内蒙古城市环境空气质量特征分析

内容提要

基于内蒙古自治区12个盟市2011—2020年的空气监测数据，利用Daniel趋势检验、空间插值分析、建立适当的计量模型等方法分析内蒙古自治区12个城市环境空气质量的时空演化特征及主要影响因素。根据分析所得出的结果发现，这10年间内蒙古自治区各个盟市空气质量总体状况呈现出改善趋势，并在时段上表现出空气污染最严重时期为采暖期（11月~次年4月）。NO2和SO2主要集中在个别受工业影响或者汽车尾气排放污染比较严重的区域，如呼和浩特、包头等地区。通过多重因素分析检验，表现为建成区面积、汽车拥有量两个解释量对空气环境有着比较大的影响作用。总体而言，内蒙古地区环境空气状况依然形势严峻。因而，加强城市规模扩展的控制、进行合理且有序的城市建设、汽车尾气污染管理是当前内蒙古自治区城市空气环境治理关键举措。为贯彻落实生态文明建设、推进绿色发展的需要，推进建筑节能和绿色建筑管理的要求，未来需实行大气污染防治、能耗总量和强度“双控”，优化区域产业布局、落实涉气建设项目环评区域限批、加强区域联防联控工作。

关键词:空气质量；污染排放；内蒙古；城市环境；特征分析

随着我国城镇化进程加快，工业化发展的迅速推进，粗放型的经济发展已经不适合绿色发展的需要，也阻碍着可持续发展的进行，制约着生态文明城市建设。改革开放后的几十年里，中国不少大城市频繁出现非常严重的雾霾，引发了大众的注意与重视。中国城市化发展引发的大气污染状况大多是由于燃煤、交通和工业等各类污染源的排放导致。所以，正确认知空气污染的时间特征与区域分布状况，及造成这样现象的原因，对区域大气污染综合整治、城市环境规划等方面十分关键。

大气环境一直是人类生存的必要条件，也是人类活动的主体空间区域，一直备受社会各界关注，城市空气环境质量的时空特征现象引发地理科学与环境科学解广泛关注。目前的多数研究，都是从污染物的浓度分布和污染物指数来描述空气环境状况的。研究污染物主要领域是在PM10、PM2.5等颗粒物的时空分布特征上，尤其注重雾霾天气的形成因素研究，或是区域污染物的差异上。而从本文研究的空气质量来看，城市环境空气质量的变化明显是由多种因素共同作用造成的。除了主要由局部地区地形地势与气象条件控制外，还受到了工业排放﹑汽车尾气、道路施工扬尘，秸杆燃烧、市际交流等人类活动因素和沙尘、风暴等自然因素共同作用。目前许多研究成果显示有些现象的产生是由于人类社会发展：经济增长和人口集聚，这些研究重点突出城市经济和城市化扩展对大气环境的影响。但是长久以来，由于一些相关监测数据不可连续获取，因此当前国内的研究时间跨度就较短，尤其是在比较大的区域范围内，疏于对长时间序列的整体分析，社会群体XXX关注点是污染较重、经济发达的区域和城市，比如说京津冀地区、珠江、长江三角洲地区，而对其他地区空气质量状况的长时间序列缺乏科学的讨论。内蒙古属于边境地区，同时口岸众多且与京津冀协同发展并受其辐射，也是中国经济发展速率最快的自治区。内蒙古自治区如今已经成为我国经济发展蓝图中潜力最大和最具发展生机的新生儿。那么对空气污染的时空分布特征的调查、探究演化规律及影响因素与我国中西部地区产业布局的联系、制定新的产业转移和环境规划有着重大的意义。

因此，本文着重分析内蒙古自治区的12个盟市十年间的三种常见污染物（SO2、NO2、PM10）空气监测浓度数据，同时使用Daniel趋势检验和空间插值方法深入研究时空变化特征。并主要从地形气象基础条件、城市社会经济发展层面探讨影响因素；采用构建计量模型方式，探究十年间内蒙古自治区环境空气质量的影响作用规律。

一、数据来源和研究方法

（一）数据来源

空气质量浓度及污染物排放量数据主要来源于内蒙古自治区生态环境厅网站的《内蒙古自治区环境质量状况公报》、《内蒙古自治区环境空气质量月报》；城市经济发展相关指标数据主要来源于《内蒙古自治区环境统计公报》、《内蒙古自治区统计年鉴》。为消除历年统计口径、统计内容和统计方法不同造成的影响，某些缺失数据进行了线性内插处理。

