用数据和真相说话！太原市空气质量改善行动迫在眉睫｜重磅研报
本文由贺剑雄（山西证券研究所）提供
改革开放使得国内经济快速增长，人民生活水平日益改善，但生态环境的持续恶化却严重影响着人民的身体健康。随着近年人们对环境空气质量的逐渐重视，解决细颗粒物PM2.5浓度严重超标问题以及还原碧水蓝天的生活环境成为国内经济结构调整的必经途径。在空气质量的改善情况方面，人们更多的是关注京津冀地区，鲜有人对太原市近年空气质量改善情况进行深入研究。
一、中美空气质量指数（AQI）的区别
（1）美国大使馆发布的空气质量指数
美国驻华大使馆从2008年开始陆续对外公示驻华使馆PM2.5的监测数据，根据对健康的影响情况制定了不同**的指标做参考。
（2）中国环保部发布的空气质量指数
中国环境保护部在2012年2月29日发布《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》国家环境保护标准（HJ 633-2012），规定于2016年1月1日起实施。
（3）中美空气质量指数差异
国家环保部所用的环境空气质量数据是过去24小时的浓度均值（PM10的取值同PM2.5，其他污染物取1小时均值计算），而美使馆是采用PM2.5的实时浓度值进行计算的，因此当PM2.5浓度监测数据相近的情况下，两方发布的AQI值却可能存在较大的差异。由于两者的计算方法不同，得到的指数数据也有差异。而本文仅对城市环境空气质量改善情况作分析，因此以上存在的数据差异并不会影响分析结果。
二、北京市空气质量改善情况
美国大使馆记录的北京PM2.5浓度监测数据为每日整点实时统计，因此我们对其分别进行了日、周、月平均化处理以便于分析。通过对美国大使馆公布的北京历年PM2.5监测数据的整理分析发现，虽然2008年开始已有监测数据，但由于至2012年间数据完整度不足，因此选用2013-2016年间的数据分析北京PM2.5变化情况。
经日平均化处理发现，2013年至2016年，“良”的天数逐年增长，分别为103天、116天、155天和171天，增长12.6%、33.6%和10.3%；“中等”天数基本持平，分别为129天、114天、112天、112天；“对敏感人群不健康”、“不健康”和“有害”天数呈下降趋势；“非常不健康”和“超过可承受指数”天数呈现出周期性变化情况。总体来看，北京PM2.5浓度呈现出明显下降的趋势，说明北京的环境空气质量得到了持续性的改善。
对2013-2016年的AQI数据进行月平均化处理后可以知道，数值超过100的月数分别为5、5、3、2个，且月均最高AQI数值呈逐年下降趋势，分别为2013年1月的194、2014年2月的175、2015年12月的162和2016年12月的145。因此，从历年环境空气质量指数变化曲线也可以验证出北京近年环境空气质量的逐步改善趋势。
三、太原市空气质量情况分析
对美国大使馆发布的北京环境空气质量指数分析知道，近年北京的环境空气质量呈逐年改善的趋势，那么作为山西省会城市的太原环境空气质量情况是否也是持续性改善呢？本小节将通过对国家环保部公布的数据，分析太原市环境空气质量情况。
通过对国家环保部发布的2014-2016年AQI指数数据进行整理分析，发现若以污染**天数来考虑的话，太原市空气质量并未有明显的改善迹象，甚至在2016年空气污染有加重的趋势！相比2014年，2015年、2016年的“优良”和“轻度污染”天数有所改善，但是2016年的“优良”天数同比只增加了3天，且“中度污染”、“重度污染”和“严重污染”天数均大幅增加，分别增长42%、56%和700%！
