多山区、多林地区域,其极高敏感性区域和高度敏感性区域的占比较高。研究结果可为珠三角城市群的区域生态可持续发展提供有效的辅助支撑。     

漓江上游纳污最适总量及水质变化规律研究

为确保 2 0 0 0 - 2 0 10年桂林漓江上游进入城区水质能保持国家II类水质标准进行纳污总量控制及其水质变化规律研究。采用系数法对 2 0 0 0 - 2 0 10年陆源排污总量进行科学预测 ,按河流功能区划要求 ,首次利用动态数学模型计算河流在不同流量、不同纳污总量条件下保持II类水质的最适纳污值 ,探讨了漓江水质变化规律。为环境管理打下基础     

An integrated model of regional and local residential sorting with application to air quality

We examine the interconnectedness of demand for regionally and locally varying public goods using a residential sorting model. We propose a version of the model that describes household choices at the city (MSA) level and, conditional on city, the neighborhood (census tract) level. We use a two-stage budgeting argument to develop an empirically feasible sorting model that allows us to estimate preferences for regionally varying air quality while accounting for sorting at the local level. Our conceptual and empirical approach nests previous sorting models as special cases, allowing us to assess the importance of accounting for multiple spatial scales in our predictions for the cost of air pollution. Furthermore our preferred specification connects the city and neighborhood sorting margins to the upper and lower elements of a nested logit model, thereby establishing a useful correspondence between two stage budgeting and nested logit estimation. Empirically we find that estimates from a conventional model of sorting across MSAs imply a smaller marginal willingness to pay for air quality than estimates from our proposed model. We discuss how the difference is attributable in part to the omitted variable problems arising when tract level sorting is ignored.     

远距离输送作用对南京大气污染的影响

为了研究近地层大气污染物远程输送对于南京地区的影响,结合南京北郊观测点的观测资料,对2008—2009年南京地区气团的后向轨迹进行了聚类分析,结果表明：O3质量浓度分布呈双峰型,分别于5—6月和8—10月达到了高峰,两年共计有36 d质量浓度超过了国家环境空气质量标准二级标准,其中两次峰值期间占81%和83%。NO2和SO2在冬季较其他季节质量浓度高。到达南京气流轨迹以东部气团（占总数37%）为主。在东部气团影响下,南京周边地区近地层O3、NO2和SO2质量浓度分别为99.5、54.0和76.6μg.m-3,大气污染物质量浓度均较高。从后向轨迹分析认为,与气团途经并携带了重污染的长三角地区近地层排放的气体污染物有关。相对于其他来向的气团,东部气团对于南京地区近地层的影响更重要。     

Impact of vehicular exhaust on ambient air quality of Rohtak city, India

In the present study, ambient air quality of Rohtak city (Haryana) was monitored by High Volume Sampler. The selected parameters to judge the quality of air were Sulphur dioxide (SO2), Nitrogen dioxide NO), Ozone (O3) and Suspended particulate matters (SPM) which give a fair idea of pollution load carried by the air. The monitoring data were collected from six sites randomly selected in Rohtak city. Sulphur dioxide was found below the permissible limits of National Ambient Avo Quality Standards (NAAQS) at all the sites. Higher concentration of SO2 was observed during winter in comparison to summer and monsoon seasons. Nitrogen dioxide concentration was found to be above the prescribed standards of NAAOS at four sites in winter season. Ozone concentration was found below the prescribed standards (NAAOS), but its concentration was higher in summer season as compared to winter. Suspended particulate matter concentration was observed above the safety limits at all the sites in all three seasons.     

