2020年烏魯木齊市空氣質(zhì)量特征分析

新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站 徐濤

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人民的生活水平也得到了較大提升，與此同時(shí)，一系列環(huán)境污染問(wèn)題也日益凸顯。其中大氣污染問(wèn)題由于覆蓋范圍廣、污染成因復(fù)雜，治理難度大，引起了廣泛關(guān)注。為此，我國(guó)開(kāi)啟了一系列污染治理行動(dòng)，在2013年頒布了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱《大氣十條》），2017年，十九大報(bào)告提出將打贏污染防控攻堅(jiān)戰(zhàn)作為決勝2020全面建成小康社會(huì)的三大攻堅(jiān)戰(zhàn)之一，2018年6月頒發(fā)了《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》。從《大氣十條》頒布以來(lái)，我國(guó)重要城市群SO2、NO2、PM10和PM2.5等5項(xiàng)污染物濃度連年下降[1,2]，從2013年到2017年，我國(guó)大氣中PM2.5的排放量下降了33.3%，PM10下降了36%，SO2下降了59%，NOX下降了21%，CO下降了23%，而O3污染呈上升和蔓延趨勢(shì)[3,4]。目前，我國(guó)大氣污染表現(xiàn)為以灰霾和光化學(xué)煙霧污染為特征的大氣復(fù)合污染格局[5]，而實(shí)現(xiàn)對(duì)PM2.5和O3的協(xié)同防控是我國(guó)下一階段空氣污染防控的關(guān)鍵。

為應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)乜諝馕廴?，各地政府相繼出臺(tái)了大氣污染防治計(jì)劃細(xì)則和精準(zhǔn)實(shí)施措施。為解決環(huán)境污染問(wèn)題，新疆維吾爾自治區(qū)認(rèn)真貫徹黨的十九大精神，秉持“綠水青山就是金山銀山”的理念，著力提高空氣質(zhì)量。為此，新疆維吾爾自治區(qū)頒布了《自治區(qū)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020）》，以明顯降低細(xì)顆粒物（PM2.5）濃度為重點(diǎn)，以減少重污染天數(shù)為主攻方向，以采暖季為重點(diǎn)時(shí)段，持續(xù)實(shí)施大氣污染防治行動(dòng)，大力調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)和用地結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化兵地聯(lián)防聯(lián)控和區(qū)域同防同治，綜合治理燃煤污染，嚴(yán)格控制機(jī)動(dòng)車污染，全面推進(jìn)城市揚(yáng)塵等面源污染整治，加強(qiáng)重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)排污監(jiān)管。

在新疆維吾爾自治區(qū)的不懈努力下，新疆在空氣污染治理方面卓有成效，各項(xiàng)大氣常規(guī)污染物濃度連年下降[6-8]，大氣環(huán)境質(zhì)量逐步得到改善。2020年作為全面決勝小康社會(huì)的收官之年，也是大氣污染防控攻堅(jiān)戰(zhàn)的收官之年，本研究以烏魯木齊市為例，基于2020年6項(xiàng)大氣常規(guī)污染物的濃度數(shù)據(jù)，對(duì)污染物的年平均濃度、月份變化和小時(shí)變化特征進(jìn)行了分析，以期為大氣污染防治成效評(píng)估提供參考。

一、研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

（一）研究區(qū)域概況

烏魯木齊市位于新疆北部，地勢(shì)懸殊，山地面積廣大，三面環(huán)山，北部平原廣闊，東部毗鄰博達(dá)山、喀拉塔格山、東山，西部有喀拉扎山、西山，南部有天格爾山，城市群主要集中在中部地區(qū)，地勢(shì)由東南向西北降低。由于遠(yuǎn)離海洋、深居內(nèi)陸，烏魯木齊市呈現(xiàn)明顯的溫帶大陸性氣候。氣溫隨季節(jié)呈現(xiàn)明顯變化，最低氣溫集中在一月和十二月，最高氣溫集中在六月至八月。市區(qū)平均風(fēng)速為2.47m/s，夏季風(fēng)速高于春、秋、冬季。

（二）數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究的SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3和CO等六項(xiàng)污染物的濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于烏魯木齊市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的監(jiān)測(cè)站、收費(fèi)所、農(nóng)科院、鐵路局、三十一中、米東環(huán)保局和培訓(xùn)基地7個(gè)監(jiān)控站點(diǎn)，其中三十一中學(xué)、收費(fèi)站、監(jiān)測(cè)站和鐵路局分別位于主城區(qū)的東部、南部、中部和北部，農(nóng)科院位于西北方向，培訓(xùn)基地和米東環(huán)保局則分別位于郊區(qū)的南部和北部，覆蓋面積較廣，具有一定的代表性。

