“十三五”末塔里木盆地南緣巴州環境空氣質量時空變化研究

趙 琦，施曉冬，帥東海，王琳琳

(1.巴音郭楞蒙古自治州環境監測站，新疆 庫爾勒 841000； 2.新疆農業大學 化工學院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 引言

塔里木盆地因地處干旱區腹地，其環境空氣質量受氣候因素擾動，對周邊綠洲城市生活生產及經濟發展影響較大[1，2]。隨著城鎮化進程的推進，人口的進一步增長，土地開墾及工業企業的持續發展，致使環境空氣質量擾動因素增多，對人類健康以及生態環境安全造成了進一步的影響[3]。“十三五”以來，隨著對大氣環境的不斷重視，大氣環境保護規劃已從單一污染物變化持續減排理念發展為使區域內大氣環境質量與經濟社會的發展相協調[4，5]，提倡“一帶一路”綠色建設新理念。而塔里木盆地地處新疆中部，作為推動絲綢之路經濟帶高質量發展的重要區域[6]，其空氣環境質量變化成為了社會及公眾持續關注的焦點。

基于塔里木盆地特殊地理位置及自然條件，眾多學者對塔里木盆地空氣環境質量進行了多角度研究。李吉玫等[7]對庫爾勒、和田、喀什等塔里木盆地內主要城市空氣中負離子濃度進行監測，研究表明庫爾勒市空氣中負離子遠高于其余城市；菊春燕等[8]對位于塔克拉瑪干沙漠邊緣的和田市采用遙感反演研究氣溶膠光學厚度與PM2.5相關性及空間致災風險，得出致災高風險地區主要受到氣象條件的影響；張云菲[9]運用模糊綜合評價法、灰色關聯度法、人工神經網絡模型及灰色預測模型對新疆主要地區大氣污染物進行了現狀分析、探討了因素影響，并選出了適宜模型，提出了優化大氣環境質量的相關建議；劉新春等[10]使用環境大氣顆粒物監測儀通過對塔克拉瑪干沙漠周邊及腹地主要城鎮塔中、哈密、和田進行了PM10長期定位監測，研究表明受氣溫、氣壓及相對濕度影響，塔克拉瑪干沙漠PM10具有顯著區域性差異，東緣哈密最低，南緣和田次之，中部塔中最高；張潔瓊[11]基于PMEI-WES模型對南疆主要地州PM2.5及PM10構建風蝕源解析清單，得出克州PM2.5排放量最高，而巴州PM10排放量最高。

目前對于環塔里木盆地城市綠洲環境空氣質量研究主要集中與PM2.5及PM10排放量及源解析，對解析塔里木盆地南緣巴州地區縣市環境空氣質量研究鮮有報道，因此，本文基于綜合指數評價法，對塔里木盆地南緣巴音郭楞蒙古自治州(以下簡稱巴州)州地區9個縣市“十三五”末(2020年)環境空氣質量進行時空分析，為區域經濟及生態環境發展提供一定參考。

2 研究區概況

巴州位于塔里木盆地南緣，行政區劃共有9個縣市，作為中緯度干旱區的典型大陸性暖溫帶氣候，日照充足且晝夜溫差較大，地表蒸發量大，毗鄰中國最大的沙塵源塔克拉瑪干沙漠，沙塵天氣發生頻率極高[12，13]，四季均有沙塵暴和塵卷風發生，對周邊縣市環境空氣產生了較嚴重影響。

3 研究方法與數據處理

“十三五”末，巴州共設置11個環境空氣質量自動監測站點，其中庫爾勒市設置3個國控監測站點，其余縣市均為省控監測點，數據選取11個自動監測站點的監測數據，收集時段為2020年1月1日至2020年12月31日23時。監測項目為二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、臭氧(O3)、一氧化碳 (CO)、細顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)。運用綜合指數評價法按照《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012)對各站點環境空氣質量進行評價[14，15]，分析其總體環境空氣質量；利用Origin2021制圖，對巴州9縣市環境空氣主要指標年內各月月均值、季均濃度進行比較，分析其時間序列變化規律；采用ArcGIS10.6軟件對巴州各縣市環境空氣主要指標進行空間插值分析，解析了巴州6種環境空氣主要指標空間分布特征。

4 結果與分析

4.1 總體環境空氣質量分析

“十三五”末，巴州各縣市綜合空氣質量指數在3.41～13.2間，其中北部4縣市和碩縣、焉耆縣、博湖縣、和靜縣綜合指數分別為3.41、4.19、4.76、4.89，顯著優于其余5縣市，9個縣市中和碩縣綜合質量指數最低，為3.41，環境空氣質量為9縣市中最優。巴州各縣市環境空氣質量優良天數總體范圍為133～296 d，其中且末縣全年優良天數最少，為133 d，優良率為36.4%，和碩縣優良天數最多，為296 d，優良率為81.1%，“十三五”末巴州各縣綜合質量指數及優良天數見表1。

