刘磊玉 张军
关键词：PM2.5；时空演变；人口暴露风险；关中平原城市群
前言
关于空气污染暴露，是指人与大气污染物接触后，逐渐暴露于大气污染区域的过程。研究表明，PM2.5是造成全球非传染性疾病的主要原因之一。PM2.5浓度的增加会导致大气能见度下降，长期暴露在PM2.5质量浓度较高的环境之下，可能会引发呼吸道疾病、心血管疾病等一系列疾病。因此，研究城市PM2.5人口暴露风险演变对人群健康和大气污染防治具有重要意义。目前，中国相关研究的尺度多为全国、区域（如长三角和京津冀等地区）、省域等，对大区域PM2.5时空格局的研究，目前普遍使用25～50km空间分辨率的年际数据和长时间序列数据集。高空间分辨率、长时间序列的PM2.5监测数据较难获取，城市群尺度PM2.5浓度变化及人群暴露风险研究较少。随着经济发展，关中平原城市群地区大气污染日益严重，越来越多的人口逐渐暴露于高污染地区。因此有必要对关中平原城市群尺度PM2.5浓度变化及人群暴露风险开展深入研究。
研究以关中平原城市群为研究区域，利用2000年-2020年PM2.5浓度和人口分布数据，采用人口暴露风险模型，分析关中平原城市群PM2.5人口暴露风险的时空演变特征，揭示PM2.5人口暴露风险状况，为改善人居环境和防治大气污染提供科学依据。
1材料与方法
1.1研究区概况
关中平原城市群以西安为中心，是全国的经济发展重心。其中包括陕西6市（宝鸡、咸阳、西安、渭南、商洛、铜川）、山西2市（运城、临汾）、甘肃2市（天水、平凉）（如图1所示），气候类型属于温带半湿润性季风气候，季节分异显着。近些年来，由于经济的快速发展，人口逐渐增加，导致关中平原城市群空气污染严重，人口暴露的风险也在不断升高。
1.2数据来源
研究所使用数据有PM2.5质量浓度数据、人口数据和行政边界矢量数据，所使用的均为2000～2020年度数据。其中国家地球系统科学数据中心（ht-tp：//www. geodata. cn）为PM2.5质量浓度数据来源；Scientific Data的World Pop数据集为研究区人口栅格数据来源；国家基础地理信息中心为行政边界矢量数据来源，利用ArcGIS处理后得到研究区边界。
1.3人口暴露风险模型
传统暴露评估方法为暴露量=人口密度×污染物浓度，可量化区域内的人口污染暴露强度，但在区域空气污染风险评估方面有缺陷，因此文章引入人口暴露风险模型，弥补传统暴露评估方法的缺陷，量化关中平原城市群PM2.5人口暴露风险程度，计算公式如式（1）：
2结果与分析
2.1关中平原城市群PM2.5浓度时空演变特征
关中平原城市群2000年-2020年PM2.5浓度值在空间上分布相似（如图2所示），PM2.5浓度高值区集中分布在研究区中东部，低值区集中分布在研究区西南部。从图中可以看出，2000年-2012年研究区PM2.5浓度在不断的增加，且高值区在不断的从运城地区向渭南和西安等地区延伸；在2012年一2020年，研究区PM2.5浓度在不断下降，高值区在逐渐缩小直至消失，西安和运城等地的PM2.5浓度也由原来的100ug·m_，逐步下降为65ug·m-3，在2019年起天水、平凉和宝鸡等地也成为了浓度低值区，大气状况良好。根据2000年-2020年关中平原城市群PM2.5浓度的变化，表明政府对关中平原城市群大气环境治理的效果显着。
2.2关中平原城市群人口的时空演变特征
对于关中平原城市群人口的时空演变，各年份人口数量变化幅度较小。空间上，高值区集中在研究区中东部，低值区则集中在研究区西南部。时间上，2000年-2020年的人口逐渐增加，但增加幅度较小，每年以近2000人左右的速度逐渐增加，可见政府对于人口数量控制的很好。研究区人口主要集中在咸阳、西安中北部、渭南、运城、宝鸡中部和临汾等地，但西安中北部人口最多，因历史文化悠久，经济发达．人口存此分布比较集中。而宝鸡南部和北部、天水东部等地因经济发展等原因，人口分布较少。综上，关中平原城市群人口数量稳步增长，一方面，经济发展带动人口增长，另一方面，可见政府对于人口的控制效果显着。
2.3关中平原城市群PM2.5人口暴露风险的时空演变特征
