賈思哲，曾雪華，孫志元，袁亞軍，顧靜愷

（1.吉木薩爾縣氣象局，新疆 昌吉 831700；2.木壘縣氣象局，新疆 昌吉 831900）

吉木薩爾縣地處準(zhǔn)噶爾盆地東南緣，天山北麓丘陵前沿，屬典型的大陸性干旱氣候，秋季多風(fēng)，浮塵、揚(yáng)沙和煙霧出現(xiàn)較多；冬季冷空氣下沉堆積，較為寒冷，逆溫顯著，且強(qiáng)度大，給當(dāng)?shù)卮髿馕廴疚锏男纬蓜?chuàng)造了條件。大氣環(huán)境是否受到了污染以及污染的程度如何，不僅取決于地形地物、人口密度、工業(yè)布局、污染源的多寡及其性質(zhì)和強(qiáng)度，而且取決于當(dāng)時(shí)的氣象條件，往往氣象條件還會(huì)上升為決定性的主要因素[1]。根據(jù)吉木薩爾縣生態(tài)環(huán)境局提供的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出，我縣污染天氣主要集中在當(dāng)年11月至次年2月份，通過(guò)分析氣象要素變化對(duì)吉木薩爾縣大氣污染物的影響，為制定未來(lái)的吉木薩爾縣大氣污染治理措施提供理論依據(jù)和決策參考。

1 資料與方法

利用吉木薩爾縣2016年～2019年大氣污染物在當(dāng)年11月至次年2月日均濃度及逐小時(shí)濃度數(shù)據(jù)和當(dāng)?shù)赝跉鉁亍⑾鄬?duì)濕度、降雨量、風(fēng)速及風(fēng)向等氣象要素，運(yùn)用SPSS軟件對(duì)大氣污染物濃度與各氣象要素的相關(guān)性進(jìn)行探究，并通過(guò)顯著性檢驗(yàn)來(lái)確定各氣象要素對(duì)大氣污染物濃度變化的影響程度[2]。

2 分析結(jié)果

2.1 吉木薩爾縣大氣污染物濃度變化特征

通過(guò)2016～2019年SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5的日平均濃度得出，PM2.5日均濃度超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濃度（75 μg·m—3）限制有86天，超標(biāo)率為71.7%，高峰值出現(xiàn)在2019年2月5日，濃度為332 μg·m—3；PM10日均濃度超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濃度（150 μg·m—3）限制有50天，超標(biāo)率為41.7%，高峰值出現(xiàn)在2018年12月1日，濃度為568 μg·m—3；1月PM10和PM2.5濃度明顯增加，且1月嚴(yán)重污染以上的天數(shù)占總比的47%，PM2.5日均峰值出現(xiàn)在1月，而PM10在11月下旬至12月上旬、1月這兩個(gè)時(shí)間段濃度達(dá)到最大?？傮w來(lái)說(shuō)，PM10濃度＞PM2.5濃度＞O3濃度＞NO2濃度＞SO2濃度＞CO濃度，表明影響冬季空氣質(zhì)量的主要污染物為PM10和PM2.5，PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度水平越高，AQI值越大，吉木薩爾縣大氣污染越嚴(yán)重。

通過(guò)分析2018年～2019年大氣污染物濃度小時(shí)數(shù)據(jù)，從圖1可以看出，PM10、PM2.5和NO2曲線近似為一峰一谷呈“U”形，SO2和O3的曲線近似為倒“U”形，CO曲線變化程度不大。PM10和PM2.5曲線走勢(shì)大致相同，表明有顯著相關(guān)性（表1）。PM2.5和PM10高峰值出現(xiàn)在23時(shí)-00時(shí)，主要是由于夜間逆溫頂蓋抑制PM10、PM2.5擴(kuò)散，造成地面濃度升高有關(guān)；另外，大卡車（燃燒柴油）夜間可以進(jìn)城，其尾氣排放的顆粒物比一般燃燒汽油車輛排放得多，容易造成PM10、PM2.5濃度增高[3]。

