我国南北方城市空气环境质量对比分析

依据国家环境监测部门公布的空气环境质量日报,对27个省会城市、4个直辖市城市的2004-2006年空气质量数据进行分析。结果显示：我国城市空气污染指数(API)时空差异明显,冬、春季节API值高于夏季和秋季,北方城市的API均值高于南方城市;PM10是大气环境的主要污染物,作为首

我国南北方城市空气环境质量对比分析

孙炳彦1,2，刘连友*1,2，郭兰兰1,2，朱孟郡3，吕艳丽2

1. 地表过程与资源生态国家重点实验室（北京师范大学），北京 (100875)

2. 北京师范大学减灾与应急管理研究院，北京 (100875) 3. 山东省环境保护科学研究设计院，济南 (250013)

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摘 要：依据国家环境监测部门公布的空气环境质量日报，对27个省会城市、4个直辖市城市的2004－2006年空气质量数据进行分析。结果显示：我国城市空气污染指数（API）时空差异明显，冬、春季节API值高于夏季和秋季，北方城市的API均值高于南方城市；PM10是大气环境的主要污染物，作为首要污染物出现所占比例南、北方城市分别是66.64%和83.97%；SO2为首要污染物所占比例南、北方城市分别是7.28%和6.19%；北方城市平均Ⅰ级和Ⅱ级天数所占百分比之和为77.00%，重污染级天数所占比例达到1.02%；南方城市平均Ⅰ级和Ⅱ级天数所占百分比之和为87.24%，重污染天数所占百分比是0.04%；城市空气质量优、良天数呈增加趋势。

关键词：空气环境质量，API，可吸入颗粒物，时空差异

随着经济建设的不断发展，人民生活水平的提高，空气质量状况日益为大众瞩目；城市人口密集、工业集中，大量消耗化石燃料，高密度的建筑群又不利于污染物的扩散，大气污染问题十分严重；同时城市空气环境质量关系着整个地区甚至国家的居民生活质量和经济发展，所以在全球受到普遍关注[1,2]。我国正处于城市化发展的高峰期，城市环境污染问题日益突出：20世纪70年代期间煤烟型污染排放成为中国工业城市的特点；80年代，许多南方城市遭受严重的酸雨危害；近年来，汽车尾气排放的NOx、CO及随后形成的光化学烟雾，使得许多大城市的空气质量恶化[3]。近几年一些学者就沙尘天气对城市空气质量的影响作了精深的研究[4,5]；对某一城市大气环境污染状况的分析探讨也有很多报导[6,7]，但对我国城市大气环境整体分析和区域差异未见研究。本文在对2004-2006年我国27个省会城市和4个直辖市城市的空气质量日报进行详细分析的基础上，探讨了我国城市空气环境质量的时空差异。这些城市在等级级别上处于相同地位，在地理位置、气候、生态环境及产业结构等有一定的代表性，以他们代表全国城市具有普遍意义。

1 数据与方法

1.1数据来源

本文数据源于中国环境监测网站[8]的空气质量日报，日报发布形式为空气污染指数（API）、首要空气污染物、空气质量级别和空气质量状况。API对应的污染物浓度限值及API范围与空气质量状况和污染级别的对应关系分别如表1、表2所示。

表1[9]空气污染指数对应的污染物浓度限值

Table 1 Air pollution index and its corresponding air pollutants concentration

污染指数 (API)

污染物浓度日均值（mg/m3） SO2 NO2 PM10

50 0.05 0.08 0.05

基金项目：教育部博士点基金（20040027020）和教育部重点项目(104013)

第一作者：孙炳彦(1981－),女，山东临沂人，硕士研究生， 主要从事环境生态与土地资源方面的研究。 *通讯作者

依据国家环境监测部门公布的空气环境质量日报,对27个省会城市、4个直辖市城市的2004-2006年空气质量数据进行分析。结果显示：我国城市空气污染指数(API)时空差异明显,冬、春季节API值高于夏季和秋季,北方城市的API均值高于南方城市;PM10是大气环境的主要污染物,作为首

