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• 本文标题：2018年昆明市空气质量状况研究.doc
• 链接地址：https://wk.sbvv.cn/view/21283.html
• 内容摘要：目录 摘要 3 1。绪论 3 1。1研究背景 3 1。2空气污染源及危害 4 1。3研究区概况与数据来源 5 2。研究方法与结论 7 2。1AQI相关性分析 7 2。2聚类分析 10 2。3主成分分析 11 2。4时间尺度变化分析 13 3。结论 22 4。参考文献 23 5。致谢 24 2018年昆明市空气质量状况研究 摘要，本文根据2018年昆明市7个测站点的6个空气质量指标数据，经相关性分析聚类分析主成分分析和时间尺度分析，揭示了2018年昆明市环境空气质量状况的时空差异性，最后分析了污染的成因。结果表明，7个监测点中呈贡新区和西山森林公园两个监测点的空气质量状况最优，空气质量级别为Ⅰ级，金鼎山监测点空气质量状况最差，空气质量级别为Ⅱ级。东风东路和碧鸡广场两站点间相关性最强，而关上和龙泉镇两站点间相关性最弱。在6个空气指标中，O3和SO2的相关性最低，PM10和PM2。5的相关性最高，工业企业排污和机动车尾气排放是影响昆明市空气质量的两个主要的污染源，7个监测点可聚类归为三大类，第一类为空气清洁对照点，包括呈贡新区和西山森林公园，第二类为机动车尾气排放区，包括碧鸡广场东风东路和关上第三类为工业污染排放区包括金鼎山和龙泉镇，根据箱式图结果，西山森林公园6种污染物均在35月月均浓度最高，东风东路监测点在冬春两季，O3和NO2PM2。5PM10月均浓度最高，CO在全年浓度都很高，金鼎山24月，PM2。5PM10O3和CO月均浓度较高，且该点除了O3，其余5种污染物的浓度均高于西山森林公园和东风东路污染物的浓度值。 关键字，空气质量相关性分析聚类分析主成分分析时间尺度分析 Abstract:Basedonthe6airqualityindexdatafrom7measuringstatioinKunmingin2018correlationanalysisclusteranalysisprincipalcomponentanalysisandtimescaleanalysiswillbeconductedinthispapertorevealthespatiotemporaldifferenceofairqualityinKunming。Atthesametimethecausesofpollutioncanalsobeanalyzed。TheresultsshowthattheairqualityinChenggongnewareaandXishanforestparkisthebestamongthe7measuringstatioandtheirairqualitylevelislevelⅠButJindingshanstatioairqualityisbadtheairqualitylevelislevelⅡ。DongfengeastroadstationandBijisquarestationhavehighsignificantcorrelationwhileGuahangstationandLongquantownstationhavenosignificantcorrelation。OfthesixairqualityindexO3andSO2havenosignificantcorrelationwhilePM10andPM2。5havehighsignificantcorrelation。ExhaustemissionfromindustrialenterprisesandvehiclearetwomajorpollutionsourcesaffectingairqualityinKunming。The7measuringstatiocanbegroupedintothreecategories:ThefitcategoryisaircleaningcontrolpointincludingChenggongnewareaandXishanforestparkThesecondcategoryisthevehicleexhaustemissionzoneincludingBijisquareDongfengeastroadandGuahangThethirdcategoryisindustrialemissionzonesincludingJindingshanandLongquantown。