葉 脈,張佳琳,張路路,黃秋森,汪元鳳,孫曉萌,董仁才,*

1 廣東省環(huán)境科學(xué)研究院, 廣州 510045

2 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085

工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展以及高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)、企業(yè)及聚集性化工園區(qū)數(shù)量的與日俱增,在推動(dòng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),也導(dǎo)致突發(fā)環(huán)境事件頻發(fā)、環(huán)境污染加劇,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)已對生態(tài)系統(tǒng)以及人類的健康造成了巨大的威脅[1- 4]。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要來源于各種生產(chǎn)、使用、存儲或釋放涉及突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的企業(yè),存儲和裝卸環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的港口碼頭,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)內(nèi)陸水運(yùn)及道路運(yùn)輸載具,尾礦庫,石油天然氣開采設(shè)施,集中式污水處理廠,危險(xiǎn)廢物經(jīng)營單位,集中式垃圾處理設(shè)施,加油站,加氣站,石油天然氣及成品油長輸管道等。因此對區(qū)域進(jìn)行空間網(wǎng)格化環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估,能精確識別較高或高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域,為預(yù)測及管理區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供準(zhǔn)確參考,有助于相關(guān)部門由被動(dòng)式環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急管理向主動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)管理轉(zhuǎn)變,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)存在的問題[5- 6]。

國內(nèi)在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估方面已經(jīng)開展了大量研究。如楊宇、于露等利用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法,對珠海、平潭市級行政區(qū)域進(jìn)行了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估[7- 9],冷蘇婭等利用層次分析法對京津冀進(jìn)行了區(qū)域綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估研究[10]。其中的評估數(shù)據(jù)來源(特別是與人口相關(guān)的數(shù)據(jù))基本上都是來自于相關(guān)部門的年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),此類數(shù)據(jù)通常更新頻度較低,精度較低[11- 12],現(xiàn)勢性較差。隨著互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展,信息數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)出史無前例的爆發(fā)式增長[13],物聯(lián)網(wǎng)、電子地圖與移動(dòng)通信行業(yè)為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估提供了新的數(shù)據(jù)源,也改變著環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估的思路和方法。

手機(jī)信令數(shù)據(jù)可以用來獲取匿名用戶在某一時(shí)刻的空間位置以及其隨時(shí)間變化移動(dòng)的情況,通過手機(jī)信令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)人口空間分布,可為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估數(shù)據(jù)源提供新的思路[14- 17]?；浉郯拇鬄硡^(qū)建設(shè)作為國家重大戰(zhàn)略,其生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域?qū)?biāo)國際一流灣區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和環(huán)境治理水平,而區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理則是提升環(huán)境治理水平、保障區(qū)域環(huán)境安全的重要組成。江門市地處粵港澳大灣區(qū)承東啟西的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),是連接珠三角地區(qū)與粵西地區(qū)重要的門戶樞紐,也是中國著名的“僑都”,對于研究粵港澳大灣區(qū)區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理具有典型代表意義。因此,本研究將手機(jī)信令這一新型數(shù)據(jù)形式引入網(wǎng)格法,對江門市大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估,分析區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征,以期精準(zhǔn)識別高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域,科學(xué)開展環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理。

1 研究區(qū)域概況

江門市地處廣東省的中南部、西江下游,珠江三角洲西部,位于21°27′—22°51′N,111°59′—113°15′E,是粵港澳大灣區(qū)重要節(jié)點(diǎn)城市,珠江三角洲西部地區(qū)的中心城市之一,毗鄰港澳[18]。全市總面積9505 km2,下轄3個(gè)區(qū),代管4個(gè)縣級市,海(島)岸線長615 km,占全省的五分之一,海洋資源豐富,開發(fā)潛力巨大。江門市境內(nèi)地勢自西北向東南逐漸傾斜,平原開闊,低山丘陵錯(cuò)落其間,屬亞熱帶季風(fēng)氣候,冬短夏長,氣候宜人,雨量豐沛,光照充足,太陽輻射較強(qiáng),有豐富的熱力資源。江門市境內(nèi)河流分屬珠江水系和粵西沿海諸河兩大水系,全市境內(nèi)河流縱橫交錯(cuò),西江是珠江流域的主流,流經(jīng)江門市長度為91km,潭江是珠江三角洲水系的另一主流,干流全長248 km,在江門市境內(nèi)流域面積5882 km2,占江門市行政區(qū)域總面積62%。江門市海域廣闊,岸線綿延曲折,全市領(lǐng)海基線以內(nèi)海域面積2886 km2,大陸岸線414.8 km,海島岸線400.0 km。2018年,江門市統(tǒng)計(jì)常住人口459.82萬人,生產(chǎn)總值3146.64億元,人均生產(chǎn)總值63328元。