100 0.15 0.12 0.15 200 0.8 0.28 0.35 300 1.6 0.565 0.42 400 2.1 0.75 0.5 500 2.62 0.94 0.6

表2 [9]API与空气质量状况和污染级别的关系

Table 2 Relationship among range of API, air quality and pollution level

API0～50 51～100 101～150 151～200 201～250 251～300 >300

空气质量状况

优 良 轻微污染 轻度污染 中度污染 中度重污染 重污染

污染级别Ⅰ Ⅱ Ⅲ1 Ⅲ2 Ⅳ1 Ⅳ2 Ⅴ

1.2数据处理方法

以秦岭——淮河一线为界，以北省会城市、直辖市（哈尔滨、长春、沈阳、北京、天津、济南、石家庄、郑州、太原、呼和浩特、乌鲁木齐、西宁、西安、银川、兰州）代表北方城市，以南省会城市、直辖市（上海、杭州、南京、合肥、南昌、武汉、长沙、重庆、成都、拉萨、贵阳、昆明、南宁、海口、广州、福州）代表南方城市，应用统计学方法对我国城市空气质量的时空特征进行分析。

2 结果与分析

2.1 API的时空变化

对2004-2006三年（部分月份数据缺失）31个城市的空气质量日报数据统计分析显示， 北方城市API平均值为90.9，南方城市API平均值为72.0，表明我国北方城市大气环境污染程度相对较高。各季节API均值趋势线如图1-a 所示，南、北方城市API季均值变化趋势完全一致，冬季最高，北方城市的API均值是115.3，南方城市的是79.3；春季也是一个污染高峰季节，夏季和秋季相对较低，API均值小于80，空气质量优良。图1-b显示的是API月均值趋势，南、北方城市最大月均值都出现在12月，最小值出现在7月，1月至4月的API平均值也相对较大，5月至10月的API平均值较小，污染水平低。北方城市各月均值都比南方城市要高，但月份之间变化趋势基本上一致。

依据国家环境监测部门公布的空气环境质量日报,对27个省会城市、4个直辖市城市的2004-2006年空气质量数据进行分析。结果显示：我国城市空气污染指数(API)时空差异明显,冬、春季节API值高于夏季和秋季,北方城市的API均值高于南方城市;PM10是大气环境的主要污染物,作为首

150120API值

90 60 30 0

图1 API季均值、月均值

Fig.1 Diagram of trend of average seasonal and month’s API

2.2首要污染物的空间差异

我国城市首要污染物主要是PM10、SO2和NO2。数据统计显示PM10作为首要污染物出现所占的比例南、北方城市分别是66.64%和 83.97%；SO2为首要污染物所占的比例南、北方城市分别是7.28%和6.19%；NO2为首要污染物在南、北方城市出现的比例分别为0.35%和0.07%（图2）。

图2 首要污染物污染数百分比

Fig. 2 Frequency of predominant pollutants pollution days

PM10作为空气首要污染物出现的几率最高，全国城市的平均值为75.03%。在31个城市中空气质量Ⅲ2以上级别，首要污染物均为PM10，由此可见PM10是城市空气严重污染的主要污染物。SO2为首要污染物的比率全国城市平均值为6.76%，并且为首要污染物时空气质量大部分是Ⅲ1以下级别。NO2为首要污染物的比率很低，2004年至2006年期间31个城市中只有广州、上海、福州、哈尔滨、呼和浩特、银川和乌鲁木齐7个城市出现过。

统计分析结果显示（表3），PM10作为首要污染物出现比率在90%以上的城市中，除杭州外均为北方城市；SO2作为首要污染物出现比率较高的城市除天津和乌鲁木齐外都位于二氧化硫和酸雨控制省份；广州是我国NO2为首要污染物出现天数最多的城市，主要原因可能在于广州市能源消耗以燃气为主，且汽车保有量位居全国城市前列。

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