西安市大氣污染時空分布特征及其與經濟發展的相關性

程博

摘要 在過去的幾十年間，空氣質量已成為發展中國家城市環境問題的重中之重。大氣污染是中國北方普遍面臨的環境挑戰，探討了2013—2021年西安市13個空氣監測站6種大氣污染物濃度的時空變化規律，以及大氣污染對經濟發展的響應特征。結果表明：大氣污染濃度整體呈現下降趨勢，O3在春季和夏季占主導地位，PM10在秋季和冬季占主導地位。除NO2外，其余大氣污染物濃度與經濟增長呈顯著負相關，工業SO2和煙塵排放強度（EI）均呈下降趨勢，環境規制強度（ERI）整體呈現升高趨勢，表明西安市的環境管理取得了一定的成效。

關鍵詞 西安市；大氣污染物；時空分布；經濟發展

中圖分類號：X515 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）07–0186-03

隨著中國大中型企業的快速發展，大氣污染愈發嚴重，空氣質量已成為發展中國家環境問題的重中之重。研究發現，近年來采取的一系列大氣污染防治措施成效較為顯著，京津冀、長三角、珠三角等中國重點區域大氣污染物濃度逐年降低。但西安市目前大氣污染問題仍不容忽視，并在一定程度上影響社會和經濟的可持續發展。目前，西安市大氣污染研究主要集中于氣象因素方面，而針對大氣污染的時空格局和經濟相關性的研究較少。

鑒于此，應對西安市大氣污染物濃度進行時空分布調查，并探究空氣污染與經濟發展的相關性，可為大氣污染治理和城市經濟綠色發展提供理論依據和數據參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域

西安是陜西省的省會，位于黃河流域中部（107°40′～109°49′E，33°39′～34°45′N），面積約為10 108 km2，人口稠密，約1 300萬人口，主要集中在城市地區，因此交通密度較高。同時，西安市屬半濕潤大陸性季風氣候，春天溫暖、干燥多風，而夏天炎熱，雷雨發生頻繁，秋季氣溫宜人，以多雨為主，冬季寒冷，降雪少，西安被黃土高原和秦嶺環抱，區域性大氣污染普遍嚴重，無法有效消除[1]。

1.2 環境空氣污染數據獲取

西安市大氣環境監測網由13個國家空氣質量實時監測站點組成：草灘、紡織城、高新西區、高壓開關廠、廣運潭、經開區、臨潼區、曲江、市人民體育場、小寨、長安區、興慶區和閻良區，分別收集上述13個空氣監測站2013—2021年臭氧（O3）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、PM2.5、PM10濃度的月平均值。這些數據可在西安市生態環境局公開查閱（http：//xaepb.xa.gov.cn/）。西安市2013—2021年國民生產總值GDP、環境保護投資和廢氣治理費用數據來源于《西安統計年鑒》。

1.3 環境管理

本研究中，環境管理是指計算出的排放強度（EI）、環境規制強度（ERI）。EI是指西安市工業SO2、煙塵排放量占國內生產總值（GDP）的比例。ERI以單位大氣污染物排放的環境治理投入進行衡量，計算公式為：

ERI=Invest/Polluti

式中，Investi是城市i的環境治理投資強度，Polluti為城市i的大氣污染物排放量。

1.4 統計分析

用Kolmogorov-Smirnov檢驗確定數據集服從正態分布，分析方法依賴于K-S檢驗的結果。數據統計分析使用Microsoft Excel 2021進行，Pearson相關性采用IBM SPSS Statistics 26軟件分析，采用Origin 2021軟件繪制圖來。

