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物，是一種常見的天氣現象；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，多個機場出現航班大量延誤和取消，多條高速公路關閉，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、農業、社會經濟的影響也無法忽視[1-3]。山西省是煤炭重工業大省，在發展過程中越來越多面臨著霧霾帶來的挑戰。因此，開展山西省大氣污染現狀及成因分析迫在眉睫。

目前國內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）研究了亞洲地區的空氣污染現象；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的時空變化特征及成因；回瑩等人（2018年）基于河北省PM2.5數據，發現霧霾污染具有顯著的正空間相關性；杜明澤（2018年）探究了東北省霧霾污染的網絡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。

1 數據來源與處理方法

本文中山西省11個城市2015—2019年空氣質量指數和首要污染物數據來源于中華人民共和國生態環境部網站，地區生產總值、常住人口數量數據來源于《山西省統計年鑒》。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。

山西省空氣質量空間分布圖利用ArcGIS軟件繪制；山西省各市空氣質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

山西省空氣質量空間分布如圖1所示。

圖1 山西省空氣質量空間分布圖

山西省城市空氣質量整體超標，以2019年為例，空氣質量指數大體呈現出北低南高的趨勢。以大同為首的北部城市空氣質量較好，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現，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過程中排放的氮氧化物在空氣中進行光化學反應產生；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，再加之地形（多為四周環山的較封閉環境）受限，不利于擴散。另外，太原市作為省會城市，集聚效應明顯，地區生產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，各地市空氣質量先下降后逐步穩定

2015年各地市AQI指數在100以內，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均出現峰值，如臨汾市的AQI指數從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，變化趨于穩定，這與全省推動產業結構調整、加大環保督察處罰力度、機動車限行等措施分不開，這些措施放緩了空氣質量繼續惡化的趨勢，山西省各市近5年空氣質量變化情況如圖2所示。

圖2 山西省各市近5年空氣質量變化情況

2.2.2 從季度變化看，各地市AQI指數冬季最高，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。而在秋季，各市AQI指數在100以內，這與秋季無燃煤取暖壓力和季風及時擴散有關，使秋季空氣質量較好。

圖3 2015年山西省各市四季空氣質量變化情況

2.2.3 從月份變化來看，空氣質量變化呈“W”型

將5年內的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）都出現在1月，AQI月均最低值（除太原）出現在9月。全省（除大同外）1月空氣質量狀況極差，AQI指數“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系。而到了6月還會出現一個“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生化學反應，從而使臭氧濃度升高。

圖4 山西省各市每月空氣質量變化情況

2.3 對策與建議

山西省出現霧霾天氣的原因為產業結構不合理、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，應從以下三方面提出對策：①改變傳統以消耗煤為主的產業結構，積極推進產業錯位發展，可根據山西的人文和自然優勢，大力推廣以文化為依托的旅游產業，同時以現代服務業為支撐發展特色三產，推出特色農業、新型服務業等。②考慮到冬季取暖現狀，一些城鎮周邊仍然存在散煤燃燒供熱的現象，對于較近的密集型住戶應進行供熱線路鋪設，與中心城區一道集中供熱，對較遠的分散型住戶提供環保原料，提高清潔能源利用率，以減少污染物排放；向城鄉結合部、鄉村等地的學校、辦公等集體場所推廣煤氣、電等新能源，代替煤供熱。同時要積極創新，大力發展新能源，不能單單依靠煤進行生產，有條件的地方推廣光伏發電、風力發電等。③適當延長機動車限行的時間，不僅在冬季，其他季節出現空氣質量較差的情況下也應考慮執行。

3 結論

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

山西省空氣質量時間分布特征：各地空氣質量變化呈先下降后逐步穩定趨勢，每一年的季節變化明顯，冬季AQI指數最高，最高出現在1月，秋季AQI指數最低，最低出現在9月。

針對山西省霧霾天氣出現的原因提出優化產業結構、尋找和開發替代能源、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。