（二）研究方法

1.空气质量评价方法

因为监测数据的不可连续性，十年间环境空气质量标准曾有过改变，所以必须统一评价指标和评价标准。遵循数据的完整性、连续性、可比性原则，使用环境空气中常规的SO2、NO2、PM10污染物浓度值作为评价指标。同时，出于评价标准从严且唯一的处理原则，本文统一采用《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中的二级标准限值进行评价，：SO2为60μg/m³、NO2为40㎎/m³、PM10为70μg/m³。具体采用的评价方法为集成的城市环境空气质量指数（lntegrated Air Quality Index），它参考了兼顾极值或称突出最大值的计权型多因子环境质量指数——内梅罗指数（Nemerow Pollution Index），并综合考虑到污染物浓度最大值和平均值影响，评价结果相对更为客观科学，其计算公式为：

　　式中:ci/coi为i污染物的空气质量分指数，是污染物年均浓度与环境空气质量二级标准的浓度之商；n是指标的个数，在本文中为3；Avr与 Max分别是三个空气质量分指数的均值和最大值；IAQI是集成的城市环境空气质量指数，其数值越大则反映的环境空气质量越差。

2.Daniel趋势检验法

采用Daniel趋势检验法定量分析内蒙古自治区城市空气质量的变化趋势及其统计学显著性特征，它使用Spearman秩相关系数，适合单因素小样本的变化趋势检验。具体计算公式为:

　　式中:γs为秩相关系数；t为时间周期数；x为上文综合空气质量指数IAQI的年均值从小到大排列的序数；yi为年先后排列序数；γs值的正负分别表示空气质量指数值的增长（污染加剧）和下降（质量改善），其绝对值的大小表示变化的强度。将秩相关系数γs的绝对值与Spearman秩相关系数统计表中的临界值W进行比较，若lγsl≥Wp，则表明城市环境空气质量变化趋势有显著性意义。这里t为10年，显著性水平0.01和0.05的临界值Wp，分别为0.564和0.746。

3.经济计量模型

为探究空气污染的影响因素及演化规律，本文的研究主要基于前人的研究成果，进行了实证分析，在变量选择上参考其他文献，特别重视城市化过程和作用对空气环境质量的影响。本文除了选择传统的人均CDP指标外，还综合考虑能够反映城市社会经济发展以及对空气环境产业潜在影响的指标，包括第二产业产值比重（代表工业污染和建筑业扬尘）、人口城市化率（反映人口集聚水平）建成区面积（反映城市建设扩张水平）；并考思到汽车尾气对城市空气污染影响的目益加剧，选择汽车保有量作为新的解释变量。此外，加入时间变量用来表示因变量随时间推移的自发变化趋势，最终构建了一个反应空气质量影响因素状况的模型:

　　二、城市环境空气质量的时空演化特征分析

（一）城市环境空气质量的时间变化特征

1.IAQI的年际总体变化

2011—2020年内蒙古自治区IAQl总体呈下降趋势，秩相关系数为-0.620，通过显著性水平检验 （lγsl≥Wp），表明全区空气质量呈现明显的好转态势，但是2015年出现了空气污染加重和质量下降的一个反复，主要因素是颗粒物浓度的骤增。从12个具体城市来看，γs值为负数、空气质量改善的城市共有10个，其中有6个城市空气环境改善显著，分别是：包头、呼伦贝尔、赤峰、乌兰察布、鄂尔多斯、乌海；γs值为正数、空气质量变差的城市共有2个，它们是通辽和巴彦淖尔，其中巴彦淖尔空气污染有显著的恶化态势。

表1内蒙古自治区城市环境空气质量动态变化趋势及检验

从污染物浓度的年际变化来看，SO2和NO2浓度的全省各城市均值在《环境空气质量标准》(GB3095-2012)的二级标准限值以下，而PM10浓度则有超过二级标准限值，是影响空气质量的主要污染物（图1）。其中，SO2浓度的城市均值在2018年后趋于稳定；NO2浓度呈现一定的波动性，但起伏不大；PM10的污染在2015年有明显加重趋势。也可以看出，IAQI明显受PM10浓度的影响较大。

　　图1主要空气污染物浓度的年际变化

　　2.空气污染的月变化

受气象条件的季节和月份上的规律性变化影响，这里分析年间全区三种主要空气污染物浓度及IAQI值的月变化规律（图2）。可以发现，内蒙古自治区的城市空气质量存在明显的月、季节差异，采暖季（11月—次年4月）空气质量比非采暖季空气质量要差，夏季（6月—8月）空气质量明显优于冬季(12—1月)。IAQI值和PM10浓度主体上呈“U”型变化特征，谷值均在8月；但在4月出现最高峰值，通过查阅资料不难发现内蒙古沙尘暴主要发生在春季，以4月份为最甚。SO2月变化与NO2相似，影响集中在12月到次年2月。