江門市大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源主要分布在西江和潭江沿岸,由于大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體主要是通過空氣吸入、食品攝入、皮膚接觸等途徑而被危害,因此大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體主要與大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源距離及風(fēng)向有關(guān)。本研究中大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體主要考慮的是人[19]。這是由于江門市人口分布也集中在西江及潭江沿岸,且江門市冬季盛行東北季風(fēng),由于風(fēng)向,大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源會危害江門市內(nèi)人們的健康,而夏季盛行西南季風(fēng),會將江門市內(nèi)產(chǎn)生的大氣污染帶至江門東北部的佛山、中山及廣州,這不僅危害了江門市內(nèi)的居民,還會對其他城市的居民產(chǎn)生危害。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究采用網(wǎng)格化環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析法(網(wǎng)格法),這種方法是在對評估區(qū)域劃分網(wǎng)格的基礎(chǔ)上,按照風(fēng)險(xiǎn)場理論和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性理論,分別量化每個(gè)網(wǎng)格環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性,并計(jì)算網(wǎng)格環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值的過程[19]。大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)數(shù)據(jù)來源于《江門市2017年環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》及廣東省重點(diǎn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源與應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫平臺[20](含企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案備案資料)。大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場計(jì)算中涉及人口空間分布的數(shù)據(jù)源有兩套：一套來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心2015年全國1km網(wǎng)格的人口空間分布數(shù)據(jù)集[21],屬于傳統(tǒng)來源；另一套來源于中國聯(lián)通公司的手機(jī)用戶數(shù)量擴(kuò)樣后的人口數(shù)據(jù),屬于本次研究測試的新型數(shù)據(jù)源。這套手機(jī)信令數(shù)據(jù)獲取時(shí)間范圍為2019年10月份內(nèi)三個(gè)典型時(shí)段：(1)平時(shí)4個(gè)工作日,分別是10月8日、15日、22日、29日；(2)平時(shí)2個(gè)周末,分別是10月19、20日和10月26日、27日；(3)國慶黃金周,是10月1日至7日,統(tǒng)計(jì)活躍人口、穩(wěn)定人口、居住人口、工作人口。為便于比較研究,僅選用其穩(wěn)定人口作為推算人口數(shù)據(jù)。其空間范圍為江門市全域,分辨率為250m×250m。

2.2 網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度計(jì)算

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(Environmental risk field, ERF)可理解為大氣污染物的傳輸場,有學(xué)者認(rèn)為其是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子在空間中形成的某種分布格局,是危害發(fā)生的前提[22]。在實(shí)際的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中,通常關(guān)注的是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場對風(fēng)險(xiǎn)受體能產(chǎn)生危害的能力和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場產(chǎn)生強(qiáng)度的大小,將環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場的強(qiáng)度稱為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度[22- 23]。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的危害性、釋放量以及與風(fēng)險(xiǎn)源的距離有關(guān),可視為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)最大存在量與臨界量的比值、計(jì)算點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)源距離的函數(shù)[19]。假設(shè)評估區(qū)域地勢平坦開闊,且忽略人工建筑對氣體擴(kuò)散的影響,區(qū)域內(nèi)某一個(gè)網(wǎng)格的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度可表示為[19]：

(1)

(2)

