山西省城市霧霾天氣時空分布特征

張夏青

（河南理工大學，河南 焦作454003；晉城市規(guī)劃和自然資源局，山西 晉城048000）

霧霾是霧和霾的組合詞。霧指在接近地球表面、大氣中懸浮的由小水滴或冰晶組成的水汽凝結(jié)物，是一種常見的天氣現(xiàn)象；霾，也稱灰霾（煙霞），指原因不明的因大量煙、塵等微粒懸浮而形成的渾濁現(xiàn)象。二者都能使大氣混濁、視野模糊、能見度降低。從《2018年中國氣候公報》中看出，京津冀及周邊地區(qū)被霧霾籠罩，污染“爆表”，多城市啟動空氣重污染紅色預警，多個機場出現(xiàn)航班大量延誤和取消，多條高速公路關(guān)閉，呼吸道疾病患者增多，說明霧霾天氣對交通和健康影響很大。不僅如此，霧霾天氣對旅游業(yè)、農(nóng)業(yè)、社會經(jīng)濟的影響也無法忽視[1-3]。山西省是煤炭重工業(yè)大省，在發(fā)展過程中越來越多面臨著霧霾帶來的挑戰(zhàn)。因此，開展山西省大氣污染現(xiàn)狀及成因分析迫在眉睫。

目前國內(nèi)外學者對霧霾天氣的時空特征進行了分析研究[4-9]，BERIT等人（2000年）研究了南非中部沙漠和植被受霧的影響；HOSSEINI等人（2001年）研究了亞洲地區(qū)的空氣污染現(xiàn)象；錢峻屏等人（2006）分析了廣東省霧霾天氣下能見度的時空分布特征；魏海茹等人（2015年）研究了山西霧霾日數(shù)的時空變化特征及成因；回瑩等人（2018年）基于河北省PM2.5數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)霧霾污染具有顯著的正空間相關(guān)性；杜明澤（2018年）探究了東北省霧霾污染的網(wǎng)絡(luò)傳播特征以及空間集聚特征。本文對山西省霧霾天氣的時空分布特征及其成因進行了分析，為決策部門治理大氣污染提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與處理方法

本文中山西省11個城市2015—2019年空氣質(zhì)量指數(shù)和首要污染物數(shù)據(jù)來源于中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部網(wǎng)站，地區(qū)生產(chǎn)總值、常住人口數(shù)量數(shù)據(jù)來源于《山西省統(tǒng)計年鑒》。本文從時間和空間兩個維度分析山西省各地市霧霾污染的現(xiàn)狀特點及變化趨勢。文中春季為3—5月、夏季為6—8月、秋季為9—11月、冬季為12月至翌年2月。

山西省空氣質(zhì)量空間分布圖利用ArcGIS軟件繪制；山西省各市空氣質(zhì)量狀況的時間變化圖利用office2007繪制，主要分為年度變化、季度變化和月份變化。

2 山西省霧霾天氣的時空分布特征

2.1 山西省霧霾天氣的空間分布特征

山西省空氣質(zhì)量空間分布如圖1所示。

圖1 山西省空氣質(zhì)量空間分布圖

山西省城市空氣質(zhì)量整體超標，以2019年為例，空氣質(zhì)量指數(shù)大體呈現(xiàn)出北低南高的趨勢。以大同為首的北部城市空氣質(zhì)量較好，南部（晉城、運城、臨汾）三市和省會城市（太原）污染嚴重。分析污染嚴重的4個城市的主要污染物發(fā)現(xiàn)，其中5—10月主要污染物為臭氧8小時，主要來自于機動車尾氣、化石燃料燃燒和生產(chǎn)過程中排放的氮氧化物在空氣中進行光化學反應(yīng)產(chǎn)生；其余月份主要污染物為PM2.5，主要與煤炭等各種燃料燃燒、機動車尾氣排放等有關(guān)，再加之地形（多為四周環(huán)山的較封閉環(huán)境）受限，不利于擴散。另外，太原市作為省會城市，集聚效應(yīng)明顯，地區(qū)生產(chǎn)總值和人口密度都排在第一位，大量的人為活動也帶來了污染排放，導致太原市霧霾天氣污染嚴重。