2 結果與分析

2.1 西安市大氣污染時空分布特征

2.1.1 西安市大氣污染變化趨勢 本研究計算了西安市2013—2021年空氣污染物濃度的月平均值，分析了西安市空氣污染物濃度的時間變化趨勢（圖1）。所有污染物濃度在年內均出現一定幅度的波動，其中，O3在年內濃度表現為先升高后下降；CO、NO2、SO2、PM2.5、PM10在年內濃度均表現為先下降后升高。整體來看，2013—2021年，O3濃度呈現升高的趨勢，CO、NO2、SO2、PM2.5、PM10濃度均呈現下降趨勢。其中，CO的下降速度在所有被調查的空氣污染物中最高。這一結果表明現有大氣污染控制措施的高效性[2]。

研究表明，黃土高原植被恢復和城市揚塵的控制促進了西安市PM10濃度的降低，對高污染行業進行管理、技術改進和新能源的使用均有助于降低PM2.5濃度。同時，居民對煤炭使用的依賴性逐漸減少促使SO2和CO濃度降低。

此外，為應對西安市日益嚴重的空氣污染，于2016年底開始實施機動車限行政策，減少了NO2濃度，改善了空氣質量[3]。因此，環境保護政策的落實、區域生態環境的改善、技術創新和經濟轉型均在改善空氣質量上發揮著重要作用。2013—2021年，年平均空氣質量指數（AQI）呈現下降趨勢（圖2），其中，AQI最大值為114.3（2013年），最小值為70.3（2020年）。AQI的持續下降進一步證實了近年來空氣質量得到了明顯的改善。

2.1.2 西安市大氣污染物的季節特征 西安市主要大氣污染物的比例在不同季節存在差異（圖3）。O3在春季和夏季占主導地位，其比例分別30.4%和52.4%。研究表明，O3與太陽輻射密切相關，表明春、夏季太陽輻射強度較大，日照時數較長，進而有利于形成高濃度O3污染[4]。PM10在秋季和冬季占主導地位，其比例分別為35.1%和40.2%。研究表明，隨著西北地區的快速發展，城市的基礎設施建設會產生過量的灰塵，從而導致PM10濃度持續偏高。

此外，研究表明，秋冬季降雨量少，靜穩天氣頻繁，不利于污染物擴散，再加上北方秋冬季節天氣寒冷，居民對煤炭需求量的增加，導致主要污染物中顆粒物（PM10、PM2.5）所占比例較高[5]。

2.2 不同空氣污染物之間的相關性分析

表1為2013—2021年西安市不同空氣污染物月平均濃度之間的Pearson相關性分析。結果顯示，各大氣污染物之間存在顯著相關性（P< 0.01）。CO、NO2、SO2、PM2.5和PM10相互之間呈顯著正相關，且均與O3呈顯著負相關。隨著空氣質量的改善，太陽輻射增加。相關研究表明，空氣污染物濃度與太陽輻射之間呈負相關關系，然而O3的形成需要太陽輻射的一定積累，O3濃度與太陽輻射呈正相關。因此，O3與其他空氣污染物之間呈顯著負相關。

2.3 空氣污染與經濟增長的關系研究

2.3.1 空氣污染與經濟增長之間的相關性 圖4為2013—2021年西安市生產總值GDP與環境保護投資金額變化趨勢圖。結果顯示，2013—2021年，國民生產總值GDP呈現不斷增加的趨勢，從4 366.1億元增至10 020.39億元，表明人民生活水平在不斷提高。環境保護投資呈現出先升高后下降的趨勢，其中，2017年投資費用達到最大值，為53.69億元。這可能由于在2017年之前，我國為了根治環境污染問題，花費大量資金，呈現出升高趨勢，而2017—2021年，環境污染問題得到一定程度的改善，相關投資費用呈現出下降趨勢。

表2為2013—2021年西安市不同大氣污染物與GDP、環境保護投資和廢氣治理費用之間的Pearson相關性分析，國民生產總值GDP與CO、SO2、PM2.5和PM10呈顯著負相關（P < 0.01），相關系數分別為-0.984、-0.903、-0.831和-0.919，表明經濟發展越好，大氣污染治理得越好，空氣質量越好。而NO2與環境保護投資和廢氣治理費用呈正相關關系（P < 0.05），相關系數分別為0.743、0.674。造成這一現象的主要原因與西安市交通因素有關。近年來，西安市機動車輛數量急劇增加，使得機動車輛尾氣排放量增大，從而造成NO2污染嚴重，從而表現出與環境保護投資和廢氣治理費用呈正相關關系。