4.2 主要指標時間序列變化分析

通過對巴州各縣市主要環境空氣指標“十三五”末年內月均值及季節均值進行分析，具有顯著時間序列變化趨勢。

表1 “十三五”末巴州各縣綜合質量指數及優良天數統計

4.2.1 主要指標年內各月變化分析

從巴州各縣市主要環境空氣指標“十三五”末年內月均值變化情況來看，主要指標NO2濃度變化趨勢為：各縣市中庫爾勒市、博湖縣、和靜縣、和碩縣年內各月均值總體呈現先減少后增加的趨勢，其余5縣市年內均值呈現無規律波動式變化；O3濃度變化趨勢為輪臺縣、若羌縣、且末縣年內均值呈現無規律波動式變化，其余6縣市均呈現先增加后減少的趨勢；SO2濃度變化趨勢為輪臺縣、和靜縣、和碩縣年內各月均值總體呈現波動式下降趨勢，尉犁縣呈現波動市上升趨勢，其余5縣市年內均值呈現無規律波動式變化，具體變化情況如圖1。

圖1 “十三五”末巴州各縣市環境空氣中SO2濃度

其余指標中，就CO濃度變化而言，各縣市中博湖縣、和碩縣呈波動上升趨勢，和碩縣呈現波動式下降趨勢，且末縣及若羌縣整體變化不明顯，其余3縣市呈現先上升后下降的趨勢；各縣市中，庫爾勒市、博湖縣、和靜縣、和碩縣PM2.5年內各月均值總體呈現先減少后增加的趨勢，其余5縣市呈波動上升趨勢；與CO、PM2.5濃度變化不同，各縣市中，且末縣、若羌縣、輪臺縣、尉犁縣PM10年內各月均值總體呈現上升趨勢，其余5縣市呈持續波動變化，具體變化情況見圖2。

4.2.2主要指標季節變化分析

根據巴州氣候變化，將3～5月份劃分為春季、6～8月份劃分為夏季、9～11月份劃分為秋季、12月份及翌年1～2月份劃分為冬季?！笆濉蹦瑢椭莞骺h市各項指標進行分析可知，各縣市環境空氣指標中NO2及PM2.5具有顯著季節性變化。各縣市NO2變化如圖3所示，其中，庫爾勒市、和碩縣、和靜

圖2 “十三五”末巴州各縣市環境空氣中排名PM10濃度

縣、博湖縣工業企業生產周期相對一致，NO2變化具有一致變化趨勢，均為呈現秋季、冬季高于春季、夏季；若羌縣、且末縣工業企業較少，NO2變化呈現為冬季、春季高于夏季、秋季；焉耆縣工業企業大多為夏季生產企業，NO2變化呈現夏季高于其余3個季節；尉犁縣企業極少，受個別主要企業影響，NO2變化呈現秋季高于其余3個季節；輪臺縣石化企業較為集中，廢氣排放設施投入較大，因此環境空氣中NO2濃度顯著低于其余各縣市，并呈現冬季高于其余3個季節趨勢。

圖3 “十三五”末巴州各縣市環境空氣中NO2濃度季節變化

“十三五”末，巴州各縣市PM2.5變化如圖4所示，其中，庫爾勒市、和碩縣、和靜縣、博湖縣PM2.5變化具有一致變化趨勢，均為呈現秋季、冬季高于春季、夏季，與NO2具有一致的變化趨勢，可見以上縣市環境空氣指標主要受工業企業廢氣排放影響；且末縣、若羌縣、輪臺縣、焉耆縣PM2.5變化具有一致變化趨勢，變化呈現秋季高于其余3個季節；與其余縣市不同，尉犁縣4個季節整體變化不明顯。

圖4 “十三五”末巴州各縣市環境空氣中PM2.5濃度季節變化

4.3 空間變化分析

通過整體區域分析可知，“十三五”末塔里木盆地南緣巴州地區各縣市常見大氣污染物具有較顯著空間差異性。由表2可見，巴州各縣空氣質量指數從低到高依次是和碩、焉耆、博湖縣、和靜、尉犁、輪臺、若羌以及末縣，總體空氣質量北部好于南部。通過綜合指數評價法可知各縣市首要污染物為PM10，因此，沙塵為影響巴州環境空氣質量的主要影響因素。同時，由于且末縣毗鄰塔克拉瑪干沙漠，因此受沙塵影響最為顯著，空氣質量指數最高。

