山西省2020年環(huán)境空氣質(zhì)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(zhì)量問(wèn)題日益嚴(yán)重，而且在進(jìn)一步惡化。空氣污染是造成全球疾病負(fù)擔(dān)的一個(gè)重要因素，每年有850多萬(wàn)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(dú)或相互作用或與環(huán)境相互作用時(shí)具有有毒特性[1-3]。山西省是典型的能源大省，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)的同時(shí)，環(huán)境空氣質(zhì)量問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重[4]。如何加強(qiáng)環(huán)境空氣質(zhì)量防治、改善環(huán)境空氣質(zhì)量，是全省十分關(guān)注的問(wèn)題，開(kāi)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(guó)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(nèi)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(wàn)平方千米[5]。

山西省地勢(shì)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(shì)東北高西南低。高原內(nèi)部起伏不平，河谷縱橫，地貌有山地、丘陵、臺(tái)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(nèi)陸，屬溫帶大陸性季風(fēng)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(duì)封閉，空氣不容易流通，從而使污染物無(wú)法消散，造成大氣污染。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及分析方法

本文所使用研究數(shù)據(jù)均來(lái)源于山西省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心發(fā)布的山西省環(huán)境空氣質(zhì)量報(bào)告[9]。數(shù)據(jù)時(shí)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(duì)比分析法，將2020年1月份到12月份的環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析和特征揭示。

城市環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)項(xiàng)目為SO2、NO2、CO、O3、顆粒物PM10和顆粒物PM2.5；評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)，均按二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濃度限值為標(biāo)準(zhǔn)[10-11]，具體見(jiàn)第239頁(yè)表1。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，再結(jié)合Origin 2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制分析。

2 結(jié)果與分析

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

2.1 山西省2020年環(huán)境空氣質(zhì)量狀況

山西省2020年的綜合指數(shù)呈類“W”型趨勢(shì)發(fā)展，由第239頁(yè)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(zhì)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(dòng)，7月份、8月份降到最低，空氣質(zhì)量指數(shù)達(dá)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(zhì)量指數(shù)普遍高，其他月份環(huán)境空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)略有波動(dòng)，有明顯的月份和季節(jié)空氣質(zhì)量變化的規(guī)律。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)在GB3095-2012標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)限值

圖1 全省環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)變化趨勢(shì)

2.2 山西省2020年質(zhì)量級(jí)別分布

2020年全省平均空氣質(zhì)量級(jí)別所占比例如圖2所示。從圖2中可以看出，質(zhì)量級(jí)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(yán)重，重度污染天數(shù)所占比例達(dá)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(zhì)量級(jí)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(shì)，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(duì)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(zhì)量指標(biāo)變化特征及超標(biāo)情況

2020年全省主要空氣質(zhì)量指標(biāo)如圖3所示，主要環(huán)境空氣質(zhì)量指標(biāo)中，CO月均濃度在較低水平波動(dòng)，且均未超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)分別達(dá)到110 μg/m3、147 μg/m3，其中,1月份PM2.5超過(guò)了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，至6月份再略微升高，7月份、8月份降到最低點(diǎn)，從9月份又開(kāi)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(zhì)量濃度介于10 μg/m3～40 μg/m3變化，且遠(yuǎn)低于二級(jí)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(dǎo)致空氣中的SO2含量增加；NO2月均質(zhì)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(dòng)變化較小，且均未超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，產(chǎn)生原因多為車(chē)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(dá)到最大值，為209 μg/m3，超過(guò)了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，而后又大幅度降低，受太陽(yáng)光照射強(qiáng)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(yáng)輻射最強(qiáng)，從而導(dǎo)致濃度明顯增加，造成空氣質(zhì)量污染。

圖2 山西省2020年空氣質(zhì)量級(jí)別所占比例

圖3 山西省2020年主要污染指標(biāo)各月份濃度均值變化

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

圖4 山西省2020年環(huán)境空氣主要污染物超標(biāo)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(dá)15 d，臨汾市重污染天數(shù)最多達(dá)到了19 d；大同市優(yōu)良天數(shù)占比多達(dá)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(wú)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(guān)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(jié)論

本文通過(guò)對(duì)2020年山西省環(huán)境空氣質(zhì)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(zhì)量綜合指數(shù)平均在5.17，各市優(yōu)良天數(shù)占比達(dá)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(shì)。六類主要污染物中，CO、NO2、SO2都低于二級(jí)濃度限值水平，其中，SO2月均濃度都達(dá)到了一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系，表現(xiàn)出冬季天氣污染相對(duì)嚴(yán)重，再加上采暖期間的影響，PM2.5、PM10超標(biāo)都與其有關(guān)。

3) 從2020年山西省的主要污染物變化特征來(lái)看，SO2、NO2月均濃度在小范圍內(nèi)波動(dòng)變化，而PM2.5、PM10、O3波動(dòng)變化幅度大，且均有多個(gè)月份超標(biāo)，控制可吸入顆粒及O3的污染是當(dāng)前比較重要的問(wèn)題，控制污染源排放，聯(lián)防聯(lián)控，全面推進(jìn)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(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的特征分析，鑒于數(shù)據(jù)數(shù)量的有限，大氣環(huán)境質(zhì)量的具體變化情況仍需要進(jìn)一步完善和分析，才能夠系統(tǒng)科學(xué)的分析山西省未來(lái)的環(huán)境空氣質(zhì)量變化規(guī)律，進(jìn)而為山西省的未來(lái)污染治理規(guī)劃提供一些參考與理論支撐。