劉杰云，邱虎森，范 嬌

1.宿州學院環(huán)境與測繪工程學院，宿州，234000 2.中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，長沙，410125

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元宵節(jié)期間全國各省會城市空氣質量狀況分析

劉杰云1,2，邱虎森2，范 嬌1

1.宿州學院環(huán)境與測繪工程學院，宿州，234000 2.中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，長沙，410125

為評價中國傳統(tǒng)節(jié)日-元宵節(jié)對空氣質量的影響，本研究統(tǒng)計了元宵節(jié)期間全國各省會城市的空氣質量指數(shù)(AQI)和PM2.5含量。元宵節(jié)期間，各地區(qū)PM2.5和AQI之間均呈極顯著的正相關(p<0.01)，且二者的變化趨勢一致。各省會城市的AQI均值在41-316之間，PM2.5均值在18-267 μg/m3之間，差異較大：太原和?？诘目諝赓|量為一級(AQI平均值分別為43和41)，而烏魯木齊為嚴重污染等級(AQI平均值為316)，武漢和濟南為中度污染等級，杭州、蘭州、長沙、西安、南昌、鄭州、南京為輕度污染等級，其他城市均為二級(良)。由于鞭炮的燃放，北方地區(qū)一些城市在元宵節(jié)當天AQI值較高，而南方部分城市的AQI峰值則出現(xiàn)在正月十六。而對于經(jīng)濟較發(fā)達，外來人口較多的大中城市來說，除了受元宵節(jié)燃放煙花炮竹的影響，外來務工人員返城也可能是影響元宵節(jié)期間空氣質量的一個重要因素。

AQI；PM2.5；元宵節(jié)；空氣質量

空氣質量與人類的生活息息相關，直接影響著人類的健康[1]，因此它不僅是生態(tài)環(huán)境的一個重要方面，也是城市環(huán)境質量綜合考核的重要內容[2]。自20世紀80年代以來，隨著社會發(fā)展和國民經(jīng)濟的增長，環(huán)境污染問題日趨嚴重，環(huán)境風險也逐漸增加，一些大中城市空氣質量呈現(xiàn)惡化趨勢[3-4]，因此，環(huán)境空氣質量日益成為人們關注的焦點問題[5]。目前，國內不少學者就區(qū)域性的空氣質量和大氣污染展開了研究[6-8]。

燃放煙花炮竹在中國有悠久的歷史，尤其是在傳統(tǒng)節(jié)日春節(jié)和元宵節(jié)期間，民眾大量燃放煙花炮竹，以營造節(jié)日的氣氛。但國內外研究表明，煙花炮竹的燃放對空氣質量產(chǎn)生較大的影響[9-10]。李令軍等對2000-2006年北京市春節(jié)期間的空氣污染狀況進行了研究，發(fā)現(xiàn)鞭炮的集中燃放導致嚴重的短期空氣污染，其中PM10污染最嚴重，且主要是增加了大氣中細顆粒物(PM2.5)的濃度，而對粗顆粒的影響較小[10]，這一觀點也被徐敬[12]等的研究證明。張小玲等人研究表明，北京城近郊區(qū)2006年除夕夜和元宵節(jié)大量煙花爆竹的燃放導致顆粒物濃度迅速上升，但對NO2和SO2等氣態(tài)污染物的濃度影響不大；由于氣象條件可直接影響燃放煙花炮竹后顆粒物的擴散，所以氣象條件是影響春節(jié)和元宵節(jié)空氣質量的主要因素[13]。綜上所述，現(xiàn)有的研究主要針對某一城市或某一地區(qū)而進行的，而對全國范圍內的研究還鮮見報道。因此，本文選取全國各個省會城市為研究對象，研究元宵節(jié)期間煙花炮竹的燃放對空氣質量的影響。

1 數(shù)據(jù)搜集

本文數(shù)據(jù)來自中國環(huán)境保護部網(wǎng)站。記錄各省會城市(港澳臺除外)每小時數(shù)據(jù)，然后計算每天的平均結果。記錄數(shù)據(jù)包括氣溫、空氣質量指數(shù)(AQI)、PM2.5及天氣狀況。

對所收集到的數(shù)據(jù)采用SPSS20(SPSS Inc., Chicago, IL)進行單因素方差分析(one-way ANOVA)和相關性分析。差異性分析在P<0.05水平進行，相關性分析在P<0.01水平進行。

