2019年烏魯木齊市大氣PM2.5時空分布特征

賈永春 帕麗達·牙合甫 藏曉芳

摘要：在我國經濟快速發展的情況下，大氣污染出現區域性特征，表現為以PM2.5和O3為主的大氣復合型污染的復雜模式。文章運用了Origin軟件和GIS軟件分析了烏魯木齊市PM2.5時空分布特征，分析得知：從時間角度分析，烏魯木齊市的PM2.5濃度排放呈冬季最高（137.67μg/m3），其次分別為春季（44.11μg/m3）>秋季（39.06μg/m3）>夏季（18.72μg/m3），存在明顯的季節性特征;從空間角度分析，烏魯木齊市的PM2.5濃度分布呈現出由北向南逐漸遞減的季節性層次，北高南低的分布特征極為明顯。

關鍵詞：烏魯木齊;PM2.5;時空分布

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）10-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.097

Abstract：With the rapid economic development in our country， air pollution has regional characteristics， which is shown as a complex pattern of compound air pollution dominated by PM2.5 and O3. In this paper， Origin software and GIS software are used to analyze the temporal and spatial distribution characteristics of PM2.5 in Urumqi. The analysis shows that from the perspective of time， the PM2.5 emission in Urumqi is the highest in winter （137.67μg/m3）， followed by spring （44.11μg/m3） > autumn （39.06μg/m3） > summer （18.72μg/m3）， which has obvious seasonal characteristics. From the perspective of space， the distribution of PM2.5 concentration in Urumqi shows a seasonal level gradually decreasing from north to south， and the distribution characteristics of high in the north and low in the south are extremely obvious.

Key words： Urumqi; PM2.5;Temporal and spatial distribution

1 概述

近年來，隨著我國社會主義經濟的快速進步和發展、城市化的進一步擴大以及煤炭資源消耗量的增加，導致空氣中顆粒物的含量不斷增加，致使我國大氣環境質量的明顯降低，霾天氣的出現越來越頻繁[1]。PM2.5是指環境空氣當中空氣動力學當量直徑小于或等于2.5μm的一種大氣顆粒物，在全球相比其他較小粒徑的顆粒物，PM2.5的研究更全面、關注度更高，主要原因是由于其粒徑較小，這種大氣顆粒物在空中可以停留的時間較長，經過空氣等途徑，極易通過呼吸道直接進入人體，繼而再進入人體的肺部內產生較大的沉積。目前在我國的PM2.5主要是由于機動車尾氣的大量排放、煤的大量燃燒以及其他工業過程產生（如鋼鐵的生產以及冶煉）[2]。

世界上距離海洋最遠的一個內陸地熱供暖城市是烏魯木齊。冬季極易發生出現陰霧的天氣，是由于其特殊的自然地理位置及惡劣的氣候條件等因素[3-4]，伴隨著城市大氣污染物的累積，陰霧的范圍也隨之擴大，使采暖期的城市空氣都處于煙霧之中[5]。根據環境空氣質量標準（GB 3095-2012）規定的PM2.5濃度限值，一級濃度限值為35μg/m3，二級濃度限值為75μg/m3。2007～2008年采暖期間，烏魯木齊市的PM2.5濃度為188～371μg/m3，平均值質量濃度為279μg/m3，已遠遠超過了PM2.5二級濃度限值的3.7倍[6]。2012年，烏魯木齊市進一步實施了天然氣采暖代替燃煤（目前煤炭已改為燃氣）的城市供暖管理措施。

2 數據來源及處理方法

2.1 研究區概況

本文主要研究的區域為位于烏魯木齊市的6個大氣污染監測站點為：烏魯木齊鐵路局、新疆農科院農場、監測站、31中、米東區環保局、收費所。烏魯木齊市屬于河谷型的城市，三面環山，典型的溫帶大陸性氣候，地勢大致呈緩慢坡度下降之勢（東南高西北低）。冬季漫長，靜風以及逆溫天氣使其出現的強度和頻率相對較高，大氣穩定度的類型多為中性和穩定類，所以極不利于PM2.5等細微放射性粒子的消解和擴散，容易形成嚴重的城市大氣污染。