对2014-2016年的AQI数据进行月平均化处理后可以知道，数值超过100的月数分别为7、4、4个，呈逐年下降趋势，但年度月均最高AQI数值却是逐年增大，分别为2014年2月的138、2015年12月的141和2016年12月的190。从月AQI指数情况来看，太原市空气质量有改善的迹象，但2016年四季度较高的AQI指数影响了全年空气质量改善目标。
将AQI数值进行季度平均处理后发现，2014-2016年季度AQI呈现出下降的趋势，分别有2、2、1个季度出现AQI值超过100的情况，说明太原市空气质量整体来讲有所改善，尤其表现在第一季度和第二季度。
综合分析，经过对AQI指数平均化处理结果来看，太原市空气质量总体有改善的趋势，但由于2016年第四季度糟糕的空气质量掩盖了微弱的AQI指数下降趋势，降低了全年总体改善目标。
对太原市分月进行优良天数进行统计发现，每年月度优良天数呈抛物线曲线，从1月份开始逐步攀升，至8月份达到峰值后开始急速回落。整体来看，2015年和2016年1-8月份的优良天数要优于2014年，但2016年9-12月的优良天数要差于2014年和2015年。从太原市月优良曲线也可以看出，随着每年供暖期的到来，优良天数出现了很明显的下降趋势；供暖期结束后，优良天数开始逐步攀升。
四、影响太原市空气质量的主要原因
（1）空气污染物的成因
中国工程院院士江亿、唐孝炎、倪维斗等人发表的《北京PM2.5与冬季采暖热源的关系及治理措施》中指出，我国大城市和特大城市的监测数据表明，在一般情况下，空气中粒径小于2.5μm的细颗粒物（PM2.5），占到粒径小于10μm的细颗粒物（PM10）的50~80%，而在出现重度空气污染、能见度低时，PM2.5则占PM10的绝大部分，说明造成严重大气灰霾的主要原因是粒径小于2.5μm的细颗粒物。
北京大学唐孝炎院士的研究表明，大气中的细颗粒物PM2.5包括一次生成的细颗粒物和二次生成的细颗粒物。一次细颗粒物来源于工业、建筑、交通、电力、其他生产和生活活动以及沙尘、风扬尘等天然源的排放。二次细颗粒物是由各种人为排放的污染气体被大气氧化剂（O3、OH等）氧化生成。一般情况下，二次PM2.5占PM2.5总量的50~80%左右；在重污染期间，二次PM2.5占PM2.5总量的比例还会明显增加。二次PM2.5是严重灰霾天气的主要污染成分。
国家城市环境污染控制工程技术研究中心的彭应登等人在《北京雾霾天形成的原因及特点浅析》中指出，大气中的水滴为二次PM2.5的化学转化过程提供了重要的前提，易成为二次污染物在1000M以下低空不断累积的重要媒介。
（2）空气污染主要影响因素分析
1. 汽车尾气排放与AQI指数的关系
随着太原市规模的不断扩大，市民生活水平的逐步攀升，城市人口和民用汽车保有量逐年提升，使得居民日常生活排污和汽车尾气排放污染日益加重，成为形成太原市雾霾的主因之一。
截止2015年底，太原市总人口达到431.87万，民用汽车保有量达到113万辆；北京市总人口为2170.5万，民用汽车保有量为533.81万辆。可见，太原市每3.82人拥有一辆车的数值已低于北京4.07人每辆车。而目前北京市行政区域土地面积为16412平方公里，太原市行政区域土地面积为6988平方公里。可以得出，北京的民用汽车密度为325辆/平方公里，高于太原的162辆/平方公里。而太原市辖区土地面积为1500平方公里，对应的民用汽车密度为753辆/平方公里，远高于北京民用汽车单位面积的车辆密度。
