袁 靜

（烏魯木齊市機(jī)動(dòng)車排污監(jiān)督管理辦公室，新疆烏魯木齊830011）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化率不斷提高，能源消費(fèi)和工業(yè)排放量巨大，對(duì)城市環(huán)境空氣質(zhì)量改善形成了重大挑戰(zhàn)，大氣污染問(wèn)題也成為社會(huì)各界普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。尤其是大氣中PM10（空氣動(dòng)力學(xué)等效直徑≤10 μm）和PM2.5（空氣動(dòng)力學(xué)等效直徑≤2.5 μm）污染對(duì)環(huán)境、氣候變化和人類健康造成了重要影響。自2013年《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》實(shí)施以來(lái)，我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量改善成效已經(jīng)顯現(xiàn)，全國(guó)城市細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）濃度呈下降趨勢(shì)，但環(huán)境空氣質(zhì)量面臨形勢(shì)依然嚴(yán)峻，冬季重污染問(wèn)題突出?！?017 年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》［1］顯示，全國(guó)338個(gè)地級(jí)及以上城市發(fā)生重度以上污染3 100 天次以上，以PM2.5為首要污染物的天數(shù)占重度及以上污染天數(shù)的74.2%。因此，對(duì)大氣PM2.5污染進(jìn)行有效的防治仍是目前改善空氣質(zhì)量的重要途徑，也是大氣重污染應(yīng)急中的主要手段［2］。通過(guò)對(duì)我國(guó)重點(diǎn)區(qū)域大氣污染問(wèn)題的深入研究和科學(xué)防控治理，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等地區(qū)的空氣質(zhì)量持續(xù)改善。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)這些地區(qū)大氣顆粒物污染問(wèn)題也進(jìn)行了深入的研究［3-5］。位于天山北坡的烏魯木齊市近年來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，煤炭消費(fèi)和機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)增加，工業(yè)排放處于較高水平，疊加冬季高濕、低風(fēng)速的氣象條件，大氣污染問(wèn)題突出。開(kāi)展烏魯木齊市城區(qū)大氣顆粒物污染變化特征的研究對(duì)于該地區(qū)大氣污染治理工作具有重要意義。本研究采用2018年1—12月烏魯木齊市城區(qū)內(nèi)5個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)，分析了城區(qū)PM10和PM2.5濃度水平、時(shí)空變化及原因，并討論了PM2.5/PM10比值的變化特征，以期為城市大氣污染治理提供技術(shù)支撐。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

烏魯木齊市是新疆維吾爾自治區(qū)首府，是自治區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，是第二座亞歐大陸橋中國(guó)西部橋頭堡和我國(guó)向西開(kāi)放的重要門戶。烏魯木齊市地處亞歐大陸中心，天山山脈中段北麓，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，東、南、西三面環(huán)山，地勢(shì)東南高、西北低，冬季采暖期長(zhǎng)，高濕、低風(fēng)速、逆溫天氣多，不利于大氣污染物擴(kuò)散，易造成大氣污染。

1.2 數(shù)據(jù)與來(lái)源

PM2.5和PM10監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)（http：//113.108.142.147：20035/emcpublish），時(shí)間范圍2018年1月1日-12月31日。所用日均值是指一個(gè)自然日（北京時(shí)間00：00—23：00）24 h 顆粒物濃度的算術(shù)平均值?？紤]到沙塵天氣對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，本文在對(duì)PM2.5和PM10監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析時(shí)扣除了沙塵天氣。為確保數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性和有效性，嚴(yán)格按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）、《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 193—2005）、《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》（HJ 663—2013）等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)及PM2.5和PM10超標(biāo)情況評(píng)價(jià)采用《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 663—2013）和《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012）。本文利用氣象學(xué)劃分方法，將一年中的3—5 月、6—8月、9—11 月和12—2 月分別定義為春季、夏季、秋季和冬季。