2.3.2 大氣污染物對環境管理的響應 大氣污染物排放量與經濟增長有著密切的關系，不適當的環境管理政策和低效的工業技術往往會導致經濟增長期間空氣污染物排放量增加。2013—2021年，工業SO2（圖5a）和煙塵（圖5b）排放強度（EI）均呈下降趨勢。2016—2017年下降趨勢最強，工業二氧化硫排放強度從6.67 t/億元下降至0.78 t/億元，工業煙塵排放強度從2.83 t/億元下降至0.45 t/億元。環境規制強度（ERI）呈現出一定波動，但整體呈現升高趨勢（圖6）。

具體而言，2013—2018年期間，ERI從0.28增至8.82，2019年和2020年出現一定程度的下降，2021年ERI達到最大值，為9.79。該結果表明西安地區大氣污染改善已取得一定的成效。研究表明，污染產業的調整優化有利于空氣質量的改善。例如，2017—2019年，我國北方數百家污染行業關閉，大氣污染顯著減少。此外，大氣污染是區域性問題，在今后的治理方面，需要多個省市的行政部門協調管理，以期形成區域環境質量持續改善和社會資本有效配置的雙贏局面。

4 結束語

本研究對西安市大氣污染物時空分布特征進行了分析，并揭示了空氣污染與經濟增長的相關性?？傮w來看，2013—2021年，西安市大氣環境質量在逐年變好。除NO2外，其余大氣污染物濃度與經濟增長呈顯著負相關，且西安市的環境管理也取得了一定的成效。鑒于此，西安市在未來的發展中，應加強對機動車的管理，并進行產業結構和能源結構調整，實現大氣環境質量與經濟建設的和諧發展。

參考文獻

[1] 司成潤.基于移動監測的大氣污染物濃度分布實時監測方法研究[J].環境科學與管理，2023，48（5）：146-150.

[2] 張小曳，徐祥德，丁一匯，等.2013—2017年氣象條件變化對中國重點地區PM2.5質量濃度下降的影響[J].中國科學：地球科學，2020，50（4）：483-500.

[3] 蘇冠儒，譚志海，劉璐，等.西安市大氣污染物生態足跡分析[J].西安工程大學學報，2019，33（3）：285-289.

[4] 張暉，王伯鐸，丁卓，等.西安市空氣污染現狀及氣象因子的相關分析[J].環境工程，2013，31（S1）：340-343，356.

[5] 李琛，劉瑾，王彥民.氣象因素對西安市城區空氣質量的影響[J].干旱區資源與環境，2017，31（3）：83-88.

Spatial and Temporal Distribution Characteristics of Air Pollution and Its Correlation with Economic Development in Xian

Cheng Bo （Xian Peihua University， Xian， Shaanxi 710125）

Abstract Over the past few decades， air quality has become a top priority for urban environmental issues in developing countries. Air pollution is a common environmental challenge in northern China， In this study， the temporal and spatial variations of 6 kinds of air pollutants in 13 air monitoring stations in Xian from 2013 to 2021 were discussed， as well as the response characteristics of air pollution to economic development. The results showed that the overall atmospheric pollution concentration presented a downward trend， with O3 dominating in spring and summer， and PM10 dominating in autumn and winter. Except for NO2， the concentration of other air pollutants is significantly negatively correlated with economic growth. The industrial SO2 and soot emission intensity （EI） both show a downward trend， while the environmental regulation intensity （ERI） shows an overall increasing trend， which indicates that the environmental management of Xian has achieved certain results.

Key words Xian; Air pollutants; Spatial and temporal distribution; Economic development