2018年烏魯木齊市城區大氣顆粒物污染特征分析

袁 靜

（烏魯木齊市機動車排污監督管理辦公室，新疆烏魯木齊830011）

0 引言

近年來，我國經濟社會快速發展，城鎮化率不斷提高，能源消費和工業排放量巨大，對城市環境空氣質量改善形成了重大挑戰，大氣污染問題也成為社會各界普遍關注的熱點問題。尤其是大氣中PM10（空氣動力學等效直徑≤10 μm）和PM2.5（空氣動力學等效直徑≤2.5 μm）污染對環境、氣候變化和人類健康造成了重要影響。自2013年《大氣污染防治行動計劃》實施以來，我國環境空氣質量改善成效已經顯現，全國城市細顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）濃度呈下降趨勢，但環境空氣質量面臨形勢依然嚴峻，冬季重污染問題突出?！?017 年中國生態環境狀況公報》［1］顯示，全國338個地級及以上城市發生重度以上污染3 100 天次以上，以PM2.5為首要污染物的天數占重度及以上污染天數的74.2%。因此，對大氣PM2.5污染進行有效的防治仍是目前改善空氣質量的重要途徑，也是大氣重污染應急中的主要手段［2］。通過對我國重點區域大氣污染問題的深入研究和科學防控治理，京津冀、長三角、珠三角等地區的空氣質量持續改善。國內外研究者對這些地區大氣顆粒物污染問題也進行了深入的研究［3-5］。位于天山北坡的烏魯木齊市近年來經濟社會快速發展，煤炭消費和機動車保有量持續增加，工業排放處于較高水平，疊加冬季高濕、低風速的氣象條件，大氣污染問題突出。開展烏魯木齊市城區大氣顆粒物污染變化特征的研究對于該地區大氣污染治理工作具有重要意義。本研究采用2018年1—12月烏魯木齊市城區內5個環境空氣質量自動監測站數據，分析了城區PM10和PM2.5濃度水平、時空變化及原因，并討論了PM2.5/PM10比值的變化特征，以期為城市大氣污染治理提供技術支撐。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

烏魯木齊市是新疆維吾爾自治區首府，是自治區政治、經濟、文化中心，是第二座亞歐大陸橋中國西部橋頭堡和我國向西開放的重要門戶。烏魯木齊市地處亞歐大陸中心，天山山脈中段北麓，準噶爾盆地南緣，東、南、西三面環山，地勢東南高、西北低，冬季采暖期長，高濕、低風速、逆溫天氣多，不利于大氣污染物擴散，易造成大氣污染。

1.2 數據與來源

PM2.5和PM10監測數據來源于中國環境監測總站的全國城市空氣質量實時發布平臺（http：//113.108.142.147：20035/emcpublish），時間范圍2018年1月1日-12月31日。所用日均值是指一個自然日（北京時間00：00—23：00）24 h 顆粒物濃度的算術平均值?？紤]到沙塵天氣對環境空氣質量的影響，本文在對PM2.5和PM10監測數據分析時扣除了沙塵天氣。為確保數據統計的準確性和有效性，嚴格按照《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）、《環境空氣質量自動監測技術規范》（HJ/T 193—2005）、《環境空氣質量評價技術規范(試行)》（HJ 663—2013）等標準進行質量控制。

1.3 評價標準

環境空氣質量評價及PM2.5和PM10超標情況評價采用《環境空氣質量評價技術規范（試行）》（HJ 663—2013）和《環境空氣質量標準》（GB3095—2012）。本文利用氣象學劃分方法，將一年中的3—5 月、6—8月、9—11 月和12—2 月分別定義為春季、夏季、秋季和冬季。

2 結果分析

2.1 PM10和PM2.5年均濃度水平和空間分布特征

2018 年烏魯木齊市城區PM2.5年平均濃度為61 μg/m3，超過國家二級標準（35 μg/m3）0.73 倍，全年PM2.5日濃度超標率為26%。PM10年平均濃度為108 μg/m3，超過國家二級標準（70 μg/m3）0.48倍，PM10日濃度超標率為20%。從全年平均濃度和超標率看，PM2.5污染明顯重于PM10，反映了烏魯木齊市城區大氣顆粒物污染以細顆粒物為主的特征。2018年烏魯木齊市城區PM2.5和PM10年均濃度與其西部相鄰的昌吉市基本持平，但低于北部的五家渠市。與汾渭平原相比［6］，PM2.5和PM10年均值分別低13%和14%。

從空間分布看，2018 年烏魯木齊市城區各監測站點PM10和PM2.5濃度的空間變異系數（CV）分別為0.041 和0.032，屬于弱變異性，說明城區大氣顆粒物濃度分布的空間差異性并不明顯，一定程度上也反映了大氣顆粒物污染的區域性特征。如圖1所示，城區內的5個監測站點中位于中心城區的收費所、監測站和鐵路局等3個站點PM2.5濃度相對較低，而位于中心城區東、西兩側方向的31 中學和74 中學站點的PM2.5濃度較高，可能與這兩個站點受周邊工業排放影響有關。31中學和收費所站點的PM10濃度要高于其他站點，主要與附近存在市政工程建設以及大型車流量產生揚塵排放有關。