2 結(jié)果分析

2.1 PM10和PM2.5年均濃度水平和空間分布特征

2018 年烏魯木齊市城區(qū)PM2.5年平均濃度為61 μg/m3，超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（35 μg/m3）0.73 倍，全年P(guān)M2.5日濃度超標(biāo)率為26%。PM10年平均濃度為108 μg/m3，超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（70 μg/m3）0.48倍，PM10日濃度超標(biāo)率為20%。從全年平均濃度和超標(biāo)率看，PM2.5污染明顯重于PM10，反映了烏魯木齊市城區(qū)大氣顆粒物污染以細(xì)顆粒物為主的特征。2018年烏魯木齊市城區(qū)PM2.5和PM10年均濃度與其西部相鄰的昌吉市基本持平，但低于北部的五家渠市。與汾渭平原相比［6］，PM2.5和PM10年均值分別低13%和14%。

從空間分布看，2018 年烏魯木齊市城區(qū)各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)PM10和PM2.5濃度的空間變異系數(shù)（CV）分別為0.041 和0.032，屬于弱變異性，說(shuō)明城區(qū)大氣顆粒物濃度分布的空間差異性并不明顯，一定程度上也反映了大氣顆粒物污染的區(qū)域性特征。如圖1所示，城區(qū)內(nèi)的5個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)中位于中心城區(qū)的收費(fèi)所、監(jiān)測(cè)站和鐵路局等3個(gè)站點(diǎn)PM2.5濃度相對(duì)較低，而位于中心城區(qū)東、西兩側(cè)方向的31 中學(xué)和74 中學(xué)站點(diǎn)的PM2.5濃度較高，可能與這兩個(gè)站點(diǎn)受周邊工業(yè)排放影響有關(guān)。31中學(xué)和收費(fèi)所站點(diǎn)的PM10濃度要高于其他站點(diǎn)，主要與附近存在市政工程建設(shè)以及大型車流量產(chǎn)生揚(yáng)塵排放有關(guān)。

2.2 PM10和PM2.5月均濃度變化特征

由圖2 可見(jiàn)：烏魯木齊市城區(qū)PM2.5濃度月變化整體呈“U”型分布。PM2.5濃度月均值的最大值一般出現(xiàn)在1月、2月和12月。11月由秋季向冬季過(guò)渡時(shí)PM2.5濃度快速升高，3月開(kāi)始PM2.5濃度快速下降。4-10 月PM2.5濃度一直維持在低值水平，其中7-8 月PM2.5月均值降至全年最低。PM10和PM2.5月變化趨勢(shì)相似，但4-10月PM10月均濃度的波動(dòng)明顯大于PM2.5，主要受到此時(shí)段內(nèi)建設(shè)施工和道路運(yùn)輸活動(dòng)強(qiáng)度增大，大氣粗顆粒排放增加的影響。大氣污染物濃度變化受多種因素的影響，污染物排放是內(nèi)因。在污染源相對(duì)穩(wěn)定的情況下，局地氣象條件是形成大氣污染的外因，包括風(fēng)速、風(fēng)向、濕度及降水對(duì)污染物濃度變化都有重要影響?？傮w來(lái)說(shuō)，烏魯木齊市城區(qū)大氣顆粒物濃度月均值變化的主要原因是冬季采暖鍋爐大氣污染物排放量明顯增加，同時(shí)受蒙古冷高壓控制下穩(wěn)定天氣系統(tǒng)、高濕低風(fēng)速的地面氣象條件和逆溫層的共同影響，十分不利于大氣污染物擴(kuò)散。而夏季晴熱干燥的氣象條件和邊界層的充分發(fā)展，有利于污染物擴(kuò)散。