2 結果分析

2.1 各城市氣溫的變化趨勢

由圖1可知，各地氣溫差異較大。從空間變化來看，研究期間，全國平均氣溫在2.7℃～10.9℃之間。南方氣溫較高，均在0℃以上，尤其是華南地區(qū)，平均溫度均高于10℃。而北方溫度溫度較低，但大多仍在0℃以上，而東北地區(qū)及烏魯木齊、呼和浩特等地平均溫度在-3℃到-13℃之間，最低溫度可達-16℃。從時間變化來看，各省會正月十五、十六、十七(2016-02-22到2016-02-24)三天溫度變化不大，而正月二十三(2016-03-02)全國溫度普遍升高，升幅達5℃左右。

圖1 各省會城市元宵節(jié)期間氣溫變化示意圖

2.2 各城市AQI值和PM2.5的時間變化特征

根據(jù)各省會城市經(jīng)濟發(fā)展水平，繪制各城市AQI值和PM2.5的時間變化特征圖，如圖2所示。研究期間，各省會城市AQI值和PM2.5變化趨勢一致。各省會城市的AQI均值在41～316之間，PM2.5均值在18～267μg/m3之間，差異較大，且不同城市的在元宵節(jié)期間AQI和PM2.5的時間變化趨勢也表現(xiàn)出較大的差異。如圖2a所示，在研究期間，峰值出現(xiàn)在元宵節(jié)當天的有鄭州、濟南、西安、哈爾濱、福州、石家莊、蘭州、銀川、海口、昆明、西寧和拉薩。此外，與其他時間點相比，呼和浩特和貴陽元宵節(jié)當天也出現(xiàn)較高的AQI和PM2.5；而上海、武漢、南京、合肥的AQI和PM2.5峰值則出現(xiàn)在正月十六，同時，杭州和長沙在正月十六也出現(xiàn)了AQI和PM2.5的小高峰；峰值出現(xiàn)在正月二十三的城市有北京、廣州、天津、重慶、成都、杭州、長沙、南昌、呼和浩特、貴陽等，南京和合肥也出現(xiàn)了較高的AQI和PM2.5值；長春、太原、等城市在整個研究期間的時間變化并不明顯。

圖2 研究期間各省會城AQI(a)和PM2.5(b,μg/m3)的變化趨勢

如表1所示，在元宵節(jié)期間，AQI均值最高的城市為烏魯木齊，平均為316，最高可達433，最低為?？谑校骄禐?1。在31個省會城市及直轄市中，AQI均值最高的十個城市依次為烏魯木齊、武漢、濟南、合肥、石家莊、南京、鄭州、南昌、西安和長沙，而最低的十大城市依次為?？?、太原、呼和浩特、廣州、拉薩、昆明、南寧、貴陽、長春和福州。

研究期間，PM2.5均值最高的城市仍為烏魯木齊(均值為267μg/m3，最高值為397μg/m3)，最低為海口市(26μg/m3)，PM2.5均值最高的十大城市與AQI略有不同，依次為烏魯木齊、武漢、濟南、合肥、石家莊、南京、鄭州、長沙、南昌和杭州，最低的依次為太原、拉薩、?？凇⒑艉秃铺?、西寧、銀川、廣州、昆明、南寧和福州。

表1 各省會城市元宵節(jié)期間AQI和PM2.5的平均值

2.3 AQI與PM2.5關系分析

AQI與PM2.5相關性分析見圖3，不同地區(qū)AQI與PM2.5的相關性差異較大，其中，華東、華北、華南、東南、華中和西北地區(qū)的相關性較大，R2均大于0.95，其次是西南和中南地區(qū)，R2均大于0.85，而東北西區(qū)的相關性最小，R2為0.57，但各地區(qū)的AQI與PM2.5相關性均達到了極顯著水平(P<0.01)。

圖3 各地區(qū)AQI與PM2.5的相關關系注：**表示在P<0.01水平下極顯著相關。

3 討 論

3.1 元宵節(jié)對各省會城市的AQI和PM2.5的影響

在本研究中，根據(jù)空氣質量指數(shù)分級標準(GB3095-2012)，以AQI為指標，海口和太原在元宵節(jié)期間的平均空氣質量為一級(優(yōu))，而烏魯木齊為六級(嚴重污染)，武漢和濟南為四級，杭州、蘭州、長沙、西安、南昌、鄭州、南京為三級(輕度污染)，其他城市均為二級(良)；以PM2.5為指標，呼和浩特、太原、銀川、?？凇⑽鲗幒屠_的平均空氣質量為一級(優(yōu))，烏魯木齊為五級(嚴重污染)，武漢和濟南為四級，南京、長沙、鄭州、石家莊、合肥和南昌為三級(輕度污染)，其他城市為二級(良)。

