污染排放与环境质量错位耦合的时空格局及形成机制

There is a strong causal relationship between pollutant emissions and environmental quality, which is not a linear correlation. The mismatch-coupling phenomenon of incomplete time-coordination and spatial non-exactly-matching exists between pollutant emissions and environmental quality. This study, following the research paradigm of “Pattern-Process-Mechanism-Regulation”, would start from the reversed thinking and take the air pollution as an example to explore the mismatch coupling phenomenon between air pollutant emissions and environmental air quality. This study mainly includes the following five parts: (1) describe the spatial-temporal pattern and evolutionary regularity of main air pollutant emissions and air quality; (2) establish the estimate system and research method for diagnosing the mismatch-coupling of pollutant emission and environmental quality; (3) analysis the time-changing trend and the spatial distribution of mismatch-coupling; (4) evaluate the influence factors and degrees of mismatch-coupling, and discuss the formation mechanism of mismatch-coupling; (5) based on judging the type of regional coupling relationship, recognize the high risk areas of mismatch coupling, and then put forward regional control strategy system to improve environmental quality. At present, the environmental management orientation of China is changing from the pollution control to environmental quality improvement. The study on mismatch coupling phenomenon would help to understand the relationship between reduction of major pollutants and improvement of environmental quality, and formulate scientific regional environmental quality improvement goals.

污染排放与环境质量存在较强的因果关系，但并非完全线性相关，存在时间上不完全协同、空间上不完全匹配的错位耦合现象。本研究遵从“格局-过程-机理-调控”的研究范式，从逆向思维出发，将学术界较少关注的非协同现象作为一个科学问题，以空气污染为例探讨大气污染物排放与环境空气质量的错位耦合现象，主要研究内容包括：刻画主要大气污染物排放与环境空气质量时空格局及演变规律；构建用于诊断污染排放与环境质量错位耦合的衡量体系与研究方法；开展错位耦合时间序列上的趋势变化和空间格局上的分异规律与过程分析；评估错位耦合的影响因素与影响程度，探讨错位耦合形成机制；判定区域耦合关系类型的基础上识别错位耦合高风险区，提出改善环境质量的分区域调控策略体系。在当前我国环境管理导向正由污染控制向环境质量改善转变的背景下，研究污染排放与环境质量的错位耦合现象有助于全面认识污染减排与环境改善的关系，科学制定区域环境质量改善目标。

本项目以2000年以来连续监测的SO2、NOx、PM10为基础，通过构建错位指数模型探讨大气污染物排放与环境空气质量在时间和空间上的错位耦合现象，并分析不同区域和不同要素对错位耦合的影响程度。构建了环境质量与污染排放关系模型，将环境质量与污染排放的关系划分为低污染-高质量、高污染-高质量、高污染-低质量、低污染-低质量4种类型，探讨不同类型间的演变路径，并对建立的模型在省域尺度进行实证分析。通过典型区案例，分析不同污染物在武汉市错位耦合的空间分异规律，针对性提出改善环境质量的措施。主要研究结论有：（1）中国SO2排放与污染间存在一定程度的空间分离，空间分离指数为16.6~36.0,SO2排放与污染间的空间分离现象在逐年减弱，18年来，空间分离指数年均降低4.4%。（2）中国NOx排放与污染间也存在一定程度的空间错位，空间错位指数在24.2~40.2，NOx排放与污染间的空间错位现象在逐年减弱，2006年以来，空间错位指数年均降低2.9%。（3）中国颗粒物排放与PM10污染间的空间错位指数在19.0~22.3，空间错位的程度基本保持相对平稳状态，各年度错位指数与历年平均值的差值基本保持在±2以内。（4）中国大部分省区属于高污染-低质量类型，且研究期内类型格局未发生明显变化；大部分省区环境质量指数高于污染排放指数，污染物排放量超过环境容量，污染物减排是各地所面临的首要环境问题。（5）造成环境质量与污染排放空间错位现象的根本原因是污染物在区域内积聚、沉降量不同和污染物的跨区传输，影响因素包括区域气象条件、地理条件、污染源分布、污染治理措施、外来污染源等。