式中：Ex,y為某一個(gè)網(wǎng)格的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度；μi為第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源與某一個(gè)網(wǎng)格的聯(lián)系度；Qi為第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)最大存在量與臨界量的比值；Px,y為風(fēng)險(xiǎn)場在某一個(gè)網(wǎng)格出現(xiàn)的概率,取10-5/a；li為網(wǎng)格中心點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)源的距離,單位：km；n為風(fēng)險(xiǎn)源的個(gè)數(shù)；k、j分別為差異系數(shù)、對立系數(shù),地勢平坦開闊的地區(qū)取k1=0.5、k2=-0.5、j=-1；s1、s2、s3、s4分別取1km、3km、5km、10km。

為便于各個(gè)網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度的比較,對各個(gè)網(wǎng)格的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,公式[19]如下：

(3)

式中：Ex,y為某一個(gè)網(wǎng)格的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度；Emax為區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格的最大大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度；Emin為區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格的最小大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度。將江門市涉大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)量與臨界量比值大于100的企業(yè)其Qi值均設(shè)為100,以此有效識別評估區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)單元。

評估利用Microsoft Excel 軟件進(jìn)行函數(shù)編程計(jì)算,部分?jǐn)?shù)據(jù)基礎(chǔ)處理及圖像處理通過ArcGIS軟件實(shí)現(xiàn),基本操作過程：(1)利用ArcGIS對江門市行政區(qū)域、流域及企業(yè)點(diǎn)位等相關(guān)計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化；(2)基于ArcGIS 數(shù)據(jù)分析功能,對大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場計(jì)算參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算；(3)根據(jù)網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場計(jì)算公式,利用Microsoft Excel 進(jìn)行函數(shù)編程,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場計(jì)算及數(shù)據(jù)整理；(4)將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入ArcGIS中,對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行圖像可視化操作；(5)根據(jù)網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場初步計(jì)算結(jié)果及圖像呈現(xiàn),分析其合理性并進(jìn)行修正、驗(yàn)證,最終完成江門市網(wǎng)格化大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場計(jì)算。

2.3 網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性計(jì)算

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體指環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的潛在危害對象,即環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子在通過環(huán)境場運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中,可能受到影響的人群或生態(tài)系統(tǒng),其中大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的危害對象主要是區(qū)域內(nèi)工作和生活的居民[23- 24]。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性可以被定義為受體對風(fēng)險(xiǎn)因子的敏感性,它是風(fēng)險(xiǎn)受體固有的特性[25- 26],大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性計(jì)算模型[19]可表示為：

(4)

式中：Vx,y為某一個(gè)網(wǎng)格的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性指數(shù)；popx,y為某一個(gè)網(wǎng)格的人口數(shù)量；popmax為區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格的人口數(shù)量最大值；popmin為區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格的人口數(shù)量最小值。

根據(jù)公式(4),大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性計(jì)算方法主要基于區(qū)域人口數(shù)據(jù),再將人口數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,最終獲得區(qū)域大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性。其算法基礎(chǔ)為對區(qū)域人口進(jìn)行網(wǎng)格化計(jì)算。

對人口空間分布公路網(wǎng)格(2015年1km網(wǎng)格)的數(shù)據(jù)集,將數(shù)據(jù)經(jīng)ArcGIS處理后獲得3km網(wǎng)格人口數(shù)據(jù),再對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,最終獲得江門市網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)易損性(3km×3km)。

手機(jī)信令數(shù)據(jù)是由基站與進(jìn)入其所屬覆蓋范圍內(nèi)的移動(dòng)設(shè)備之間發(fā)生的交互所產(chǎn)生[27]。目前手機(jī)信令測量網(wǎng)格大小為250m×250m,數(shù)據(jù)表征為該區(qū)域聯(lián)通用戶的使用人數(shù),并由聯(lián)通用戶占比推測該區(qū)域手機(jī)使用總?cè)藬?shù),得到江門市250m網(wǎng)格人口空間分布數(shù)據(jù),再對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,最終獲得江門市網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)易損性圖層(空間分辨率為250m×250m)。

2.4 網(wǎng)格環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值分析

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)由該處可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)和風(fēng)險(xiǎn)受體易損性共同決定[23],利用公式(5)進(jìn)行各個(gè)網(wǎng)格環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算,將通過兩種方式得到的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性圖分別利用ArcGIS 實(shí)現(xiàn)江門市網(wǎng)格環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算及圖像可視化表征。根據(jù)網(wǎng)格環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值的大小,將環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)劃分為四個(gè)等級：高風(fēng)險(xiǎn)(R>80)、較高風(fēng)險(xiǎn)(60

