太原市2020年春節(jié)期間空氣質(zhì)量分析

王 欣，馬俊祥

（吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000）

太原市作為山西省一個典型的煤炭資源型城市，空氣污染較為嚴重[1]。現(xiàn)如今，空氣質(zhì)量的優(yōu)劣除了影響人體健康外，也逐漸成為城市軟實力的象征。2019年底，武漢市暴發(fā)了傳染性極強的重大公共衛(wèi)生事件，為此，各級政府迅速發(fā)布并實施一系列管控措施，如居民居家隔離、汽車限號、工業(yè)企業(yè)停工等[2]。這些防控措施有效阻斷了一些大氣污染的源頭，形成一個大氣污染窗口期，為研究空氣質(zhì)量的影響因素提供了不可多得的機會。因此，學者紛紛開始關(guān)注此階段空氣質(zhì)量的變化及影響因素。王愛平等[3]對防控階段南京及周邊省份省會城市的空氣質(zhì)量與5年同期進行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，防控階段該區(qū)域的空氣質(zhì)量無論是時間還是空間上都有變好趨勢；吳旋等[4]通過分析沿江典型城市大氣污染物來源，發(fā)現(xiàn)疫情管控期間區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量指數(shù)較前兩年同期分別下降43%和50%；CHEN 等[5]的研究表明，嚴格的管控措施使武漢市和全國的NO2、細顆粒物（PM2.5）和可吸收顆粒物（PM10）明顯下降。綜上所述，特殊時期的特殊措施能夠有效改善空氣質(zhì)量。

關(guān)于太原市的空氣質(zhì)量研究較少，且多集中于單項污染物以及與氣象因子的相關(guān)性分析[6-9]，嚴格的防控措施對太原市空氣質(zhì)量的影響研究還鮮有報道。本研究選取2020年春節(jié)期間重大公共衛(wèi)生事件突發(fā)時段以及2015—2019年同時段太原市的日均空氣質(zhì)量指數(shù)和污染物濃度，評價對比太原市近幾年同時段的空氣質(zhì)量變化，為當?shù)卮髿馕廴局卫硖峁﹨⒖家罁?jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)描述

根據(jù)山西省太原市政府重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件防控工作指揮部的公告、通告中關(guān)于防控措施的變化以及太原市過去空氣質(zhì)量變化特點，本研究選取的調(diào)查時間段為2020年1月21日至3月10日，共計50 d。其中，1月20日晚，中國工程院院士鐘南山宣布新型冠狀病毒傳染性極強；1月25日，山西省啟動突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級響應(yīng)；1月29日，城際公交線路和服務(wù)鄉(xiāng)村公交班線暫停運營，全體出租車按單雙號運營；2月3日起，重要國計民生的相關(guān)企業(yè)（煤炭、電力、煤層氣生產(chǎn)等）復(fù)工；2月10日，逐漸分層分區(qū)分級進行防控，逐漸開始復(fù)工復(fù)產(chǎn)；2月24日，山西省突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急響應(yīng)級別由一級調(diào)整為二級；3月10日起，山西省突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急響應(yīng)級別由二級調(diào)整為三級。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095—2012）和空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）對太原市的空氣質(zhì)量進行評價，利用SPSS 23 軟件對空氣質(zhì)量指數(shù)與6 項污染物的相關(guān)性進行分析。其中，日均AQI值、6 項污染物濃度從真氣網(wǎng)（https://www.zq12369.com/）獲得。

2 結(jié)果與分析

2.1 2020年春節(jié)期間空氣質(zhì)量變化特征

研究時段太原市空氣質(zhì)量特征如圖1所示。一是1月21日至3月10日50 d 內(nèi)，除有6 d 的AQI值超過200 為重度污染天氣外，太原市空氣質(zhì)量總體良好，優(yōu)良天數(shù)占總天數(shù)的56%；二是1月29日前污染天氣比較集中，其污染天數(shù)占全部污染天數(shù)（22 d）的36.36%，說明太原市空氣質(zhì)量變化遵循冬季總體較差、春季過渡性強的基本規(guī)律；三是1月29日起空氣質(zhì)量明顯改善，1月29日至2月5日的空氣質(zhì)量在良與優(yōu)之間變動，防控措施對空氣質(zhì)量的改善作用突出；2月6-13日，污染天數(shù)占全部天數(shù)（8 d）的75%，說明逐步復(fù)工復(fù)產(chǎn)的煤炭等關(guān)乎國民生計的工業(yè)企業(yè)對太原市空氣質(zhì)量影響較大；四是空氣質(zhì)量等級并不能長期維持在一個狀態(tài)，會隨時間呈現(xiàn)跳躍變化。