通過對主要指標進行空間插值分析，6項主要環境空氣指標分布具有顯著空間差異性，其中SO2、NO2具有相對較一致的空間分布特點，總體呈現為北部高于南部，主要原因為北部縣市企業分布多于南部，受工業企業廢氣排放影響，北部焉耆縣、和碩縣、和靜縣、博湖縣SO2年均濃度分別為9 μg/m3、9 μg/m3、8 μg/m3、7 μg/m3，NO2年均濃度分別為14 μg/m3、17 μg/m3、18 μg/m3、20 μg/m3；受工業企業設備投入影響，主要指標CO濃度較高縣市為且末縣、焉耆縣，年均濃度分別達到5.8mg/m3、4.2 mg/m3，除焉耆縣外其余北部縣市CO呈現較低濃度，最低為庫爾勒市0.6 mg/m3；受地理因素影響，北部焉耆縣、和碩縣、和靜縣、博湖縣主要指標O3濃度較高NO2年均濃度分別為143 μg/m3、112 μg/m3、102 μg/m3、126 μg/m3；受地理因素及工業企業分布影響，主要指標PM10、PM2.5具有較一致的空間分布，總體為北部4縣市好于中部及南部縣市，其中，巴州各縣市PM2.5濃度空間分布如表3所示，由于輪臺縣、尉犁縣、且末縣、若羌縣位于塔克拉瑪干沙漠邊緣，受沙塵影響，NO2年均濃度分別為58 μg/m3、51 μg/m3、144 μg/m3、72 μg/m3。

表2 巴州各縣市空氣綜合質量指數對比

表3 巴州各縣市空氣指標PM2.5對比

5 討論

受自然條件及人為活動因素影響，巴州各縣市環境空氣質量持續波動，并呈現時間序列變化及空間分布從差異。

5.1 自然影響因素

巴州處于塔克拉瑪干大沙漠的東北邊緣，植被稀少，全年降水量少，空氣干燥，脆弱的生態環境和特殊的地理氣象條件，沙塵、揚塵、浮塵等重污染天氣頻發。在春、秋兩季大氣多處于不穩定狀態，也易產生強烈的大氣對流，大風攜帶塔克拉瑪干沙漠中的黃沙漂移至巴州南部縣市，致使環境空氣中PM10顯著增高，對空氣質量造成了嚴重的影響[16,17]。

同時，環境空氣質量主要指標中，O3與氣象條件具有極顯著相關性，其中溫度變化、太陽輻射強度與O3濃度呈顯著正相關[18,19]。O3作為光化學反應的主要產物，即日照強度的增強也伴隨著溫度的升高，日照時長的增大也會加劇光化學反應，使O3濃度升高[20]。

5.2 人為活動影響因素

PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO監測濃度同時也受人為活動因素的影響[21]，其中包括車輛、工業企業生產排放、居民生活和取暖、垃圾焚燒等[22]。巴州北部如博湖縣、和靜縣、焉耆縣等縣市主要指標存在顯著季節性差異，且與當地企業生產周期密切相關，說明來自固定和流動污染源的人為污染物排放大小是影響巴州各縣市環境空氣質量另一主要因素，通過強化區域大氣環境兵地聯防聯控，推進散煤綜合治理和重點行業大氣污染治理，開展“散亂污”企業動態清零行動，加強能耗“雙控”管理，加大揚塵污染控制、脫硫脫硝除塵燃煤鍋爐改造等一系列措施，對于改善大氣環境有一定實效。

6 結論

(1)“十三五”末，巴州環境空氣質量總體較好，各縣市環境空氣質量優良天數總體范圍為133～296 d，各縣市綜合質量指數在3.41～13.2間，其中北部4縣市和碩縣、焉耆縣、博湖縣、和靜縣綜合指數分別為3.41、4.19、4.76、4.89，顯著優于其余5縣市。

(2)巴州各縣市主要環境空氣指標“十三五”末年內月均值及季節均值進行分析，均具有顯著時間序列變化趨勢，各縣市中庫爾勒市、博湖縣、和靜縣、和碩縣NO2、PM2.5年內月均值及季節均值均具有較為一致的變化趨勢。

(3)通過整體區域分析可知，“十三五”末塔里木盆地南緣巴州地區各縣市常見大氣污染物具有較顯著空間差異性。巴州各縣空氣質量指數從低到高依次是和碩、焉耆、博湖、和靜、尉犁、輪臺、若羌以及且末縣，總體空氣質量北部好于南部。

(4)受自然條件影響，塔克拉瑪干沙漠中的黃沙漂移至巴州南部縣市，致使環境空氣中PM10顯著增高，對空氣質量造成了嚴重的影響。受人為活動因素的影響，巴州北部如博湖縣、和靜縣、焉耆縣等縣市主要指標存在顯著季節性差異，且與當地企業生產周期密切相關。