　　图2内蒙古自治区气质量指数和主要

　　（二）空气污染物浓度的月变化特征

城市环境空气质量的空间变化特征本文选用效果适合且较优的普通克里格法的球状模型对12个城市的三种主要空气污染物浓度数值进行空间插值得到其浓度分布图（图3），并选用2012和2020年两个截面作比较。结合图1不难看出，不同的空气污染物有着不同的空间分布特征，并在时间序列上表现出一定的空间转移趋势。其中，SO2的浓度总体有下降趋势，污染重心由包头、呼和浩特和乌海等地区，减低至包头为中心的一定范围内，而且浓度下降情况比较明显，这和内蒙古推行的生态治理政策有一定关系。NO2的污染分布上基本上没有变化，主要集中在个别受工业污染与城市汽车尾气排放的影响比较突出的城市，如鄂尔多斯、包头和呼和浩特地区。可吸入颗粒物（PM10）是内蒙古自治区城市空气中的首要污染物，影响范围较广，周期上持续时间较长，污染严重地区主要集中在鄂尔多斯、乌海和阿拉善，2020年锡林郭勒盟和赤峰市受到可吸入颗粒物影响较大。这是由于颗粒物的浓度分布状态受到的影响因素很多，比如温度、风力、沙源等，所以不能简单地从这两个时间截面上看出颗粒物浓度的转移或变化趋势。

　　图3主要空气污染物浓度空间分布

　　三、城市环境空气质量的影响因素分析

城市环境空气质量的演变受多种因素的共同作用。首先是地形气象条件与气候因素，下垫面的结构会影响大气环流和空气的扩散，雾霾、浮尘天气则影响空气污染物的输送和扩散。其次，则是工业污染物的排放，城市化进程加快带来的机动车尾气排放，基础设施建设等人为干扰影响。下面重点围绕这几个方面对内蒙古自治区城市空气质量的主要影响因素进行分析。

（一）地形与气象条件

地形与气象条件对城市环境空气质量有着基础性控制作用。内蒙古地势总体较高，基本上是一个高原型地貌区。属于亚洲中部蒙古高原的东南部及其周边地带。总览地势，西高东低，南高北低，由西向东北倾斜。有东北向西南众多山脉成弧形横贯于自治区中部，高程多为1000—2000m，构成了内蒙古地区的地貌脊梁，成为南部平原与北部高原的天然分界。

地形与气象条件对城市环境空气质量有着基础性控制作用。从所处地形来看，呼和浩特市，包头市位于内蒙古的西南部，海拔相对较高，尤其是呼和浩特市，地处大青山内部区域，城区北面环山，南面地势平坦较低，但各季节主导风均未对盆地内气流产生较明显的影响，形成不易污染扩散的气象条件；同时，由于气温气湿和地表温度等各方面的影响，全年早春时节出现沙尘暴等不利气象较多，出现大气逆温层频较其它地方高。相比之下，地处平原的呼伦贝尔、锡林郭勒等盟市﹑经济规模相对较小的地区，因其地面平坦、有河流分布、空气扩散条件较好，空气质量相对较优。而气象条件的变化则影响着城市空气质量的季节差异和地区差异，呼和浩特、赤峰等逆温出现频率高的城市，空气污染物扩散受影响相对较为严重。每年1月和12月的干燥少雨则形成了污染较为严重的2个峰值时期，大部分城市受“二次扬尘”的影响，空气质量明显变差；而3—5月受蒙古“沙尘暴”影响，西北气流途径的呼和浩特、鄂尔多斯、赤峰等全区大部分城市均会受到其较大影响，出现浮尘天气。

内蒙古地区大部分位于半干旱区与半湿润区，降水较集中，气候干旱，且距离冬季风源地近，冬季春季大风天气多，降水少，土壤容易被大风吹走形成风沙天气，强风是形成沙尘暴的动力条件，中国北部地区也是形成沙尘暴重要的沙源地所在，四月份骤冷骤热天气导致空气不稳定，冷热空气涌动造成沙尘漫天。源起内蒙古或途径内蒙古的沙尘暴影响范围很大，据不完全统计，春季（3—5月）发生在内蒙古的半径在60公里以上范围的沙尘暴，有45.6%影响到京津地区，半径在100公里以上范围的山晨报有71.6%影响到该地区。

（二）污染物排放

污染物的排放对城市空气质量变化起决定性作用。随着内蒙古自治区经济的快速发展，2011—2019年人均GDP由33185元增长到了67852元，年均增长率为9.35%。从各污染物类型来看（图4），二氧化硫、氮氧化物的排放量逐年下降，烟尘排放量并没有明显的下降趋势。此外，内蒙古自治区各市污染排放、空气环境变化趋势不一致，主要与区域发展政策、产业结构调整方向及地区污染治理力度有关。2018年以来，内蒙古自治区重点打造呼包鄂城市圈，做好京津冀辐射区域的经济发展格局，在此背景下以呼和浩特、鄂尔多斯、包头为主的地区区域经济发展加快，城市空气污染排放亦加重。相反，呼伦贝尔生态旅游圈构建过程中，注重旅游业发展，加强对高硫煤的燃烧排放控制，以及烟气脱硫﹑脱硝、除尘的多污染物协同控制的技术发展，SO2排放迅速减少同时其质量浓度也得到了有效控制，减排改善效果明显优于省会呼和浩特。