元宵節(jié)是中國傳統(tǒng)的節(jié)日，有燃放鞭炮的習俗，而鞭炮的燃放會影響空氣質量。由于我國南北方的文化差異，一般北方人更注重元宵節(jié)當天，即正月十五，而南方人則更注重正月十六。由圖2可見，北方的鄭州、濟南、石家莊、西安、銀川、蘭州、西寧等地AQI和PM2.5的峰值均出現(xiàn)在正月十五，而南方的上海、武漢、南京、長沙、合肥等城市的峰值則出現(xiàn)在正月十六，這是由于這些南方城市在元宵節(jié)當天或正月十六燃放煙花炮竹致使大氣中顆粒物濃度升高，降低了空氣質量。也有些城市在元宵節(jié)三天(正月十五到正月十七)AQI和PM2.5均較高，如福州和拉薩，其中福州在正月十六出現(xiàn)極低值是由于當天降雨，導致大氣中顆粒物以濕沉降的形式被去除[14]。對于北京、廣州、天津、重慶、成都、長春、昆明、太原等城市，由于嚴格限制在春節(jié)及元宵節(jié)期間燃放時間和范圍，使得這些城市在元宵節(jié)期間并沒有因燃放煙花而影響空氣質量。此外，在北京、上海、廣州、天津、重慶、成都、杭州、南京、長沙等經(jīng)濟較發(fā)達的城市，正月二十三出現(xiàn)AQI和PM2.5的峰值，這可能是由于這些城市春節(jié)期間返鄉(xiāng)的外來人員元宵節(jié)過后返城，造成空氣質量降低。

3.2AQI與PM2.5的關系

顆粒物污染是我國大氣環(huán)境污染的主要問題之一，雖然其在大氣中的含量較低，但影響較大[15]。有些顆粒物本身就是有毒物質，有些顆粒物可以作為其他有毒物質的載體，隨著呼吸進入人體，危害人體健康[16]。不同粒徑的顆粒物，對人體的影響也不同，尤其是粒徑較小的PM2.5。PM2.5中含有大量的有毒有害物質，而且其在大氣中的停留時間較長，同時，還能作為致病菌的載體而影響人體肺部健康[17]。在本研究中，各省會城市都表現(xiàn)出PM2.5與AQI呈極顯著的正相關關系(P<0.01)，說明大氣中PM2.5對AQI的貢獻較大，這與KummarandGoyal[18]的結果一致。張燕杰等對哈爾濱市冬季AQI與空氣污染物的相關性進行了分析，結果表明，在六種主要的污染物中，PM2.5對AQI的直接作用最大，同時，PM2.5還可通過大氣中CO對AQI產(chǎn)生間接的影響[19]。元宵節(jié)期間，煙花炮竹的燃放，可能會增加空氣中PM2.5的含量，同時，可能會使得空氣中CO和SO2含量增加，進而影響空氣質量。

4 結 論

元宵節(jié)期間，各省會城市的空氣質量差異較大，其中，太原和?？诳諝赓|量最好，而烏魯木齊市最差，為嚴重污染等級，其次是武漢和濟南，為中度污染，其他城市大多為良好狀態(tài)。因此，烏魯木齊、武漢、濟南三個城市應嚴格控制大氣污染物的排放，并采取措施改善空氣質量。由于元宵節(jié)期間煙花炮竹的燃放，使得北方地區(qū)一些城市在元宵節(jié)當天AQI值較高，而南方部分城市的AQI峰值則出現(xiàn)在正月十六。除受燃放煙花炮竹的影響，對于一些經(jīng)濟較發(fā)達的大中城市，如北京、上海、廣州等城市，外來務工人員返城也在一定程度上影響了當?shù)氐目諝赓|量。研究期間，各城市的PM2.5與AQI均表現(xiàn)出極顯著的正相關關系(P<0.01)，說明大氣中PM2.5對AQI的貢獻較大，因此，可通過采取措施降低大氣中PM2.5含量，而提高空氣質量。

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(責任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.02.030

2016-11-20

宿州學院博士科研啟動基金(2015jb04)

劉杰云(1985-)，女，河南安陽人，博士，講師，研究方向：大氣氮沉降。

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1673-2006(2017)02-0120-05