二、結(jié)果與分析

（一）空氣質(zhì)量總體分析

2020年烏魯木齊市6項(xiàng)常規(guī)污染物的年均濃度如圖1所示，SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3的年均濃度分別為 8μg/m3、50μg/m3、81μg/m3、37μg/m3和 83μg/m3,CO的年均濃度為1mg/m3，除PM2.5和PM10，其余各項(xiàng)空氣污染物濃度均達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）二級(jí)標(biāo) 準(zhǔn)（SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3和 CO 的限值分別為60μg/m3、35μg/m3、70μg/m3、40μg/m3、160μg/m3和 4 mg/m3）。這表明細(xì)顆粒物（PM10和PM2.5）仍然是制約烏魯木齊市空氣質(zhì)量整體達(dá)標(biāo)的重要因素。烏魯木齊市大氣污染物質(zhì)量濃度與我國(guó)其他典型城市的對(duì)比詳情如表1所示。烏魯木齊市SO2平均質(zhì)量濃度與北京相近，比北京和上海高16%—17%，低于其他典型城市；烏魯木齊市的PM2.5和PM10的平均質(zhì)量濃度僅高于南京，分別高15%和5%，低于其他城市，這表明烏魯木齊市的揚(yáng)塵源控制較好；烏魯木齊市的NO2平均質(zhì)量濃度比三個(gè)一線城市（北京、上海和廣州）分別高45%、81%和51%，說(shuō)明烏魯木齊市的NO2排放仍然有待進(jìn)一步減排。烏魯木齊市的CO平均質(zhì)量濃度比南京、上海和廣州高23%—41%，O3平均質(zhì)量濃度比北京、上海和廣州高73%—82%。烏魯木齊市呈現(xiàn)光化學(xué)煙霧與大氣灰霾復(fù)合型大氣污染格局。烏魯木齊市空氣質(zhì)量級(jí)別分布如圖2所示，環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）優(yōu)良天數(shù)占比為76.78%，同比增加1.27個(gè)百分點(diǎn)；輕度污染天數(shù)占比為9.84%，同比下降0.24個(gè)百分點(diǎn)；中度污染天數(shù)占比為4.53%，同比下降3.81個(gè)百分點(diǎn)；中度污染天數(shù)占比為6.44%，同比下降0.64個(gè)百分點(diǎn)；嚴(yán)重污染天數(shù)占比為2.42%?？偟膩?lái)說(shuō)，2020年的優(yōu)良天數(shù)比2019年的有所上升，而污染天數(shù)有所下降。

圖1 2020年烏魯木齊市6項(xiàng)大氣常規(guī)污染物濃度

表1 烏魯木齊市與中國(guó)其他典型城市大氣污染物濃度對(duì)比

圖2 2020年烏魯木齊市空氣質(zhì)量級(jí)別比例

（二）空氣質(zhì)量月份變化特征

2020年烏魯木齊市顆粒物質(zhì)量濃度不同月份變化特征如圖3（a）所示。PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度在2020年不同月份變化趨勢(shì)較為相似，在一月份和十二月份的污染最為嚴(yán)重，PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度分別為 137—149μg/m3和 127—151μg/m3。PM2.5在二月份的濃度僅低于十二月份和一月份，為85μg/m3，而PM10則在四月份的質(zhì)量濃度僅次于十二月份和一月份，達(dá)到了121μg/m3。三至十一月份PM2.5的質(zhì)量濃度較低，在13—43μg/m3的區(qū)間內(nèi)；二月份、四至十一月份的PM10質(zhì)量濃度在42—81μg/m3的范圍內(nèi)。

圖3 烏魯木齊市大氣常規(guī)污染物月份變化

2020年除顆粒物以外的四項(xiàng)大氣常規(guī)污染物質(zhì)量濃度月份變化如圖3（b）所示。NO2和CO的月份變化趨勢(shì)呈現(xiàn)“U”字形曲線，與顆粒物的變化趨勢(shì)較為接近，二者也呈現(xiàn)出了一月份和十二月份濃度較高、二至十一月份濃度較低的形狀。NO2和CO在一月份和十二月份的質(zhì)量濃度分別為68—69μg/m3和2—2.1mg/m3區(qū)間內(nèi)，二月份次之，四至九月份NO2和CO的質(zhì)量濃度較低。SO2在2020年不同月份中的質(zhì)量濃度較為均勻，處于較低水平，在7—11μg/m3之間。O3質(zhì)量濃度呈現(xiàn)的月變化特征與其它五項(xiàng)大氣常規(guī)污染物不同，為倒“U”字形曲線，主要表現(xiàn)為四月至八月份處于較高污染水平，在七月份達(dá)到最高濃度，質(zhì)量濃度為131μg/m3。這主要是與O3的形成條件有關(guān)，O3是一次污染物在光照條件下經(jīng)過(guò)光化學(xué)氧化生成的二次污染物，而七、八月份的氣溫較高、太陽(yáng)輻射較強(qiáng)、降雨量較低等氣象因素，有利于O3的生成。

