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第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
京津冀作为国内三大经济圈之一，虽然区域所占国土面积不足 3%，但整体生产总值占全国生产总值近10%，随着城市化进程与工业化转型的快速发展，众多历史遗留环境问题不断积累，公众环保意识也随环境持续恶化而不断增强，大气污染已然演变成京津冀区域可持续发展道路上迫切需要解决的问题。随着京津冀一体化协同发展重大国家战略的提出，建立环境联防互惠机制成为一项重要举措。将改善大气环境质量、保护人体健康作为首要目标，按照《京津冀协同发展规划纲要》中对区域环境治理举措各个方面统一规划的要求，区域环保标准合作机制在三地环保部门的共同努力下制定与完善。但与其相关的基础研究比较薄弱，缺少区域整体大气环境数据分析研究来支持工作的进展。此外，大气污染对城镇居民生活质量和身体健康所造成的威胁不断加深，迫使人们不断加大对空气污染的关注与研究力度。最近的研究报告指出，全球死于空气污染的人数大约年均 550 多万人，其中将近 50%来自中国和印度（龙学峰，2016）。多国学者和专家在美国科学发展协会会议上发出警示，只有全球联合、积极主动去改善空气质量，才能避免过早死亡人数继续增加。哥伦比亚大学教授鲍尔指出，空气污染目前不仅在全球致死风险因素中排名前四，而且也是疾病发生的主要环境风险因素（Kim，2014）。因此，本文着手于对京津冀区域整体大气环境质量时空变化格局的研究，有利于揭示大气污染物的时空变化特点，探究其发展变化的趋势和原因，为污染防治提供有力的科学依据和支撑。
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1.2 国内外研究进展
1.2.1 区域环境空气污染的概念与危害
国际标准化组织（ISO）将空气污染定义为:人类活动或自然过程中使某些物质输送入大气中并达到充足的浓度和时间，结果对人类或环境产生危害的现象（夏海芳，2013）。根据我国《环境空气质量标准》（GB3095-1996）（国家环保局和国家技术监督局，1996），主要常规监测物质有 PM10、SO2、NO2等，这些物质不仅破坏地区原有生态环境系统，而且对动植物的生存产生不利影响（Dockery，2009）。其中，PM10是指空气动力学直径不足 10μm 的大气颗粒物，主要来源于化石燃料燃烧或建筑施工、道路扬尘等过程（童尧青等，2007）。由于 PM10可以进入人体呼吸系统甚至深入肺泡参与人体的血液循环，对人体健康造成伤害，因此也被称为可吸入颗粒物（Holgate and T .S，1999）。相关研究指出空气中可吸入颗粒物的浓度与呼吸系统疾病、心脑血管疾病的发病率和死亡率存在很大的正相关（Yanosky et al.，2008），此外，大气中的颗粒物浓度对于空气能见度（Tsai et al.，2007）、全球范围的气候变化（Buseck andPosfai，1999）、地表植被以及自然生态系统的完整性都有着直接或间接的影响（Whitby，1978）。二氧化硫（SO2）是一种具有刺激性气味且无色透明的气体，主要来源于工业生产过程、石油和煤等含硫物质的燃烧，火山喷发也会释出大量 SO2气体。空气中 SO2溶于雨水会形成酸雨腐蚀植物、建筑，经呼吸作用进入人体会在体内形成硫酸盐物质，对呼吸道造成伤害，严重者肺脏功能损坏，表现出喘鸣、气短等症状（刘玉香，2007）。二氧化氮（NO2）在常温下是一种具有刺激性气味的有毒气体，产生方式除了雷电、土壤排放等自然来源以外，人为的活动如化石燃料的使用、城市汽车尾气释放等都能产生大量的 NO2。NO2进入人体肺部后，会造刺激并腐蚀呼吸道，几个小时后引发迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫综合征，严重影响人体健康（Rasmussen et al.，1994）。
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第2章 研究区概况、数据收集及研究方法
2.1 研究区概况
2.1.1 京津冀区域概况
京津冀地处华北地区，位于 113004 E ~ 119053 E，36001 N ~ 42037 N 之间（图2-1），经济总量在我国北方经济群中最高，属经济发达地区。京津冀靠山临海，地势上西北向东南是由高到低，整体表现为环状逐渐下降，主要分为三大地貌单元：坝上高原、燕山和太行山地、冀中平原（马程等，2013）。京津冀西部沿太行山脉向北到燕山山脉形成一道屏障阻隔污染物扩散，导致污染物聚集在冀中平原，东临渤海使得冀中平原低压与海上高压形成独特的海陆风环流，不仅成为向冀中平原输送外来污染物的主要通道，而且使得污染物循环累积，易于形成重污染天气。京津冀地区共有 13 个地级市，其中沿海城市有：秦皇岛、天津、沧州和唐山；内陆城市有：石家庄、北京、邢台、邯郸、保定等；高原、山地城市有：张家口和承德；丘陵平原城市有：秦皇岛、唐山、北京、天津、廊坊等。京津冀作为国家的“首都经济圈”，战略地位特殊，不仅是政治经济文化中心，也是国家重点发展区域。京津冀协同发展在政府部门的推动下已然成为国家战略的重要部分，区域整体定位是打造成为以北京为中心的世界级城市群。京津冀的特殊地位，使其环境问题也备受关注，尤其是大气环境质量问题，作为世界性雾霾问题最突出的地区之一，如何评价并改善大气环境质量成为当前亟待解决的问题。
