山西省2020年环境空气质量变化特征分析

吴治平

(吕梁市生态环境局孝义分局，山西 孝义 032300)

引 言

随着生产力水平的提高，环境空气质量问题日益严重，而且在进一步恶化。空气污染是造成全球疾病负担的一个重要因素，每年有850多万人死于空气污染。空气污染包括颗粒物(PM)和气体的混合物，它们单独或相互作用或与环境相互作用时具有有毒特性[1-3]。山西省是典型的能源大省，为国家经济发展作出贡献的同时，环境空气质量问题也越来越严重[4]。如何加强环境空气质量防治、改善环境空气质量，是全省十分关注的问题，开展环境空气污染治理迫在眉睫。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

山西位于中国华北地区，东与河北为邻，西与陕西相望，南与河南接壤，北与内蒙古毗连，介于北纬34°34′-40°44′，东经110°14′-114°33′之间，总面积15.67万平方千米[5]。

山西省地势呈东北斜向西南的平行四边形，是典型的为黄土覆盖的山地高原，地势东北高西南低。高原内部起伏不平，河谷纵横，地貌有山地、丘陵、台地、平原，山区面积占总面积的80.1%。山西省地跨黄河、海河两大水系，河流属于自产外流型水系。山西省地处中纬度地带的内陆，属温带大陆性季风气候[6-8]。山西特殊的地形，大多数地区都属于山区，大气系统相对封闭，空气不容易流通，从而使污染物无法消散，造成大气污染。

1.2 数据来源及分析方法

本文所使用研究数据均来源于山西省生态环境监测中心发布的山西省环境空气质量报告[9]。数据时间范围为2020年1月份至12月份。本文所有数据分析均采用对比分析法，将2020年1月份到12月份的环境空气质量数据进行了对比分析和特征揭示。

城市环境空气质量评价项目为SO2、NO2、CO、O3、颗粒物PM10和颗粒物PM2.5；评价标准执行《环境空气质量标准》(GB3095-2012)，均按二级标准浓度限值为标准[10-11]，具体见第239页表1。

1.3 数据处理

利用Excel进行数据统计分析，再结合Origin 2019对数据进行绘制分析。

2 结果与分析

本文研究分析了山西省2020年的环境空气质量状况(综合指数)、全省环境空气质量各级别天数分布、各污染物浓度变化特征、各市达标天数与重污染天数及污染物超标情况。

2.1 山西省2020年环境空气质量状况

山西省2020年的综合指数呈类“W”型趋势发展，由第239页图1看出，综合指数范围在3.48～8.39，在1月份环境空气质量综合指数最高，到3月份逐步下降，4月份～6月份有略微的波动，7月份、8月份降到最低，空气质量指数达到最好，在9月份以后逐步上升，12月份下降。总体而言，全年综合指数在1月份、11月份、12月份采暖期间空气质量指数普遍高，其他月份环境空气质量好转略有波动，有明显的月份和季节空气质量变化的规律。

表1 评价指标在GB3095-2012标准中的标准限值

图1 全省环境空气质量综合指数变化趋势

2.2 山西省2020年质量级别分布

2020年全省平均空气质量级别所占比例如图2所示。从图2中可以看出，质量级别优良天数比例分布呈类”M”型变化，1月份～3月份优良天数逐渐增加，优良天数所占百分比由26.1%增加到92.1%，增加了66%，其中,1月份重污染天气最严重，重度污染天数所占比例达到了19.1%，2月份所占比例为3.4%；4月份～6月份全省的空气质量级别的优良天数在逐渐递减，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月份又呈现上升趋势，由7月份的59%增加到了9月份的90%，增加了31%；10月份、11月份优良天数所占比例略微下降，降低了9%；12月份相对于11月份又增加了4.3%，重污染所占比例为1.2%。

