南疆典型城市環(huán)境質(zhì)量與風向特征分析

吳 梅，湯萬龍，何亞平

（1.新疆建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院，新疆 烏魯木齊 830026；2.新疆維吾爾自治區(qū)氣象信息中心，新疆 烏魯木齊 830002）

在社會文化發(fā)展的進程中，阿克蘇、喀什、和田、克州統(tǒng)稱為南疆四地州[1]。這4個地州總面積5.9×105km2，占新疆國土面積的35.2%，具有大致相同的政治社會、經(jīng)濟發(fā)展與民族文化背景。本文所指的南疆四市就是指的南疆四地州的中心城市：阿克蘇、喀什、和田和阿圖什市。這4個城市對南疆地區(qū)的發(fā)展有著舉足輕重的輻射與帶動作用，特別是喀什、阿克蘇、和田三市為古絲綢之路上的三顆最耀眼的“明珠”，具有極大的開發(fā)潛力，尤其是國家正在推動的“一帶一路”國際合作，對南疆城鎮(zhèn)化的開發(fā)建設(shè)具有重大戰(zhàn)略意義。

然而長期以經(jīng)濟和物質(zhì)建設(shè)為基礎(chǔ)的快速城鎮(zhèn)化發(fā)展，人口與資源、環(huán)境矛盾越發(fā)凸顯。本文對這4個南疆中心城市近35 a的基礎(chǔ)氣象資料與環(huán)境質(zhì)量的特征分析，旨在科學合理地預(yù)測并確定城市的發(fā)展方向、規(guī)模和布局，在今后的城鎮(zhèn)化建設(shè)中避免產(chǎn)生潛在的城市環(huán)境問題。

1 南疆四市基本氣候特征分析

本文在新疆維吾爾自治區(qū)氣象信息中心提供的1981—2015近35 a氣象觀測資料的基礎(chǔ)上，分析了南疆四市氣溫、降水、年蒸發(fā)量等氣象要素的基本特征及其對城市生態(tài)發(fā)展的影響。

受地理環(huán)境條件制約，阿克蘇市東南部伸入塔克拉瑪干沙漠，喀什、阿圖什市東臨塔克拉瑪干沙漠，和田市向北深入塔克拉瑪干大沙漠。從表1可以看出，這4個城市年降水量不足100mm，年蒸發(fā)量均超過1880 mm，年日照時數(shù)超過2600 h，全年浮塵和揚沙頻發(fā)，都屬于生態(tài)系統(tǒng)脆弱的干旱、極度干旱區(qū)[2]。也屬于典型的“沙漠—綠洲”生態(tài)脆弱城市[3]。

表1 1981—2015年阿克蘇、喀什、和田、阿圖什市基本氣候特征

2 南疆四市環(huán)境質(zhì)量特征分析

空氣環(huán)境質(zhì)量決定著一個城市的環(huán)境質(zhì)量，探討一個城市的空氣質(zhì)量影響因素，才能有針對性的提出改善和治理措施。本文選取2016年阿克蘇、喀什、阿圖什、和田四市同期監(jiān)測的SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5污染物的日報數(shù)據(jù)，參照國家2012年發(fā)布的GB3095-12《環(huán)境空氣質(zhì)量》二級標準，統(tǒng)計了南疆四市春、夏、秋、冬4個季節(jié)這六項空氣污染物的超標天數(shù)。SO2、NO2、CO、PM10、O3、PM2.5六項污染物日均值二級濃度限值分別取：150 μg/m3、80 μg/m3、4 mg/m3、150 μg/m3、160 μg/m3、75 μg/m3，統(tǒng)計結(jié)果見表2。

南疆四市的空氣質(zhì)量不容樂觀（表2）。2016年阿克蘇市PM10超標天數(shù)共計210 d，PM2.5超標天數(shù)達165 d，O3、NO2、CO超標天數(shù)分別為48、4、3 d；阿圖什市PM10超標天數(shù)共計153 d，PM2.5超標天數(shù)達90 d，O3超標天數(shù)為9 d；喀什市PM10超標天數(shù)共計264 d，PM2.5超標天數(shù)達222 d，CO、O3、NO2超標天數(shù)分別為29、12、3 d；和田市PM10超標天數(shù)共計251 d，PM2.5超標天數(shù)達171 d，O3、SO2、CO、NO2超標天數(shù)分別為20、3、1、1 d。空氣污染貢獻最大的污染物是PM10，其次是PM2.5，這是4個城市的共同特征。南疆四市降水稀少，蒸發(fā)旺盛，春夏多大風、浮塵天氣[4-8]。年均濕度小，日照強烈，植被覆蓋率低，又地處沙漠邊緣區(qū)域，勢必造成空氣中污染物不能有效清除。城市供暖、機動車尾氣排放、冬季煤堆場揚塵、餐飲業(yè)油煙排放、道路揚塵、建筑施工以及城市化與工業(yè)化進程的加快，也是導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量下降的主要原因。