(5)

這里將大氣風(fēng)險(xiǎn)場數(shù)據(jù)通過ArcGIS空間疊置分析(overlay)功能,用250m網(wǎng)格對3km網(wǎng)格的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場進(jìn)行疊置分析,最終得到基于手機(jī)基站空間位置為中心點(diǎn)的250m網(wǎng)格大小的風(fēng)險(xiǎn)場數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 網(wǎng)格化大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場特征

根據(jù)大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場計(jì)算結(jié)果(風(fēng)險(xiǎn)場計(jì)算結(jié)果僅體現(xiàn)江門市各區(qū)域相對值)(圖1)看出,江門市大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度主要集中在0—10區(qū)間內(nèi),僅有少部分網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度高于70。從空間分布情況分析,呈現(xiàn)以單個(gè)重大風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)或重大及較大風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)集中區(qū)為中心,向外輻射性遞減趨勢。高值中心為蓬江區(qū)與江海區(qū)交界處(潮連街道、白沙街道、江南街道及外海街道部分地區(qū)及周邊地區(qū)),新會區(qū)東南部(崖門鎮(zhèn)及古井鎮(zhèn)部分地區(qū)及周邊地區(qū))、開平市東北部(月山鎮(zhèn))及鶴山市北部部分地區(qū)(龍口鎮(zhèn))附近。

進(jìn)一步分析可知,大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)高值區(qū)主要是因?yàn)檫@些企業(yè)大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)Qi(大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)最大存在量與臨界量的比值)值普遍偏高,導(dǎo)致企業(yè)周邊大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場強(qiáng)度較其他區(qū)域偏高。

3.2 網(wǎng)格化大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)易損性特征

人口空間分布公路網(wǎng)格數(shù)據(jù)集和手機(jī)信令數(shù)據(jù)集處理后分別得到兩套江門市網(wǎng)格人口空間分布數(shù)據(jù)(圖2、圖3)。整體來看,兩套數(shù)據(jù)均表明江門市人口密集區(qū)主要為蓬江區(qū)及江海區(qū),其次為新會區(qū)、鶴山市及開平市,恩平市及臺山市人口相對較少。由于大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性與人口分布直接相關(guān),因此將兩種不同來源的人口分布轉(zhuǎn)換成大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性,其分布特征與人口分布特征保持了一致(圖4、圖5)。共性特征為人口密集區(qū)大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性較高,人口分散區(qū)大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性較低。大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性高值區(qū)主要集中在蓬江區(qū)及江海區(qū),其次為新會區(qū)、鶴山市及開平市,恩平市及臺山市大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性相對較低。

圖2 江門市網(wǎng)格化人口分布圖(3km×3km)Fig.2 Population distribution map of Jiangmen city grid (3km × 3km)

圖3 江門市網(wǎng)格化人口分布圖(250m×250m)Fig.3 Population distribution map of Jiangmen city grid(250m×250)

圖4 江門市網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)易損性分布圖(3km×3km)Fig.4 Distribution map of atmospheric environmental risk vulnerability of Jiangmen city grid (3km × 3km)

圖5 江門市網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)易損性分布圖(250m×250m)Fig.5 Distribution map of atmospheric environmental risk vulnerability of Jiangmen city grid (250m×250m)

