元宵节期间全国各省会城市空气质量状况分析

刘杰云，邱虎森，范 娇

1.宿州学院环境与测绘工程学院，宿州，234000 2.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，长沙，410125



元宵节期间全国各省会城市空气质量状况分析

刘杰云1,2，邱虎森2，范 娇1

1.宿州学院环境与测绘工程学院，宿州，234000 2.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，长沙，410125

为评价中国传统节日-元宵节对空气质量的影响，本研究统计了元宵节期间全国各省会城市的空气质量指数(AQI)和PM2.5含量。元宵节期间，各地区PM2.5和AQI之间均呈极显著的正相关(p<0.01)，且二者的变化趋势一致。各省会城市的AQI均值在41-316之间，PM2.5均值在18-267 μg/m3之间，差异较大：太原和海口的空气质量为一级(AQI平均值分别为43和41)，而乌鲁木齐为严重污染等级(AQI平均值为316)，武汉和济南为中度污染等级，杭州、兰州、长沙、西安、南昌、郑州、南京为轻度污染等级，其他城市均为二级(良)。由于鞭炮的燃放，北方地区一些城市在元宵节当天AQI值较高，而南方部分城市的AQI峰值则出现在正月十六。而对于经济较发达，外来人口较多的大中城市来说，除了受元宵节燃放烟花炮竹的影响，外来务工人员返城也可能是影响元宵节期间空气质量的一个重要因素。

AQI；PM2.5；元宵节；空气质量

空气质量与人类的生活息息相关，直接影响着人类的健康[1]，因此它不仅是生态环境的一个重要方面，也是城市环境质量综合考核的重要内容[2]。自20世纪80年代以来，随着社会发展和国民经济的增长，环境污染问题日趋严重，环境风险也逐渐增加，一些大中城市空气质量呈现恶化趋势[3-4]，因此，环境空气质量日益成为人们关注的焦点问题[5]。目前，国内不少学者就区域性的空气质量和大气污染展开了研究[6-8]。

燃放烟花炮竹在中国有悠久的历史，尤其是在传统节日春节和元宵节期间，民众大量燃放烟花炮竹，以营造节日的气氛。但国内外研究表明，烟花炮竹的燃放对空气质量产生较大的影响[9-10]。李令军等对2000-2006年北京市春节期间的空气污染状况进行了研究，发现鞭炮的集中燃放导致严重的短期空气污染，其中PM10污染最严重，且主要是增加了大气中细颗粒物(PM2.5)的浓度，而对粗颗粒的影响较小[10]，这一观点也被徐敬[12]等的研究证明。张小玲等人研究表明，北京城近郊区2006年除夕夜和元宵节大量烟花爆竹的燃放导致颗粒物浓度迅速上升，但对NO2和SO2等气态污染物的浓度影响不大；由于气象条件可直接影响燃放烟花炮竹后颗粒物的扩散，所以气象条件是影响春节和元宵节空气质量的主要因素[13]。综上所述，现有的研究主要针对某一城市或某一地区而进行的，而对全国范围内的研究还鲜见报道。因此，本文选取全国各个省会城市为研究对象，研究元宵节期间烟花炮竹的燃放对空气质量的影响。

1 数据搜集

本文数据来自中国环境保护部网站。记录各省会城市(港澳台除外)每小时数据，然后计算每天的平均结果。记录数据包括气温、空气质量指数(AQI)、PM2.5及天气状况。

对所收集到的数据采用SPSS20(SPSS Inc., Chicago, IL)进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和相关性分析。差异性分析在P<0.05水平进行，相关性分析在P<0.01水平进行。

2 结果分析

2.1 各城市气温的变化趋势

由图1可知，各地气温差异较大。从空间变化来看，研究期间，全国平均气温在2.7℃～10.9℃之间。南方气温较高，均在0℃以上，尤其是华南地区，平均温度均高于10℃。而北方温度温度较低，但大多仍在0℃以上，而东北地区及乌鲁木齐、呼和浩特等地平均温度在-3℃到-13℃之间，最低温度可达-16℃。从时间变化来看，各省会正月十五、十六、十七(2016-02-22到2016-02-24)三天温度变化不大，而正月二十三(2016-03-02)全国温度普遍升高，升幅达5℃左右。

图1 各省会城市元宵节期间气温变化示意图

2.2 各城市AQI值和PM2.5的时间变化特征

根据各省会城市经济发展水平，绘制各城市AQI值和PM2.5的时间变化特征图，如图2所示。研究期间，各省会城市AQI值和PM2.5变化趋势一致。各省会城市的AQI均值在41～316之间，PM2.5均值在18～267μg/m3之间，差异较大，且不同城市的在元宵节期间AQI和PM2.5的时间变化趋势也表现出较大的差异。如图2a所示，在研究期间，峰值出现在元宵节当天的有郑州、济南、西安、哈尔滨、福州、石家庄、兰州、银川、海口、昆明、西宁和拉萨。此外，与其他时间点相比，呼和浩特和贵阳元宵节当天也出现较高的AQI和PM2.5；而上海、武汉、南京、合肥的AQI和PM2.5峰值则出现在正月十六，同时，杭州和长沙在正月十六也出现了AQI和PM2.5的小高峰；峰值出现在正月二十三的城市有北京、广州、天津、重庆、成都、杭州、长沙、南昌、呼和浩特、贵阳等，南京和合肥也出现了较高的AQI和PM2.5值；长春、太原、等城市在整个研究期间的时间变化并不明显。

图2 研究期间各省会城AQI(a)和PM2.5(b,μg/m3)的变化趋势

如表1所示，在元宵节期间，AQI均值最高的城市为乌鲁木齐，平均为316，最高可达433，最低为海口市，平均值为41。在31个省会城市及直辖市中，AQI均值最高的十个城市依次为乌鲁木齐、武汉、济南、合肥、石家庄、南京、郑州、南昌、西安和长沙，而最低的十大城市依次为海口、太原、呼和浩特、广州、拉萨、昆明、南宁、贵阳、长春和福州。