表2 2016年阿克蘇、喀什、和田、阿圖什市空氣污染物超標天數(shù) d

3 南疆四市城市風向特征分析

城市風向特征在污染物大氣稀釋擴散過程中以及建設(shè)項目環(huán)境評價、工程選址、城市功能區(qū)劃分等工作中起著決定性的作用。從表2的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以看出南疆四市全年空氣質(zhì)量欠佳，因此本文根據(jù)南疆四市1981—2015年近35 a的風向資料，分別分析了4個城市全年及四季的風向特征，繪制出風向頻率玫瑰圖和污染系數(shù)玫瑰圖，作為選擇城市工業(yè)區(qū)和生活區(qū)布局的重要依據(jù)[9-12]。

3.1 阿克蘇市城市風向特征

從阿克蘇市的氣象統(tǒng)計資料（圖1）來看，城區(qū)地面盛行風向為N風（風向頻率10%），其次是NNW風（9%），全年靜風（22%）頻率很高；春、秋、冬季盛行N風，夏季盛行NW風；全年最小風頻風向為WSW，頻率為1%。

圖1 阿克蘇市1981—2015年全年及四季風向頻率分布

在城市環(huán)境功能區(qū)劃分、確定大氣污染源布局時，風向決定大氣污染物輸送方向，但是風速決定了大氣污染物稀釋的程度和煙氣抬升高度。只考慮風向的作用，根據(jù)風向頻率分布特點，提出城市功能區(qū)布局方案，只能做到居民區(qū)接受污染的時間最少，卻不能保證受到的污染程度最輕。因此在考慮風向頻率的同時，還應(yīng)考慮風速[13]。風速也是影響污染濃度的一個重要因素，它與濃度成反比，故引入污染系數(shù)P，某一固定源下風向濃度與該風向頻率f成正比，與該風向下平均風速u成反比，即：P=f/u。污染系數(shù)[14-16］愈小，意味著空氣污染的程度就愈輕。利用污染系數(shù)計算式結(jié)合氣象統(tǒng)計資料繪出阿克蘇市1981—2015年年均污染系數(shù)玫瑰圖（圖2）。

圖2 阿克蘇市1981—2015年全年及四季年均污染系數(shù)玫瑰圖

從圖2分析得出阿克蘇市全年N風的污染系數(shù)最大，NNW風的污染系數(shù)次之，WSW風的污染系數(shù)最小，全年風向頻率與污染系數(shù)規(guī)律特征一致，NNW-NNE方位污染較為嚴重，城市環(huán)境功能區(qū)劃分時工業(yè)區(qū)應(yīng)選在WSW方向[17-19]。

3.2 喀什市城市風向特征

從喀什市的氣象統(tǒng)計資料（圖3）來看，城區(qū)地面盛行風向為NW風（7%），其次是W、WNW、SSE風，頻率為6%，全年靜風（22%）頻率很高，最小風頻風向為NNE、SSW，頻率為3%；城區(qū)四季都盛行NW風，春季最小風頻風向為SSW（3%），夏季最小風頻風向為ESE、SSW、NNE（3%），秋季最小風頻風向為SSW、WSW（2%），冬季最小風頻風向為N、NNE（2%）。