AccordingtotheboxplotsdrawingbyGrapher5theconcentrationofthe6airqualityindexinXishanforestparkstationhadmaintainedinthehighestlevelfromMarchtoMay。ThemonthlychangesinairqualityalsorevealedthatpeaksofO3NO2PM2。5andPM10inDongfengeastroadstationisappearedinwinterandspringwhiletheairqualityconcentrationofCOwashighallyearround。HoweverairqualityconcentrationofO3COPM2。5andPM10inJindingshanwashighfromFebruarytoAprilBesidesO3theconcentrationoftheotherfiveairqualityindexatthisstationwashigherthanthatattheXishanforestparkstationandtheDongfengeastroadstation。 Keywords:airqualitycorrelationanalysisclusteranalysisprincipalcomponentanalysistimescaleanalysis 绪论 研究背景 工业化之后，能源的消耗量增加，排放的有害气体也随之增多，空气质量状况逐渐变差，空气中的污染物主要有PM2。5PM10SO2NO2O3和CO[]，分布在城市生活的空间中，当这些有害气体达到一定程度的时候，会造成空气质量的下降，生产生活受到影响，人体健康受到损害。 本文所研究的昆明市是云南的省会，作为经济发展的优势城市，其交通工业近年来迅速发展，与此同时，也给空气质量带来了严重影响，例如汽车尾气污染和工业污染的增加，破坏了城市空气环境，危害了人体健康[]。为此，准确的了解昆明市空气质量状况至关重要，通过数据的搜集及分析，把握空气质量的大体状况，对提升昆明市的空气质量具有十分重要的意义。 在当前，对于空气质量的研究，国内外均有所涉及，研究方法主要是以下几种，1使用综合指数和空气质量指数的方法，对污染物时间上的变化进行分析，通过时间上的变化趋势进行规律性的研究[]。2采用皮尔逊相关系数法衡量城市中不同污染物的日均排放浓度之间的相关性，发现部分污染物之间有积极地协同作用[]。3通过多元线性回归模型，进行工业废气排放和气象因素对空气质量影响的相关性分析[]，该模型还用于预测空气质量指数[]。4使用主成分分析法来进行空气质量数据分析，从中找出污染物的主要来源[6]。5运用时间序列方法建立拟合模型，根据拟合效果，选定预测模型对城市未来空气质量指数进行预测[]。6运用物元分析法距离判别法等评价空气质量的主要方法等[]。 本文以六种空气质量指标为主要研究对象，通过SPSSCanoco等软件，进行相关系性分析聚类分析和主成分分析，同时使用Grapher软件制作污染物质量浓度箱式图，探究污染物的月变化规律，旨在通过数据精准分析，了解昆明市的空气质量状况，污染物的主要来源，并在最后进行了成因分析。 空气污染源及危害 人为源和自然源是主要的空气污染源，由于自然原因引发的叫做自然源，例如，空气中的粉尘烟沙尘含硫海雾等颗粒物，火山爆发喷射的烟尘SO2等气体，森林火灾排放的二氧化硫二氧化碳一氧化碳气体等。引发空气污染的主要原因是人为排放的污染物，下列是几种的主要污染物及其造成的危害， PM2。5PM10来源于秸秆焚烧，锅炉煤化石燃料的燃烧，石灰水泥窑业的生产排出，还有机动车尾气餐饮油烟建筑施工道路扬尘，采矿采石选矿选石粉碎时的粉尘烟等[]。它经过呼吸道进入人体，会引发支气管呼吸道等相关疾病，一些颗粒物较大，被吸入之后极易引发哮喘，当它覆盖在植物表面时，会影响植物吸收阳光二氧化碳，释放氧气和水分的过程，破坏植物的健康[]。 SO2来源于食品工业制革石油工业等产业，在进行冶练加工的过程中以及化工冶油硫酸厂的生产过程也会产生[]。是一种刺激性无色的气体，人体吸入之后，极易引发肺部呼吸道不适，浓度过高，吸入容易造成人体死亡，和空气中的水蒸气相结合，形成酸雨，对植物建筑物都造成一定程度的破坏。此外，当空气中SO2浓度较高时，植物生长机能受到影响，将会枯死[]。 