基于GIS技术的大气主要污染物时空图集

基于GIS技术的大气主要污染物时空图集
发表时间：2020-12-08T12:31:36.993Z 来源：《城镇建设》2020年8月第24期作者：孟耀华1 王晓迪**1 巩翼龙2 [导读] 随着全球经济的快速发展，GDP的不断攀升，环境问题也愈发严重，如今，大气污染的治理已发展成为一个全球性问题，而改善空气质量的关键就是对其分布特征及变化规律进行研究。

孟耀华1 王晓迪**1 巩翼龙2
哈尔滨学院地理与旅游学院1 哈尔滨 150086
黑龙江地理信息工程院2 哈尔滨 150086
摘要：随着全球经济的快速发展，GDP的不断攀升，环境问题也愈发严重，如今，大气污染的治理已发展成为一个全球性问题，而改善空气质量的关键就是对其分布特征及变化规律进行研究。

使用2014年－2019年六项污染物的基本数据，创建污染物浓度空间分布地图，使用观察法和对比分析法进行研究，完成典型大气污染物的时空图集制作和时空变化规律的分析。

一、引言
空气是维持生命的重要物质，其质量优劣对人体健康有重要影响。

进入21世纪以来，全球经济快速发展，在带来可观效益的同时，也引发了诸如雾霾、PM10污染等众多突出的环境问题。

随着时间的推移，环境污染的治理已经发展成为一个全球性问题。

治理环境的首要任务就是改善空气质量，合理管控各类污染物的排放，而改善空气质量，做出合理管控的关键就是对其分布特征及变化规律进行研究。

东北地区长期以来都戴着大气污染严重的标签。

近年来，大庆市采取了例如严控燃煤污染，提高燃煤质量，加强秸秆禁烧等措施，哈尔滨市和绥化市采取了诸如锅炉改造、洒水降尘、尾号限行等一系列治污措施，一定程度上改善了空气质量，但在巩固大气污染防治的成效方面，因为复杂的地理要素和气象条件仍然面临着很多严峻的挑战。

本研究中对黑龙江省大气污染物：主要包括细颗粒物（PM2.5），可吸入颗粒物（PM10），二氧化硫（SO2），二氧化氮（NO2），臭氧8小时平均（O3-8H），一氧化碳（CO第95百分位浓度）的污染情况及其时间、空间分布特征进行研究，为建立大气污染物监测站、应对措施和提高环境质量提供依据。

二、数据来源
黑龙江省13个城市的57个国控环境空气自动监测SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO(CO第95百分位浓度）、O8-8H(O3-8H)共六项监测指标2014-2019年的月均浓度值以及当月对应的6项污染物综合指数数据，对黑龙江省进行空气质量评价，数据来源是黑龙江省生态环境厅空气质量月报，共计5489个数据。

三、时空图集制作
3S技术是遥感技术（Remotesensing，RS)、地理信息系统（GeographicInformationSystem或Geo－Informationsystem，GIS）和全球定位系统（Globalpositioningsystems，GPS）的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。

地理信息系统是在计算机硬、软件系统支持下，采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据的一种十分重要的特定的空间信息系统。

ArcGIS是由ESRI（易智瑞）公司开发的，目前较为流行的，专业地理信息系统处理软件，主要用于创建，使用地图，编辑和管理具有地理要素属性的地理数据，分析，显示，共享地理信息，并可以与互联网技术，AR技术等前沿技术相结合，应用到广泛的领域中。

环境空气质量综合指数是一种无量纲指数，它可以综合考虑SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3等六项典型污染物的污染程度，对城市环境空气质量综合状况进行描述。

数值越大，表明环境空气质量综合污染程度越重，其计算过程为：首先计算每一项污染物的单项指数，然后将六项污染物的单项指数一一相加，即得到环境空气质量综合指数。

文章使用环境空气监测指标的月均值和年均值数据，年均值数据通过月均值数据得到。

月均值数据是为了分析一年内，或多年同期污染物浓度时间变化特征，年均值数据是为了宏观地观察污染物在多年间的空间变化特征。

当年的综合污染指数是通过当年每一个月的污染物综合指数得到，整体反映各地每年污染物的综合情况，以下为图集的总体设计流程（见图1）。

图1：总体设计流程
将月均值数据和年均值数据均通过excel表格文档统计数据，导入到ArcGIS软件中，使用表连接的方式与shp格式的黑龙江省地级城市驻地数据相连接，十三个地级城市驻地基于当年的污染物综合指数使用深浅不一的绿色进行展示，其中2014年因为有四个城市开始实行新标准下的环境空气质量指数，因而在作图时实行新标准的使用绿色展示，未实行新标准的使用橙黄色展示。

利用符号系统中图表形式将一种污染物一年中的数据以条形图的形式展示出来。

图表的形式一共有三种，饼图，条形图/柱状图和堆叠图。

经过反复的实验发现，在表现污染物随时间变化方面，条形图/柱状图的表现形式是最优的，又因为黑龙江省13个地级城市中，东部的几个地级城市，例如双鸭山市，佳木斯市，七台河市，鸡西市等地理位置相对密集，横向的柱状图会使分布图紧密没有条理，因而我们在这里选择了条形图来表现一种污染物一年中时间变化。

四、结果与讨论
黑龙江省2014-2019年6项基本污染物浓度的时间变化规律
华东师范大学甘莅豪在符号传播的研究中，发现随着互联网媒体技术的兴起，人们交换信息和接收信息的喜爱偏好进入了“图形符号”和“数学符号”大量并存的时代，总的来说，利用“图”与“数”各自的符号特征优势,数据可视化图表可以快速，全面，有效地进行信息传播。

从时间维度上看，2014-2019年6项基本污染物的浓度随时间变化的大致趋势为先增后减，在供暖月10、11、12、1、2、3和4月初期污染物水平整体较高。

从空间角度来看，哈尔滨市6项污染物的月均浓度居高不下，综合指数评价也是基本处于最高的位置，空气质量堪忧。

参考文献
[1]黑龙江省城市空气质量月报（2014年11月）,2007(2):17-19.CZ-2015-006736.
[2]鄢来勇.《长江经济带地图集》的编制出版及其在经济社会发展中的作用[J].测绘,2019,42(3):139-141.
基金项目：黑龙江省自然科学基金联合引导项目（LH2019D010）；黑龙江省教育科学“十三五”规划青年专项课题（GJD1319014）；黑龙江省大学生创新创业训练计划项目(202010234030)；哈尔滨学院青椒计划项目（JFQJ2019003）；黑龙江省大学生创新创业训练计划项目(202010234032)
**通讯作者：王晓迪，女，(1984.6-）?，籍贯为黑龙江省哈尔滨市，讲师，博士研究生，研究方向为水环境遥感和地理信息。