Air pollutant levels are 12 times higher than guidelines in Varanasi,India. Sources and transfer

Air quality in an urban atmosphere is regulated by both local and distant emission sources. For air quality management in urban areas, identification of sources and their relationships with local meteorology and air pollutants are essential. The critical condition of air quality in Indo-Gangetic plain is well known, but lack of data on both local and distant emission sources limits the scope of improving air quality in this region. Concentrations of particulate matter of size lower than 10 μm (PM₁₀) were assessed in the highly urbanized Varanasi city situated in middle Indo-Gangetic plain of India from 2014 to 2017, to identify the distant air pollution sources based on trajectory statistical models and local sources by conditional bivariate probability function. Modifying effects of meteorology and air pollutants on PM₁₀ were also explored. Mean PM₁₀ concentration for the study period was 244.8 ± 135.8 μg m^?3, which was 12 times higher than the WHO annual guideline. Several distinct sources of traffic as the major source of PM₁₀ were identified in the city. Trajectory statistical models like cluster analysis, potential source contribution function and concentration-weighted trajectory showed significant contributions from north-west and eastern directions in the transport of polluted air masses to the city. Dew point, wind speed, temperature and ventilation coefficient are the major factors in PM₁₀ formation and dispersion.     

Influence of various emission scenarios on ozone in Europe

In this study, we investigated the effect of numerous regulations enforced since 1985 to improve air quality on ozone in Europe with the focus on Switzerland, using the Comprehensive Air Quality Model with Extensions (CAMx) for a specific summer period. Several emission scenarios for the year 2010 were also considered. The model results suggest that the emission reductions of ozone precursors should have been effective to reduce ozone production between 1985 and 2000 in northern Switzerland. However, observations do not indicate any significant change in surface ozone levels since early 1990s, except in the region of Zurich where there is a small negative trend. On the other hand, the model predictions match very well the spatial variability of the trends but the calculated trends are around 0.5 ppb year⁻¹ lower than those observed. This difference is similar to the background ozone increase as suggested by the long-term observations at the high Alpine station Jungfraujoch. These results support the hypothesis that the decrease in local ozone production due to emission reductions might have been partly or completely compensated by the simultaneous increase in the background ozone. In 2010, a strict application of the Gothenburg Protocol in Europe would lead to a decrease in peak ozone concentrations by about 5% in Switzerland under the meteorological conditions applied. Our calculations also indicated that emission controls only in Switzerland would not be very effective to improve the air quality in the future. The further development of the background ozone will in any case be very important for the tropospheric ozone levels.     

大气沉降对土壤重金属累积的影响

选择大气污染严重的太原市为研究区，通过定点监测，分析了不同类型区大气TSP和降尘的污染状况及周年内的月变化趋势，测定了大气干湿沉降中Hg、Cd、Pb三种重金属元素的含量，并计算出大气干湿沉降对土壤系统重金属的年输入量分别为Hg4.48g/(hm2×a)，Cd6.34g/(hm2×a)，Pb349.4g/(hm2×a)；不同类型区大气污染状况与大气沉降输入土壤中重金属累积顺序一致均为工矿区＞城区和近郊区＞风景区＞远郊区。     

天津市高架点源对城区空气质量影响分析

从典型高架点源到城市众多高架源的污染进行综合分析，阐述了高架点源的污染分布特征和对城市空气质量的影响，高架点源对天津市污染物排放贡献率为45％，但对城市空气质量影响为12％。     

天津市PM_（2.5）排放源构成分析及防治措施评估

以天津市2010年污染源普查为主要数据源建立天津市大气污染源排放清单,采用MM5/CMAQ模式,以1、4、7、10为各季节代表性月份,模拟研究天津市各季节PM2.5来源构成变化以及＂十二五＂期间天津市大气污染治理重点工程实施对天津市PM2.5空气质量改善的贡献。结果显示,热力供应、工业燃煤及居民生活源是天津市PM2.5污染主要贡献来源。重点工程全部实施完成后,天津市PM2.5空气质量浓度值与2010年相比约有11.5%的下降,对改善天津市空气质量效果显著。     

天津市“蓝天工程”实施前、后大气污染源污染物排放趋势

通过建立天津市2002—2004年大气污染源动态数据库,研究了“蓝天工程”实施前、后大气污染源污染物排放变化趋势,得出了“蓝天工程”实施后天津市在燃煤量增加的情况下,烟尘、SO2排放量逐年减少,环境空气质量明显改善的结论。