山西省臭氧污染變化特征探析

南瑞賢

(山西省生態環境監測和應急保障中心，山西 太原 030027)

近年來，城市PM2.5污染有所改善的同時臭氧呈上升趨勢。高濃度臭氧會對人體呼吸系統和心臟系統造成危害，同時降低植物的生長力[1]。對于臭氧的來源問題，目前已經有了較為一致的研究結果，即，城市中人類工業生產和生活活動頻繁，NOx和VOCs等臭氧前體物排放量大，在夏秋季等氣溫較高、光照較為強烈的氣象條件下，臭氧生成速率加快，有利地推高了空氣中臭氧濃度[2]。

山西省是煤炭資源大省，而且是首個能源革命綜合改革試點，雖然近年來全省環境空氣質量狀況有了明顯改善，但受產業結構、機動車保有量增長等多項因素影響，生態環境形勢依然嚴峻。山西省空氣監測數據顯示，2018年-2019年，臭氧是六項污染物中超標天數增長最多的污染物。為此，針對山西省臭氧污染防治問題探討及工作推進迫在眉睫。

本文對山西省國控點位的臭氧污染時空變化特征進行分析，以期為當地政府制定切實可行的環境管理政策提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

臭氧濃度以日最大8小時滑動平均值第90百分位數計算。數據來自2018年-2019年山西省11個地級市的55個國家環境空氣自動監測點位，地理位置介于北緯34°34′～40°44′，東經110°14′～114°33′之間。每個地市點位介于3個～9個，每個點位均位于各城市的建成區內。

1.2 評價方法

評價方法按照《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)和《環境空氣質量指數(AQI)技術規定》(HJ633-2012)嚴格執行。

2 結果及分析

2.1 山西省臭氧超標情況分析

對2018年-2019年的環境監測數據進行統計，結果表明山西省臭氧超標情況整體呈現上升趨勢。其中，2018年全省臭氧質量濃度為167 μg/m3，超過國家環境空氣質量二級標準，其中，大同市、朔州市、呂梁市、忻州市達標，其余7市均不達標。2019年全省臭氧質量濃度為180 μg/m3，僅大同市、朔州市達標，其余9市均超標，且臨汾市質量濃度最高，超標44 μg/m3。

同時對2018年-2019年的環境監測數據進行統計可以看出，以臭氧為首要污染物的天數持續增加。第183頁表1給出了2018年-2019年臭氧超標天數的統計結果。由表1可知，2018年11個城市中臭氧為首要污染物的超標天數在19 d～84 d，2019年在17 d～103 d。當前影響山西省環境空氣質量的主要染污物仍然是PM2.5，但從監測數據來看，全省11個地市2019年臭氧為首要污染物的天數較2018年增加了180 d，而PM2.5為首要污染物的天數僅增加了24 d；2019年臭氧的超標天數較2018年增加189 d，而PM2.5的超標天數僅增加了14 d；2019年臭氧為首要污染物的超標天數較2018年增加了186 d；2019年臭氧百分位數同比上升7.8%，而PM2.5平均濃度同比下降2.0%。由此可見，PM2.5污染有所改善，但臭氧卻呈上升趨勢。

表1 2018年-2019年臭氧超標天數統計

2.2 山西省臭氧污染空間變化

臭氧百分位數在不同區域的分布情況表現出不同的特征。圖1給出了2018年-2019年各城市的臭氧百分位數變化情況，11個城市的臭氧百分位數均存在不同程度的上升，且空間分布特征基本一致。北部地區大同市、朔州市相對較低，2018年與2019年均達標，但整體呈現升高趨勢；南部地區晉城市、臨汾市較高，2018年與2019年均不達標，且在11個地市中臭氧百分位數最高。

圖1 2018-2019年11個城市臭氧百分位數變化情況

可按照臭氧濃度的趨勢及各城市平均氣溫的變化將山西省劃分為三個區域：西北部地區為大同市、朔州市、呂梁市，中東部地區為太原市、忻州市、晉中市、陽泉市，南部地區為臨汾市、運城市、長治市、晉城市。按照此區域劃分，圖2給出了統計結果。圖2可見，三個區域的臭氧百分位數均值自北向南逐步升高，且2018年至2019年均有上升趨勢。

圖2 2018-2019年區域臭氧百分位數變化情況

2.3 山西省臭氧污染時間變化特征

一般而言，晴空少云、太陽紫外輻射強、氣溫偏高、濕度較小、風速較弱等均是有利于臭氧化學反應生成的氣象條件[3]。夏季高溫、高輻射等條件加快了光化學反應速率，臭氧濃度上升明顯。山西位于中國華北地區，是典型的北方省份，大氣污染較為嚴重，因此山西省各城市均呈現出夏季的臭氧濃度偏高于秋、冬季。根據全年1月至12月的臭氧濃度變化情況統計分析，2018年11個城市的臭氧百分位數均值在5月至8月期間均不達標，2019年在5月至9月不達標，其中，6月份臭氧百分位數均值最高，9月份同比上升幅度最大。1月、12月和11月的臭氧百分位數均值較低，可達濃度限值的一級標準。

根據2018年-2019年6月份山西省各城市臭氧平均濃度的日變化統計分析可以看出，臭氧的日變化呈現單峰型的變化特征。夜間00∶00至早晨06∶00臭氧濃度緩慢下降，并在6∶00前后達到最低值；07∶00之后臭氧濃度快速上升，最大值出現在16∶00前后，隨后又表現為較快速下降。11個地級市的日變化有較好的一致性。夜間人為活動減弱，NOx、CO、VOCS等前體物排放減少，光化學反應速度降低，加上夜間氣溫低，臭氧濃度在06∶00降至最低值。日出后隨著太陽輻射強度的增強，氣溫升高，輻射強度在午后達到最大值，加上白天人為活動強烈，前體物排放多，光化學反應速率最大。另外午后大氣湍流強度最大，上層臭氧向下層輸送作用最強[4]，臭氧濃度在16∶00前后升至最高。

3 結論

1)山西省臭氧超標情況表明，各市臭氧超標情況整體呈現上升趨勢，同時以臭氧為首要污染物的天數持續增加。2019年，臭氧百分位數同比上升7.8%，而PM2.5平均濃度同比下降2.0%，PM2.5污染有所改善，但臭氧卻呈上升趨勢。

2)臭氧百分位數在不同區域的分布情況表現出不同的特征。按照臭氧濃度的趨勢及各城市平均氣溫的變化將山西省劃分為三個區域，西北部地區、中東部地區和南部地區。三個區域的臭氧百分位數均值自北向南逐步升高，且2018年至2019年均有上升趨勢。

3)從山西省臭氧污染時間變化特征看，山西省各城市均呈現出夏季的臭氧濃度偏高于秋、冬季，其中，6月份臭氧百分位數均值最高，9月份同比上升幅度最大。臭氧的日變化呈現單峰型的變化特征，00∶00至早晨06∶00臭氧濃度緩慢下降，并在6∶00前后達到最低值；07∶00之后臭氧濃度快速上升，最大值出現在16∶00前后，隨后又表現為較快速下降。