2020年烏魯木齊市空氣質量特征分析

新疆維吾爾自治區環境監測總站 徐濤

近年來，隨著我國社會經濟高速發展，人民的生活水平也得到了較大提升，與此同時，一系列環境污染問題也日益凸顯。其中大氣污染問題由于覆蓋范圍廣、污染成因復雜，治理難度大，引起了廣泛關注。為此，我國開啟了一系列污染治理行動，在2013年頒布了《大氣污染防治行動計劃》（簡稱《大氣十條》），2017年，十九大報告提出將打贏污染防控攻堅戰作為決勝2020全面建成小康社會的三大攻堅戰之一，2018年6月頒發了《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》。從《大氣十條》頒布以來，我國重要城市群SO2、NO2、PM10和PM2.5等5項污染物濃度連年下降[1,2]，從2013年到2017年，我國大氣中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[3,4]。目前，我國大氣污染表現為以灰霾和光化學煙霧污染為特征的大氣復合污染格局[5]，而實現對PM2.5和O3的協同防控是我國下一階段空氣污染防控的關鍵。

為應對當地空氣污染，各地政府相繼出臺了大氣污染防治計劃細則和精準實施措施。為解決環境污染問題，新疆維吾爾自治區認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，著力提高空氣質量。為此，新疆維吾爾自治區頒布了《自治區打贏藍天保衛戰三年行動計劃（2018-2020）》，以明顯降低細顆粒物（PM2.5）濃度為重點，以減少重污染天數為主攻方向，以采暖季為重點時段，持續實施大氣污染防治行動，大力調整優化產業結構、能源結構、運輸結構和用地結構，強化兵地聯防聯控和區域同防同治，綜合治理燃煤污染，嚴格控制機動車污染，全面推進城市揚塵等面源污染整治，加強重點行業企業排污監管。

在新疆維吾爾自治區的不懈努力下，新疆在空氣污染治理方面卓有成效，各項大氣常規污染物濃度連年下降[6-8]，大氣環境質量逐步得到改善。2020年作為全面決勝小康社會的收官之年，也是大氣污染防控攻堅戰的收官之年，本研究以烏魯木齊市為例，基于2020年6項大氣常規污染物的濃度數據，對污染物的年平均濃度、月份變化和小時變化特征進行了分析，以期為大氣污染防治成效評估提供參考。

一、研究區域概況與數據來源

（一）研究區域概況

烏魯木齊市位于新疆北部，地勢懸殊，山地面積廣大，三面環山，北部平原廣闊，東部毗鄰博達山、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，地勢由東南向西北降低。由于遠離海洋、深居內陸，烏魯木齊市呈現明顯的溫帶大陸性氣候。氣溫隨季節呈現明顯變化，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。市區平均風速為2.47m/s，夏季風速高于春、秋、冬季。

（二）數據來源

本研究的SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3和CO等六項污染物的濃度數據來源于烏魯木齊市環境空氣質量監測網中的監測站、收費所、農科院、鐵路局、三十一中、米東環保局和培訓基地7個監控站點，其中三十一中學、收費站、監測站和鐵路局分別位于主城區的東部、南部、中部和北部，農科院位于西北方向，培訓基地和米東環保局則分別位于郊區的南部和北部，覆蓋面積較廣，具有一定的代表性。

二、結果與分析

（一）空氣質量總體分析

2020年烏魯木齊市6項常規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，其余各項空氣污染物濃度均達到《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標 準（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）。這表明細顆粒物（PM10和PM2.5）仍然是制約烏魯木齊市空氣質量整體達標的重要因素。烏魯木齊市大氣污染物質量濃度與我國其他典型城市的對比詳情如表1所示。烏魯木齊市SO2平均質量濃度與北京相近，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塵源控制較好；烏魯木齊市的NO2平均質量濃度比三個一線城市（北京、上海和廣州）分別高45%、81%和51%，說明烏魯木齊市的NO2排放仍然有待進一步減排。烏魯木齊市的CO平均質量濃度比南京、上海和廣州高23%—41%，O3平均質量濃度比北京、上海和廣州高73%—82%。烏魯木齊市呈現光化學煙霧與大氣灰霾復合型大氣污染格局。烏魯木齊市空氣質量級別分布如圖2所示，環境空氣質量指數（AQI）優良天數占比為76.78%，同比增加1.27個百分點；輕度污染天數占比為9.84%，同比下降0.24個百分點；中度污染天數占比為4.53%，同比下降3.81個百分點；中度污染天數占比為6.44%，同比下降0.64個百分點；嚴重污染天數占比為2.42%。總的來說，2020年的優良天數比2019年的有所上升，而污染天數有所下降。

