文章编号: 1001-4675(2008)05-0723-06西安空气质量时空变化特征分析*
邵天杰1, 赵景波1,2(1.陕西师范大学旅游与环境学院,陕西西安 710062;2.中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室,陕西西安 710075)
摘 要:以1990-2001年西安市空气污染物的监测数据和西安统计年鉴资料为依据,对其平均浓度的时空变化特征进行分析。结果表明:西安市空气总体污染较为严重,通过科学的管理和技术的改进,近年来空气中污染物浓度呈明显下降趋势。西安市空气污染物的时空变化特征比较明显,月变化曲线呈/U0字型,且冬春季节重于夏秋季节,这主要是由冬季取暖和不利气象条件造成的。1,2,11,12月西安空气污染较为严重,6~9月空气污染物浓度较低,与月平均气温变化具有较好的反相关性。1996年以来,西安空气污染物呈现明显的空间转化特征,工业区污染物浓度大幅度下降,商业区和居住文教区的污染反而高于工业区,这反应了近年来产业结构调整、能源结构改变和区域发展速度的差异,应引起环保部门的重视。关键词:时空变化;空气质量;污染物浓度;西安市中图分类号:X51 文献标识码:A
随着城市经济的迅速发展、人口的快速增长以及人类生产生活过程中造成的植被破坏,导致了城市空气环境质量越来越差。有毒有害工业废气的排放,日益严重的温室效应,飞扬的尘土以及寄生其中的病菌,无不对人类的生产生活造成严重的影响,甚至直接影响人们的身体健康。人们在提高生活水平的同时,对自己生活的环境越来越关心,空气质量状况日益成为市民关注的环保焦点之一。西安市是一个空气污染严重的城市11-32。虽然很多专家对西安市空气状况进行了大量研究14-62,但多是针对空气中某种单一的污染因子,同时对多种空气污染因子研究得不多。本文以1990-2001年西安市空气污染物的监测数据和统计年鉴为依据,通过标度指数和空气污染指数对西安市空气质量进行量化分析。了解西安市空气环境质量的当前状况,并对影响空气环境质量的因素进行研究,有利于唤起人们的环保意识,对执行大气环境质量管理也有重要意义。
1 区域概况西安市位于关中盆地中部秦岭北麓,介于33b42c~34b44cN,107b40c~109b49cE之间。四季冷暖干湿分明,春季升温迅速,干燥多风;夏季炎热高
温,日照强烈;秋季凉爽湿润,时有阴雨;冬季寒冷干燥,雨雪偏少。年无霜期226d。1月份平均气温0.4e,7月份平均气温26.6e,年平均气温13.3e。多年平均降水量613.7mm,年平均相对湿度69.6%。地势南高北低,相差悬殊。市区面积1066km2,城市建成区面积178km2。现辖9区4县,总人口7.25@106,是世界著名的历史文化名城。
2 大气污染物年际变化2.1 SO2的年际变化由图1可以看出,近10年来西安市大气中SO2
浓度保持在一个相对稳定的范围内,并表现出明显
的时间段。1991-1994年和1997-2000年是两个明显的下降期,这一时段SO2的最大浓度值为0.091mg/m3,是国家二级标准(5环境空气质量标准6G3095-1996)的1.52倍,出现在1997年;其次是0.083mg/m3,是国家环境空气质量二级标准的1.38倍,出现在1991年。最小浓度为0.045mg/m3,低于国家环境空气质量二级标准,出现在2000年;经计算可得,1990-2001年SO2的年平均浓度为0.062mg/m3,是国家环境空气质量二级标准的1.03
第25卷 第5期2008年9月 干旱区研究ARID ZONE RESEARCH Vo.l25 No.5Sep. 2008
*收稿日期:2007-05-25; 修订日期:2008-04-28基金项目:陕西师范大学研究生创新基金(2008CXS015);教育部重大招标项目(05JJD770014);中国科学院地球环境研究所国家重点实验室项目(SKLLQG0506)作者简介:邵天杰(1982-),男,安徽淮北人,硕士生,研究方向为环境污染评价与治理.E-mail:shaotianjie_2002@163.com通讯作者:赵景波.E-mai:lzhaojb@snnu.edu.cn倍。冬季采暖期的年平均浓度为0.113mg/m3,是国家环境空气质量二级标准的1.88倍,是非采暖期(0.027mg/m3)的4.19倍。
2.2 NO2的年际变化由图2可以看出,西安市大气中NO2浓度呈现出稳定的下降趋势。从时间分段来看,1991-1994年和1995-2001年是两个明显的下降期,该时段NO2的最大浓度值是0.059mg/m3,超出国家标准0.04mg/m3的0.48倍,出现在1991年;其次是0.058mg/m3,超出国家环境空气质量二级标准的0.45倍,出现在1992年和1993年。最小浓度出现在2001年,是0.015mg/m3,低于国家环境空气质量二级标准,符合市民正常活动要求;1990-2001年NO2
的年平均浓度为0.048mg/m3,超过国家环境空气
质量二级标准的0.2倍。冬季采暖期的年平均浓度为0.061mg/m3,是国家环境空气质量二级标准的1.53倍,是非采暖期(0.04mg/m3)的1.53倍。机动车辆的尾气和工业排放的废气是西安空气NO2的主
要来源152。2.3 TSP的年际变化从图3可看出,1990-2001年西安市空气中的TSP浓度随时间序列呈明显的下降趋势,这一时段TSP的最大浓度值是0.566mg/m3,超出0.2mg/m3
国家标准的1.83倍,出现在1991年;其次是0.545mg/m3,超出国家环境空气质量二级标准1.73倍,出现在1992年。2001年TSP的浓度最小,是0.262mg/m3,是国家环境空气质量二级标准的1.31倍;1990-2001年TSP的年平均浓度为0.396mg/m3,是国家环境空气质量二级标准的1.98倍。冬季采暖期的年平均浓度为0.475mg/m3,是国家环境空气质量二级标准的1.53倍,是非采暖期(0.34mg/m3)的1.4倍。可见,西安市TSP污染相当严重。