　　图4内蒙古废气污染物排放量

　　城市社会经济发展通过简单的相关性分析可知（表2），人均GDP、人口城市化率和二产比重与二氧化硫浓度呈现出显著相关性，但其他变量与因变量IAQI、二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物浓度之间相关性不显著。因此为了更好地描述人均GDP、建成区面积、汽车保有量、人口城市化率、二产比重与IAQI的关系，本文建立了方程，更好地拟合实际效果。

表2评价量与影响因子相关性矩阵

通过构建模型，可以量化地看出IAQI与各个影响因素的关系。

综合以上分析，内蒙古自治区各地市的环境空气质量既与地形与气象条件相关，受污染废气排放的直接影响，更与快速发展的城市经济，城市化扩展密切相关。呼包鄂作为全区重要经济区域，面临的空气污染压力形势严峻，需加大环保投资力度，在城市建设、机动车尾气排放、工业减排等方面采取综合防治措施，在带动城市圈经济发展同时实现社会生态文明的和谐发展。

四、结论与讨论

全区空气质量好转的原因，主要是由于全面落实大气污染防治条例，通过有效的环境治理和管理措施，使得全区的环境污染得到控制。各地采取的有效措施如下:①不符合产业政策和环保手续不齐全的企业强制关停、取缔；对超标的企业责令其限期治理、整改；对污染大的企业实行限期搬迁；同时禁止在市区和各旗县区XX所在地城镇近郊新建燃煤电厂；②安装脱硫设施；改变燃烧结构；建立烟控区；采取热电联产替代小型分散燃煤采暖锅炉；推广清洁能源，加快推广精煤及清洁能源的使用率；③安装脱硝设施，加大黄标车的淘汰力度，不断升级油品质量，对氮氧化物污染严重和汽车保有量大的地区供应国家标准油品。提高机动车准入门槛，禁止生产、销售和注册登记不符合国家机动车排放标准的车辆。加强运营车辆的管理和监控，实施机动车环保标志管理和环保定期检验，进一步提升机动车污染控制水平；④各地积极开展城市及周边绿化、硬化工程。

12个城市中大部分城市的空气质量有所好转，3项污染物的浓度能够达标。但呼和浩特、包头和乌海3个城市的空气质量还需进一步改善，还要不断加强SO2和PM10的治理力度。城市污染的原因主要有: ①受区域性连续雾霾天气的影响，导致污染物浓度上升；②城市工业发展集中，污染物排放总量大，导致污染物浓度超标；③部分城市受周边区域污染影响严重，如乌海、呼和浩特周边有鄂尔多斯、山西陕西、宁夏的工业园区，大气污染物的排放对其城市空气质量造成直接影响；④我区中西部地区，气候干旱，地表植被覆盖度差，区域容易发生扬尘污染天气。

随着区域城市经济发展重心变化以及产业结构调整，空气污染的时空分布特征也会随之改变。本文虽然利用2011—2020年的内蒙古自治区12个盟市的空气污染数据进行了时空分布特征分析及模型检验，但是没有考虑到空气污染物排放的区域流动和城市间的相互作用关系，亦即在未来的模型构建中需加入空间效应的变量综合分析其影响过程。此外，由于地级市层面空气污染物排放数据的缺失和不完整，统计指标不统一，关于污染物排放与城市空气质量之间的空间关系有待后期进一步探讨。

五、建议

最后，根据对全区和12个城市的空气质量状况分析提出如下建议：①对于污染物的年均浓度未达标的城市，应该正确处理城市发展和环境保护的关系，根据超标污染物的种类有针对性的提出治理措施，加大治理力度，争取环境质量达到国家标准，给居民创造一个良好的生活环境。对于达标的城市，应珍惜现有的环境质量并加以保护和保持。 ②加大污染物源头的治理力度，推广清洁能源的使用力度，加大高污染、高耗能项目的治理力度，调整产业结构，离城市近的地区多建设和发展清洁建设项目，从源头上减少污染物对空气质量的污染。③继续加强植被恢复工作，城市周围建立生态屏障和生态恢复保护带，加强沙尘暴的发生、危害与人类活动关系的科普宣传；另外加强环境治理国际合作，构建计划框架与蒙古国建立长期关系应对沙尘暴。

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内蒙古城市环境空气质量特征分析

价格 ¥9.90 发布时间 2022年11月29日

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