圖3 喀什市1981—2015年全年及四季風向頻率分布

根據(jù)氣象統(tǒng)計資料繪出喀什市1981—2015年年均污染系數(shù)玫瑰圖（圖4）。

從圖4中可以看出喀什市全年NW、SSE風的污染系數(shù)最大，WNW風的污染系數(shù)次之，NNE風的污染系數(shù)最小；冬季NW風的污染系數(shù)最大，SSE風的污染系數(shù)次之，NNE風的污染系數(shù)最小；春季SSE風的污染系數(shù)最大，W、WNW風的污染系數(shù)次之，ESE風的污染系數(shù)最小；夏季S風的污染系數(shù)最大，SSE風的污染系數(shù)次之，NNE風的污染系數(shù)最小；秋季NW風的污染系數(shù)最大，WNW風的污染系數(shù)次之，NNE風的污染系數(shù)最小；綜合考慮工業(yè)區(qū)應(yīng)選在NNE方向。就目前而言，喀什城區(qū)東偏北區(qū)域分布著天山水泥廠、地區(qū)水泥廠、喀什熱電廠等多個高污染企業(yè)，疏附縣的工業(yè)園區(qū)也正處于喀什城區(qū)的西邊，工業(yè)區(qū)的布局對喀什市的空氣質(zhì)量都會產(chǎn)生不良的影響。

圖4 喀什市1981—2015年全年及四季年均污染系數(shù)玫瑰圖

3.3 阿圖什市城市風向特征

從阿圖什市的氣象統(tǒng)計資料（圖5）來看，城區(qū)地面盛行風向為W風（8%），其次是E風（7%），全年靜風（26%）頻率很高，最小風頻風向為NNW、SSE，頻率為2%；城區(qū)冬季盛行W風（8%），最小風頻風向為SSE、NW、NNW風，頻率為1%；春季盛行W風（8%），最小風頻風向為N、NNE、SSE、NNW風，頻率為3%；夏季盛行NW風（9%），最小風頻風向為NNE、SSE風，頻率為3%；秋季盛行W風（9%），最小風頻風向為N、NNW、SSE風，頻率為2%。

圖5 阿圖什市1981—2015年全年及四季風向頻率分布

根據(jù)氣象統(tǒng)計資料繪出阿圖什市1981—2015年年均污染系數(shù)玫瑰圖（圖6）。

從圖6可以看出阿圖什市全年W風的污染系數(shù)最大，E風的污染系數(shù)次之，NNW風的污染系數(shù)最小；冬季W(wǎng)風的污染系數(shù)最大，其次是WSW風，NW風的污染系數(shù)最小；春季和夏季E風的污染系數(shù)最大，其次是NE風，NNW風的污染系數(shù)最小；秋季W(wǎng)風的污染系數(shù)最大，其次是E風，同樣也是NNW風的污染系數(shù)最小。綜合考慮工業(yè)區(qū)應(yīng)選在NNW方向，其次是S方向，這與當前阿圖什市工業(yè)園區(qū)的布局是相符合的。但是由于前期城市規(guī)劃工作缺乏宏觀統(tǒng)籌大局意識，阿圖什市工業(yè)園區(qū)在喀什市工業(yè)園區(qū)的北側(cè)，兩個工業(yè)園區(qū)只相距40 km，中間由西天山山脈相隔，盛行西北風時，西北風裹挾著阿圖什市工業(yè)園區(qū)的污染物翻過西天山山脈，再攜帶上喀什市工業(yè)園區(qū)的污染物隨氣流流向塔克拉瑪干沙漠后，把沙塵帶起來，污染物和沙塵隨東南風再流向喀什市和阿圖什市，對這2個城市的空氣質(zhì)量都有很大的影響。

圖6 阿圖什市1981—2015年全年及四季年均污染系數(shù)玫瑰圖

3.4 和田市城市風向特征

從和田市的氣象統(tǒng)計資料（圖7）來看，城區(qū)地面盛行風向為SW風（10%），其次是SSW風（9%），全年靜風頻率達16%，最小風頻風向為SE、SSE，頻率為2%；城區(qū)冬季盛行W、SW風（8%），最小風頻風向為SSE、SE、S風，頻率為2%；春季盛行SW風（10%），最小風頻風向為SSE、SE風，頻率為2%；夏季盛行SW風（10%），秋季盛行SW、SSW風（10%），夏秋兩季最小風頻風向皆為SSE、NE、NNE風，頻率為2%。

