2014年烏魯木齊市大氣污染物分布特征

沈戈弋 王華媛

摘 要：現代社會的飛速發展使我們所在的城市變得越來越繁榮，但是城市化進程的加快以及經濟的大幅增長也給環境帶來了很多問題，環境污染的加重越來越威脅到人類的健康，其中，大氣污染是眾多環境污染中最主要的污染之一，世界各國都在思考減少其污染的措施。本文探討了我國新疆烏魯木齊市2014年大氣污染物的時空分布特征，分析了對大氣污染物的分布造成影響的因素，為我國大氣污染的預防和控制提供參考。研究發現：烏魯木齊市大氣污染物濃度的空間分布特征受地理位置和風場的影響，SO2和PM10濃度的空間分布總體呈現城市內部高于城市周邊的特征，而NO2濃度各地相差不大，3種污染物中PM10為城市主要污染物；烏魯木齊市大氣污染物有明顯的季節分布特征，NO2沒有明顯的分布差異，三種污染物濃度的最低值都出現在夏季，除PM10冬季的濃度排在第二外，其他兩種污染物濃度都在冬季呈現最高值，PM10污染物濃度的最高值出現在春季。

關鍵詞：烏魯木齊 大氣污染物 氣溫

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（a）-0-02

中國的能源結構自古以來就是以煤炭為主，這使得煤煙型污染多年來都是我國主要的大氣污染類型。近幾年來，隨著經濟水平的大幅度提高，城市化進程的加快，越來越多的汽車涌入我們的生活，而大量汽車尾氣的排放也使得交通型污染越發嚴重，氮氧化物也逐漸成為我國主要的大氣污染物，這使得原本嚴重的大氣污染變得雪上加霜。WHO發布的2014年全球霧霾報告中指出空氣污染最嚴重的城市都來自發展中國家，而在中國的城市中，污染最嚴重的五個城市中就有新疆的省會城市烏魯木齊。

我國有很多利用空氣污染指數（API）對常規污染物的分布進行分析的研究。王斌[1]采用小波分析法和聚類分析法對我國84個環境重點保護城市的每日API值進行了研究，發現我國內陸地區的API高值主要出現在3個地區，分別是華北北部、陜西河南和西北地區，一年中，API的最高值出現在冬季，夏季為最低值，冬季API在全國都迅速增加，但南方的上升幅度要遠遠小于北方，PM10是大部分城市的首要污染物。吳彥、王健、劉暉等[2]人對1999—2001年烏魯木齊市監測站3種污染物濃度進行分析，采用Excel進行統計計算和繪圖得出：城市的首要污染物是PM10，天山區附近的污染物濃度值都比較高。利用烏魯木齊城郊地面風場資料、海拔1000m高度探空風場資料對地面風場特征圖采用距離平方反比法插值制作分析了地面風場常年特征、季節變化特點：冬季城中偏南和偏北有輻合性流場，夏季整個城市為輻散性流場，近地層冬季靜風頻率高。這解釋了烏魯木齊冬季、夏季污染物濃度變化的原因。

目前，我國的常規監測污染物包括PM10、NO2、SO2、PM2.5、CO和O3共6種[3]。其中影響烏魯木齊市大氣污染的主要有3種，分別是：PM10、NO2和SO2[4]。PM10主要是由物理過程（如大風、道路揚沙、建筑施工等）和化學過程（如煤炭燃燒）產生的一次污染物構成，因而也被稱為“環境空氣中的首要污染物”；SO2主要來源于煤炭等化石燃料的燃燒，易隨雨水的沖刷作用形成酸雨，對土壤、植物甚至人類等生態系統造成嚴重破壞；NO2主要來自于機動車尾氣以及石油等化學燃料的燃燒，它不僅也可以形成酸雨，并且還參與光化學煙霧的形成過程[5]。