交通运输部科学研究院的陶双成等人发表的《北京交通限行对城市次干道空气质量的影响》可知，日总车流量从早7时到晚19时为高峰阶段，其中早高峰在12时回落，之后开始缓慢回升，至17-18时到达最高峰。对太原市2017年4月3日（周一）、2017年5月8日（周一）、2017年4月7日（周五）、2017年5月12日（周五）和2017年4月5日（周三）的空气质量小时报曲线进行对比，发现在周一早晨AQI指数呈逐步攀升趋势，至8时最高点后开始回落；周五下午16时AQI指数开始呈快速上升趋势，22时开始出现回落；周三AQI指数全天相对平稳，指数高峰期出现在11时-15时。每日分时AQI指数与太原市工作日车流量的周一早高峰和周五晚高峰现象基本同步。从分时AQI指数对比表明，大量的汽车尾气排放将会严重影响太原市空气质量。
国家环保部在2016年发布的《中国机动车环境管理年报》中指出，2015年全国机动车保有量达到2.79亿辆，尾气排放氮氧化物584.9万吨，约占全国排放总量的30%，已成为我国空气污染的重要来源。其中，汽车保有量为16169.7万辆，汽车氮氧化物排放量为539.1万吨，山西省氮氧化物排放量排全国第九位。可以得知，2015年全国单位汽车氮氧化物排放量为0.033吨/辆，则太原市全年汽车氮氧化物排放量约为37290吨。
2. 火电产业与AQI指数的关系
（灰色：2010年以后开始运行的燃煤发电厂；红色：正在建设中的燃煤发电厂；黄色：计划修建的燃煤发电厂；圆点大小：装机量大小；数据截止到2016年1月。）
山西省及周边省会山东、河北、河南、陕西、内蒙古发电装机均主要以燃煤火电为主，尤其是山东省火电装机居全国第二。2016年，山西省累计火电装机容量为6329万千瓦，占全部装机容量的83%，其中燃煤火电装机5911万千瓦，占总装机容量的77%；全年火电发电量占总发电量的92%。通过对山西省及周边省会历年发电量的统计发现，山东省发电量增长趋势明显，而山西、河北和河南则相对保持平稳趋势。
从山西省月发电量曲线可以看出，每年的1月、7月、8月、11月和12月是发电高峰期，分别处于全年温度相对最高和最低的时期。随着经济的逐步好转，2016年发电量从6月份开始均同比高于2015年。
将2016年山西省每月用电量情况和太原市每月优良天数进行对比发现，随着气温的逐步下降，月度优良天数会随着用电量的增加而减少；当气温逐渐升高时，月度优良天数随着用电量的增加而提升。结果表明，在空气环境比较干燥及寒冷的季节，由于供暖带来更多的燃煤、燃气、燃油等一次性能源的消耗，使得空气质量会随着能源使用量的增加而变差；在空气环境比较潮湿、温暖且多雨的季节，通过雨水的冲刷及能源耗用量的整体下降，可逐步改善城市环境空气质量。
目前太原市区及周边运营的电厂共有8个，分别为大唐第二热电厂（186万千瓦）、华能东山燃机热电厂（85.9万千瓦）、晋能小店嘉节燃气电厂（86万千瓦）、太钢不锈自备电厂（60万千瓦）、西山热电厂（15万千瓦）、西山古交兴能发电厂（180万千瓦）、格盟山西瑞光热电厂（60万千瓦）及格盟太原同舟能源垃圾电厂（2.4万千瓦）。除垃圾电厂外，其余均为热电联产项目，承担太原市集中供热的任务。
根据国家环保部2016年12月28日发布的《关于开展火电、造纸行业和京津冀试点城市高架源排污许可证管理工作的通知》（环水体[2016]189号）附件中《火电行业排污许可证申请与核发技术规范》，以及超低排放规定的氮氧化物排放标准估算出2016年太原市周边电厂共排放氮氧化物5369吨。
3. 钢铁工业与AQI指数的关系
