天津市空气质量变化趋势及主要影响因子分析_潘琳

环 境 污 染 与 防 治 第 ３３ 卷 第 １０ 期 ２０１１ 年 １０ 月
天津市空气质量变化趋势及主要影响因子分析＊
潘 琳 齐庚申＃ 王 伟 孙宝盛
（天津大学环境科学与工程学院，天津 ３０００７２）
摘 要 空气质量作为重要的环境问题，影响着城市人口健康和经济发展。利用天津市环 境 质 量 各 种 年 报 资 料 ，综 合 运 用 灰 色 聚类、关联模型对天津市空气质量现状、影响因素做出分析。结果 表 明，天 津 市 整 体 空 气 质 量 呈 上 升 趋 势，２００４ 年 后 灰 色 聚 类 结 果 均为二类，且一类聚类系数在逐渐增大；空气质量的变化是多种因素共同作用 的 结 果，天 津 市 工 业 废 气 排 放 及 能 源 消 耗 为 最 主 要 的 影响因素，城市绿化水平与年空气质量达标率有很强的相关性 ，而汽车尾气、集 中 供 热 等 其 他 因 素 的 作 用 也 在 一 定 程 度 上 影 响 空 气 质 量 。 最 后 提 出 改 善 天 津 市 空 气 质 量 的 建 议 ，包 括 控 制 工 业 废 气 排 放 、调 整 产 业 结 构 及 能 源 结 构 、有 效 控 制 汽 车 尾 气 及 集 中 供 热 、加 大资金投入及管理等。 关键词 空气质量 灰色聚类 灰色关联 影响因子
年空气质量达标率
指标
关联度
全市烟尘排放量
０．８２
城市绿地率
０．８３４
城市集中供热面积 ０．８２１
万元工业增加值能耗 ０．７８０
人均公共绿地
０．７６０
由 灰 色 关 联 分 析 可 知 ，影 响 天 津 市 城 市 空 气 质量的主要因素集中在工业污染排放和能源消耗 方 面 ，城 市 绿 化 以 及 其 他 因 素 也 有 不 同 程 度 的 影响。
１ 分 析 方 法
１．１ 数 据 来 源 采 用 ２００１—２００９ 年 天 津 市 环 境 状 况 公 报 中
ＳＯ２、ＮＯ２、ＰＭ１０ 年 均 值 以 及 年 空 气 质 量 达 标 率 作 为 主 要 分 析 对 象 ，其 相 关 影 响 因 素 年 际 值 全 部 来 源 于 天 津 市 环 境 状 况 公 报 、《天 津 统 计 年 鉴 》和 《天 津 年 鉴》。 １．２ 空 气 质 量 评 价
采用灰色聚类法 进 行 空 气 质 量 评 价，令 ２００１— ２００９年为聚类对象，ＰＭ１０、ＳＯ２、ＮＯ２为聚 类 指 标，根 据《环境空气 质 量 标 准 》（ＧＢ ３０９５—１９９６）规 定，将
空气质量分为 ３ 个 灰 类，对 聚 类 指 标 进 行 无 量 纲 处
理后进行聚类分析。
１．３ 影 响 因 子 分 析
２．２ 影 响 因 素 分 析
空气质量的影 响 因 素 是 错 综 复 杂 的，多 种 影 响
因素共同作用综合影响天津市的空气质量状况。本
研 究 从 天 津 市 社 会 经 济 发 展 角 度 综 合 考 虑 ，根 据 《天
津统计年鉴》、《天津年鉴》，选取了５ 个类别的 ３０项
与空气质量状 况 或 污 染 物 浓 度 相 关 的 指 标，其 中 包
括工业污染排放因素类：如 工 业 废 气 中 ＳＯ２排 放 量、
工业废气中烟 尘 排 放 量、工 业 废 气 中 工 业 粉 尘 排 放
量、工业废气排 放 总 量、工 业 粉 尘 去 除 率 等；生 活 及
经 济 发 展 能 耗 因 素 类 ：如 人 均 生 活 能 源 消 费 、人 均 生
活 煤 炭 消 费 、万 元 地 区 生 产 总 值 煤 耗 、万 元 工 业 增 加
第一作者：潘 琳，女，１９８６年生，硕士研究生，研究方向为环境影响评价。＃ 通讯作者。 ＊ 天 津 市 应 用 基 础 研 究 计 划 项 目 （Ｎｏ．０７ＪＣＺＤＪＣ０２１００）。
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潘 琳等 天津市空气质量变化趋势及主要影响因子分析
二级标准中规定的 ０．０６ ｍｇ／ｍ３。 全 市 ＮＯ２年 均 值 变化较为 平 缓，２００４ 年 之 前 略 有 上 升 趋 势，年 均 值 为０．０４６～０．０５２ ｍｇ／ｍ３，２００４—２００９ 年 呈 下 降 趋 势，２００９年时 达 到 ０．０４０ ｍｇ／ｍ３，天 津 市 ＮＯ２ 年 均 值均达到 ＧＢ ３０９５—１９９６二级标准。
图 ２ 聚 类 结 果 分 析
另 外 ，对 天 津 市 ２００１—２００９ 年 空 气 综 合 污 染 指 数 进 行 对 比 分 析 ，结 果 见 图 ３。 由 图 ３ 可 见 ， ２００３ 年 前 ，空 气 综 合 污 染 指 数 一 直 较 高 ，在 ２００３
图 ３ 空 气 综 合 污 染 指 数 分 析 结 果
关 联 度 （γｉ）为 ：
ｍ
∑ γｉ
＝
１ ｍ
ε（ｋ）
ｋ＝１
式中：ｍ 为时间点总数。
（１）
根 据 关 联 度 的 排 序 ，找 出 影 响 较 大 的 因 子 。
