合肥市環境空氣質量分析

石寶玉 廖龍靜 李莉莉 李超

摘 要：以合肥市空氣質量實時監測面板數據為樣本，氣體污染物為指標，建立空氣質量時空分布模型，從日度、月度和季度三個維度分析不同區污染狀況.根據主成分分析綜合評價模型，分析廬陽區、明珠廣場、三里街等十個監測點主要污染源，并對各區污染程度排序.研究結果表明，NO2和PM2.5是合肥的主要污染物，瑤海區空氣質量最差；濱湖新區、董鋪水庫、高新區、琥珀山莊、明珠廣場和長江中路空氣污染程度較輕，包河區、廬陽區、三里街和瑤海區的空氣污染較重.

關鍵詞：空氣質量；時空分布；污染源；綜合評級；MATLAB

[中圖分類號]X51 [文獻標志碼]A

文章編號：1003-6180（2018）02-0004-05

Abstract：Aiming at the problem of air pollution in Hefei， with the index of gaseous pollutants as the starting point， real-time monitoring panel data of air quality in Hefei was selected as the research sample. A spatio-temporal distribution model of air quality is set up to analyze the pollution status in different areas from three aspects of daily， monthly and quarterly； With principal component analysis comprehensive evaluation model， track the main pollution sources of ten monitoring sites in Luyang District， Pearl Plaza and Sanli Street， and sort the degree of pollution in each area： NO2 and PM2.5 are the main pollutants in Hefei， and Yaohai air quality is the worst. Establish the clustering analysis， and the air pollution in Binhu New Area， Dongpu Reservoir， Hi-tech Zone， Amber Mountain Villa， Pearl Plaza and Middle Changjiang Road was relatively light， while the air pollution in Baohe District， Luyang District， Sanli Street and Yaohai District was heavy.

Key words：air quality；spatio-temporal distribution；pollution sources；comprehensive rating；MATLAB

合肥市是安徽省的省會城市，其經濟總量、增長率、人均GDP等均位居全省第一.伴隨經濟的快速發展，能源消耗逐漸加大，合肥市重污染天氣現象頻繁發生.合肥市2016年3月～2017年2月的空氣質量，“優”僅占18%，“良”占53%，“輕度污染”占20%，“中度污染”占6%，“重度污染”占3%.因此，研究合肥市空氣質量問題有著重要意義.

1 合肥市環境空氣質量時空分布特征

1.1 空氣質量季節特征

選取2016年3月1日0時到2017年2月28日23時合肥市廬陽區、明珠廣場、三里街、瑤海區、長江中路、董鋪水庫、濱湖新區、琥珀山莊、包河區和高新區10個空氣質量監測站點SO2，NO2，PM10和PM2.5的平均濃度數據發現，夏季的首要污染物是O3，春季和冬季空氣污染嚴重，SO2，NO2和PM2.5污染物濃度較高.

1.2 單因子指數分析

單因子指數統計顯示：

（1）廬陽區年日平均單項污染指數由大到小的排序為PM2.5>O3>NO2，明珠廣場和三里街日平均單項污染指數由大到小的排序為O3>PM2.5>NO2，其余7個監測點的平均單項污染指數由大到小的排序相同，均為O3>PM2.5>PM10.

（2）NO2年日均濃度單項污染指數前三位的是廬陽區、明珠廣場和三里街；SO2年日均濃度的單項污染指數最高為濱湖新區；CO年日均濃度單項污染指數最高為長江中路，O3年日平均濃度前三甲為瑤海區、長江中路和明珠廣場，均超標較嚴重；廬陽區的PM2.5和PM10年日平均濃度均為最高.

1.3 PM2.5相關因素分析

采集合肥地區2017年6月份實時空氣質量環境數據，整理得到日度數據，分析PM2.5（含量）與AQI監測指標中可吸入顆粒物PM10，SO2，CO，NO2和O3之間的相關性.運用MATLAB軟件，作PM2.5與各污染指標散點圖，見圖1.

由圖1可知，隨著各指標污染濃度的增高，PM2.5含量均有上升趨勢，存在線性相關性；PM10的含量與O3存在較高相關性.

