湖南省城市雾霾污染特征及影响因素分析
当前，我国城市经济发展已步入新常态。在此背景下，城市建设取得了显著成就，但同时城市面临的环境问题也日益突出，其中雾霾污染就是典型表现[1-2]。环保部门监测通报指出，近年来我国约有1/4的国土面积经常遭遇雾霾的影响，雾霾影响到6亿人的生活与工作，近50个城市遭遇严重雾霾。雾霾发生期间，空气中有毒的可吸入颗粒物质随着呼吸道进入人体，导致呼吸道疾病及各类心血管疾病甚至诱发癌症，严重危害城市居民身体健康；雾霾天气，空气能见度降低，导致城市交通阻塞甚至重大交通事故的频繁发生，造成城市经济损失及人员伤亡，进而影响城市整体形象。因此，在探究雾霾污染特征与影响机理基础上，科学制定雾霾治理对策已成为城市可持续发展面临的重大问题之一。20世纪末城市雾霾研究引起了学术界的充分关注，国内外学者从雾霾污染时空特征、雾霾成因以及雾霾治理开展了
许多研究，取得了大量研究成果。Nehzat 早在1999年研究提出PM 2.5、PM 10等可吸入颗粒物污染呈现季节差异[3]。Quinn 等以北美、亚洲以及印度的雾霾为对象，研究得出工业和汽车排放、生物质燃烧和灰尘是雾霾产生的重要因素[4]。孔锋等利用中国气象局的雾霾数据，统计分析1961-2015年中国的霾日时空演变特征，得出中国不同历时年总霾日数呈现出明显的增加趋势[5]。史军等以华东地区的山东省、江苏省、安徽省、浙江省、江西省、福建省和上海市等7个省级单位为研究区域，利用华东449个气象站点1961-2007年的雾、霾数据，分析得出华东霾日数在全年及四季呈现出逐渐增多的年际变化特征[6]。王咏梅等利用1961-2012年山西逐日天气现象、能见度、相对湿度和日平均气温资料，研究得出山西省霾、烟幕日数高值区出现在以大同、太原、临汾为中心线的带状区域[7]。王美霞利用2001—2012年中国省级面
衡阳师范学院学报(自然科学)
Journal of Hengyang Normal University(Natural Science)第41卷第6期2020年12月No.6V ol.41Dec.2020
湖南省城市雾霾污染特征及影响因素分析
谭秉霖1，2，欧阳强1※
王珂身高（1.长沙理工大学经济与管理学院，湖南长沙
410076；
2.中国联合网络通信有限公司长沙市分公司，湖南长沙
410137）
收稿日期：2020-06-13
基金项目：国家社会科学基金资助项目“资源环境约束下中国经济绿化发展路径研究”(16BJL060)；湖南省社会科学基
金重点项目“我省加快绿化进程、推动绿发展的思路与对策研究”(16ZDB05)
作者简介：谭秉霖(1990-)，男，湖南祁东人，硕士生，主要从事环境管理研究。
※
通讯作者：欧阳强(1971-)，男，湖南岳阳人，教授，博士，主要研究方向为环境与资源经济。
摘要：雾霾污染已严重影响湖南省城市经济发展与居民生活。以空气质量指数为基础数据，构建数学公式计
算了湖南省14个地级城市的雾霾污染指数；运用SPSS 软件以及GIS 技术分析雾霾污染时空特征，计算了雾霾污染指数与大气物质成分、气象因素、经济因素的相关系数。研究发现：（1）雾霾污染逐月变化呈“U ”型。春末夏初雾霾污染降低，秋末冬初雾霾污染加强。冬季雾霾污染最严重，夏季雾霾污染最弱。（2）雾霾污染空间分布差异大，位于东部平原地带与衡邵盆地的城市属于重度雾霾污染区，南部与西部山地的城市为轻度雾霾污染区。（3）雾霾污染指数与PM 2.5、PM 10浓度的相关系数很大。雾霾污染时空特征与气象因素高度相关，气温、风速、降水与雾霾污染指数呈负相关，湿度与气压对雾霾污染的影响较小。机动车辆与烟尘排放是影响雾霾污染形成的主要经济因素，因此倡导绿出行与降低烟尘排放是雾霾污染治理的关键。关键词：雾霾污染；SPSS 分析；气象因素；经济因素中图分类号：X131；X915.5
文献标识码：A
文章编号：1673-0313(2020)06-0108-08
108
板数据，分析得出中国雾霾污染呈现出显著的集聚特征和空间溢出效应，且溢出效应与空间地理距离呈现倒“U”型关系[8]。综观现有雾霾特征研究大多从气象角度入手，研究区域集中在京津冀地区、长三角以及珠三角等经济高度发达的大城市[9-11]。雾霾污染形成受到区域经济发展以及自然条件的共同影响，不同区域其雾霾形成的影响因素不同，其时空特征各异，雾霾防控治理也要因地制宜采取相应的措施。近年来，我国中部地区经济发展迅速，城市化进程较快，城市雾霾问题也凸显出来，因此，加强中部地区城市雾霾研究已迫在眉睫。