圖1 2018年-2019年吉木薩爾縣大氣污染物濃度小時(shí)變化

SO2是燃煤排放的主要污染物，隨著人們出行，上班，企業(yè)工廠運(yùn)轉(zhuǎn)，SO2濃度開始上升，平均濃度峰值出現(xiàn)時(shí)間約在15∶00～17∶00時(shí)，SO2的變化恰恰說(shuō)明了白天人類活動(dòng)對(duì)污染源排放的影響。O3濃度與NO2濃度的曲線變化特征正好相反，白天氣溫上升，太陽(yáng)輻射加強(qiáng)，加快NO2轉(zhuǎn)化為O3的光化學(xué)反應(yīng)，O3濃度增加，NO2被消耗則濃度降低。日落后，太陽(yáng)輻射消失，溫度下降，企業(yè)工廠停工，人為活動(dòng)減少，SO2和O3的濃度開始下降。由于CO是惰性氣體，它在一天中浮動(dòng)最小。

2.2 大氣污染物濃度與氣象要素的關(guān)系

2.2.1 氣溫

表1是吉木薩爾縣大氣污染物濃度與各種氣象要素的相關(guān)系數(shù)，氣溫與O3呈顯著正相關(guān)（P＜0.01），與其他大氣污染物濃度有較明顯的負(fù)相關(guān)，其中氣溫與PM2.5、CO 和PM10相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.516、-0.545、-0.462，相關(guān)性極顯著。臭氧濃度不僅與光分解反應(yīng)有關(guān)，還跟熱化學(xué)反應(yīng)關(guān)系密切。隨著溫度的升高，熱化學(xué)反應(yīng)速率加快，臭氧前體物的轉(zhuǎn)化速率也加大，這些因素都會(huì)導(dǎo)致大氣臭氧濃度增加。日出時(shí)，溫度升高，大氣邊界層逐漸抬升，近地層對(duì)流開始旺盛，有利于大氣的垂直運(yùn)動(dòng)，能見度上升，CO和PM2.5、PM10濃度下降。而當(dāng)?shù)孛鏈囟冉档蜁r(shí)，則與之情況相反。

表1 吉木薩爾縣大氣污染物與氣象要素的相關(guān)性

2.2.2 相對(duì)濕度

相對(duì)濕度與PM10、NO2、PM2.5、CO呈正相關(guān)，與O3呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.393，這是由于O3在低濕條件下更容易積累；而濕度增加，空氣中的水汽含量升高，通常水汽對(duì)大氣污染物有較好的吸附作用。但冬季吉木薩爾縣常常出現(xiàn)逆溫層，相對(duì)濕度較大，污染物附著在水汽中，不易擴(kuò)散，造成大氣污染嚴(yán)重[4]。

2.2.3 降水量

降水量對(duì)大多數(shù)污染物濃度呈微弱負(fù)相關(guān)，冬季下雪時(shí)，可將大氣中微弱顆粒溶解或者沖刷下來(lái)，使大氣中污染物的濃度有所降低。

2.2.4 風(fēng)速

吉木薩爾縣近年同期日平均風(fēng)速為1.5 m/s，從相關(guān)性分析得知，10分鐘平均風(fēng)速和極大風(fēng)速對(duì)NO2、CO、PM10、PM2.5濃度有微弱負(fù)相關(guān)，對(duì)O3濃度呈正相關(guān)，對(duì)SO2濃度影響不大。通常風(fēng)速越大越有利于空氣中污染物質(zhì)的稀釋擴(kuò)散，冬季有96.9%集中在1～2級(jí)風(fēng)速范圍內(nèi)；而平均風(fēng)速3級(jí)所占污染頻率約為3%；風(fēng)速4級(jí)以上時(shí)吉木薩爾縣沒有出現(xiàn)空氣污染?？梢婏L(fēng)速的大小對(duì)污染物的影響是明顯的，風(fēng)速大，有利于空氣中污染物質(zhì)的稀釋擴(kuò)散，風(fēng)速小，水平輸送能力差，擴(kuò)散能力也差，容易造成污染物在局地的堆積。

