山西省2020年環(huán)境空氣質量變化特征分析

吳治平

(呂梁市生態(tài)環(huán)境局孝義分局，山西 孝義 032300)

引 言

隨著生產(chǎn)力水平的提高，環(huán)境空氣質量問題日益嚴重，而且在進一步惡化?？諝馕廴臼窃斐扇蚣膊∝摀囊粋€重要因素，每年有850多萬人死于空氣污染。空氣污染包括顆粒物(PM)和氣體的混合物，它們單獨或相互作用或與環(huán)境相互作用時具有有毒特性[1-3]。山西省是典型的能源大省，為國家經(jīng)濟發(fā)展作出貢獻的同時，環(huán)境空氣質量問題也越來越嚴重[4]。如何加強環(huán)境空氣質量防治、改善環(huán)境空氣質量，是全省十分關注的問題，開展環(huán)境空氣污染治理迫在眉睫。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

山西位于中國華北地區(qū)，東與河北為鄰，西與陜西相望，南與河南接壤，北與內蒙古毗連，介于北緯34°34′-40°44′，東經(jīng)110°14′-114°33′之間，總面積15.67萬平方千米[5]。

山西省地勢呈東北斜向西南的平行四邊形，是典型的為黃土覆蓋的山地高原，地勢東北高西南低。高原內部起伏不平，河谷縱橫，地貌有山地、丘陵、臺地、平原，山區(qū)面積占總面積的80.1%。山西省地跨黃河、海河兩大水系，河流屬于自產(chǎn)外流型水系。山西省地處中緯度地帶的內陸，屬溫帶大陸性季風氣候[6-8]。山西特殊的地形，大多數(shù)地區(qū)都屬于山區(qū)，大氣系統(tǒng)相對封閉，空氣不容易流通，從而使污染物無法消散，造成大氣污染。

1.2 數(shù)據(jù)來源及分析方法

本文所使用研究數(shù)據(jù)均來源于山西省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心發(fā)布的山西省環(huán)境空氣質量報告[9]。數(shù)據(jù)時間范圍為2020年1月份至12月份。本文所有數(shù)據(jù)分析均采用對比分析法，將2020年1月份到12月份的環(huán)境空氣質量數(shù)據(jù)進行了對比分析和特征揭示。

城市環(huán)境空氣質量評價項目為SO2、NO2、CO、O3、顆粒物PM10和顆粒物PM2.5；評價標準執(zhí)行《環(huán)境空氣質量標準》(GB3095-2012)，均按二級標準濃度限值為標準[10-11]，具體見第239頁表1。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，再結合Origin 2019對數(shù)據(jù)進行繪制分析。

2 結果與分析

本文研究分析了山西省2020年的環(huán)境空氣質量狀況(綜合指數(shù))、全省環(huán)境空氣質量各級別天數(shù)分布、各污染物濃度變化特征、各市達標天數(shù)與重污染天數(shù)及污染物超標情況。

2.1 山西省2020年環(huán)境空氣質量狀況

山西省2020年的綜合指數(shù)呈類“W”型趨勢發(fā)展，由第239頁圖1看出，綜合指數(shù)范圍在3.48～8.39，在1月份環(huán)境空氣質量綜合指數(shù)最高，到3月份逐步下降，4月份～6月份有略微的波動，7月份、8月份降到最低，空氣質量指數(shù)達到最好，在9月份以后逐步上升，12月份下降。總體而言，全年綜合指數(shù)在1月份、11月份、12月份采暖期間空氣質量指數(shù)普遍高，其他月份環(huán)境空氣質量好轉略有波動，有明顯的月份和季節(jié)空氣質量變化的規(guī)律。

表1 評價指標在GB3095-2012標準中的標準限值

圖1 全省環(huán)境空氣質量綜合指數(shù)變化趨勢

2.2 山西省2020年質量級別分布

2020年全省平均空氣質量級別所占比例如圖2所示。從圖2中可以看出，質量級別優(yōu)良天數(shù)比例分布呈類”M”型變化，1月份～3月份優(yōu)良天數(shù)逐漸增加，優(yōu)良天數(shù)所占百分比由26.1%增加到92.1%，增加了66%，其中,1月份重污染天氣最嚴重，重度污染天數(shù)所占比例達到了19.1%，2月份所占比例為3.4%；4月份～6月份全省的空氣質量級別的優(yōu)良天數(shù)在逐漸遞減，由4月份的86.4%降到了6月份的40.9%，降低了45.5%；7月份～9月份又呈現(xiàn)上升趨勢，由7月份的59%增加到了9月份的90%，增加了31%；10月份、11月份優(yōu)良天數(shù)所占比例略微下降，降低了9%；12月份相對于11月份又增加了4.3%，重污染所占比例為1.2%。