圖1 2018年烏魯木齊市PM10和PM2.5濃度

圖2 2018年烏魯木齊市PM10和PM2.5濃度月際變化

2.3 PM10和PM2.5季節(jié)變化特征

2018年烏魯木齊市城區(qū)PM2.5季均濃度排序依次為：冬季（142 μg/m3）＞秋季（44 μg/m3）＞春季（34 μg/m3）＞夏季（22 μg/m3）。冬季PM2.5污染最嚴(yán)重，其濃度分別是秋季、春季和夏季的3.2，4.2 和6.5 倍。PM10季均濃度排序雖與PM2.5一致，但四季之間濃度水平差距不如PM2.5明顯，表現(xiàn)為冬季PM10濃度分別是秋季、春季和夏季的1.6、1.9 和2.3 倍。由此可見(jiàn)，烏魯木齊市大氣顆粒物污染以冬季PM2.5污染最為突出，PM2.5已經(jīng)成為大氣顆粒物污染的主要組成部分。從各季節(jié)PM10和PM2.5超標(biāo)情況分析（見(jiàn)表1），GB3095—2012 中PM10和PM2.5日均二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值分別為150 和75 μg/m3，烏魯木齊市城區(qū)冬季PM10和PM2.5超標(biāo)率分別為52%和88%，顯著高于秋季、春季和夏季，夏季PM2.5均達(dá)標(biāo)。

2.4 PM2.5/PM10比值的變化特征

為分析粗粒子（PM2.5-10）、細(xì)粒子（PM2.5）對(duì)PM10的質(zhì)量濃度貢獻(xiàn)，計(jì)算了各月PM2.5與PM10比值（見(jiàn)圖1）。2018年烏魯木齊市城區(qū)PM2.5/PM10比值年均值為47%，低于天津市（59%）［7］、鄭州市（63.5%）［8］，與西安市（51%）［9］較為接近。但PM2.5/PM10比值存在顯著的季節(jié)差異（見(jiàn)圖2），冬季PM2.5/PM10高達(dá)80%，明顯高于秋季（44%）、春季（42%）和夏季（31%），說(shuō)明冬季大氣顆粒物污染主要以細(xì)顆粒物PM2.5為主。對(duì)2015年烏魯木齊市冬季采暖季顆粒物中的水溶性離子研究發(fā)現(xiàn)，二次污染物源、燃燒源和工業(yè)源對(duì)PM2.5貢獻(xiàn)最大［10］。PM2.5/PM10可以用來(lái)反映一個(gè)地區(qū)大氣顆粒物的理化性質(zhì)，PM2.5/PM10比值越大，說(shuō)明二者具有相同或相似的來(lái)源。烏魯木齊城區(qū)冬季PM2.5占比最高，主要原因可能是冬季高濕條件下SO2和NO2容易發(fā)生二次轉(zhuǎn)換反應(yīng)生成細(xì)粒子，造成PM2.5濃度增加。同時(shí)由于PM2.5粒子體積小、重量輕，干濕沉降過(guò)程對(duì)其清除效率低，易累積污染，并在大氣中停留時(shí)間長(zhǎng)，輸送距離遠(yuǎn)，受周邊區(qū)域輸送影響，可能進(jìn)一步推高了市區(qū)PM2.5濃度，造成PM2.5/PM10達(dá)到最大值。

表1 烏魯木齊市城區(qū)2018年P(guān)M10和PM2.5日均值超標(biāo)情況

3 結(jié)語(yǔ)

（1）烏魯木齊市城區(qū)PM2.5年均濃度為61 μg/m3，超標(biāo)0.73倍，全年P(guān)M2.5日濃度超標(biāo)率為26%。PM10年平均濃度為108 μg/m3，超標(biāo)0.48 倍，PM10日濃度超標(biāo)率為20%。

（2）烏魯木齊市城區(qū)PM2.5濃度季節(jié)變化明顯，冬季為一年中污染最重的季節(jié)，其濃度分別是秋季、春季和夏季的3.2、4.2和6.5倍。夏季PM2.5濃度最低，均達(dá)標(biāo)。PM10濃度季節(jié)變化與PM2.5一致，但季節(jié)濃度水平差異弱于PM2.5。

（3）烏魯木齊市城區(qū)PM2.5污染明顯重于PM10，反映了城區(qū)大氣顆粒物污染以細(xì)顆粒物為主的特征。PM2.5/PM10比值存在顯著的季節(jié)差異，冬季PM2.5/PM10最高，與高濕條件下PM2.5累積污染和易發(fā)生細(xì)粒子的二次轉(zhuǎn)換生成有關(guān)。