湖南省地处中国中南部，其地理环境不同于京津冀、长三角、珠三角等经济发达地区。近年来，随着经济的发展与城镇化的进程，湖南省城市雾霾频频出现，城市雾霾治理已成为湖南省城市可持续发展面临的重大问题之一。因此，在分析湖南省城市雾霾污染特征及驱动因素的基础上，探究其城市雾霾安全防控对策，对湖南省制定城市防灾减灾体系、节能环保乃至城市发展战略具有重要意义。
1数据与方法
1.1数据来源
本研究数据有大气状况数据、城市气象数据以及经济发展数据。大气状况数据包括空气质量指数（简称AQI）以及PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3共6种物质逐日浓度，这些数据主要来自环境监测部门以及天气后报共享网站（www. tianqihoubao/aqi/）。鉴于环境监测部门目前设立的监测点在地级城市，故本研究的城市主要有长沙、株洲、湘潭、衡阳、岳阳、邵阳、益阳、郴州、永州、怀化、常德、娄底、张家界、吉首共14个城市。考虑到数据的可取性，城市气象因素主要选取了气温、气压、风力、相对湿度及降水5个变量，数据来源于各个地级市气象局。城市经济发展数据主要选取能源消耗、车辆总数、工业产值、建筑业产值、烟尘排放量5个变量，数据来自《2018年中国城市统计年鉴》以及各地级城市国民经济和社会发展统计公报。
1.2雾霾污染指数计算
为了研究雾霾污染特征与其影响因素之间的相关性，必须确定雾霾污染指数。尽管学术界高度重视雾霾污染的研究，但雾霾污染指数一直处在探索之中。雾霾实际上就是一种严重的大气污染，反映了大气质量状况[12]，故本研究用空气质量指数作为雾霾污染的基础数据，用公式（1）计算雾霾污染指数。
HPI=∑t=1t=T AQI t T(1)公式（1）中HPI：雾霾污染指数，其数值越大，污染越严重；AQI t：在t时刻
的空气质量指数；T：研究时间段，例如计算1月份的雾霾污染指数，则T=31天，计算一年的雾霾污染指数，则T=366天。
1.3相关性分析
雾霾污染形成的影响因素有气象因子与城市发展因子[13]，用雾霾污染指数作为因变量，气象数据与城市发展数据也就是相关分析中的自变量。首先，将收集的数据利用EXECI软件建立“湖南省城市雾霾污染相关性分析数据库”，借助SPSS 软件的统计分析功能求出PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3共6种物质的月平均浓度、年平均浓度以及全省的平均浓度；其次，利用公式（2）计算雾霾污染指数与其影响因素的相关系数(r)，再运用SPSS的相关分析功能与GIS空间技术研究湖南省城市雾霾污染的时空特征及其相关性，进而确定湖南省城市雾霾污染形成的主要驱动因素。
r
iˉ()
Y
jˉ(2)
公式（2）中，r：代表雾霾污染指数与影响因素的关系系数，如果r正值，则说明雾霾污染与影响因素呈正相关，反之呈负相关，且数值越大，表明相关程度越大；X i：代表影响因素数值；Xˉ：统计时间内影响因素的平均值；Y j：雾霾污染指数；Yˉ：统计时间内雾霾污染指数的平均值。
2结果分析
2.1雾霾污染时空特征
2.1.1时间变化特征
借助EXECI软件建立的“湖南省雾霾污染相关分析数据库”，利用公式（1）计算得出14个城市各月雾霾污染指数（图1）以及四季雾霾污染指数（表1）。由图1看出，湖南省城市雾霾污染指数逐月变化大致呈“U”型，1月份雾霾污染指数最
谭秉霖，欧阳强：湖南省城市雾霾污染特征及影响因素分析
109
大，说明1月是湖南省城市雾霾污染最严重的时期，从2月开始雾霾污染逐月减轻，直到7月雾霾指数达到最小，表明7月是一年中雾霾污染最轻的时段。从8月开始雾霾污染开始加重，直到12月雾霾指数达到一年中的次高值。由表1看出，冬季是雾霾污染严重的季节，夏季是雾霾污染较轻的季节。总的变化趋势是春末夏初雾霾污染减轻，秋末冬初雾霾污染加重，全年以7月份雾霾污染最轻，1月份雾霾污染最严重。
表12017年湖南省城市雾霾污染指数（HPI）年均值及季
节平均值(单位:ug/m3)
长沙株洲湘潭常德吉首张家界怀化娄底邵阳益阳永州岳阳郴州衡阳春季HPI
71.9
71.9
70.8
70.0
54.2
62.7
62.0
55.9
64.6
57.9
66.3
67.8
52.8
63.8
夏季HPI
48.2
43.1
46.7
47.7
42.9
45.2
50.2
41.0
51.1
35.1
44.1
46.7
47.7
41.0
秋季HPI
80.7
73.0
81.7
76.3
51.2
52.3
64.0
64.3
76.8
71.3
72.7
69.1
72.4
72.6
冬季HPI
110.5
113.8
109.4
110.1
83.7
96.8
95.2
82.6
114.6
102.1
94.1
99.0
86.6
109.4
年均HPI
77.8
75.4