大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的危害對象主要是區(qū)域內(nèi)工作和生活的居民,特別是人口密度超過評估區(qū)域平均人口密度的居民區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校等,因此人口空間分布是核心問題。而目前國內(nèi)大多數(shù)涉及到人口分布的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估數(shù)據(jù)都來自人口普查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)年鑒[2,28- 30],這些數(shù)據(jù)一般都是以行政區(qū)為基本統(tǒng)計(jì)單元,綜合考慮與人口密切相關(guān)的土地利用類型、夜間燈光亮度、居民點(diǎn)密度等因素,利用多因子權(quán)重分配法將以行政區(qū)為基本統(tǒng)計(jì)單元的人口數(shù)據(jù)展布到空間格網(wǎng)上,從而實(shí)現(xiàn)人口的空間化[21]。這種方法雖能反映人口在某一區(qū)域的空間分布,但現(xiàn)勢性不強(qiáng)(全國人口普查間隔周期較長),空間分辨率受限。通過手機(jī)信令數(shù)據(jù)得到的人口空間分布,實(shí)時(shí)性較高,且能更精確的識別較小區(qū)域內(nèi)的人口空間分布。針對某一區(qū)域的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性識別,手機(jī)信令數(shù)據(jù)250m的網(wǎng)格與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)3km的網(wǎng)格相比,分辨率提高了144倍。顯然,在預(yù)估某一區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體數(shù)量時(shí),基于3km的網(wǎng)格會有較大誤差,而采用手機(jī)信令數(shù)據(jù)網(wǎng)格可提高環(huán)境應(yīng)急管理時(shí)對受體判斷的精確程度。

此外,由于手機(jī)信令數(shù)據(jù)空間精度高,不但能清晰反映人口的空間分布,也更能刻畫細(xì)節(jié)。如蓬江區(qū)和江海區(qū)雖然都是江門市人口密度最大的區(qū)域,但人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)參與評估的分析結(jié)果顯示蓬江區(qū)及江海區(qū)大氣環(huán)境受體易損性值都在30以上,而手機(jī)信令數(shù)據(jù)參與評估的分析結(jié)果顯示蓬江區(qū)及江海區(qū)大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性值大于30的區(qū)域則主要集中在江海區(qū)北部以及蓬江區(qū)中部及南部,而其他地方人口密度相對較低。因此,總體上降低了全市域大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性較低區(qū)域面積。

3.3 網(wǎng)格化大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值特征

根據(jù)公式(5),計(jì)算江門市網(wǎng)格化大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值結(jié)果得到(圖6,圖7),江門市大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值網(wǎng)格大多為0—10區(qū)間內(nèi),其次為10—30區(qū)間內(nèi)。東北部地區(qū)大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值呈現(xiàn)以蓬江區(qū)及江海區(qū)為中心,向外輻射性遞減趨勢。除江門市東北部外,其他區(qū)域大部分為低值。高值中心主要為蓬江區(qū)與江海區(qū)交界處(潮連街道、環(huán)市街道、白沙街道、江南街道及外海街道交界處附近),蓬江區(qū)及江海區(qū)其他區(qū)域出現(xiàn)偏高值(大于50)。大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值分布情況與大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場及大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性分布相關(guān),高值主要出現(xiàn)在大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場及大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性高值疊加區(qū),基本趨勢與大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性分布一致,人口及風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)密集區(qū),大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值較高。

圖6 江門市網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值分布圖(3km×3km)Fig.6 Distribution map of atmospheric environmental risk value of Jiangmen city grid (3km × 3km)

圖7 江門市網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值分布圖(250m×250m)Fig.7 Distribution map of atmospheric environmental risk value of Jiangmen city grid (250m×250m)

根據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級劃分,江門市大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級分級結(jié)果顯示(圖8,圖9),江門市大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值集中在低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間,其次為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),無高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。除蓬江區(qū)及江海區(qū)上述部分區(qū)域出現(xiàn)較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以外,其他區(qū)域以低風(fēng)險(xiǎn)為主,中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在蓬江區(qū)、江海區(qū)、新會區(qū)和和鶴山市部分區(qū)域。較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要是由于網(wǎng)格周邊風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)較多,且人口較為密集,綜合因素導(dǎo)致其大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值相對較高。雖然兩種數(shù)據(jù)來源得到大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級結(jié)果總體趨勢一致,但是高分辨率的空間分布能更清晰的顯示高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域,能給突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急管理及處置工作帶來極大的方便。

圖8 江門市網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級評估(3km×3km)Fig.8 Assessment of atmospheric environmental risk level of Jiangmen city grid (3km × 3km)

圖9 江門市網(wǎng)格大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級評估(250m×250m)Fig.9 Assessment of atmospheric environmental risk level of Jiangmen city grid(250m × 250m)

