南非北部及东北部地区PM10的十年时空变异特征及驱动因素研究：基于多省份空气质量监测数据的分析

本研究针对南非四省27个监测站点2013-2022年PM10污染问题，采用Mann-Kendall趋势检验法系统分析了颗粒物时空分布特征。研究发现Gauteng省年均浓度最高（55±39.1 μg m-3），居民区污染显著加剧，春秋季趋势明显，为制定差异化防控策略提供了科学依据。

　　

随着工业化进程加速，空气污染已成为威胁人类健康的隐形杀手。世界卫生组织数据显示，2019年全球420万人因环境空气污染过早死亡，其中可吸入颗粒物PM₁₀（空气动力学直径≤10微米的颗粒物）是重要致病因子。南非作为非洲工业化程度最高的国家，其北部省份的空气质量问题尤为突出，但长期缺乏系统性研究。针对这一科学空白，南非夸祖鲁-纳塔尔大学（University of Kwazulu-Natal）的研究团队在《Journal of African Earth Sciences》发表重要成果，首次全面揭示了该区域PM₁₀的十年时空演变规律。

研究团队创新性地采用Temporal Trend Analysis Interface软件包中的非参数Mann-Kendall（MK）趋势检验法，分析了覆盖Gauteng、Mpumalanga、Limpopo和KwaZulu-Natal四省27个监测站点（2013-2022年）的PM₁₀数据。通过南非空气质量信息系统（SAAQIS）获取的十年连续监测数据，结合箱线图等可视化手段，系统评估了不同功能区的污染特征。

研究结果显示：Gauteng省十年平均PM₁₀浓度高达55±39.1 μg m^-3，显著超过WHO标准。时序分析发现居民区污染加剧最显著，年均变化幅度达-1.75至0.72 μg m^-3。季节特征显示，春秋季污染趋势最为明显，而冬季无显著变化。昼夜双峰特征揭示交通排放的重要影响——早高峰（07:00-09:00）和晚高峰（20:00-22:00）浓度分别比日均值高42%和35%。

通过省际对比发现，工业化程度最高的Gauteng省污染最严重，75%监测日的PM₁₀超过南非国家环境空气质量标准（NAAQS）。气象分析表明，干旱气候与人为排放的协同作用加剧了污染，特别是春季风速变化与PM₁₀升高呈显著相关。

这项研究首次绘制了南非多省份PM₁₀的时空分布图谱，其创新价值体现在三个方面：一是证实居民区成为新的污染热点，需要调整传统工业区优先的防控策略；二是建立的MK趋势分析模型为发展中国家空气质量评估提供了方法学参考；三是揭示的气象-污染耦合机制对干旱地区污染防治具有普适意义。研究成果已被当地环保部门采纳，用于优化空气质量监测网络布局。正如通讯作者Venkataraman Sivakumar教授强调的，这项十年持续观测为理解快速城市化地区的环境健康风险提供了关键基线数据。