NO2来源于汽车尾气的排放，冶炼炼铁炼焦锅炉和取暖设备等燃烧加热过程，飞机内燃机等化石燃料的燃烧，在农作物进行施肥的过程之中，氮肥挥发会产生氮氧化物[]，人体经过口鼻吸入，进入呼吸道之中，会和血液中的血色素进行融合，出现血液严重缺氧的情况出现，对人体的损伤程度较大，不仅如此，对于植物来讲，植物进行光合作用的时候，会抑制植物的生长，在臭氧的减少中也有影响[3]。 O3在平流层作为吸收紫外线的保护伞，在对流层却是一种污染物，因为其较强的氧化性，能与有机体发生反应，从而产生破坏。对流层O3由挥发性有机物，VOCs，和人为排放的氮氧化物，NOx，进行光化学反应产生，它会损害人体的呼吸系统肺部和神经系统，甚至导致胎儿畸形。高浓度的臭氧使植物气孔关闭，叶绿素和可溶性蛋白被分解，影响植物的呼吸系统和光合作用，致使农作物降收，植物生长缓慢甚至死亡森林的功能下降，它同时也是光化学污染的主要因素[]。 CO主要是由于机动车的尾气排放煤炭在未得到充分燃烧排出，煤气泄漏等原因引发的，自身是无刺激性无味无色的气体，人体吸入之后，和血液之中的血红蛋白进行相互结合，最终形成碳氧血红蛋白，使人缺氧，在短时间内造成人体缺氧性窒息引发死亡[1]。 1。3研究区概况与数据来源 1。3。1研究区概况 昆明市位于北纬2423，2622，东经10210，10340地势走向北高南低，平均海拔在1500至2800米之间，属于山原地貌类型[]。受到来自东南部的北部湾气流作用和南部孟加拉海洋季风的影响，气候类型属于亚热带季风性的气候，年平均气温16。0℃左右。受印度洋西南暖湿气流的影响，平均日照220小时左右日照时间长，年均降水I00mm左右大部分的降水集中在610月的雨季形成四季如春雨量充沛干湿季节分明日照充足的特点，有春城之美誉。昆明城区主导风向为西南风向，在一定程度上有利于大气污染物的稀释与扩散[15]。 1。3。2监测点概况 东风东路监测点，在2000年初建成，地理位置在昆明市官渡区，2012年10月已经在验收过程和检测过程中显示合格，同时投入使用，正式对外发布空气质量监测数据在2012年12月[]。 昆明关上测站点位置属于区政府所在地，经济发达，科技发展迅速，文化集聚，交通便利，因此，该点地理位置十分重要[16]。 昆明呈贡新区监测点位于滇池东岸，于2012年6月完成PM2。5监测设备的安装[]。 昆明龙泉镇监测点于2012年6月完成仪器设备的安装调试并进入试运行，隶属盘龙区，地处昆明城区北部[16]。 昆明碧鸡广场监测点位于昆明城区中心地带，于2012年10月完成六项监测指标，包括PM2。5，仪器设备的安装，正式公布数据时间也在2012年12月份[16]。 昆明西山森林公园监测点于2003年9月建成，位于昆明市主城区西南郊西山太华山顶气象站内，地处连接昆明市和郊区的输送带上，是摸清大气环流传送相关情况的最佳位置[]。 昆明金鼎山建于2003年9月，属于昆明市城区西北部，属Ⅱ类功能区[16]。 1。3。3数据来源 本文运用的空气质量数据是2018年昆明市七个国控点六个空气质量指标，PM2。5PM10NO2SO2CO和O3，的时报数据以及空气质量指数，AirQualityIndex，AQI，时报数据，均来源于中国环境监测总站发布的全国城市空气质量时报数据。本文根据七个国控点的空气质量时报数据，计算得出各个国控点六个空气质量指标的日均质量浓度，其中PM2。5PM10NO2SO2和O3单位为μgm3，CO单位为mgm3，以计算得出的空气质量日均数据为数据源进行数据分析。七个国控点分别为，东风东路关上呈贡新区龙泉镇金鼎山碧鸡广场和西山森林公园监测站。七个国控点在昆明市的分布位置如下图所示， 图1监测点分布图 研究方法与结论 AQI相关性分析 2。1。1各站点AQI状况分析 按照七个站点的空气质量时报数据，最终统计得出2018年各个站点的年均AQI如下表所示， 表12018年空气质量指数表 站点 东风东路 金鼎山 呈贡新区 龙泉镇 关上 碧鸡广场 西山森林公园 AQI 48。779 58。294 39。704 48。012 52。174 53。176 40。488 从上表看出，2018年昆明市各国控点AQI位于3959之间，空气质量状况均为优良。其中AQI最高为58。294，是金鼎山监测点，其空气质量状况较其他监测点最差，空气质量级别为Ⅱ级，周围有工业污染源分布，渣土车运输量大，工业污染排放机动车尾气排放和建筑施工烟尘排放是导致关上空气质量状况差的原因，而AQI最低值是39。