研究期间，PM2.5均值最高的城市仍为乌鲁木齐(均值为267μg/m3，最高值为397μg/m3)，最低为海口市(26μg/m3)，PM2.5均值最高的十大城市与AQI略有不同，依次为乌鲁木齐、武汉、济南、合肥、石家庄、南京、郑州、长沙、南昌和杭州，最低的依次为太原、拉萨、海口、呼和浩特、西宁、银川、广州、昆明、南宁和福州。

表1 各省会城市元宵节期间AQI和PM2.5的平均值

2.3 AQI与PM2.5关系分析

AQI与PM2.5相关性分析见图3，不同地区AQI与PM2.5的相关性差异较大，其中，华东、华北、华南、东南、华中和西北地区的相关性较大，R2均大于0.95，其次是西南和中南地区，R2均大于0.85，而东北西区的相关性最小，R2为0.57，但各地区的AQI与PM2.5相关性均达到了极显著水平(P<0.01)。

图3 各地区AQI与PM2.5的相关关系注：**表示在P<0.01水平下极显著相关。

3 讨 论

3.1 元宵节对各省会城市的AQI和PM2.5的影响

在本研究中，根据空气质量指数分级标准(GB3095-2012)，以AQI为指标，海口和太原在元宵节期间的平均空气质量为一级(优)，而乌鲁木齐为六级(严重污染)，武汉和济南为四级，杭州、兰州、长沙、西安、南昌、郑州、南京为三级(轻度污染)，其他城市均为二级(良)；以PM2.5为指标，呼和浩特、太原、银川、海口、西宁和拉萨的平均空气质量为一级(优)，乌鲁木齐为五级(严重污染)，武汉和济南为四级，南京、长沙、郑州、石家庄、合肥和南昌为三级(轻度污染)，其他城市为二级(良)。

元宵节是中国传统的节日，有燃放鞭炮的习俗，而鞭炮的燃放会影响空气质量。由于我国南北方的文化差异，一般北方人更注重元宵节当天，即正月十五，而南方人则更注重正月十六。由图2可见，北方的郑州、济南、石家庄、西安、银川、兰州、西宁等地AQI和PM2.5的峰值均出现在正月十五，而南方的上海、武汉、南京、长沙、合肥等城市的峰值则出现在正月十六，这是由于这些南方城市在元宵节当天或正月十六燃放烟花炮竹致使大气中颗粒物浓度升高，降低了空气质量。也有些城市在元宵节三天(正月十五到正月十七)AQI和PM2.5均较高，如福州和拉萨，其中福州在正月十六出现极低值是由于当天降雨，导致大气中颗粒物以湿沉降的形式被去除[14]。对于北京、广州、天津、重庆、成都、长春、昆明、太原等城市，由于严格限制在春节及元宵节期间燃放时间和范围，使得这些城市在元宵节期间并没有因燃放烟花而影响空气质量。此外，在北京、上海、广州、天津、重庆、成都、杭州、南京、长沙等经济较发达的城市，正月二十三出现AQI和PM2.5的峰值，这可能是由于这些城市春节期间返乡的外来人员元宵节过后返城，造成空气质量降低。

3.2AQI与PM2.5的关系

颗粒物污染是我国大气环境污染的主要问题之一，虽然其在大气中的含量较低，但影响较大[15]。有些颗粒物本身就是有毒物质，有些颗粒物可以作为其他有毒物质的载体，随着呼吸进入人体，危害人体健康[16]。不同粒径的颗粒物，对人体的影响也不同，尤其是粒径较小的PM2.5。PM2.5中含有大量的有毒有害物质，而且其在大气中的停留时间较长，同时，还能作为致病菌的载体而影响人体肺部健康[17]。在本研究中，各省会城市都表现出PM2.5与AQI呈极显著的正相关关系(P<0.01)，说明大气中PM2.5对AQI的贡献较大，这与KummarandGoyal[18]的结果一致。张燕杰等对哈尔滨市冬季AQI与空气污染物的相关性进行了分析，结果表明，在六种主要的污染物中，PM2.5对AQI的直接作用最大，同时，PM2.5还可通过大气中CO对AQI产生间接的影响[19]。元宵节期间，烟花炮竹的燃放，可能会增加空气中PM2.5的含量，同时，可能会使得空气中CO和SO2含量增加，进而影响空气质量。

4 结 论

元宵节期间，各省会城市的空气质量差异较大，其中，太原和海口空气质量最好，而乌鲁木齐市最差，为严重污染等级，其次是武汉和济南，为中度污染，其他城市大多为良好状态。因此，乌鲁木齐、武汉、济南三个城市应严格控制大气污染物的排放，并采取措施改善空气质量。由于元宵节期间烟花炮竹的燃放，使得北方地区一些城市在元宵节当天AQI值较高，而南方部分城市的AQI峰值则出现在正月十六。除受燃放烟花炮竹的影响，对于一些经济较发达的大中城市，如北京、上海、广州等城市，外来务工人员返城也在一定程度上影响了当地的空气质量。研究期间，各城市的PM2.5与AQI均表现出极显著的正相关关系(P<0.01)，说明大气中PM2.5对AQI的贡献较大，因此，可通过采取措施降低大气中PM2.5含量，而提高空气质量。

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(责任编辑：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.02.030

2016-11-20

宿州学院博士科研启动基金(2015jb04)

刘杰云(1985-)，女，河南安阳人，博士，讲师，研究方向：大气氮沉降。

X511

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1673-2006(2017)02-0120-05