烏魯木齊市位于新疆維吾爾自治區中部，地處中國西北地區、亞歐大陸中部，準格爾盆地南緣，天山北麓。烏魯木齊地勢起伏懸殊，三面環山，山地面積廣大。南部、東北部高，中部、北部低。山地面積占總面積50%以上，北部有開闊的沖積平原但不及總面積的1/10，市區平均海拔800m。轄區地勢由東南向西北逐漸降低，大致可分為3個梯級：第一級為山地，海拔2500～3000m左右；第二級為丘陵與山間盆地，海拔1000～2000m；第三級為平原，海拔在600m以下[7]。根據幾年來污染物濃度實況資料分析表明：市區污染物濃度的空間分布存在著很大的差異，不同區域監測到的實測值有時相差很大[6]。烏魯木齊市區處在準東南～西北的軸線上，特殊的地形也使污染物濃度在不同季節發生著變化。

1 資料

本文使用2014年1～12月的烏魯木齊市新疆農科院農場、鐵路局、收費所、三十一中學、七十四中學、m東區、監測站7個空氣質量監測站每日SO2、NO2、PM10三種污染物濃度值資料分析研究烏魯木齊市污染物的時空分布特征。

2 烏魯木齊市大氣污染物的時空分布

2.1 空間分布

2.1.1 SO2的空間分布

SO2的濃度在城市內部的農科院、鐵路局、三十一中和監測站四站的值較高，而位于城市周邊的其他三站則相對較低，這是因為SO2的來源主要是工廠化石燃料的燃燒，調查發現發電廠、采石場和水泥廠都分布在烏魯木齊市城區南部，而烏魯木齊市常年盛行南風，城北又盛行北風，這使得城區內風向幅合，利于污染物聚集[8]，所以城市內部SO2的濃度要高于城市周邊。

2.1.2 NO2的空間分布

NO2的產生主要與汽車尾氣的排放有關[9]，所以年均濃度的最高值出現在車流量較大的收費所和監測站分別為67.2μg/m3和61.1μg/m3，而像三十一中和七十四中等學校周圍以及偏遠的米東區附近的濃度則相對較低。

2.1.3 PM10的空間分布

PM10的濃度最高值出現在農科院附近為237.2μg/m3，而其他監測站則相差甚微，基本維持在140μg/m3上下，與SO2濃度的空間分布的原因相似，這同樣是受到地形和風場[10]的影響造成的。

2.1.4 3種污染物的空間分布關系

當我們把各觀測站3種污染物濃度放在一起后發現，任一觀測站的PM10濃度都遠高于另外兩種污染物濃度。此外，各觀測站的NO2濃度也均高于SO2濃度，但據資料顯示，2000年左右各觀測站SO2的API（空氣污染指數）值是均高于NO2的，而API與污染物濃度呈正相關，可以近似看成污染物濃度。這可能是近年來城市車輛保有量的增加以及采取了對工廠的排放限制的政策造成的。

2.2 季節分布

污染物的季節分布基本上都呈現冬春濃度較高，而夏秋濃度則偏低，以農科院為例（圖略），PM10全年都遠高于SO2和NO2，這是因為烏魯木齊市是工業城市，大批工廠會排放大量煙塵，且其地處中國西北地區，時常有大風天，而且由于氣候較為干燥，使顆粒物漂浮在大氣中，特殊的類似于盆地的地形又不利于其排放，這就是導致PM10濃度極高的原因。

2.2.1 SO2的季節分布

SO2的濃度四季波動較大，最高值出現在冬季，最低值出現在夏季，春秋兩季基本持平。出現這種情況是以為烏魯木齊市冬季會供暖，燃燒煤炭會產生大量的SO2等污染氣體，導致濃度大幅度提高；而夏季由于降水日較其他三季而言要多，下雨會產生大量水汽，而SO2又較易被水汽吸收，從而使其濃度降低。雖然烏魯木齊冬季有時會有大霧天氣，而當空氣濕度達到一定值時也會吸收SO2使其濃度降低，但是畢竟出現霧的天數是少數，而供暖燃燒煤炭卻是每時每刻都在進行的，所以并不會產生太大的影響。