圖1 研究時段太原市日均AQI 值變化

2.2 春節(jié)前后同時期空氣質(zhì)量比較分析

為進一步探討防控措施對太原市空氣質(zhì)量的影響，對太原市2015年以來每年與調(diào)查時段同時段的日均AQI值進行比較，如圖2所示。從圖2 可以看出，2020年1月29日以前和2月22日以后的空氣質(zhì)量變化與往年同時段的變化相似，除2月6日、7日為重度污染天氣，1月29日至2月22日這段時間，太原市AQI值都較往年波動小，優(yōu)良天數(shù)占全部天數(shù)（25 d）的72%，說明與2015—2019年同期相比，2020年春節(jié)期間太原市空氣質(zhì)量較好；2015—2020年同時期，優(yōu)良天數(shù)占比分別為60%、68%、56%、52%、38%和56%，由此可以看出，防控措施的實施打破了近幾年此時期太原市空氣質(zhì)量持續(xù)惡化的趨勢，恢復(fù)了空氣質(zhì)量逐漸優(yōu)良的狀態(tài)。2020年調(diào)查時段，AQI在2月15日達到最低值（37），較2015年谷值（49）下降24%，較2016年谷值（35）上升5%，較2017年谷值（47）下降21%，較2018年谷值（52）下降10%，較2019年谷值（41）下降10%；AQI平均值為107，較2019年（126）下降15%，較2018年（105）上升2%，較2017年（117）下降9%，較2016年（79）和2015年（98）分別上升35%、9%。這說明與2017-2019年同期相比，2020年春節(jié)期間太原市空氣質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)。

圖2 太原市2015—2020年同一研究時段日均AQI 值比較

2.3 2020年春節(jié)期間各項污染物濃度變化

太原市2020年研究時段顆粒物濃度變化規(guī)律顯示，PM2.5與PM10變化趨勢高度一致，1月污染最重，PM2.5和PM10濃度分別為66 ～217 μg/m3和83 ～252 μg/m3；2月次之，濃度分別為10 ～201μg/m3、31 ～250 μg/m3；3月顆粒物濃度較低，PM2.5和PM10濃度分別為8 ～91 μg/m3和26 ～147 μg/m3。太原市2020年研究時段4 種氣態(tài)污染物濃度年變化規(guī)律顯示，除O3變化為上升型曲線外，其他氣態(tài)污染物變化均為下降型曲線，這符合大多數(shù)北方城市的污染物濃度變化規(guī)律[10-11]。其中，1月污染最嚴重，SO2、NO2和CO 的濃度分別為18 ～38 μg/m3、25 ～72 μg/m3和1.0 ～1.9 mg/m3；2月次之，3月三者濃度較低。O3在3月處于較高污染水平，濃度為52 ～102 μg/m3。

2.4 防控措施對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響

防控措施主要有4 項，對應(yīng)4 個階段。一是1月25日起，山西省啟動重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級響應(yīng)；二是1月29日00:00 起，全體出租車按單雙號規(guī)定運營；三是2月10日00:00 起，部分工業(yè)企業(yè)開始復(fù)工復(fù)產(chǎn)；四是2月24日00:00 起，山西省突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急響應(yīng)級別由一級調(diào)整為二級。4項措施開始時間至研究時段末的總天數(shù)分別為46 d、42 d、30 d 和16 d。防控措施對太原市空氣質(zhì)量的影響如表1所示。

將研究時段太原市的空氣質(zhì)量變化特征、6 項污染物的時間變化特征、政府采取的分段防控措施聯(lián)系可知（見圖1、圖2 和表1），1月25日至2月10日是太原市針對重大公共衛(wèi)生事件采取防控措施及實施力度不斷增強的時期，6 項污染物的濃度總體呈下降趨勢，優(yōu)良天數(shù)總占比增加到17.4%；2月10日以后，部分工業(yè)企業(yè)開始復(fù)工復(fù)產(chǎn)，但管控仍然比較嚴格，優(yōu)良天數(shù)總占比繼續(xù)增加，達到23.9%；2月24日后，太原市仍在分層分區(qū)管控條件下恢復(fù)生產(chǎn)生活，雖然優(yōu)良天數(shù)占比較2月10—23日下降4.5%，但研究時段的總優(yōu)良率達到60.9%，說明防控措施的實施能夠保護大氣環(huán)境。1月29日車輛限行之后，連續(xù)8 d 空氣質(zhì)量為良，而2月24日突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急響應(yīng)調(diào)整為二級后，空氣質(zhì)量波動較大，污染天氣頻繁出現(xiàn)。顯然，不同力度的防控措施對空氣質(zhì)量變化的影響不同。