4 結(jié)論與討論

本研究通過比較傳統(tǒng)人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)網(wǎng)格和手機(jī)信令數(shù)據(jù)網(wǎng)格兩種不同來源的數(shù)據(jù)在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估中的差異性,探索新型數(shù)據(jù)源作為支撐行政區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估的新方法和新技術(shù)。研究表明,采用手機(jī)信令數(shù)據(jù)不僅提高了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估的準(zhǔn)確性,也能刻畫更多市域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)細(xì)節(jié)。這樣能減少突發(fā)環(huán)境事件的應(yīng)急管理成本,從而為科學(xué)決策、指揮突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急處置提供更精確、更有效的指導(dǎo)方案。

4.1 手機(jī)信令數(shù)據(jù)在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估中的優(yōu)勢與不足

隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展,大數(shù)據(jù)已上升為國家戰(zhàn)略,將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),能實(shí)現(xiàn)各級各類監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)互聯(lián)共享[33]。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及管理,無法快速地獲取用于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估的數(shù)據(jù),效率較低,且數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間分辨率上的局限性較大。而利用手機(jī)信令數(shù)據(jù)得到的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級結(jié)果更精細(xì)化、分辨率更高、時(shí)效性更強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理更高效。當(dāng)然,進(jìn)行研究時(shí)也應(yīng)注意手機(jī)數(shù)據(jù)本身存在的一些問題,如數(shù)據(jù)精度上還存在缺陷,依賴于基站信號強(qiáng)弱的定位方式存在無法避免的空間誤差[32]。在研究數(shù)據(jù)的代表性方面,本研究僅通過聯(lián)通手機(jī)用戶數(shù)量擴(kuò)樣全量用戶,以手機(jī)用戶數(shù)近似為實(shí)際人口規(guī)模,暫未考慮各通訊公司在不同區(qū)域市場使用率的差異和低齡幼兒、高齡老人等非潛在手機(jī)用戶群體對人口規(guī)模的影響[17]。

面對大數(shù)據(jù)國家戰(zhàn)略,應(yīng)積極探索將衛(wèi)星遙感影像、出租車GPS數(shù)據(jù)、公交刷卡數(shù)據(jù)、興趣點(diǎn)(POI)等多源大數(shù)據(jù)應(yīng)用于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估,實(shí)時(shí)、全面的進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)測,更新環(huán)境數(shù)據(jù)的存儲、管理、索引和共享方式,不僅能分析風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的局部區(qū)域的特點(diǎn),還能高效、快速地計(jì)算并預(yù)測區(qū)域內(nèi)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空分布狀況和變化規(guī)律,追蹤風(fēng)險(xiǎn)的來源[34]?？傊?將多源大數(shù)據(jù)引入環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測、評估與應(yīng)急管理中,是構(gòu)建智慧化環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估的必然選擇。

4.2 手機(jī)信令數(shù)據(jù)可優(yōu)化環(huán)境應(yīng)急管理

精細(xì)尺度的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估對處理突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件具有重要意義。手機(jī)信令數(shù)據(jù)記錄了城市人口分布特征,反映了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體的空間分布,為研究精細(xì)化的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體空間分布提供了新的方案。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理與應(yīng)急決策的重要組成部分,充分利用手機(jī)信令數(shù)據(jù)等多源大數(shù)據(jù)作為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體的分析來源,將大力助推主管部門篩選重點(diǎn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控區(qū)域,科學(xué)推進(jìn)城鎮(zhèn)人口密集區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)的搬遷改造,降低區(qū)域結(jié)構(gòu)性與布局性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。在應(yīng)急狀態(tài)下,也能更精準(zhǔn)快速地識別突發(fā)環(huán)境事件發(fā)生時(shí)人口的空間分布,細(xì)化需要疏散的人群范圍。通過實(shí)現(xiàn)靶向通知受影響的受體人員,進(jìn)而提升應(yīng)對突發(fā)環(huán)境事件的科技水平和指揮能力。此外,不同時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的突發(fā)環(huán)境事件,受體人群特征也有所不同,可以對人群細(xì)分類后開展精細(xì)管理,這也將是未來研究的重點(diǎn)。