2.3 山西省2020年主要环境空气质量指标变化特征及超标情况

2020年全省主要空气质量指标如图3所示，主要环境空气质量指标中，CO月均浓度在较低水平波动，且均未超过二级标准值；PM2.5、PM10月均浓度总体在1月份～5月份降低，1月份最高点分别达到110 μg/m3、147 μg/m3，其中,1月份PM2.5超过了二级标准值，至6月份再略微升高，7月份、8月份降到最低点，从9月份又开始大幅度上升，11月份分别增加到了54 μg/m3、101 μg/m3，12月份小幅度下降；SO2质量浓度介于10 μg/m3～40 μg/m3变化，且远低于二级浓度限值水平，其中，在1、2、3、11、12月份其平均浓度略高，多源于在采暖期间大量燃料的燃烧，排放大量气体，导致空气中的SO2含量增加；NO2月均质量浓度水平表现为1月份最高(50 μg/m3)，7月份最低(24 μg/m3)，其浮动变化较小，且均未超过二级标准值，产生原因多为车辆尾气排放及烟废气排放；O3的月均浓度变化呈“倒U”型变化，在1月份～6月份大幅度上升，6月份达到最大值，为209 μg/m3，超过了二级标准值，而后又大幅度降低，受太阳光照射强度、NOx、VOCs等因素影响，有明显的季节性特征，夏季月均浓度最高，太阳辐射最强，从而导致浓度明显增加，造成空气质量污染。

图2 山西省2020年空气质量级别所占比例

图3 山西省2020年主要污染指标各月份浓度均值变化

2020年全省主要污染物超标情况如图4所示。由图4可知，CO月均质量浓度都未超标；PM2.5的月均浓度在1月份超标最严重，超标2.14倍，其余月份(2、11、12月份)超标情况在0.26～0.66之间。超标较为严重的都为冬季采暖期间，受季节性影响较大。4月份超标0.16倍，多由于春季风沙期；PM10的月均浓度超标也多发生在冬季采暖期间，1月份超标最严重，为1.1倍，供暖期间大量燃料的燃烧排放导致可吸入颗粒增多；NO2月均质量浓度超标仅在1月份和10月份发生，其中1月份最严重，超标倍数为0.25倍；SO2的月均质量浓度超标发生在11月份，超标倍数为0.12倍；O3的月均质量浓度超标情况多发于夏季，5月份～8月份期间，超标情况逐渐变严重，6月份超标倍数最大为0.31倍，此后又超标情况又逐渐缓解，其原因是在夏季太阳照射高度增加，辐射增多，相对来说其浓度增加导致超标。

图4 山西省2020年环境空气主要污染物超标情况

2.4 山西省2020年各市优良天数和污染天数变化

2020年山西省各市的优良天数与污染天数变化情况如图5所示，全省各市的优良天数占比都在61.3%以上，其中，太原市和临汾市优良天数少，分别为224 d、225 d，太原市重污染天数达15 d，临汾市重污染天数最多达到了19 d；大同市优良天数占比多达86.3%，全省优良天数最多的市，其次就是朔州市和吕梁市，优良天数比例分别占比78%、77.2%，而吕梁市全年未出现重污染情况，其余各市优良天数相差无几；各市污染差异所在原因受地理因素、人口数量和各市相关工厂企业数量影响，其次各地的控制政策等也有一定作用。

图5 全省各市优良天数和污染天数变化

3 结论

本文通过对2020年山西省环境空气质量数据分析研究发现：

1) 2020年山西省环境空气质量综合指数平均在5.17，各市优良天数占比达到了61.3%以上，重污染天数减少，甚至吕梁市全年并未出现重污染天，总体呈现良好趋势。六类主要污染物中，CO、NO2、SO2都低于二级浓度限值水平，其中，SO2月均浓度都达到了一级标准限值。

2) 2020年山西省主要污染物变化特征跟季节有很大的关系，表现出冬季天气污染相对严重，再加上采暖期间的影响，PM2.5、PM10超标都与其有关。

3) 从2020年山西省的主要污染物变化特征来看，SO2、NO2月均浓度在小范围内波动变化，而PM2.5、PM10、O3波动变化幅度大，且均有多个月份超标，控制可吸入颗粒及O3的污染是当前比较重要的问题，控制污染源排放，联防联控，全面推进污染治理。

4) 本文仅利用2020年1月份至12月份山西省环境空气质量数据进行了简要的特征分析，鉴于数据数量的有限，大气环境质量的具体变化情况仍需要进一步完善和分析，才能够系统科学的分析山西省未来的环境空气质量变化规律，进而为山西省的未来污染治理规划提供一些参考与理论支撑。