（三）空氣質(zhì)量小時(shí)變化特征

烏魯木齊市大氣常規(guī)污染物SO2、PM10、PM2.5和CO質(zhì)量濃度的小時(shí)變化曲線如圖4（a）所示。SO2的濃度全天變化在7—10μg/m3的區(qū)間內(nèi)，其小時(shí)變化曲線較為平緩，表現(xiàn)為單峰曲線：SO2濃度大約在上午10時(shí)左右開(kāi)始上升，下午15時(shí)—16時(shí)達(dá)到峰值，19時(shí)左右開(kāi)始降低，在夜間至凌晨的濃度較低，與人類作息相對(duì)應(yīng)，這主要和工業(yè)源排放和機(jī)動(dòng)車尾氣排放有關(guān)；PM10的濃度全天變化范圍在72—99μg/m3的區(qū)間內(nèi)，其小時(shí)變化曲線表現(xiàn)為從早晨7時(shí)—傍晚17時(shí)呈波動(dòng)狀態(tài)，到晚23—凌晨1時(shí)達(dá)到峰值后低，PM10屬于一次污染物，主要由道路揚(yáng)塵和工地?fù)P塵產(chǎn)生，表明夜間的機(jī)動(dòng)車尾氣排放對(duì)PM10存在一定貢獻(xiàn)；PM2.5指空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物，PM2.5的日濃度范圍在47—57μg/m3的區(qū)間內(nèi)，其小時(shí)變化曲線主要在下午14時(shí)、18時(shí)和凌晨出現(xiàn)小幅度的峰值，PM2.5為二次污染物，其變化相對(duì)滯后于一次污染物PM10；CO濃度日變化范圍在0.85—1.00mg/m3的范圍內(nèi)，其小時(shí)變化曲線呈現(xiàn)近似“W”形狀，從早晨7時(shí)開(kāi)始CO濃度持續(xù)上升，在上午10時(shí)左右達(dá)到峰值，隨之降低，在下午17時(shí)左右再次呈上升趨勢(shì)，顯然，CO的濃度上升階段主要集中于早高峰和晚高峰時(shí)段內(nèi)，受交通因素影響較為明顯。

圖4 烏魯木齊市大氣常規(guī)污染物小時(shí)變化特征

烏魯木齊市二次污染物O3及其前體物NO2的小時(shí)變化特征如圖4（b）所示。O3與NO2的小時(shí)變化曲線呈現(xiàn)的相反趨勢(shì)：凌晨0時(shí)—7時(shí)為O3生成的累積階段，該階段人類活動(dòng)減少，前體物的濃度較低，無(wú)光照作用，O3為全天最低濃度；7時(shí)—10時(shí)為O3的抑制階段，由于早高峰的到來(lái)，人類活動(dòng)加強(qiáng)，機(jī)動(dòng)車尾氣的排放，使得O3的前體物NO2濃度上升，但由于此階段的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不大，該過(guò)程主要由其前體物控制，前體物在該階段的濃度越高，則抑制時(shí)長(zhǎng)越久，O3與NOx的交點(diǎn)則為O3抑制階段的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)與光化學(xué)時(shí)間的開(kāi)始點(diǎn)；上午10時(shí)開(kāi)始為O3的累積階段，在此階段隨著溫度的上升和太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)，NO2光解生成O3，NO2濃度降低，O3累積，濃度升高，在下午17時(shí)左右達(dá)到全天的峰值；17時(shí)后，隨著太陽(yáng)輻射減弱，濃度持續(xù)降低，直至全天最低濃度，此時(shí)NO2上升至全天最高濃度。

三、結(jié)論

通過(guò)對(duì)2020年烏魯木齊市大氣常規(guī)污染物的特征分析，得出以下結(jié)論：（1）2020 年大氣常規(guī)污染物SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3的平均質(zhì)量濃度分別為8μg/m3、50μg/m3、81μg/m3、37μg/m3和 83μg/m3,CO的年均濃度為1mg/m3，除PM2.5和PM10外其它四項(xiàng)污染物達(dá)標(biāo)；與其他中國(guó)典型城市相比，烏魯木齊市各項(xiàng)污染物的平均質(zhì)量濃度處于中游水平；優(yōu)良天數(shù)與2019年相比有所上升，污染天數(shù)有所下降。（2）從2020年大氣污染物平均質(zhì)量濃度的月份變化趨勢(shì)來(lái)看，O3、PM2.5、PM10、NO2和CO平均質(zhì)量濃度表現(xiàn)為兩端高（一月和十二月）、中間低（七月和八月）的勢(shì)態(tài)，而O3與之相反，呈現(xiàn)倒“U”字形，主要與氣象條件有關(guān)。（3）從大氣污染物平均質(zhì)量濃度的小時(shí)變化特征來(lái)看，各項(xiàng)污染物的小時(shí)變化特征有所差別，但主要受人類生產(chǎn)、活動(dòng)和氣象條件影響。因此，加強(qiáng)對(duì)污染源排放的控制是下一階段污染物管控的重點(diǎn)。