2.2.2 NO2的季節分布

NO2的濃度四季波動不是很大，相對而言，只有冬季濃度較高，這是因為NO2的來源主要是汽車尾氣的排放，而車流量的大小基本不受季節的影響，全年都應該保持在一個均值上下；和SO2一樣，冬季供暖燃燒煤炭也會產生NO2，且冬季大氣層穩定，有時會出現逆溫現象，不利于污染物的擴散，從而使其濃度增大。

2.2.3 PM10的季節分布

PM10濃度的季節分布與其他兩種都不相同，除米東區外，最高值都出現在春季而冬季次之，這是因為烏魯木齊市的春季到4月上旬還處在供暖期，且烏魯木齊市春季大風天最多，干燥的春天還極易產生浮沉和揚沙甚至沙塵暴等惡劣天氣，使得大氣中可吸入污染物大幅增加，這就是春季PM10的濃度要高于冬季的原因。

通過以上分析我們可知，PM10（可吸入顆粒物）為烏魯木齊市最主要的大氣污染物，且有較廣的污染范圍，尤其在農科院附近污染格外嚴重；污染主要來源為汽車尾氣的NO2也應該引起我們的注意，因為隨著汽車數量越來越多，其污染也會越來越嚴重；SO2造成的污染相對較輕，夏季基本沒有造成污染，但其冬季造成污染卻很嚴重，故同樣不可小覷。

3 結論

通過分析烏魯木齊市大氣污染物質的時空變化特征，得到以下結論：（1）烏魯木齊市大氣污染物濃度的空間分布特征受地理置和風場的影響，SO2和PM10濃度的空間分布總體呈現城市內部高于城市周邊的特征，而NO2濃度各地相差不大，只有在車流量較高的地方其值相對較高。（2）烏魯木齊市大氣污染物有明顯的季節分布特征。對于NO2來說，沒有明顯的分布差異，因為其污染物來源主要來自機動車尾氣排放和工業排放，與季節變化沒有太大的關系；三種污染物濃度的最低值都出現在夏季，這是由于夏季降水量較多造成的；除PM10冬季的濃度排在第二外，其他兩種污染物濃度都在冬季呈現最高值，這說明采暖期煤炭的燃燒對污受到沙塵天氣的影響造成的。（3）3種污染物中PM10為城市主要污染物，要比NO2和SO2造成的污染嚴重的多。

參考文獻

[1] 王斌.利用空氣污染指數（API）分析我國空氣污染的區域時空變化特征[D].中國海洋大學，2008.

[2] 吳彥，王健，劉暉，等.烏魯木齊大氣污染物的空間分布及地面風場效應[J].中國沙漠，2008，28（5）：986-991.

[3] 劉亞夢.我國大氣污染物時空分布及其與氣象因素的關系[D].蘭州大學，2014.

[4] 魯然英.城市環境空氣質量及其評價方法研究[D].蘭州大學，2006.

[5] 李軍，孫春寶，劉咸德，等.氣象因素對北京市大氣顆粒物濃度影響的非參數分析[J].環境科學研究，2009，2（6）：56-63.

[6] 趙萍，胡友彪.基于GIS技術的城市大氣環境質量評價——以淮南市為例[J].環境科學與技術，2002，25（4）：82-99.

[7] 劉夢瀟，周濤.烏魯木齊市大氣環境中N02污染現狀及達標途徑淺析[J].干旱環境監測，2012（4）：18-77.

[8] 司瑤冰.呼和浩特市大氣污染物變化特征及空氣質量預報方法研究[D].南京氣象學院，2003.

[9] Hass H， Jakobs HJ，Memmesheimer M. Analysis of a regional model （EURAD） near surfacegas concentration predictions using observations from networks[J]. Meteor Atmos Phys，1995（57）：119-143.

[10] 安興琴，左洪超，呂世華，等.Models-3空氣質量模式對蘭州市污染物輸送的模擬[J].高原氣象，2005，24（5）：748-756.