2000年-2020年关中平原城市群PM2.5人口暴露风险的空间格局（如图3所示），是基于各年度PM2.5浓度值和人口数量，采用人口暴露风险模型计算所得出。从图中可知，研究区2000年-2020年的PM2.5人口暴露风险分布相似。高值区主要分布在西安中北部、商洛以及宝鸡中东部，人口暴露风险值高达80～110ug·m-3；低值区主要分布在庆阳、平凉、咸阳北部、宝鸡西北部以及天水东部；渭南和运城等地是较低风险地区；宝鸡南部、运城中部和临汾中部等地区是高风险和较高风险地区。总体来说，2000年-2020年各年份人口暴露风险变化较小。西安市是关中平原城市群核心城市，经济发达，PM2.5排放多，人口多，导致该地人口暴露风险极高。而商洛市地处中国中纬度偏南地带，且地形复杂，沟壑极多，每个地区的自然环境差异较大，水热分布极不平衡，易发生一些自然灾害，例如干旱等。商州区地广人稀，2020年全区GDP总量仅有141.59亿元。作为地级市唯一的主城区，经济产量明显略低，经济发展水平低。因此，自然环境和社会经济发展是造成商洛市人口暴露风险值较高的原因。而宝鸡市干旱和冰雹等自然灾害频发，导致PM2.5难以挥发，造成该地人口暴露风险高。而平凉、天水、庆阳、宝鸡西北部以及咸阳北部等都是人口暴露低风险地区，可见大气环境以及人口等控制的较好。
世界卫生组织在2005年发布了《空气质量准则》，其中提出了3个目标值（年均为15、25和35ug·m-3），中国《环境空气质量标准》（GB 3095 -2012）中提出了PM2.5质量浓度限值（35ug·m-3）。文章将2000年-2020年各年份关中平原城市群PM2.5浓度值划分为7个区间（如图4所示），分析不同区间的变化。结果表明：这20年中，除2000年外，2001年-2020年关中平原城市群PM2.5年均质量浓度均在15ug·m-3以上；从2000年开始，年均浓度在66ug·m-3以上的占比越来越大，直到2012年达到顶峰，表明2000年-2012年PM2.5浓度逐渐升高，污染越来越严重；2012年起，年均浓度在66ug·m-3以上的占比越来越小，出现了浓度值在26～35ug·m-3的区域，可见政府治理结果显着；以PM2.5年平均35ug·m-3的浓度限值（二类区）为衡量标准，除2020年外，其他年份超过该限值区域面积占比均在40%以上，空气污染较为严重。
根据上文所划分的7个PM2.5浓度区间，将各年份人口数量进行统计后，对各个区间的人口情况进行分析（如图5所示）。结果表明：除2020年外，关中平原城市群其他年份所有人口聚集的浓度区间均为35ug·m-3以上，表明2000年-2019年各年份人口暴露于高污染区域的风险较大；2001年-2020年，聚集于PM2.5年均35ug·m-3质量浓度限值以上的人口规模巨大，有超过60%以上的人口集聚于35ug·m-3以上区域；年均质量浓度值大于66ug·m-3的人口从2000年开始增加，到2013年达到顶峰后逐渐减少，直到2019年消失不见。
人口暴露风险值从2000年开始增加，到2013年达到最大，依据上文分析，可知人口越多，PM2.5浓度越大，人口暴露风险越高，人口数量和PM2.5浓度是影响人口暴露风险的重要变量。同时，人口暴露风险值也受自然环境以及社会经济等因素的影响，例如风速、地形等因素，会直接影响PM2.5的扩散与挥发。因此，这又对PM2.5人口暴露风险的研究提出了新的挑战。
随着经济的快速发展，关中平原城市群逐渐在建设和发展，许多大中城市基础设施逐渐完善，大量人口也逐渐聚集，与此同时，带来的是不断恶化的大气环境，人口暴露于高污染地域的风险也越来越高。文章认为，除开源节流外，针对研究中PM2.5的高人口暴露风险区，还应提高公众的环境意识、对重污染日进行健康预警、加强医疗设备的提供等。在这些社会方面进行相应的措施，可以有效的减缓大气的污染以及人口暴露所带来的危害。
3结束语
2000年-2020年，关中平原城市群PM2.5浓度总体呈下降趋势，污染高值区集中在中东部，低值区集中在西部；2000年-2020年各年份人口逐年增加，高值区集中在研究区中东部，低值区集中在研究区西南部；2000年-2020年各年份PM2.5人口暴露风险变化较小，高风险区主要集中在西安中北部、商洛，低风险区集中在平凉、天水；人口数量和PM2.5浓度是影响人口暴露风险的重要变量。因此，政府应加强对关中平原城市群环境的治理，制定合理的政策，控制人口的增长，减少PM2.5的排放，共建美好中国。