77.2
76.1
58
64.2
67.8
60.9
76.8
66.5
69.3
70.6
64.8
71.7
2.1.2空间分布特征
由表1看出雾霾污染指数年平均最大值为
77.8ug/m3，最大值的城市是长沙，湘潭雾霾污染
指数值位居第二，雾霾污染指数最小的城市是吉
首（HPI=58.0ug/m3）。全省雾霾污染指数平均值
为69.8ug/m3。为了直观地表示雾霾污染的空间分
布，以全省平均值为划分标准，高于平均值的城
市定为重污染区，低于平均值为轻污染区。借助
GIS空间技术得到湖南省城市雾霾污染空间分布如
图2所示。由图2看出，湖南省城市雾霾重污染区
分布在东部平原带与中部的衡卲盆地区，西部山
区与南部山区雾霾污染相对较轻。
图2
湖南省城市雾霾污染空间分布
图12017年湖南省城市雾霾污染指数月平均值
衡阳师范学院学报(自然科学)2020年第6期
110
谭秉霖，欧阳强：湖南省城市雾霾污染特征及影响因素分析
2.2雾霾污染与影响因素的相关性分析
2.2.1雾霾污染与大气成分的相关性
大气中的颗粒成分与有毒气体是雾霾污染的主要物质，直接决定着雾霾污染程度。运用公式（2）与SPSS软件对雾霾污染指数与大气中PM2.5、PM10、SO2等6种物质成分进行相关性分析，其结果如表2所示。由表2看出14个城市雾霾污染指数与PM2.5、PM10的相关系数较大（均大于0.89），说明城市雾霾主要的污染物是PM2.5与PM10两种物质。由表2还可看出长沙、株洲、湘潭、常德、邵阳、岳阳、衡阳7个重污染城市中PM2.5对雾霾污染指数存在最大的相关系数，故PM2.5是影响7个城市雾霾污染指数升高的直接原因，反映了PM2.5是雾霾重污染的“元凶”，这与其他研究结果一致[14-15]。SO2、NO2、CO与雾霾污染指数的相关性也较大，不同物质在不同城市雾霾污染影响作用存在明显差异，其中SO2对衡阳、怀化雾霾污染影响较大，而在岳阳、张家界相关性较小。由此可见衡阳、怀
化要防控SO2污染。O3对雾霾污染影响较小，且大多呈负相关，即O3有减轻城市雾霾污染的效应。
城市长沙株洲湘潭娄底益阳岳阳郴州张家界邵阳常德衡阳永州怀化吉首相关性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
霭的读音相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
PM2.5
0.982**
0.000
0.985**
0.000
0.981**
0.000
0.976**
0.000
0.964**
0.000
0.923**
0.000
0.935**
0.000
0.974**
0.000
0.992**
0.000
0.985**
0.000
0.992**
0.000
0.980**
0.000
0.975**
0.000
0.968**
0.000
PM10
0.891**
0.000
0.965**
0.000
0.964**
0.000
0.968**
0.000
0.976**
0.000
0.935**
0.000
0.948**
0.000
0.977**
0.000
0.968**
0.000
0.972**
0.000
0.953**
0.000
0.990**
0.000
0.980**
0.000
0.975**
0.000
SO2
0.553**
0.000
0.587**
0.000
0.403**
0.000
0.458**
0.000
0.683**
0.000
0.086
0.107
0.619**
0.000
0.263**
0.000
0.583**
0.000
0.697**
0.000
0.715**
0.000
0.627**
0.000
0.725**
0.000
0.434**
0.000
NO2
0.585**
0.000
0.651**
0.000
0.685**
0.000
0.564**
0.000
0.712**
0.000
0.538**
0.000
0.539**
0.000
0.652**
0.000
0.701**
0.000
0.627**
0.000
北辙南辕金晨和谁演一对
0.684**
0.000
0.701**
0.000
0.643**
0.000
0.511**
0.000
CO
0.633**
0.000
0.627**
0.000
0.603**
0.000
0.365**
0.000
0.651**
0.000
0.673**
0.000
0.438**
0.000
0.404**
0.000
0.629**
0.000
0.559**
0.000
