姬宏 杜芳芳

摘 要：本文以天水市麦积区空气质量为研究对象，结合国家空气质量监测站数据和基于空间插值方法所获得的数据，使用空气质量综合指数评价法、相关系数法等空间分析方法分析了其空气质量时空变化规律与分布格局。结果表明，甘肃省天水市麦积区空气质量整体状况优良，但区域内部呈现明显的差异性，即东部诸乡镇空气质量优良，西部各乡镇的空气质量变化相对较差，最差的集中分布中部各乡镇;时间上，研究区空气质量呈现出明显的季节变化特征，整体以冬春季节（1月）空气质量为差，夏秋季节（5月、10月）空气质量为优。

关键词：空气质量（AQI）;空间插值;时空分布

中图分类号：X51;P208文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）22-0138-04

Abstract： Taking the air quality in Maiji District of Tianshui City as the research object， combined with the data obtained from the national air quality monitoring station and based on the spatial interpolation method， the spatial analysis methods such as air quality comprehensive index evaluation method and correlation coefficient method were used to analyze the spatial-temporal variation and distribution pattern of air quality. The results show that the air quality of Maiji District in Tianshui city is good on the whole， but there are obvious differences within the region， that is， the air quality of the eastern towns is good， the change of the air quality of the western towns is relatively poor， and the worst is concentrated in the central towns; in terms of time， the air quality in the study area shows obvious seasonal variation characteristics， and the overall air quality is in winter and spring （January） The air quality was poor， and the air quality was excellent in summer and autumn （May and October）.

Keywords： Air Quality Index（AQI）;spatial interpolation spatiotemporal distribution;change characteristics

1 研究背景

近年來，我国工业化和城市化进程不断加快，但由于其是粗放式的、不可持续性的发展，导致生态环境日益恶化。协调好经济发展与生态环境间的矛盾成为一个亟待解决的社会公共问题，各级政府部门都在积极探索区域生态环境污染的形成原因，并主动寻求相关治理方案和对策。而空气污染作为环境治理的关键，更需要寻求应对之策。

1976年，美国公布了用于评价大气质量逐日变化的大气质量指数，即污染物标准指数（Pollutant Standard Index，PSI）[1];80年代中期，又发布了一项对大气颗粒指标的新规定，其中使用PM10代替了原先的总悬浮颗粒物（Total Suspended Particulate，TSP）;1997年7月，用空气质量指数（Air Quality Inde，AQI）替代污染标准指数（PSI）[2]，并规范了PM2.5的最高限值。我国环保部门在1982年发布了《环境空气质量标准》（GB 3095—1982），之后又对其进行了三次修订，即1996年进行了第一次修订，2000年进行了第二次修订，2012年进行了第三次修订，最终形成了《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）。该标准中确定了15项污染物项目[3]。

天水市麦积区作为甘肃省休闲农业示范县区的模范县区，其空气质量一直备受关注，空气质量不断下降的问题也频繁见诸报端，所处地理环境和特殊的气象条件都是影响空气质量的重要因素[4]。但目前，对于天水市空气质量的研究多集中于对单一因子的大尺度分布变化规律上[5-7]，难以满足实际需求。因此，对麦积区的大气污染状况展开分析已迫在眉睫。

2 数据与方法

2.1 研究区概况

麦积区位于天水市的东南部。地处北纬34°06′～34°48′，东经105°25′～106°43′，东接陕西省宝鸡市，南邻秦州区、两当县、徽县，西靠甘谷县，北连清水县、秦安县，全区辖17个乡镇。麦积区东西长123 km，南北最宽处为50 km，最窄处不足5 km，境内海拔为835～2 492 m，总面积为3 452 km2。气候属大陆半湿润季风气候，年平均温度为10.2 ℃，无霜期170 d，年均降水量为506.3 mm，自北向南有增多的趋势[8]。

2.2 研究数据

本研究所用空气质量数据资料部分获取自生态环境部环境监测总站空气质量实时发布系统平台（http：//106.37.208.233：20035），分别选取2018年1月、5月和10月3个月前7天共计21天的完整的数据记录。

2.3 研究方法

2.3.1 空气质量评价方法。2012年，原环境保护部（现生态环境部）颁布实施了《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》，用空气质量指数作为评价指标[9]替代之前的空气污染指数（API）标准。空气质量指数即用无量纲数值表征某地某时间大气环境整体状况的定量描述模型[10]，其以空气中各污染物浓度对人类身体所造成的危害为基础[11-12]。根据评价体系中主要污染物的浓度及所对应空气质量分指数，选取分指数中值最大指数当作AQI的值判断出空气质量整体状况，即AQI的数值越高，则大气污染越严重。

2.3.1.1 空气质量分指数计算方法。污染物项目P的空气质量分指数按式（1）计算：

式中：[IAQIM]表示污染物项目M的空气质量分指数;[CM]表示污染物项目M的浓度值;[BPH]表示表1中与BP相近的污染物浓度限值的高位值;[BPL]表示表1中与BP相近的污染物浓度限值的低位值;[IAQIH]表示表1中与[BPH]对应的空气质量分指数;[IAQIL]表示表1中与[BPL]对应的空气质量分指数。

2.3.1.2 空气质量分指数划分标准。依国家空气质量各分指数划分标准，对大气污染物每一类项目的浓度限值做了规定[9]，如表1所示。

2.3.1.3 空气质量指数计算方法。空气质量指数计算公式如式（2）所示：

式中：[IAQI]为空气质量分指数;[n]为空气质量分指数。对计算得到的空气质量指数按照国家标准进行分等划级[9]。其分级标准按50的累积值从0向300递增，对应的空气质量指数级别为一级至六级，对人类健康的不利影响也随之增大，即空气质量指数级别为一级时，空气质量最好，对人体无害;空气质量指数级别为六级时，为严重污染，会对人体身体某些机能产生不良影响。