圖1 2020年烏魯木齊市6項大氣常規污染物濃度

表1 烏魯木齊市與中國其他典型城市大氣污染物濃度對比

圖2 2020年烏魯木齊市空氣質量級別比例

（二）空氣質量月份變化特征

2020年烏魯木齊市顆粒物質量濃度不同月份變化特征如圖3（a）所示。PM2.5和PM10的質量濃度在2020年不同月份變化趨勢較為相似，在一月份和十二月份的污染最為嚴重，PM2.5和PM10的質量濃度分別為 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則在四月份的質量濃度僅次于十二月份和一月份，達到了121μg/m3。三至十一月份PM2.5的質量濃度較低，在13—43μg/m3的區間內；二月份、四至十一月份的PM10質量濃度在42—81μg/m3的范圍內。

圖3 烏魯木齊市大氣常規污染物月份變化

2020年除顆粒物以外的四項大氣常規污染物質量濃度月份變化如圖3（b）所示。NO2和CO的月份變化趨勢呈現“U”字形曲線，與顆粒物的變化趨勢較為接近，二者也呈現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量濃度分別為68—69μg/m3和2—2.1mg/m3區間內，二月份次之，四至九月份NO2和CO的質量濃度較低。SO2在2020年不同月份中的質量濃度較為均勻，處于較低水平，在7—11μg/m3之間。O3質量濃度呈現的月變化特征與其它五項大氣常規污染物不同，為倒“U”字形曲線，主要表現為四月至八月份處于較高污染水平，在七月份達到最高濃度，質量濃度為131μg/m3。這主要是與O3的形成條件有關，O3是一次污染物在光照條件下經過光化學氧化生成的二次污染物，而七、八月份的氣溫較高、太陽輻射較強、降雨量較低等氣象因素，有利于O3的生成。

（三）空氣質量小時變化特征

烏魯木齊市大氣常規污染物SO2、PM10、PM2.5和CO質量濃度的小時變化曲線如圖4（a）所示。SO2的濃度全天變化在7—10μg/m3的區間內，其小時變化曲線較為平緩，表現為單峰曲線：SO2濃度大約在上午10時左右開始上升，下午15時—16時達到峰值，19時左右開始降低，在夜間至凌晨的濃度較低，與人類作息相對應，這主要和工業源排放和機動車尾氣排放有關；PM10的濃度全天變化范圍在72—99μg/m3的區間內，其小時變化曲線表現為從早晨7時—傍晚17時呈波動狀態，到晚23—凌晨1時達到峰值后低，PM10屬于一次污染物，主要由道路揚塵和工地揚塵產生，表明夜間的機動車尾氣排放對PM10存在一定貢獻；PM2.5指空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5微米的顆粒物，PM2.5的日濃度范圍在47—57μg/m3的區間內，其小時變化曲線主要在下午14時、18時和凌晨出現小幅度的峰值，PM2.5為二次污染物，其變化相對滯后于一次污染物PM10；CO濃度日變化范圍在0.85—1.00mg/m3的范圍內，其小時變化曲線呈現近似“W”形狀，從早晨7時開始CO濃度持續上升，在上午10時左右達到峰值，隨之降低，在下午17時左右再次呈上升趨勢，顯然，CO的濃度上升階段主要集中于早高峰和晚高峰時段內，受交通因素影響較為明顯。

圖4 烏魯木齊市大氣常規污染物小時變化特征

烏魯木齊市二次污染物O3及其前體物NO2的小時變化特征如圖4（b）所示。O3與NO2的小時變化曲線呈現的相反趨勢：凌晨0時—7時為O3生成的累積階段，該階段人類活動減少，前體物的濃度較低，無光照作用，O3為全天最低濃度；7時—10時為O3的抑制階段，由于早高峰的到來，人類活動加強，機動車尾氣的排放，使得O3的前體物NO2濃度上升，但由于此階段的太陽輻射強度不大，該過程主要由其前體物控制，前體物在該階段的濃度越高，則抑制時長越久，O3與NOx的交點則為O3抑制階段的結束時間點與光化學時間的開始點；上午10時開始為O3的累積階段，在此階段隨著溫度的上升和太陽輻射的增強，NO2光解生成O3，NO2濃度降低，O3累積，濃度升高，在下午17時左右達到全天的峰值；17時后，隨著太陽輻射減弱，濃度持續降低，直至全天最低濃度，此時NO2上升至全天最高濃度。

三、結論

通過對2020年烏魯木齊市大氣常規污染物的特征分析，得出以下結論：（1）2020 年大氣常規污染物SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3的平均質量濃度分別為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外其它四項污染物達標；與其他中國典型城市相比，烏魯木齊市各項污染物的平均質量濃度處于中游水平；優良天數與2019年相比有所上升，污染天數有所下降。（2）從2020年大氣污染物平均質量濃度的月份變化趨勢來看，O3、PM2.5、PM10、NO2和CO平均質量濃度表現為兩端高（一月和十二月）、中間低（七月和八月）的勢態，而O3與之相反，呈現倒“U”字形，主要與氣象條件有關。（3）從大氣污染物平均質量濃度的小時變化特征來看，各項污染物的小時變化特征有所差別，但主要受人類生產、活動和氣象條件影響。因此，加強對污染源排放的控制是下一階段污染物管控的重點。