圖7 和田市1981—2015年全年及四季風向頻率分布

根據(jù)氣象統(tǒng)計資料繪出和田市1981—2015年年均污染系數(shù)玫瑰圖（圖8）。

圖8 和田市1981—2015年全年及四季年均污染系數(shù)玫瑰圖

分析圖8可以看出和田市全年SW風的污染系數(shù)最大，SSW風的污染系數(shù)次之，SSE、SE風的污染系數(shù)最小；冬季SW風的污染系數(shù)最大，WSW、W風的污染系數(shù)次之，SE風的污染系數(shù)最小；春夏兩季仍是SW風的污染系數(shù)最大，SSW風的污染系數(shù)次之，春季SSE風的污染系數(shù)最小，夏季NNE風的污染系數(shù)最小；秋季SSW風的污染系數(shù)最大，SW風的污染系數(shù)次之，SE風的污染系數(shù)最小；根據(jù)和田市城區(qū)風向頻率和污染系數(shù)特征工業(yè)區(qū)可選在SSE～SE方向，但是由于昆侖山在和田市的南面，和田市的地勢和地下水均呈現(xiàn)南高北低的走勢，綜合考慮工業(yè)區(qū)應(yīng)選在NNE方向。

4 討論

結(jié)合南疆四市1981—2015近35 a的風向資料，對這4個城市年風向頻率、最大及最小污染系數(shù)風向情況進行了統(tǒng)計（表3）。

南疆四市空氣濕度小、干旱，懸浮在大氣中的細微煙、塵或者沙粒等構(gòu)成PM10、PM2.5污染物濃度居高不下，這也是4個城市全年環(huán)境空氣質(zhì)量欠佳的主要原因。要從根源上解決這個問題，只有加速城市綠地和防護林建設(shè)，提高城市綠化覆蓋率，在城市開發(fā)過程中建設(shè)多層次的綠化結(jié)構(gòu)[20]，并與綠色建筑、特色民俗建筑、城市家俱小品、綠地景觀結(jié)合形成特有的城市風貌。

5 結(jié)論

通過對南疆四地州的中心城市：阿克蘇、喀什、和田和阿圖什市1981—2015近35 a的氣象觀測資料和2016年大氣中SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5污染物的日報監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，可以得到以下幾點結(jié)論：

表3 1981—2015年阿克蘇、喀什、和田、阿圖什市風場特征

（1）受地理環(huán)境條件制約，這4個城市年降水量不足100 mm，年蒸發(fā)量均超過1880 mm，年日照時數(shù)超過2600 h，全年沙暴、浮塵和揚沙災(zāi)害頻發(fā)，都屬于生態(tài)系統(tǒng)脆弱的干旱、極度干旱區(qū)。從2016年空氣質(zhì)量日監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，空氣污染貢獻最大的污染物是PM10，其次是PM2.5，這是4個城市的共同特征。南疆四市地處沙漠邊緣區(qū)域，植被覆蓋率低，春夏多大風、沙塵暴、浮塵天氣，勢必造成環(huán)境空氣中污染物不能有效清除。

（2）阿克蘇市城區(qū)地面盛行風向為N風，全年N風的污染系數(shù)最大，WSW風的污染系數(shù)最小，全年靜風頻率達22%，城市環(huán)境功能區(qū)劃分時工業(yè)區(qū)應(yīng)選在WSW方向。喀什市城區(qū)地面盛行風向為NW風，全年靜風頻率達22%，全年NW、SSE風的污染系數(shù)最大，NNE風的污染系數(shù)最小，綜合考慮工業(yè)區(qū)應(yīng)選在NNE方向。阿圖什市城區(qū)地面盛行風向為W風，全年靜風頻率達26%，全年W風的污染系數(shù)最大，NNW、SSE風的污染系數(shù)最小，工業(yè)區(qū)應(yīng)選在NNW方向，其次是S方向。和田市城區(qū)地面盛行風向為SW風，全年靜風頻率達16%，全年SW風的污染系數(shù)最大，SSE、SE風的污染系數(shù)最小，工業(yè)區(qū)可選在NNE方向。南疆4個城市進行工業(yè)園區(qū)布局時，要有一盤棋的思想，從大局利益出發(fā)，做一個宏觀的科學的整體規(guī)劃。城市進行規(guī)劃時，氣象部門也應(yīng)該參與進來，進行城市氣候可行性論證。

（3）南疆四市可利用特殊的光熱資源、發(fā)展特色林果業(yè)及棉紡產(chǎn)業(yè)，同時兼顧了防塵、外圍生態(tài)圈的構(gòu)架，并形成溫差對流，改善靜風頻率過高問題。在城市開發(fā)建設(shè)過程中，可依托喀什“五口通八國，一路連歐亞”的獨特地緣優(yōu)勢，充分發(fā)揮絲綢之路旅游品牌效應(yīng)，依托地域自然風光、歷史遺跡、民族風情等景觀資源，開發(fā)文化底蘊深厚的高品位產(chǎn)品，建成特色化的旅游精品城市[21-22]。發(fā)展綠色經(jīng)濟，提高南疆四市的城市氣候和生態(tài)承載力。

[1] 李豫鳳.新疆南北疆區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展差異預(yù)警研究［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26（8）：1-7.

