泰安市建成区大气污染物时空变化特征及其相关性分析研究

摘要

泰安市面临较为严重的空气污染问题，2014年在全国重点监控的258个城市中，泰安城市空气污染指数排名第107位，而2015年更为严重，在全国重点监控的323个城市中，泰安城市空气污染指数排名第305位。研究泰安城市空气环境的污染现状、污染物时空变化特征与规律对于泰安市空气环境质量的预测、泰安市空气污染物来源、泰安市空气污染的防治以及研究我国三四线城市的空气环境污染特征等具有重要意义。
　　本研究通过对山东省环境信息与监控中心发布的2014年1月1日0时到2015年2月28日23时泰安市七个监测站（厚丰公司、人口学校、泰山监测站、交通技校、农大新校、山东电力学校）四种空气污染物（NO2、SO2、PM2.5、PM10）质量浓度的每小时均值结果进行采集，以2014年7个监测站点的算术平均值来评价2014年泰安市建成区环境质量水平；以2014年3月1日0时到2015年2月28日23时的数据研究泰安市建成区主要污染物的时空变化特征，包括各污染物的逐时变化和逐月变化；采用反距离加权插值法，借助ArcGIS空间分析，研究各污染物在泰安城市建成区全年以及各个季度的空间分布变化特征；通过相关性和回归分析，研究各污染物间的相关关系；通过相关性和回归分析，研究各污染物间及污染物与土地利用间的相关关系。结果显示：①2014年泰安市建成区PM2.5、PM10和NO2年均值分别为76.76μg/m3、135.15μg/m3和43.73μg/m3，分别超出国家标准1.19倍、0.93倍、0.07倍；而SO2为49.65μg/m3，低于国家标准17％；②从全年逐时变化看，PM2.5、PM10、SO2的高值分别出现在8时、9时、9时，分别为86.61μg/m3、149.19μg/m3、66.11μg/m3而NO2的最高值出现在20时，为56.23μg/m3；③逐月变化来看，SO21月最高，7月最低，其值分别为94.43μg/m3和18.95μg/m3；NO212月最高，7月最低，其值分别为61.99μg/m3和26.18μg/m3；PM101月最高，7月最低，其值分别为204.95μg/m3和100.79μg/m3；PM2.51月最高，7月最低，其值分别为139.20μg/m3和49.46μg/m3；另外，2月NO2的质量浓度显著低于3月（P＜0.01）④从季节来看，PM2.5、PM10、SO2、NO24种污染物质量浓度均为冬季显著高于春、夏、秋3季(P＜0.01，P＜0.01，P＜0.01)，夏季显著低于秋、冬2季(P＜0.05或P＜0.01)，春季与秋季之间无显著差异(P＞0.05)；PM10、SO2、NO23种污染物质量浓度均为夏季显著低于春季；⑤PM2.5与PM10之间、NO2与SO2之间、PM2.5与SO2、NO2之间均存在显著正相关性，相关系数分别为0.89（P＜0.01）、063（P＜0.01）、0.62（P＜0.01）、0.60（P＜0.01）；⑥对绿地、道路、水域、建筑用地和其他土地利用类型分别与进行相关性分析，除水域与PM2.5呈显著负相关外（r=-0.89，P＜0.01），其余土地利用类型与污染物（SO2、NO2、PM10、PM2.5）浓度之间均不存在相关关系。研究表明：①在4种污染物中，2014年泰安市建成区主要污染物为PM2.5、PM10；②4种污染物质量浓度均为冬季显著高于春、夏、秋3季，夏季显著低于秋、冬2季，春季与秋季之间无显著差异；从1-7-12月大体呈现呈现“高-低-高”的趋势，但2月NO2的质量浓度出现了突降，显著低于3月；PM2.5、PM10、SO2的高值出现在清晨（7-10时），而NO2的最高值出现在夜间（20-22时）；③在空间分布上，建成区呈东南部污染程度高、西北部污染程度低的分布格局；④从全年来看，PM2.5与PM10之间、NO2与SO2之间、PM2.5与SO2、NO2之间均存在显著正相关性，并且冬、秋季的相关性强于春、夏季；⑤PM2.5与水域面积显著负相关。

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中文摘要

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1前言

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究综述

1.2.1城市环境空气污染水平研究进展

1.2.2城市空气质量评价研究进展

1.3研究目标与内容

1.3.1泰安城市空气质量状况

1.3.2泰安城市空气污染时空变化特征

1.3.3污染物间的相关性分析

2 材料与方法

2.1研究区概况

2.1.1泰安市概况

2.1.2监测站与建成区

2.2数据采集

2.2.1空气质量数据

2.2.2遥感数据

2.3数据处理

2.3.1建成区的界定与划分

2.3.2空气污染的时空特征分析

2.3.3统计分析

2.3.4图表绘制

3 结果与分析

3.1 2014年泰安市建成区空气环境质量状况

3.1.1方法与标准

3.1.2评价结果

3.2污染物时空变化特征

3.2.1污染物质量浓度的逐时变化

3.2.2污染物质量浓度的逐月变化

3.2.3污染物质量浓度的季节变化

3.2.4污染物的空间分布

3.3污染物间相关性分析

3.3.1颗粒物间相关性分析

3.3.2气态污染物间相关性分析

3.3.3 PM2.5与SO2、NO2相关性分析

3.4污染物质量浓度与土地利用相关性分析

3.4.1遥感图像选取及处理

3.4.2解译结果

3.4.3相关性分析

4 讨论

4.1 2014年建成区污染现状

4.2时空变化特征

4.2.1时间变化

4.2.2空间分布

4.3空气污染物间相关性

4.4土地利用的环境效应

5结论

参考文献

致谢