图3 西安市大气TSP的年平均浓度变化Fig.3 ChangeoftheaverageannualconcentrationofTSPoverXi.anCityduringtheperiodfrom1990to2001
表1 1990-2001年西安大气污染物的年平均浓度Tab.1 StatisticresultsoftheaverageannualconcentrationsofpollutantsoverXi.anCityduringtheperiodfrom1990to2001/(mg#m-3)年份SO2NO2颗粒物K指数级别API指数级别19900.0530.0490.4005.680Ó150Ó19910.0830.0590.5667.099Ó252.8Ô19920.0710.0580.5456.792Ó236Ô19930.0600.0580.3725.990Ó136Ó19940.0470.0400.3685.100Ò134Ó19950.0600.0560.3705.933Ó135Ó19960.0700.0540.3245.920Ó112Ó19970.0910.0540.4106.644Ó155Ó19980.0560.0500.4315.897Ó165.5Ó19990.0540.0430.3745.428Ò137Ó20000.0450.0430.3264.960Ò113Ó20010.0590.0150.2623.584Ò89.4Ò平均值0.0620.0480.3965.752Ó151Ó
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干 旱 区 研 究 25卷 根据标度指数法172和空气污染指数法182(API)计算出K指数和API指数,并依标度指数K分级标准和API指数与空气质量的等级关系,分别对其进行分级(表1)。结果显示,1991年和1992年污染较为严重,空气质量为中度污染。2001年空气质量良好,其他年份的空气质量均为轻度污染。3 大气污染物年内变化3.1 大气SO2的月变化通过统计整理1990-2001年西安空气SO2浓度数据,绘制出西安空气SO2浓度月变化曲线(图4),西安市空气中SO2月浓度变化呈较为明显而宽阔的/U0字型,1,2,12月SO2浓度较高,6~10月相对较低,总体污染比较严重。为了定量分析空气中SO2浓度与温度的关系,本文采用二次曲线对其进行了拟合。拟合结果显示,1990-2001年西安大气SO2浓度的月变化曲线均符合一元二次方程,且除2000年和2001年外,其余年份均超过0.05显著性水平。图4 西安市空气污染物浓度月平均变化Fig.4 ChangeofaveragemonthlyconcentrationsofairpollutantsoverXi.anCity3.2 NO2的月变化由图4可以看出,NO2浓度变化趋势与SO2浓度的月变化曲线有相似的规律,亦呈/U0字型,不同的是NO2月平均浓度与气温年变化具有更高的相关性;NO2的浓度相对较小,年内月平均值介于0.039~0.088mg/m3之间,小于SO2的浓度,说明西安大气污染仍以煤烟型为主;在1,2,11,12月较高,7~9月较低,总体污染严重。对西安大气NO2浓度(C)与气温(T)进行拟合,结果显示1990-2001年西安大气NO2浓度的月变化曲线除1993年符合一元二次方程外,其余年份均为直线方程,且只有1991,2000年和2001年拟合结果不显著,其余年
份拟合结果均超过0.05显著水平。3.3 TSP月变化从图4看出,TSP浓度在1,11,12月较高,6~9月较低,总体污染比较严重,与近年来我国城市空气质量的总体变化趋势相符122。对西安大气TSP浓度(C)与气温(T)拟合方程,结果显示,1992,1995,1997年和1998年西安空气TSP浓度的月变化规律比较明显,均符合一元二次方程,且拟合结果明显,超过0.05显著性水平。1990,1994,1996,1999年虽符合一元二次方程,但拟合结果不明显。1993,2000年和2001年西安大气TSP浓度的月变化规律不明显,采用直线方程回归,其中2000年的拟合结果低于0.05显著性水平。值得一提的是,1991年西安大气TSP浓度的月变化规律比较明显,符合一元三次方程,拟合结果明显,超过0.05显著性水平。
4 大气污染物空间变化4.1 SO2的空间变化为了分析西安市大气污染物的空间分布特征,根据功能的不同选取东郊的兴庆小区、南郊的小寨、西郊的高压开关厂、北郊的草滩,分别代表西安市的居住文教区、繁华商业区、工业区、对照区。1996-2001年西安市不同功能区SO2污染时空分布变化如图5。从时间变化序列来看,近6年来对照区SO2浓度一直最低,时间变化不太明显;而居住文教区、商业区、工业区SO2浓度均高于对照区,且随时间变化呈现明显的下降趋势。其中,居住文教区从1996年的0.083mg/m3下降到2001年的0.021mg/m3,商业区SO2从1997年的0.106mg/m3下降到2001年的0.038mg/m3,工业区的SO2从1996年的0.082mg/m3下降到2001年的0.030mg/m3。说明西安空气中SO2含量得到了逐步的控制,煤改气工程和大气环境保护措施发挥了较大的功效。由于各功能区产业结构和能源结构不同,SO2排放量和浓度也呈明显的区域差异。1996年SO2的地域分布:居住文教区>工业区>商业区,1997-1998年的地域分布转化为:商业区>工业区>居住文教区;1999年转为:工业区>居住文教区>商业区;2000-2001年的地域分布又回到商业区>工业区>居住文教区的状况。西安市大气SO2浓度的区域变化反映了该市产业结构的调整和各区发展速度的差异,即污染725