[2] 李曉玲，修春亮，孫平軍，等.安全導(dǎo)向的屯墾戍邊地區(qū)城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)型研究—以新疆南疆四地州為例［J］.地域研究與開發(fā)，2016，35（5）：67-80.

[3] 沈永平，王國亞，張建崗，等.人類活動對阿克蘇河綠洲氣候及水文環(huán)境的影響［J］.干旱區(qū)地理，2008，31（4）：524-533.

[4] 郭宇宏，王自發(fā)，康宏，等.TSP和PM10監(jiān)測指標對新疆城市空氣質(zhì)量級別的影響［J］. 干旱區(qū)地理，2014，37（4）：731-743.

[5] 曹宏玉.淺談阿圖什市近3年干旱氣候與沙塵暴的影響及其對策［J］.干旱環(huán)境監(jiān)測，2009，23（2）：96-99.

[6] 孜比布拉·司馬義，蘇力葉·木沙江，張泳福.喀什市城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價研究［J］.云南大學學報，2011，33（2）：218-223.

[7] 郭宇宏，康宏，張小嘯.新疆典型城市空氣中TSP與PM10監(jiān)測指標對空氣質(zhì)量級別的影響［J］.干旱環(huán)境監(jiān)測，2013，27（1）：10-14.

[8] 關(guān)欣，李巧云，文倩，等.和田降塵與浮塵、揚沙、沙塵暴關(guān)系的研究［J］.環(huán)境科學研究，2000，13（6）：1-7.

[9] 趙廷儀，姜平薛，友梅.貴州高原山區(qū)大氣污染系數(shù)分布［J］.貴州科學，1997，15（3）：186-191.

[10] 楊義彬.成都市大氣污染及氣象條件影響分析［J］.四川氣象，2004，24（3）：40-43.

[11] 劉煥彬，王恒明.山東省大氣污染系數(shù)分布及其在城市規(guī)劃中的應(yīng)用［J］.山東氣象，2005，25（2）：29-30.

[12] 孫武，王義明，王越雷.珠江三角洲地面風場的特征及其城市群風道的構(gòu)建［J］.生態(tài)學報，2012，32（18）：5630-5636.

[13] 姚源山.風資料在環(huán)境影響分析和規(guī)劃設(shè)計中的正確應(yīng)用［J］.貴州氣象，2000，24（5）：22-23.

[14] 陳芳，馬英芳，申紅艷，等.格爾木市區(qū)空氣污染的氣象條件分析［J］.青海氣象，2007（4）：12-16.

[15] 楊玉靜.桂平市氣象參數(shù)對大氣環(huán)境評價的影響［J］.氣象研究與應(yīng)用，2011，32（3）：54-57.

[16] 謝善駒.我國大氣污染系數(shù)研究進展［J］.中山大學學報，1996，35（1）：240-243.

[17] 易琦，陳玉姝.昆明城市布局與風象的關(guān)系及問題研究［J］.云南地理環(huán)境研究，2000，12（2）：51-57.

[18] 劉敦訓，孫秀忠，韓秀蘭，等.黃河三角洲城市建設(shè)規(guī)劃中氣候資源的利用［J］.氣象科技，2005，33（6）：609-612.

[19] 卜慶雷，亓翠蕓，路光輝.萊蕪市工業(yè)合理布局與風的相關(guān)分析［J］.新疆氣象，2006，29（6）：17-19.

[20] 周媛，石鐵矛，胡遠滿，等.沈陽城市綠地適宜性與空間布局［J］.生態(tài)學雜志，2011，30（8）：1805-1812.

[21] 秦春艷.新疆南疆三地州經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢［J］.新疆財經(jīng)，2013（5）：53-59.

[22] 蔡霞霞.新疆南疆城鎮(zhèn)化發(fā)展的制約因素的研究［D］.阿拉爾市:塔里木大學，2013:29-36.