山西省臭氧污染变化特征探析

南瑞贤

(山西省生态环境监测和应急保障中心，山西 太原 030027)

近年来，城市PM2.5污染有所改善的同时臭氧呈上升趋势。高浓度臭氧会对人体呼吸系统和心脏系统造成危害，同时降低植物的生长力[1]。对于臭氧的来源问题，目前已经有了较为一致的研究结果，即，城市中人类工业生产和生活活动频繁，NOx和VOCs等臭氧前体物排放量大，在夏秋季等气温较高、光照较为强烈的气象条件下，臭氧生成速率加快，有利地推高了空气中臭氧浓度[2]。

山西省是煤炭资源大省，而且是首个能源革命综合改革试点，虽然近年来全省环境空气质量状况有了明显改善，但受产业结构、机动车保有量增长等多项因素影响，生态环境形势依然严峻。山西省空气监测数据显示，2018年-2019年，臭氧是六项污染物中超标天数增长最多的污染物。为此，针对山西省臭氧污染防治问题探讨及工作推进迫在眉睫。

本文对山西省国控点位的臭氧污染时空变化特征进行分析，以期为当地政府制定切实可行的环境管理政策提供理论依据。

臭氧浓度以日最大8小时滑动平均值第90百分位数计算。数据来自2018年-2019年山西省11个地级市的55个国家环境空气自动监测点位，地理位置介于北纬34°34′～40°44′，东经110°14′～114°33′之间。每个地市点位介于3个～9个，每个点位均位于各城市的建成区内。

评价方法按照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)和《环境空气质量指数(AQI)技术规定》(HJ633-2012)严格执行。

对2018年-2019年的环境监测数据进行统计，结果表明山西省臭氧超标情况整体呈现上升趋势。其中，2018年全省臭氧质量浓度为167 μg/m3，超过国家环境空气质量二级标准，其中，大同市、朔州市、吕梁市、忻州市达标，其余7市均不达标。2019年全省臭氧质量浓度为180 μg/m3，仅大同市、朔州市达标，其余9市均超标，且临汾市质量浓度最高，超标44 μg/m3。

同时对2018年-2019年的环境监测数据进行统计可以看出，以臭氧为首要污染物的天数持续增加。第183页表1给出了2018年-2019年臭氧超标天数的统计结果。由表1可知，2018年11个城市中臭氧为首要污染物的超标天数在19 d～84 d，2019年在17 d～103 d。当前影响山西省环境空气质量的主要染污物仍然是PM2.5，但从监测数据来看，全省11个地市2019年臭氧为首要污染物的天数较2018年增加了180 d，而PM2.5为首要污染物的天数仅增加了24 d；2019年臭氧的超标天数较2018年增加189 d，而PM2.5的超标天数仅增加了14 d；2019年臭氧为首要污染物的超标天数较2018年增加了186 d；2019年臭氧百分位数同比上升7.8%，而PM2.5平均浓度同比下降2.0%。由此可见，PM2.5污染有所改善，但臭氧却呈上升趋势。

表1 2018年-2019年臭氧超标天数统计

臭氧百分位数在不同区域的分布情况表现出不同的特征。图1给出了2018年-2019年各城市的臭氧百分位数变化情况，11个城市的臭氧百分位数均存在不同程度的上升，且空间分布特征基本一致。北部地区大同市、朔州市相对较低，2018年与2019年均达标，但整体呈现升高趋势；南部地区晋城市、临汾市较高，2018年与2019年均不达标，且在11个地市中臭氧百分位数最高。

图1 2018-2019年11个城市臭氧百分位数变化情况

可按照臭氧浓度的趋势及各城市平均气温的变化将山西省划分为三个区域：西北部地区为大同市、朔州市、吕梁市，中东部地区为太原市、忻州市、晋中市、阳泉市，南部地区为临汾市、运城市、长治市、晋城市。按照此区域划分，图2给出了统计结果。图2可见，三个区域的臭氧百分位数均值自北向南逐步升高，且2018年至2019年均有上升趋势。

图2 2018-2019年区域臭氧百分位数变化情况

一般而言，晴空少云、太阳紫外辐射强、气温偏高、湿度较小、风速较弱等均是有利于臭氧化学反应生成的气象条件[3]。夏季高温、高辐射等条件加快了光化学反应速率，臭氧浓度上升明显。山西位于中国华北地区，是典型的北方省份，大气污染较为严重，因此山西省各城市均呈现出夏季的臭氧浓度偏高于秋、冬季。根据全年1月至12月的臭氧浓度变化情况统计分析，2018年11个城市的臭氧百分位数均值在5月至8月期间均不达标，2019年在5月至9月不达标，其中，6月份臭氧百分位数均值最高，9月份同比上升幅度最大。1月、12月和11月的臭氧百分位数均值较低，可达浓度限值的一级标准。

根据2018年-2019年6月份山西省各城市臭氧平均浓度的日变化统计分析可以看出，臭氧的日变化呈现单峰型的变化特征。夜间00∶00至早晨06∶00臭氧浓度缓慢下降，并在6∶00前后达到最低值；07∶00之后臭氧浓度快速上升，最大值出现在16∶00前后，随后又表现为较快速下降。11个地级市的日变化有较好的一致性。夜间人为活动减弱，NOx、CO、VOCS等前体物排放减少，光化学反应速度降低，加上夜间气温低，臭氧浓度在06∶00降至最低值。日出后随着太阳辐射强度的增强，气温升高，辐射强度在午后达到最大值，加上白天人为活动强烈，前体物排放多，光化学反应速率最大。另外午后大气湍流强度最大，上层臭氧向下层输送作用最强[4]，臭氧浓度在16∶00前后升至最高。

1)山西省臭氧超标情况表明，各市臭氧超标情况整体呈现上升趋势，同时以臭氧为首要污染物的天数持续增加。2019年，臭氧百分位数同比上升7.8%，而PM2.5平均浓度同比下降2.0%，PM2.5污染有所改善，但臭氧却呈上升趋势。

2)臭氧百分位数在不同区域的分布情况表现出不同的特征。按照臭氧浓度的趋势及各城市平均气温的变化将山西省划分为三个区域，西北部地区、中东部地区和南部地区。三个区域的臭氧百分位数均值自北向南逐步升高，且2018年至2019年均有上升趋势。

3)从山西省臭氧污染时间变化特征看，山西省各城市均呈现出夏季的臭氧浓度偏高于秋、冬季，其中，6月份臭氧百分位数均值最高，9月份同比上升幅度最大。臭氧的日变化呈现单峰型的变化特征，00∶00至早晨06∶00臭氧浓度缓慢下降，并在6∶00前后达到最低值；07∶00之后臭氧浓度快速上升，最大值出现在16∶00前后，随后又表现为较快速下降。