2.2 PM10和PM2.5月均濃度變化特征

由圖2 可見：烏魯木齊市城區PM2.5濃度月變化整體呈“U”型分布。PM2.5濃度月均值的最大值一般出現在1月、2月和12月。11月由秋季向冬季過渡時PM2.5濃度快速升高，3月開始PM2.5濃度快速下降。4-10 月PM2.5濃度一直維持在低值水平，其中7-8 月PM2.5月均值降至全年最低。PM10和PM2.5月變化趨勢相似，但4-10月PM10月均濃度的波動明顯大于PM2.5，主要受到此時段內建設施工和道路運輸活動強度增大，大氣粗顆粒排放增加的影響。大氣污染物濃度變化受多種因素的影響，污染物排放是內因。在污染源相對穩定的情況下，局地氣象條件是形成大氣污染的外因，包括風速、風向、濕度及降水對污染物濃度變化都有重要影響?？傮w來說，烏魯木齊市城區大氣顆粒物濃度月均值變化的主要原因是冬季采暖鍋爐大氣污染物排放量明顯增加，同時受蒙古冷高壓控制下穩定天氣系統、高濕低風速的地面氣象條件和逆溫層的共同影響，十分不利于大氣污染物擴散。而夏季晴熱干燥的氣象條件和邊界層的充分發展，有利于污染物擴散。

圖1 2018年烏魯木齊市PM10和PM2.5濃度

圖2 2018年烏魯木齊市PM10和PM2.5濃度月際變化

2.3 PM10和PM2.5季節變化特征

2018年烏魯木齊市城區PM2.5季均濃度排序依次為：冬季（142 μg/m3）＞秋季（44 μg/m3）＞春季（34 μg/m3）＞夏季（22 μg/m3）。冬季PM2.5污染最嚴重，其濃度分別是秋季、春季和夏季的3.2，4.2 和6.5 倍。PM10季均濃度排序雖與PM2.5一致，但四季之間濃度水平差距不如PM2.5明顯，表現為冬季PM10濃度分別是秋季、春季和夏季的1.6、1.9 和2.3 倍。由此可見，烏魯木齊市大氣顆粒物污染以冬季PM2.5污染最為突出，PM2.5已經成為大氣顆粒物污染的主要組成部分。從各季節PM10和PM2.5超標情況分析（見表1），GB3095—2012 中PM10和PM2.5日均二級標準限值分別為150 和75 μg/m3，烏魯木齊市城區冬季PM10和PM2.5超標率分別為52%和88%，顯著高于秋季、春季和夏季，夏季PM2.5均達標。

2.4 PM2.5/PM10比值的變化特征

為分析粗粒子（PM2.5-10）、細粒子（PM2.5）對PM10的質量濃度貢獻，計算了各月PM2.5與PM10比值（見圖1）。2018年烏魯木齊市城區PM2.5/PM10比值年均值為47%，低于天津市（59%）［7］、鄭州市（63.5%）［8］，與西安市（51%）［9］較為接近。但PM2.5/PM10比值存在顯著的季節差異（見圖2），冬季PM2.5/PM10高達80%，明顯高于秋季（44%）、春季（42%）和夏季（31%），說明冬季大氣顆粒物污染主要以細顆粒物PM2.5為主。對2015年烏魯木齊市冬季采暖季顆粒物中的水溶性離子研究發現，二次污染物源、燃燒源和工業源對PM2.5貢獻最大［10］。PM2.5/PM10可以用來反映一個地區大氣顆粒物的理化性質，PM2.5/PM10比值越大，說明二者具有相同或相似的來源。烏魯木齊城區冬季PM2.5占比最高，主要原因可能是冬季高濕條件下SO2和NO2容易發生二次轉換反應生成細粒子，造成PM2.5濃度增加。同時由于PM2.5粒子體積小、重量輕，干濕沉降過程對其清除效率低，易累積污染，并在大氣中停留時間長，輸送距離遠，受周邊區域輸送影響，可能進一步推高了市區PM2.5濃度，造成PM2.5/PM10達到最大值。

表1 烏魯木齊市城區2018年PM10和PM2.5日均值超標情況

3 結語

（1）烏魯木齊市城區PM2.5年均濃度為61 μg/m3，超標0.73倍，全年PM2.5日濃度超標率為26%。PM10年平均濃度為108 μg/m3，超標0.48 倍，PM10日濃度超標率為20%。

（2）烏魯木齊市城區PM2.5濃度季節變化明顯，冬季為一年中污染最重的季節，其濃度分別是秋季、春季和夏季的3.2、4.2和6.5倍。夏季PM2.5濃度最低，均達標。PM10濃度季節變化與PM2.5一致，但季節濃度水平差異弱于PM2.5。

（3）烏魯木齊市城區PM2.5污染明顯重于PM10，反映了城區大氣顆粒物污染以細顆粒物為主的特征。PM2.5/PM10比值存在顯著的季節差異，冬季PM2.5/PM10最高，與高濕條件下PM2.5累積污染和易發生細粒子的二次轉換生成有關。