上海市近8年PM10污染指数变化的DFA分析

安徽农业科学。ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＡｇｒｉ．Ｓｃｉ．２０１１，３９（３５）：２１９６５—２１９６７，２２０４１责任编辑宋平责任校对况玲玲

上海市近８年ＰＭｌｏ污染指数变化的ＤＦＡ分析

刘道格，岳士刚，程慧祥

（河南省封丘县电业局，河南新乡４５３３００）

摘要运用消除趋势波动分析法（ＤＦＡ），分析了上海市近８年ＰＭ。。污染指数序列数据，并进行了时间序列的长程相关性分析，有效消除

了数据中的噪声和非平稳信息影响，得到了定量描述ＰＭ，。污染指数的长期演变行为的参数，即标度指数ａ。根据标度指数ｄ的变化特

性，探讨了ＰＭ．。污染指数的长程幂律相关及其存在的时间尺度等问题。结果表明，该方法是可行的，从２００３年７月１日开始，上海市的

ＰＭ。。污染指数变化的总体趋势是降低的，说明近８年来，上海市ＰＭ。。污染情况得到了改善。该研究结果对于认识上海市城市大气环境

质量变化过程和科学制定环保决策具有重要意义。

关键词ＤＦＡ分析；ＰＭ．。污染指数；时间序列；上海市

文献标识码Ａ中图分类号Ｘ１７１．１文章编号０５１７—６６１１（２０１１）３５—２１９６５—０３

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可吸入颗粒（ＰＭ，。）是大气中空气动力学直径为０～１０ｌｘｍ的粒子，是最主要的大气污染物之一，其排放源既有燃煤排放的烟尘，又有地面土壤尘（包括沙尘），还有市政建设、建

源以及城市下垫面等诸多因素的影响，大气污染变化是一个非线性的动力系统ｍ－。因此，过去大多都是基于统计学的原理，如主成分分析法旧１、自回归滑动平均模型旧１、ＴＳＩ天气

筑工程及装修产生的建筑尘和冶炼工业产生的冶炼尘等。

ＰＭ．。在大气中持续时间很长，对人体健康和大气能见度的影

分型法口“、方差分析法口“、动力统计模型口３｜、Ｄａｎｉｅｌ趋势检

验方法（Ｓｐｅａｒｍａｎ秩相关系数法）Ⅲ‘３“、ＧＭ（１，１）模型ⅢＪ、

响都很大。ＰＭ。。可进入人体，直接影响肺功能，使肺功能下

降，生理机能受到影响；进入呼吸系统，会减弱上呼吸道过滤、清除、排出有害物质的作用¨ ；进入神经系统，会导致高级神经系统紊乱和器官失能，且会引起巨噬细胞的数量和活性，从而改变人体的免疫功能。另外，还会增加心血管病的发病几率，尤其是会严重降低学龄儿童的智商口。。鉴于ＰＭ。。的危害性，上海市空气质量监测从２０００年６月起由ＰＭ。。代替总悬浮颗粒物（ＴＳＰ）作为３种常规监测的大气污染物之

小波分析法ｍ’３“、可视化试验法口…、回归分析和相关分

析‘３９。４１１等。

目前，我国学者在研究时间序列分形特征时，多数采用重标极差分析（Ｒ／Ｓ）、谱分析（Ｓｐｅｃｔｒａｌａｎａｌｙｓｉｓ）、周期图回归法和相关分析法，但把消除趋势波动分析（ＤＦＡ）用于研究大气污染物的时间序列却鲜有人涉猎。重标极差分析法、谱分析法、周期图回归法和相关分析法等仅适合于干净的、没有趋势波动的时间序列，当时间序列较短，且存在非线性、非平

一，与国际环境监测数据相接。研究表明，空气中可吸人性

颗粒物与医院就诊率、心肺疾病等诸多呼吸道疾病之间关系密切∞。５ｏ。因此，对ＰＭ。。污染的研究是继ＳＯ：、ＮＯ：、０３之后

稳性动力特性时，可能会给出错误的结果。ＰＭ，。污染指数并

不表现为一种纯粹随机的事件，有可能存在Ｈｕｒｓｔ效应ｍ１。这表明，研究ＰＭ。。污染指数的变化趋势需要应用非线性动力学方法。ＤＦＡ是由Ｐｅｎｇ等在１９９４年根据脱氧核糖核酸（ＤＮＡ）机理提出的分析幂律函数关系的方法Ｈ…。ＤＦＡ既能够检测出表面上看来不平稳的时间序列中内在的自相似性，又能够避免检测出由于外在趋势而导致的明显的自相似性，

的又一研究热点，已引起不同领域科学家们的广泛关注。

上海市具有煤烟型与石油型并重的复合污染特征∞ 。２０世纪９０年代以来，为了改善投资环境和居民生活质量，上

海市政府在空气污染治理方面做出了较多的努力¨“。。

１９９７年，上海市政府开始发布城市空气质量周报和日报一１，为研究城市空气质量的动态与原因提供了宝贵的数据源¨…。在研究对象上，从上海市ＰＭ，。污染指数近８年的数据（共２９２０条）作为首要空气污染指数高达２６５３次可见，ＰＭ．。已经成为各大中城市空气污染的首要污染物。因此，在国内外掀起了以ＰＭ．。为研究对象的热潮‘１。…。ＰＭ．。监测已经是世界上很多国家衡量城市空气尘污染的主要因子。在

即可消除人造非平稳时间序列中的伪相关现象，而且越来越多的证据表明，许多物理和生物系统表现出长程幂律相

关Ⅲ“Ｊ。因此，笔者拟运用ＤＦＡ分析法对上海２００３年７月１日～２０１１年６月３０日ＰＭ，。污染指数逐日变化趋势进行分析，以期有效描述ＰＭ。。污染指数时间序列变化特性，揭示其复杂的动力学特性和时间序列演变特征的可能性，并探讨其变化的驱动力及意义，为分析上海市空气质量的演变提供了一条新的途径，对科学制定环境保护决策具有重要意义。１数据与方法

研究方法上，由于大气污染受到天气系统、自然和人为污染

作者简介刘道格（１９８４一），女，河南封丘人，从事环境科学研究，Ｅ－

ｍａｉｌ：ｌｉｕｄａｏｇｅ＠１６３．ｃｏｍ。

１．１数据来源与处理空气污染指数（ＡＰ／）能反映出某一地区空气质量的总体状况。上海市是我国首批对ＡＰ／进行

收稿日期２０１１－０９－２２

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