2.2 山西省霧霾天氣的時間分布特征

2.2.1 從年度變化看，各地市空氣質(zhì)量先下降后逐步穩(wěn)定

2015年各地市AQI指數(shù)在100以內(nèi)，其中大同最低，為78.8，長治最高，為97.96。2017年，太原、陽泉、晉中、運城、忻州、臨汾和呂梁的AQI均出現(xiàn)峰值，如臨汾市的AQI指數(shù)從2015年的88.24飆升為2017年的131.13，增長了48.6%。2018年之后各地有所緩和，變化趨于穩(wěn)定，這與全省推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、加大環(huán)保督察處罰力度、機動車限行等措施分不開，這些措施放緩了空氣質(zhì)量繼續(xù)惡化的趨勢，山西省各市近5年空氣質(zhì)量變化情況如圖2所示。

圖2 山西省各市近5年空氣質(zhì)量變化情況

2.2.2 從季度變化看，各地市AQI指數(shù)冬季最高，秋季最低

將2015-03—2016-02的AQI值以季度劃分后進行平均繪制，如圖3所示。除大同和呂梁外，各市冬季AQI指數(shù)都超過了100，其主要超標項為PM2.5，這與冬季燃煤取暖、機動車尾氣排放、人工能耗增加以及天氣干冷無風有關(guān)。而在秋季，各市AQI指數(shù)在100以內(nèi)，這與秋季無燃煤取暖壓力和季風及時擴散有關(guān)，使秋季空氣質(zhì)量較好。

圖3 2015年山西省各市四季空氣質(zhì)量變化情況

2.2.3 從月份變化來看，空氣質(zhì)量變化呈“W”型

將5年內(nèi)的AQI同期值平均后進行繪制，如圖4所示。各地AQI月均最高值（除太原和大同外）都出現(xiàn)在1月，AQI月均最低值（除太原）出現(xiàn)在9月。全?。ǔ笸猓?月空氣質(zhì)量狀況極差，AQI指數(shù)“爆表”，首要污染物為PM2.5，這與能源消耗和氣候特征有密不可分的關(guān)系。而到了6月還會出現(xiàn)一個“小高峰”，首要污染物為臭氧8小時，因為夏季高溫強光致使氮氧化物發(fā)生化學反應(yīng)，從而使臭氧濃度升高。

圖4 山西省各市每月空氣質(zhì)量變化情況

2.3 對策與建議

山西省出現(xiàn)霧霾天氣的原因為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、冬季取暖耗能大、煤炭能源利用過度和機動車尾氣排放量大。因此，應(yīng)從以下三方面提出對策：①改變傳統(tǒng)以消耗煤為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，積極推進產(chǎn)業(yè)錯位發(fā)展，可根據(jù)山西的人文和自然優(yōu)勢，大力推廣以文化為依托的旅游產(chǎn)業(yè)，同時以現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為支撐發(fā)展特色三產(chǎn)，推出特色農(nóng)業(yè)、新型服務(wù)業(yè)等。②考慮到冬季取暖現(xiàn)狀，一些城鎮(zhèn)周邊仍然存在散煤燃燒供熱的現(xiàn)象，對于較近的密集型住戶應(yīng)進行供熱線路鋪設(shè)，與中心城區(qū)一道集中供熱，對較遠的分散型住戶提供環(huán)保原料，提高清潔能源利用率，以減少污染物排放；向城鄉(xiāng)結(jié)合部、鄉(xiāng)村等地的學校、辦公等集體場所推廣煤氣、電等新能源，代替煤供熱。同時要積極創(chuàng)新，大力發(fā)展新能源，不能單單依靠煤進行生產(chǎn)，有條件的地方推廣光伏發(fā)電、風力發(fā)電等。③適當延長機動車限行的時間，不僅在冬季，其他季節(jié)出現(xiàn)空氣質(zhì)量較差的情況下也應(yīng)考慮執(zhí)行。

3 結(jié)論

山西省空氣質(zhì)量空間分布特征：整體形勢嚴峻，空氣質(zhì)量超標城市過半，北部城市空氣質(zhì)量明顯優(yōu)于南部城市和省會，空氣質(zhì)量指數(shù)呈現(xiàn)出北低南高的分布特征。

山西省空氣質(zhì)量時間分布特征：各地空氣質(zhì)量變化呈先下降后逐步穩(wěn)定趨勢，每一年的季節(jié)變化明顯，冬季AQI指數(shù)最高，最高出現(xiàn)在1月，秋季AQI指數(shù)最低，最低出現(xiàn)在9月。

針對山西省霧霾天氣出現(xiàn)的原因提出優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、尋找和開發(fā)替代能源、提高集中供熱覆蓋率、合理延長限行時效等建議，為決策部門提供參考。