表1 防控措施對太原市空氣質(zhì)量的影響

2.5 AQI 與各項污染物的相關(guān)性

將研究時段的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）與PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3分別做相關(guān)性分析，闡明影響太原市空氣質(zhì)量的主要污染物，如表2所示。2015-2020年研究時段，PM2.5、PM10始終與AQI呈顯著性相關(guān)，其中，AQI與PM2.5的歷年相關(guān)系數(shù)均大于0.9，2020年P(guān)M2.5、PM10與AQI的相關(guān)系數(shù)最大，分別為0.992、0.969。2015年、2018年以及2019年，SO2、CO、NO2與AQI的相關(guān)系數(shù)均低于0.5，其中，CO 較其他兩種污染物與AQI的相關(guān)程度最低，有的甚至出現(xiàn)負相關(guān)。而2020年的SO2、CO 及NO2與AQI的相關(guān)性都相對較好，尤其是CO 與AQI的相關(guān)系數(shù)達到0.913，與前5年形成較大反差。2015—2020年研究時段，O3與AQI的相關(guān)系數(shù)始終低于0.4。整體來看，調(diào)查時段內(nèi)PM2.5和PM10是影響太原市空氣質(zhì)量的主要污染物，特殊的是2020年春節(jié)期間CO也成為污染空氣的元兇之一。

表2 2015—2020年研究時段太原市空氣質(zhì)量指數(shù)與6 項污染物的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

2020年春節(jié)時段是一個特殊的節(jié)能減排時期，本文利用太原市2015—2020年的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進行分析，然后得出結(jié)論。第一，太原市空氣質(zhì)量較差，污染嚴重，空氣質(zhì)量為優(yōu)的天數(shù)占調(diào)查總天數(shù)的6%。2017年1月連續(xù)出現(xiàn)2 d 重度污染天氣，這可能是由于冬季逆溫現(xiàn)象多發(fā)，煤炭燃燒、煙花爆竹燃放、工廠排放的廢氣在短時間內(nèi)不易擴散，導(dǎo)致重污染天氣的產(chǎn)生。但2018—2020年春節(jié)期間的空氣質(zhì)量也在改善，這表明春節(jié)期間空氣質(zhì)量管控措施和重大公共衛(wèi)生事件防控措施可以改善空氣質(zhì)量。第二，雖然太原市總體空氣質(zhì)量較差，但針對性的防控措施打破了近幾年太原市空氣質(zhì)量持續(xù)惡化的趨勢，2015—2020年調(diào)查同時期，優(yōu)良天數(shù)呈現(xiàn)波動上升趨勢，恢復(fù)了空氣質(zhì)量逐漸優(yōu)良的狀態(tài)。此外，2020年春節(jié)期間除了O3，其他幾項大氣污染物濃度均有所下降，這些污染物大多來自交通排放、工業(yè)企業(yè)廢氣排放等，管控措施導(dǎo)致太原市部分工廠停產(chǎn)，交通流量減少。因此，大氣污染物濃度水平下降。第三，不同的防控措施對空氣質(zhì)量變化的影響不同。2020年1月21—28日，太原市空氣質(zhì)量指數(shù)級別為三級以上；直到1月29日實施出租車限號措施后，空氣質(zhì)量指數(shù)連續(xù)8 d 為二級，優(yōu)良天數(shù)占比增加了17.4%；2月24日突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急響應(yīng)級別調(diào)整為二級后，空氣質(zhì)量指數(shù)波動較大，經(jīng)常出現(xiàn)中度和重度污染天氣?？梢姡囄矚馀欧攀怯绊懱锌諝赓|(zhì)量的重要因素。第四，2015—2020年研究時段內(nèi)太原市的主要污染物為PM2.5、PM10，但特殊的是2020年春節(jié)期間CO 也成為污染空氣的主要因素之一，相比前5年與AQI的相關(guān)性大幅上升。這可能是由于病毒流行之時正逢春節(jié)之際，大量務(wù)工人員回鄉(xiāng)或滯留太原市，居民的取暖需求大量增長；關(guān)乎國計民生的高污染行業(yè)（火力發(fā)電、鋼鐵行業(yè)）等并未完全停工，導(dǎo)致CO 大量排放。

通過分析2020年春節(jié)期間太原市的空氣質(zhì)量，筆者針對太原市大氣污染防治提出3 點建議。第一，要繼續(xù)優(yōu)化和推進太原市的大氣污染綜合治理行動計劃。汽車限號措施雖有利于降低空氣質(zhì)量指數(shù)，但空氣質(zhì)量等級為一級的天數(shù)占比依舊很小，說明工業(yè)生產(chǎn)和居民生活排放的大氣污染物依舊較多。太原市作為煤炭型工業(yè)城市，加強工業(yè)、交通、生活污染的綜合防治才是治理之道。第二，加大環(huán)保監(jiān)管力度。2015—2020年，太原市重度污染天氣現(xiàn)象時常發(fā)生，在控制源頭污染的同時，生態(tài)環(huán)境部門應(yīng)繼續(xù)加強監(jiān)管，實時主動地向相關(guān)部門匯報情況，形成高效的大氣污染治理體系。第三，太原市的大氣污染和空氣質(zhì)量狀況研究較少。空氣污染的成因及影響因素錯綜復(fù)雜，本研究只探究了2020年重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件的防控措施對太原市空氣質(zhì)量的影響，而地形、氣象等自然條件對太原市空氣質(zhì)量有何影響，是否形成一定的影響規(guī)律，這還需要進一步探究。