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2.2 数据采集
本文以京津冀地区为重点研究区域，把北京市、天津市和河北省 2001-2015年的相关数据作为背景支撑。
2.2.1 空气质量数据来源
本文进行空气质量评价时首先 PM10、SO2和 NO2作为浓度评价指标，选用空气污染指数 API 作为评价空气质量的综合性指标，分析京津冀空气污染变化规律。单项指标数据来自于北京、天津、河北三地的《环境状况公报》及《环境统计年鉴》，主要数据信息为京津冀 2001-2015 年的 PM10、SO2和 NO2污染物浓度数据。而京津冀 13 市空气质量优良天数数据来源于各市《国民经济和社会发展统计公报》和各市《政府工作报告》。
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第 3 章 京津冀区域空气污染特征................16
3.1 京津冀大气污染物的时空分布特征.............16
3.2 空气污染指数 API 年度变化特征 ................20
3.3 空气污染指数 API 季节变化特征 ................21
3.4 空气质量趋势性检验...........24
3.5 本章小结.....25
第 4 章 京津冀区域空气质量评价................27
4.1 京津冀区域空气质量状况分析........27
4.2 基于灰色聚类关联分析的空气质量评价.....30
4.3 两种评价方法对比...............36
4.4 本章小结.....36
第 5 章 空气质量影响因素分析.......37
5.1 气象因素对空气质量的影响............37
5.2 社会发展因素对空气质量的影响....41
5.3 措施与建议..............51
5.4 本章小结.....52
第5章 空气质量影响因素分析
5.1 气象因素对空气质量的影响
大气污染物从污染源排出后所发生的传输、扩散以及稀释过程均离不开气象因素的参与，可以说气象条件是大气污染物最主要的流通途径与扩散工具。本研究选取了与大气污染物相关性较强的部分气象因素指标，主要有：温度、风速、平均水汽压、降水量和平均相对湿度。
5.1.1 气象因素变化分析
图 5-1 为北京、天津、河北省 2001-2015 年年均温度变化趋势图。从图中可以看出北京的年均温度高于天津和河北，可能是由于北京受城市热岛效应影响更加显著（陈彬辉等，2016），导致北京常年温度高于周边地区。从变化趋势看，北京天津河北三地的年均温度走势表现较为一致，涨落均保持同步，变化幅度大小也较为相同。其中北京年均温度变化区间为 12.6-14.1℃，天津年均温度变化区间为 12.2-14.0℃，河北省年均温度变化区间为 11.6-13.0℃。图 5-2 为北京、天津、河北省 2001-2015 年年均风速变化趋势图。从图中可以看出天津年均风速高于北京和河北，这与天津的临海地势有较大关系（侯敏等，2017），海陆风循环使天津常年都有较强的风力。北京年均风速变化较为平稳，变化区间为 2.1-2.5 m/s，天津 2009-2010 年年均风速明显升高，可能与当年天津区域大风天气多发有关，整体变化区间为 2.1-3.0 m/s，河北省于 2003和 2014 年两次年均风速处于降低趋势，整体变化区间为 1.5-2.2 m/s。#p#分页标题#e#
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结论
（1）对污染物浓度的趋势性检验显示，京津冀总体各项指标均呈下降趋势，空气质量不断得到改善。采用灰色关联聚类分析法对 PM10、SO2、NO2年均浓度进行评价，得到京津冀区域 2009 年、2011 年和 2015 年为空气质量达标年份，而 2001 年、2003 年、2013 年和 2014 年为污染较重年份。
（2）API 是评价区域空气质量的重要指标，通过对京津冀区域 2001-2015年的 API 数据变化特征进行分析，得到京津冀区域 2001-2015 年 API 指数年度变化呈波浪型趋势，表明 2013 至 2015 年京津冀区域空气质量不断改善。整体上，API 指数夏季最低，空气质量最好，冬季最高，空气质量最差，中度污染天气多发，春秋季节差异不大，易出现轻度污染天气。
（3）通过对京津冀区域 2001-2015 年优良天数变化趋势分析发现，2013年为空气质量转变节点，2013 至 2015 年优良天数明显减少，空气质量受污染较重。京津冀不同城市类型空气质量排序为：沿海城市空气质量优于内陆城市，高原山地城市空气质量优于丘陵平原城市。
（4）通过气象因素与污染物浓度关联度的显著性水平分析，得出温度和降水对污染物浓度影响较大。夏季日照强烈温度高，多雷雨等强对流天气，气象因素利于污染物扩散和稀释，空气质量相对于其他季节明显改善。
（5）对社会发展因素和污染物浓度的关联度分析表明，结构能耗对空气质量影响最大，其次为规模效应和施工排污。
（6）根据京津冀区域大气环境质量影响因素的分析结果，应该从优化产业布局、改进能源结构、控制机动车数量、完善相关政策法规等方面着手改善空气质量。
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参考文献（略）