２ 结 果 分 析
２．１ 空 气 质 量 年 际 变 化 评 价 根 据 空 气 污 染 物 浓 度 变 化 （见 图 １），天 津 市 空
年 时 达 到 近 年 来 的 一 个 高 峰 值 （３．１８），但 ２００３— ２００４年 大 幅 度 降 低 ，并 在 其 后 持 续 下 降 ，尤 其 是 ２００６—２００８ 年 降 低 显 著 ，２００８ 年 空 气 综 合 污 染 指 数为 近 年 来 最 低 值（２．４１）。 结 合 图 ２，２００３—２００４ 年 是 天 津 市 空 气 质 量 好 转 的 重 要 分 水 岭 ，三 类 聚 类 系 数 大 幅 度 降 低 ，二 类 聚 类 系 数 显 著 升 高 ，这 与 空 气 综 合 污 染 指 数 的 分 析 是 一 致 的 。 另 外 ，观 察 一 类 聚 类 系 数 发 现 ，其 在 ２００６—２００８ 年 内 也 有 明 显 上 扬 ，这 与 空 气 综 合 污 染 指 数 在 ２００６—２００８ 显 著 下 降 是 吻 合 的 。 因 此 ，采 用 灰 色 聚 类 法 进 行 空 气 质 量 评价可信度是较高的。
（１）工 业 污 染 因 素 。 天 津 是 大 型 工 业 基 地 ，工 业 污 染 源 一 直 是 城 市 重 要 污 染 之 一 ，工 业 废 气 中 含 大 量 ＳＯ２、ＣＯ２、硫 化 物 、氟 化 物 、ＮＯＸ、氯 化 物 、 烟 尘 以 及 生 产 性 粉 尘 ，其 排 放 量 直 接 影 响 天 津 市 空 气 质 量 。 根 据 灰 色 关 联 分 析 ，与 ＳＯ２相 关 性 最 强 的 指 标 为 工 业 废 气 中 ＳＯ２ 排 放 量 ，其 关 联 度 达 到 ０．９２９；全 市 烟 尘 排 放 量 与 ＰＭ１０ 的 关 联 度 达 到 ０．９８３，为 全 部 指 标 中 的 最 高 ，且 在 表 １ 未 列 出 的 其 他 污 染 因 素 中 ，工 业 废 气 中 烟 尘 排 放 量 与 粉 尘
图 １ 天 津 市 空 气 质 量 变 化 趋 势 图
采用灰色 聚 类 法 评 价 天 津 市 空 气 质 量，结 果 见 图２。每年聚类系数 最 大 的 灰 类 即 为 当 年 空 气 质 量 类别。结果 显 示，２００１、２００２ 年 天 津 市 空 气 质 量 为 三类，２００３年 时 二 类 与 三 类 聚 类 系 数 持 平，２００４— ２００９年均为二 类。 三 类 聚 类 系 数 在 ２００１—２００３ 年 时较高，在０．４左 右，之 后 每 年 都 逐 渐 降 低，２００９ 年 已 降 至 ０。 二 类 聚 类 系 数 整 体 呈 现 上 升 趋 势，仅 在 ２００５、２００８年略 有 降 低，这 是 由 于 天 津 市 当 年 整 体 空气质量好转 明 显，一 类 聚 类 系 数 增 大 造 成 的。 一 类聚 类 系 数 ２００１—２００４ 年 不 断 下 降，最 低 值 为 ０．２８，２００５年后开始明显上升，２００８ 年最高为０．４７。 由聚类系数的 趋 势 可 看 出，天 津 市 空 气 质 量 正 在 向 好的方向发展。
环 境 污 染 与 防 治 第 ３３ 卷 第 １０ 期 ２０１１ 年 １０ 月
表 １ 与 各 污 染 物 关 联 度 最 大 的 ５ 项 指 标
编号
ＳＯ２ 指标
关联度
ＰＭ１０ 指标
关联度
ＮＯ２ 指标
关联度
１ 工业废气中ＳＯ２ 排放量 ０．９２９
全市烟尘排放量
０．９８３
工业粉尘去除率
城市空气 质 量 受 到 越 来 越 多 人 的 关 注，国 内 外 在 环 境 空 气 质 量 管 理 方 面 也 采 用 了 多 种 方 法 ，例 如 ： 空气污染 指 数［１］、模 糊 综 合 评 价［２］、物 元 分 析［３］、主 成分分析、层次分析［４］等，对空 气 质 量 的 预 测 多 集 中 在神经网络［５－７］、非 线 性 运 算 和 ［８］ 灰 色 系 统 方 面，各 种方法的 相 互 结 合 和 补 充，使 预 测 精 度 不 断 提 高。 研究表明，城市 空 气 质 量 是 由 自 然 过 程 和 人 类 排 放 共同决定的，不 仅 气 象 条 件 对 空 气 污 染 浓 度 影 响 很 大 ，各 ［９，１０］ 种人 类 行 为 促 使 空 气 污 染 源 增 加 也 给 城 市空气质量带来巨大的压力 。 ［１１］ 空气质量 影 响 着 人 口 健 康 和 城 市 发 展，对 其 进 行整体分析具有重要意义。由于所获得的环境空气 数 据 是 不 完 全 的 ，可 以 将 其 视 为 灰 色 系 统 ，笔 者 采 用 灰色理论分析 天 津 市 空 气 质 量 的 关 键 影 响 因 子，以 期为天津市空气污染总量的控制与消减提供依据。
０．９７５
２ 第二产业地区生产总值 ０．９２５
城市绿地率
０．９７９
全市ＳＯ２ 排放量
０．９６７