钢铁工业在生产过程中产生的烟尘、粉尘、SO2等废气对环境空气质量的影响非常大。因此，本小节将对钢铁工业产量与空气质量指数间存在的联动关系进行分析。
对山西及周边地区的粗钢月产量走势情况进行分析可知，河北省粗钢产量超过了山西、河南和山东三省的总和。河北粗钢产量呈周期性波动趋势，每年11月份至次年3月份呈快速增长趋势，4月份产量开始回落，且每年3月份峰值月产量和11月份最低月产量均同比超过上一年，说明河北月粗钢产量仍呈现出增长态势。河北的钢材月产量的增长趋势则更加明显，除2016年外，其每年月产量的最高、最低值也都出现在3月和11月。
山东省粗钢月产量呈现出增长的态势，而河南和山西则相对较为平稳，波动幅度不大。2016年，山西省粗钢月产量在6月份达到近期峰值后开始逐步回落。
图16 本地某钢铁公司年产量与太原年优良天数曲线
2014-2016年山西省和河北省粗钢月产量与太原市月优良天数曲线作对比后发现，河北和山西省粗钢月产量与太原市空气质量并非呈完全同步关系，粗钢产量对优良天数的影响存在一定的滞后。而对太原当地一家重要钢铁公司公布的钢材和坯材年产量与当年的太原市年度优良天数进行比较后发现，其产量与优良天数曲线呈反向关系，曲线走势完全同步，说明本地当地钢铁公司的钢铁产量对太原的空气质量有着重要的影响力。
4. 气象条件与AQI指数的关系
一般来说，在大雨过后或是大风过后可能会迎来较好的环境空气质量，那么到底天气情况如何影响太原市的空气质量，它们之间又会有怎样的联系？本小节就根据历史气象资料对天气与太原市AQI指数的关系进行分析。历史气象资料分别参考了天气网和天气后报网的相关信息。
2016年2月太原市共22天的优良天数，晴天共有15天，多云3天，优良天气主要以晴为主；以天气后报网的资料显示，2月份优良天数中有明显风向及风力有14天，多以西北风为主，偶有西风或北风，说明西北风对太原市空气质量改善有极大帮助。
为进一步清晰风向及风力指标对太原市空气质量的影响力程度，对2016年2月份太原市每日AQI指数与对应的风向及风力指标进行逐条分析。结果表明，在干燥少雨的季节，太原市空气质量的改善严重依赖风力及风向指标，持续性的西北风3级以上可极大地降低太原市AQI指数。
在2月份的分析中，8日、19日和22日三天的AQI指数与风向及风力指标并不匹配。通过查询日历发现，2月8日为农历大年初一，2月19日为春节上班后的第一个周五，2月22日（周一）为农历正月十五。由此可以结合前面分析的城市车流量与AQI指数的关系，以及正月初一鞭炮等对空气质量的影响，则可以很好的说明这三天与风向及风力指标不匹配的原因。
太原每年8月属多雨季节，优良天数也基本属于全年最高值，因此对2016年8月太原市AQI指数与天气的联系进行了分析。沿用前述方法对8月份数据尽心逐条详尽分析。从分析结果来看，虽然多雨季节少风，但是其空气质量依然要优于其他季节，且主要污染物以臭氧8小时和PM10为主，说明持续的雨水冲刷可以很好的抑制空气中的污染物浓度，有一定的净化空气的效果。但相较2月份多风季节来看，8月份的“优”**天数只有4天，占优良天数的13.3%，而2月份“优”**天数为6天，占优良天数的27.3%，从这个方面来看，刮风比下雨能更好的提高太原市空气质量。