704，是呈贡新区监测点，空气质量级别为Ⅰ级，空气质量状况为优，主要因为呈贡新区监测点所在呈贡区是新开发的大学城区，周围的大型施工作业已于2016年基本完成，目前建筑工程污染较小，且区域主要交通工具为地铁和公交，机动车流量小，汽车尾气排放产生的污染较小，此外，监测点附近无工业企业分布，无工业污染源排放，因此，呈贡新区监测点的空气质量状况较好。 2。1。2AQI相关性分析 两个或两个以上具备相关性的因素进行分析则是相关性分析，是不同因素变动情况一致程度的衡量指标[18]。只有存在一定的联系的不同因素之间能进行相关性的分析。 对七个监测点间的AQI数据，涉及数据为空气质量年数据，进行相关性分析，采用SPSS软件的皮尔逊相关系数分析法，相关系数用r表示，显著性水平为p表示，经SPSS处理后得到的相关系数矩阵如下所示， 表2AQI相关系数，r，矩阵 DFDL GS CGXQ LQZ JDS BJGS XSSLGY DFDL 1 0。744 0。885 0。912 0。867 0。950 0。869 GS 0。744 1 0。700 0。669 0。673 0。720 0。779 CGXQ 0。885 0。700 1 0。819 0。823 0。853 0。840 LQZ 0。912 0。669 0。819 1 0。875 0。917 0。815 JDS 0。867 0。673 0。823 0。875 1 0。。881 0。746 BJGS 0。950 0。720 0。853 0。917 0。881 1 0。858 XSSLGY 0。869 0。779 0。840 0。815 0。746 0。858 1 注，表中字母分别代表监测点，DFDL，东风东路GS，关上CGXQ，呈贡新区LQZ，龙泉镇JDS，金鼎山BJGS，碧鸡广场XSSLGY，西山森林公园。 运用软件进行数据分析之后，得出结论，输出结果七个站点相关系数r皆在0。01水平，双侧，上显著相关，相关系数均小于0。05，p值均为0。00，可以得出七者两两之间相关关系显著。 通过表可以获得信息，站点间的相关系数均大于0。6，属于强相关。在七个站点间，AQI相关性最大的两个监测点是东风东路和碧鸡广场，相关系数为0。95，相关程度为极强相关，而AQI相关性最小的是龙泉镇和关上，相关程度为强相关，相关系数为0。669。 2。1。3空气质量指标相关性分析 本文对PM2。5PM10NO2SO2CO和O3六个指标的日均质量浓度数据进行统计分析及零标准化处理得到标准化的月均浓度数据。 对标准化的数据进行Bartletts球形检验和KMO统计量，通过数据分析结果显示KMO检验值为0。660大于0。5，Bartletts球形检验显著水平为0。000小于0。05，得出结论，可以运用主成分分析方法进行数据分析。运用SPSS进一步对空气质量指标之间的相关性进行分析，输出相关系数矩阵如下图所示，相关系数的绝对值越大代表两者之间的相关性越强。 表3空气质量指标相关系数矩阵 PM2。5 PM10 SO2 NO2 O3 CO PM2。5 1 0。829 0。471 0。397 0。520 0。605 PM10 0。829 1 0。456 0。654 0。365 0。641 SO2 0。471 0。459 1 0。331 0。014 0。560 NO2 0。397 0。654 0。331 1 0。230 0。412 O3 0。520 0。365 0。014 0。230 1 0。079 CO 0。605 0。641 0。560 0。412 0。079 1 从表中可看出七个站点间，O3和SO2的相关系数最小为0。014，说明两者相关性低，相关关系不密切，而PM10和PM2。5的相关系数最大为0。829，说明二者的相关性最高，关系最密切。 2。2聚类分析 按照事物自身的特质去研究个体的重要方法，聚类分析的分类原则是处于同一类型的个体之间相似程度较大。不同类个体间差异性较大[][]。 在本文之中，主要是运用SPSS软件对年均质量浓度数据先零标准化处理后进行聚类分析的方式。得到聚类分析树状图如下图所示， 图2七站点聚类分析结果图 注，图中字母代表监测点，DFDL，东风东路GS，关上CGXQ，呈贡新区LQZ，龙泉镇JDS，金鼎山BJGS，碧鸡广场XSSLGY，西山森林公园 根据聚类分析的结果以及七个监测点的地理位置与周围环境状况，本文将昆明市七个监测点分为三类， 第一类，空气清洁对照点，呈贡新区和西山森林公园 第二类，受机动车尾气...
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