2.2.5 風(fēng)向

風(fēng)向與污染物的主要關(guān)系表現(xiàn)為污染物隨風(fēng)向下風(fēng)向傳輸，因此高污染濃度常出現(xiàn)在污染源的下風(fēng)方，但風(fēng)速增大超過(guò)某一臨界值時(shí)，大氣的擴(kuò)散能力有時(shí)超過(guò)水平輸送能力。從風(fēng)玫瑰圖（圖2）可以看出，吉木薩爾縣SSW方向出現(xiàn)的頻率最高，其次為NNW、NW、WNW，三者頻率相同，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂掀?、西北方向。吉木薩爾縣位于天山北麓丘陵前沿，西臨阜康市，北邊為準(zhǔn)東工業(yè)園區(qū)橫跨，因此當(dāng)上空盛行西北風(fēng)時(shí)，污染物由高濃度地區(qū)吹向低濃度地區(qū)，當(dāng)西北氣流遇到天山山脈阻擋，發(fā)生反射作用，風(fēng)向發(fā)生改變，呈SSW風(fēng)向，使縣城污染物濃度增大。

圖2 吉木薩爾縣11月至次年2月風(fēng)玫瑰圖

2.3 運(yùn)用HYSPLIT后向軌跡模型探討大氣污染物的來(lái)源

2018年12月1日為污染最嚴(yán)重的一天，AQI指數(shù)達(dá)468，主要污染物為PM10，日均濃度達(dá)568 μg·m—3。選取這天，利用HYSPLIT后向軌跡模型對(duì)重污染天氣期間氣團(tuán)的后向軌跡進(jìn)行分析，設(shè)置氣象軌跡向前推進(jìn)36小時(shí)，探究在500米高空中氣團(tuán)的來(lái)向。從圖中可以看出（圖3），500米高度的氣團(tuán)軌跡路徑主要來(lái)自西北方向，由境外輸送至裕民縣，途徑克拉瑪依-阜康一線，最終到達(dá)吉木薩爾縣。其中大氣顆粒物途徑阜康、準(zhǔn)東工業(yè)園區(qū)等重工業(yè)基地，隨氣團(tuán)低空輸送至吉木薩爾縣，加之氣流移動(dòng)速度緩慢，導(dǎo)致大氣中污染物濃度增加，從而影響吉木薩爾縣的空氣質(zhì)量[5]。

圖3 500米高度36 h后向軌跡

3 結(jié)論

（1）影響吉木薩爾縣冬季空氣質(zhì)量的2種主要污染物為PM2.5、PM10，日均濃度排序?yàn)椋篜M10＞PM2.5＞O3＞NO2＞SO2＞CO。在小時(shí)濃度變化特征中，PM10、PM2.5和NO2曲線近似為一峰一谷呈“U”形，SO2和O3的曲線近似為倒“U”形，CO曲線變化程度不大。

（2）大氣污染物（除O3外）與氣溫、降水量呈負(fù)相關(guān)，氣溫升高、有效降水，有利于污染物的擴(kuò)散和稀釋。相對(duì)濕度增大，污染物附著在水汽中，不易擴(kuò)散，PM10、NO2、PM2.5、CO與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，同風(fēng)速有微弱負(fù)相關(guān)，O3和SO2與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，因?yàn)镺3在低濕條件下更容易積累，相對(duì)濕度越大，SO2的轉(zhuǎn)化過(guò)程越易發(fā)生。吉木薩爾縣主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂掀?、西北方向，污染物由高濃度地區(qū)吹向低濃度地區(qū)，會(huì)增加大氣污染物的濃度。

（3）500米高度的氣團(tuán)軌跡路徑主要來(lái)自西北方向，由境外輸送至裕民縣，途徑克拉瑪依-阜康一線，最終到達(dá)吉木薩爾縣。