2 構建主成分分析綜合評價模型

采集合肥市 2016年3月～2017年2月國控點環境質量中NO2，SO2，CO，O3，PM10，PM2.5六項指標的實時監測數據.按時間段劃分為四個季度（春季為3月1日至5月31日，夏季為6月1日至8月31日，秋季為9月1日至11月30日，冬季為12月1日至2月28日），計算其平均污染濃度.

2.1 模型的建立

假定有n個樣本，每個樣本共有p個變量，構成一個n×p階的樣本空間

計算綜合評價得分.考慮到選取主成分的方差貢獻率不同，將各主成分得分分別與方差貢獻率相乘，即最終的綜合評價得分.

2.2 模型的求解

利用MATLAB軟件對各區域污染物進行主成分分析，確定影響空氣質量的主要污染因子.將數據代入主成分分析模型中，在MATLB軟件中運算后得到六個指標的相關系數矩陣、相關系數矩陣的特征值、特征向量.

2.2.1 春季數據分析

以表3的春季數據為例，NO2，SO2，CO，O3，PM10，PM2.5的主成分列表見表4.表4中列出了所有的主成分，按照特征根的從小到大次序排列.

從表4中可知，第一主成分特征根為2733 5，方差貢獻率為45.56%.根據累計貢獻率需到達85%，由各主成分對應特征向量可知，影響合肥市春季空氣質量的主要污染因子有NO2和PM2.5.綜合得分排序見表5.春季高新區的污染最嚴重，其次是包河區，濱湖新區污染最輕.

2.2.2 夏季數據分析

影響合肥市春季空氣質量的主要污染因子有NO2和PM2.5.綜合得分排序見表6.夏季瑤海區污染最嚴重，其次是高新區和包河區及長江中路，濱湖新區污染最輕.

2.2.3 秋季數據分析

影響合肥市春季空氣質量的主要污染因子為PM2.5，綜合得分排序見表7.秋季瑤海區的污染最嚴重，長江中路次之，明珠廣場污染最輕.

2.2.4 冬季數據分析

影響合肥市春季空氣質量的主要污染因子為NO2，SO2及PM2.5.綜合得分排序見表8.冬季瑤海區的污染仍是最嚴重的，廬陽區污染嚴重程度排第二，包河區和濱湖新區污染較輕.

車輛尾氣排放和燃料燃燒是二氧化氮的主要來源.PM2.5污染的主要來源是燃料燃燒和機動車輛尾氣排放，PM10主要來源于工業過程，如燃煤、冶金、化工、內燃機等直接排放的超細顆粒物.因此，影響合肥市空氣質量主要因素是燃料燃燒和機動車的尾氣排放.

3 構建系統聚類分析模型

采用系統聚類的方法對合肥市10個監測點年度數據進行分析，最終得到如下的聚類圖，見圖2.

聚類系譜圖表明，第一類監測點污染相對較輕，包括濱湖新區、董鋪水庫、高新區、琥珀山莊、明珠廣場、長江中路；第二類監測點污染最重，包括包河區、廬陽區、三里街和瑤海區.

結合合肥實際情況可知，第一類監測點大多在合肥市郊區，處于城建發展期，人流量和車輛要少一些，第二類監測點大部分在老城區和火車站汽車站，工業廢氣及粉塵、生活廢物廢料以及機動車尾氣等給空氣質量帶來很大影響，較之第一類地區明顯有很大差異.

4 結束語

以合肥市空氣質量實時監測面板數據為樣本，氣體污染物為指標，建立空氣質量時空分布模型，從日度、月度和季度三個維度分析不同區污染狀況.根據主成分分析綜合評價模型，分析廬陽區、明珠廣場、三里街等十個監測點主要污染源，并對各區污染程度排序.研究結果表明，NO2和PM2.5是合肥的主要污染物，瑤海區空氣質量最差；濱湖新區、董鋪水庫、高新區、琥珀山莊、明珠廣場和長江中路空氣污染程度較輕，包河區、廬陽區、三里街和瑤海區的空氣污染較重.合肥市應加大對環境空氣保護的投入力度，鼓勵產業技術升級，推進前沿治理技術，加強居民的環保意識.

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編輯：吳楠