2.3.2 空间插值方法。通过对已有实测数据和其空间分布与变化特征展开相关性分析，以此选择最适合于本研究区的空间数据内插方法，以估算生成完整连续表面的方法即为地统计学中的空间插值方法[13]。

3 结果与分析

3.1 空间分布特征分析

研究区2018年1月、5月和10月前7天空气质量整体状况较好，依国家空气质量等级划分标准，研究区空气质量指数类别显示均为优良级别，其变化趋势表现为东西方向的过渡变化。从各不同时间段的空气污染指数的数值变化上来看，1月前7天空气质量的整体状况最差，5月前7天居中，10月前7天最优。1月前7天区域内的空气质量差异较大;5月前7天变化幅度相对较为平缓，介于1月前7天和10月前7天之间;10月前7天变化幅度最小。天水市麦积区AQI空间分布如图1所示。

3.2 时间变化特征分析

由1月7天部分代表乡镇AQI变化（见图2）可看到，各乡镇空气质量指数变化都比较剧烈，整体上呈现出自1月1日的最高值向1月7日的最低值变化的趋势。其中，1日至2日下降趋势最显著;2日至3日整体趋于稳定和平缓，空气质量指数仍然处于较高水平，大气污染较为严重;3日至6日整体变化比较稳定，变化幅度不大。麦积区整体空气质量为良，对正常的生产生活活动的影响比较有限。以1月6日为节点，全区空气质量进一步好转，达到同期空气质量最优水平。

5月的空气质量（见图3）整体处于较平稳的变化状态，空气质量指数在5月3日达到最大值;5月4日出现最低值。同时，该时期呈现出明显的区域差异性，形成了以五龙乡等为中心的变化曲线群和以花牛镇等为中心的变化曲线群。在第一个变化曲线群之中，5月1日至2日空气质量指数的变化呈现出趋好的趋势;在第二个变化曲线群中，则出现了小幅度的上升趋势。3日，全区各乡镇的空气质量均有上升。4日，全区空气质量指数出现小幅回落。5日，第二變化曲线群出现断崖式的下降，空气质量显著改善。6—7日，出现了小幅度回升，达到全区的平均水平。

10月前7日AQI（见图4）整体良好，优良区域所占面积大于较差区域。在该监测时段，全区的空气质量指数在10月1日达到最高值，10月6日达到最小值，在东部形成了广阔次优区。具体而言，10月1日至2日的空气质量变化幅度最大;2日至3日保持下降趋势，下降的趋势比较平缓。4日，全区所有乡镇的空气质量指数出现小幅度上升。5日则再次出现了下降的变化趋势。

4 结论

本文使用的数据主要为国家生态环保部公布的空气质量监测点数据和通过实地调查采样获取的部分区域不同时间段的空气质量数据，通过一系列GIS空间分析的方法探究了甘肃省天水市麦积区2018年的空气质量空间分布格局和时间变化规律，最终得到以下几点结论。

①天水市麦积区空气质量指数总体上处于较低水平，空气质量整体状况向好。本研究时间跨度为3个不同季节共21天，其中1月空气质量指数自1日至7日最低值逐渐降低。

②麦积区空气质量的区域变化具有显著的地域分异规律：东部地区和南部地区为全区域空气质量的最优区;西部的乡镇为全区的次优区;中部地区的马跑泉镇、花牛镇等区域为全区最差地带。

③麦积区空气质量在时间上的变化具有显著的规律性：研究区空气质量1月时为全区最差;5月时，有所好转，整体保持在良好水平;10月时，全区空气质量整体优良，优于1月、5月同期状况。

参考文献：

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[2]柳笑盈.基于GIS的空气质量指数空间插值方法研究[D].昆明：昆明理工大学，2015.

[3]何书申，赵兵涛，俞致远.环境空气质量国家标准的演变与比较[J].中国环境监测，2014（4）：50-55.

[4]妙旭华.天水市环境空气质量评价与分析[J].甘肃科技，2011（19）：59-62.

[5]卢秀娟，巨天珍，谢顺涛，等.城市大气臭氧柱浓度时空变化研究：以天水为例[J].地球与环境，2017（6）：612-619.

[6]李兵.基于卫星遥感数据的甘肃省对流层NO2时空分布特征研究[D].兰州：西北师范大学，2016.

[7]闫秀婧.天水市麦积城郊绿地负离子净化空气效应研究[J].林业科技通讯，2017（10）：73-77.

[8]刘岚，张文彧，闫秀婧.天水市麦积区经济林种植土壤施肥状况调查分析[J].农业科技与信息，2013（1）：13-17.

[9]环境保护部.环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）：HJ 633—2012[S].北京：中国环境科学出版社，2012.

[10]张鸿艳，王葳.空气质量指数计算的数学模型[J].高师理科学刊，2014（5）：8-10.

[11]侯雅文，王斌会.空气质量指数监控与预测的控制图方法[J].统计与信息论坛，2012（8）：86-90.

[12]霍雨，宝荣，周延林.AQI在呼和浩特市大气环境质量评价中的应用[J].内蒙古环境保护，2005（3）：41-45，58.

[13]许燕婷，刘兴诏，王振波.基于AQI指数的中国城市空气质量时空分布特征[J].广西师范大学学报（自然科学版），2019（1）：187-196.