2.3 山西省2020年主要環(huán)境空氣質量指標變化特征及超標情況

2020年全省主要空氣質量指標如圖3所示，主要環(huán)境空氣質量指標中，CO月均濃度在較低水平波動，且均未超過二級標準值；PM2.5、PM10月均濃度總體在1月份～5月份降低，1月份最高點分別達到110 μg/m3、147 μg/m3，其中,1月份PM2.5超過了二級標準值，至6月份再略微升高，7月份、8月份降到最低點，從9月份又開始大幅度上升，11月份分別增加到了54 μg/m3、101 μg/m3，12月份小幅度下降；SO2質量濃度介于10 μg/m3～40 μg/m3變化，且遠低于二級濃度限值水平，其中，在1、2、3、11、12月份其平均濃度略高，多源于在采暖期間大量燃料的燃燒，排放大量氣體，導致空氣中的SO2含量增加；NO2月均質量濃度水平表現(xiàn)為1月份最高(50 μg/m3)，7月份最低(24 μg/m3)，其浮動變化較小，且均未超過二級標準值，產(chǎn)生原因多為車輛尾氣排放及煙廢氣排放；O3的月均濃度變化呈“倒U”型變化，在1月份～6月份大幅度上升，6月份達到最大值，為209 μg/m3，超過了二級標準值，而后又大幅度降低，受太陽光照射強度、NOx、VOCs等因素影響，有明顯的季節(jié)性特征，夏季月均濃度最高，太陽輻射最強，從而導致濃度明顯增加，造成空氣質量污染。

圖2 山西省2020年空氣質量級別所占比例

圖3 山西省2020年主要污染指標各月份濃度均值變化

2020年全省主要污染物超標情況如圖4所示。由圖4可知，CO月均質量濃度都未超標；PM2.5的月均濃度在1月份超標最嚴重，超標2.14倍，其余月份(2、11、12月份)超標情況在0.26～0.66之間。超標較為嚴重的都為冬季采暖期間，受季節(jié)性影響較大。4月份超標0.16倍，多由于春季風沙期；PM10的月均濃度超標也多發(fā)生在冬季采暖期間，1月份超標最嚴重，為1.1倍，供暖期間大量燃料的燃燒排放導致可吸入顆粒增多；NO2月均質量濃度超標僅在1月份和10月份發(fā)生，其中1月份最嚴重，超標倍數(shù)為0.25倍；SO2的月均質量濃度超標發(fā)生在11月份，超標倍數(shù)為0.12倍；O3的月均質量濃度超標情況多發(fā)于夏季，5月份～8月份期間，超標情況逐漸變嚴重，6月份超標倍數(shù)最大為0.31倍，此后又超標情況又逐漸緩解，其原因是在夏季太陽照射高度增加，輻射增多，相對來說其濃度增加導致超標。

圖4 山西省2020年環(huán)境空氣主要污染物超標情況

2.4 山西省2020年各市優(yōu)良天數(shù)和污染天數(shù)變化

2020年山西省各市的優(yōu)良天數(shù)與污染天數(shù)變化情況如圖5所示，全省各市的優(yōu)良天數(shù)占比都在61.3%以上，其中，太原市和臨汾市優(yōu)良天數(shù)少，分別為224 d、225 d，太原市重污染天數(shù)達15 d，臨汾市重污染天數(shù)最多達到了19 d；大同市優(yōu)良天數(shù)占比多達86.3%，全省優(yōu)良天數(shù)最多的市，其次就是朔州市和呂梁市，優(yōu)良天數(shù)比例分別占比78%、77.2%，而呂梁市全年未出現(xiàn)重污染情況，其余各市優(yōu)良天數(shù)相差無幾；各市污染差異所在原因受地理因素、人口數(shù)量和各市相關工廠企業(yè)數(shù)量影響，其次各地的控制政策等也有一定作用。

圖5 全省各市優(yōu)良天數(shù)和污染天數(shù)變化

3 結論

本文通過對2020年山西省環(huán)境空氣質量數(shù)據(jù)分析研究發(fā)現(xiàn)：

1) 2020年山西省環(huán)境空氣質量綜合指數(shù)平均在5.17，各市優(yōu)良天數(shù)占比達到了61.3%以上，重污染天數(shù)減少，甚至呂梁市全年并未出現(xiàn)重污染天，總體呈現(xiàn)良好趨勢。六類主要污染物中，CO、NO2、SO2都低于二級濃度限值水平，其中，SO2月均濃度都達到了一級標準限值。

2) 2020年山西省主要污染物變化特征跟季節(jié)有很大的關系，表現(xiàn)出冬季天氣污染相對嚴重，再加上采暖期間的影響，PM2.5、PM10超標都與其有關。

3) 從2020年山西省的主要污染物變化特征來看，SO2、NO2月均濃度在小范圍內波動變化，而PM2.5、PM10、O3波動變化幅度大，且均有多個月份超標，控制可吸入顆粒及O3的污染是當前比較重要的問題，控制污染源排放，聯(lián)防聯(lián)控，全面推進污染治理。

4) 本文僅利用2020年1月份至12月份山西省環(huán)境空氣質量數(shù)據(jù)進行了簡要的特征分析，鑒于數(shù)據(jù)數(shù)量的有限，大氣環(huán)境質量的具體變化情況仍需要進一步完善和分析，才能夠系統(tǒng)科學的分析山西省未來的環(huán)境空氣質量變化規(guī)律，進而為山西省的未來污染治理規(guī)劃提供一些參考與理論支撐。