2016年8月，只有24日为轻度污染，AQI指数为102。查阅相关信息后发现，当天并无特殊情况发生，非周一、周五或节假日车流量高峰情况，因此可排除当天汽车尾气直接排放带来的影响。太原市8月份以PM2.5为主要污染物为18日、23日和24日，天气情况分别为小雨、阵雨、小雨，AQI指数分别为95、87、102，说明小雨抑制PM2.5浓度的增加较为困难。另一方面，21日（周一）、22日天气为晴，AQI指数分别为65、62，然后23日迎来阵雨，AQI急速上升至87，主要污染物也变为PM2.5，24日雨量变为小雨，AQI升至102，这个现象很好的印证了彭应登等人指出大气中的水滴易成为二次污染物在1000M以下低空不断累积的重要媒介的研究观点。
五、结论
（1）北京的环境空气质量呈现出明显的持续改善趋势，而太原市虽然“优良”天数也呈现出增长的趋势，但是在2016年全年改善效果不明显。主要是由于在2016年9月份之后“优良”天数急剧下降，“中度污染”、“重度污染”和“严重污染”天数快速攀升，中度污染以上污染天数同比有较大幅度的增长。另外，北京和太原都存在随着供暖期的到来而导致空气质量变差的问题。
（2）随着近年太原市居民汽车保有量的逐年提升，人均汽车保有量及市区单位面积车辆密度均已超过北京市，因此，汽车尾气对市区空气质量污染的贡献度逐步增大，尤其表现在周一、周五等时间的车流量高峰时期。
（3）2016年，山西省燃煤电厂装机量占总装机的77%，占火电装机的93%，全年火电发电量占总发电量的92%。由于太原市随气温降低带来用电及供暖需求的增加造成燃煤、燃气等一次性能源使用的增大，导致山西省用电量与太原市空气质量指数在干燥、寒冷的季节有非常一致的同步关系，空气质量会随用电量增加而变差；随着气温的回升及降雨的增多，则可大大减少用能增加造成的太原市空气质量的变差。
（3）从全球最大的钢铁生产地河北及山西、河南、山东的粗钢、月产量分析可知，太原市空气质量指数与山西省及周边省份钢铁工业月产量并无直接明显的同步关系。而本地钢铁公司的钢铁年产量却与太原市年度优良天数有非常一致的同步关系，优良天数随产量的增减而呈反向发展。由此可以判定本地钢铁公司的钢铁产量对太原市空气质量有着非常大的影响力。
（4）太原市空气质量的改善效果来看，与3级以上风力及雨水的冲刷等气象因素有很大的关联，尤其在空气质量恶劣的供热期间，无风天气的持续将会造成不断加重的空气污染。
六、太原市加快改善空气质量的建议
从近年太原市政府工作报告中可以看出，太原市政府为努力改善城市空气质量作了大量工作。2016年，太原市集中供热扩网1.3亿平方米，覆盖率达到90%，替代分散燃煤采暖锅炉3198台，拆除城中村烟囱43700余个，关停搬迁太化、煤气化、狮头水泥等污染企业301家，年减少燃煤近千万吨。古交兴能、太二、太钢等电厂366万千瓦热电燃煤机组完成超低排放改造。淘汰老旧机动车和黄标车27.3万辆，2500辆公交车全部使用天然气，8292辆出租车整体更新为纯电动汽车。
通过本文的研究分析结果，提出太原市空气质量改善措施的建议：
（1）抑制城市燃油汽车的增长量，加大新能源汽车的推广力度，尤其以零排放的纯电动汽车或是清洁无污染的燃料电池汽车为主；同时，加快公共交通基础设施的建设，研究制定空气质量较差的供暖期实行车辆限行措施等，最大限度的降低汽车尾气排放给城市造成空气污染。
（2）由于太原市污染天数主要集中在供暖期左右，采用清洁热源替代部分以燃煤、燃气等污染形式提供的热源将可极大的改善城市空气质量。因此太原市政府应出台扶持政策，积极推广可再生能源供热，如地热能供热、生物质能供热、太阳能热利用、清洁电力供热等，尤其在太原市周边以散烧煤取暖为主的农村。
（3）应持续清退太原市区及周边地区的排污企业，不断加强对本地钢铁公司等重排放生产企业排放物的监督力度，通过供暖期减产措施等多种手段持续降低污染物的排放。
（本文由部分删改，仅供参考）