0.676**
0.000
0.654**
0.000
0.215**
0.000
-0.133*
0.011
O3
-
0.065
0.101
-0.085
0.104
-0.005
0.928
-0.145**
0.006
-0.025
0.640
-0.061
0.252
0.158**
0.002
0.049
0.353
0.003
0.957
-0.144**
0.006
0.067
0.201
0.182**
0.000
-0.097
0.064
-0.029
0.583
表2雾霾污染指数与大气中6种物质成分相关分析（N=366）
**,*分别表示通过了0.01，0.05置信度检验，N代表样本数量，下同
111
2.2.2雾霾污染与气象因素的相关性
雾霾污染程度与气象条件密切相关。影响雾霾污染的集聚与扩散的主要气象因子有气温、气压、风速
、湿度、降水等。不同的气象因子与同一个城市雾霾污染指数的相关系数不同，同一个气象因子对不同的城市雾霾污染指数的影响存在差异（表3）。
表3雾霾污染指数与气象因素相关分析（N=366）
城市长沙株洲湘潭娄底益阳岳阳郴州张家界邵阳常德衡阳永州怀化吉首相关性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
相关系数
显著性
气温
-0.629*
0.028
-0.784**
0.001
-0.876**
0.000
-0.782**
0.003
-0.844**
0.001
-0.840**
0.001
-
0.539**
0.070
-0.797**
0.002
-0.677**
0.016
-0.839**
0.001
-0.873**
0.000
-0.863**
0.000
-0.794**
0.002
-0.791**
0.002
气压
-0.953**
0.000
-0.960**
0.001
0.883**
0.000
0.832**
0.001
0.854**
0.000
0.769**
0.003
-0.946**
0.000
-0.959**
0.000
-
0.939**
0.000
0.846**
网络直播电视0.000
-0.937**
0.000
-0.934**
0.000
-0.953**
0.000
-0.776**
0.003
风速
-0.701*
0.002
-0.582*
0.047
-0.694*
0.012
-0.548**
0.065
-0.669*
0.017
-0.592*
0.045
-0.821*
0.001
-0.782*
0.003
-0.810*
0.001
-0.792*
0.002
-
0.712*
0.001
-0.816*
0.001
-0.796*
0.002
-0.572*
0.052
湿度
-0.397
0.201
0.423
0.171
视频没有声音怎么办
0.653*
0.021
0.502
0.096
0.618*
0.032
0.149
0.643
坑爸犯
-0.396
0.202
-0.389
0.212
-0.394
0.205
0.383
0.219
-0.399
0.199
0.405
0.191
-
0.396
0.202
0.460
0.132
降水
-0.381
0.222
-0.471
0.122
-0.384
0.218
-
0.535
0.073
-0.515
0.086
-0.349
0.266
-0.709**
0.010
-0.420
0.147
-0.600*
0.039
-0.676*
0.016
-0.437
0.155
-0.592*
0.042
-0.485
0.110
-0.586*
0.045
（1）雾霾污染与气温的相关性。由表3看出，气温与城市雾霾污染指数呈负相关，即气温升高时，雾霾污染减轻。每年春季气温升高，大气层结不稳定，热力对流加强，大气中PM2.5、PM10、SO2等物质四处扩散，难以集聚，使得雾霾污染降低。秋末气温逐渐降低，尤其是冬季冷空气活动频繁，大气层结稳定，对流运动很弱，各种污染物在近地面集聚，使得冬季成为雾霾污染最严重的时段。气温对雾霾污染指数相关系数最大值的城市是湘潭，表明气温对湘潭雾霾污染起了一定的减弱效应。
（2）雾霾污染与气压的相关性。气压对雾霾污染物的集聚与扩散的影响较为复杂，不仅与气压高低有关，更重要的是温压场空间结构决定着大气的运动，进而影响污染物的浓度。从表3可见，有些城市雾霾污染指数与气压呈正相关，即
衡阳师范学院学报(自然科学)2020年第6期112

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