2.2 數據及來源

空氣污染監測數據主要來自烏魯木齊真氣監測網（https：//www.zq12369.com），收集了烏魯木齊市6個空氣污染監測站點2019年PM2.5濃度的數據。

2.3 數據處理方法

PM2.5統計基礎數據均為日平均濃度，由日平均濃度得到月平均濃度，再由月平均濃度得到年平均濃度。

（1）時間分析方法：對其在時間方面的數據分析用Excel和Origin等軟件來進行分析。

（2）空間分析方法：利用GIS克里金插值法。克里金插值法主要是根據協方差函數對隨機過程/隨機場進行空間建模和預測（插值）的隨機回歸無偏估計算法。在特定的隨機過程，例如：固有平穩的隨機過程中，克里金法是一種能夠準確地給出最優線性無偏估計（Best Linear Unbiased Prediction， BLUP），因此，在地統計學中也被稱為空間最優無偏估計器（spatial BLUP）。

3 結果與分析

3.1 PM2.5濃度逐日變化

對烏魯木齊市PM2.5濃度的日均變化規律統計數據做出了分析，結果如圖1所示。（0～60天為冬季、61～152天為春季、152～244天為夏季、244～335天為秋季、335～365天為冬季），在烏魯木齊市的6個監測站點中，峰值均出現在冬季，冬季起伏較大，春季和秋季起伏較小，夏季較為穩定。冬季起伏較大，出現峰值是因為冬季采暖設備以及風速小、PM2.5等細微粒子不容易擴散等氣候原因造成的。總體上看，2019年烏魯木齊市PM2.5濃度日均值達到一級標準的天數為198天，占全年總天數的54%，達到二級標準的天數為69天，占全年總天數的19%，12月4日污染最為嚴重，PM2.5濃度達214μg/m3。

3.2 大氣PM2.5濃度的季節分布

圖2中的A、B、C、D、E、F分別為：烏魯木齊市鐵路局、新疆農科院農場、監測站、31中、米東區環保局、收費所。根據氣象統計3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，12、1、2月為冬季。6個站點中，冬季的PM2.5濃度最高，夏季的最低，冬季的PM2.5濃度大約是夏季的7倍，說明烏魯木齊市冬季的空氣污染超標;在春夏秋冬4個季節中，新疆農科院農場的PM2.5濃度始終最高;春季PM2.5濃度最高值為122μg/m3，平均濃度為44.11μg/m3;夏季PM2.5濃度最高值為69μg/m3，平均濃度為18.72μg/m3;秋季PM2.5濃度最高值為49μg/m3，平均濃度為39.06μg/m3;冬季PM2.5濃度最高值為161μg/m3，平均濃度為137.67μg/m3，按站點來看，春季為新疆農科院農場、米東區環保局最高，分別為298、285、284μg/m3;夏季為鐵路局、監測站、新疆農科院農場最高，分別為69、66、62μg/m3;秋季為鐵路局、新疆農科院農場、鐵路局最高，分別為239、218、189μg/m3;冬季為米東區環保局最高，依次為407、355、349μg/m3。不同季節PM2.5濃度的標準差差別也較大，最高依然為冬季，其后依次為春季>秋季>夏季，分別為69、51、32和10μg/m3，表明在時間序列上PM2.5濃度存在著明顯的非均勻分布，冬季PM2.5濃度波動較大。冬季采暖期燃煤量顯著升高，以及機動車尾氣排放增加，導致冬季霧霾天氣頻繁發生，而降雪對顆粒物具有高達78.9%～99.5%的去除率，從而導致冬季PM2.5濃度發生大幅度的波動。而夏季相對比較平穩，雨水的沖刷、稀釋和碰撞等物理作用使大氣中的細顆粒物得以減少，一次降雨可使PM2.5質量濃度平均下降56.3%，因而一年中夏季的PM2.5濃度與全年相比較最低。

烏魯木齊市PM2.5濃度呈冬季>春季>秋季>夏季的分布特征，體現出季節性氣候條件差異對烏魯木齊市PM2.5濃度的影響，冬季大氣層結趨于穩定，風速低、降水少會導致靜穩天氣增多而濕沉降減少，不利于大氣顆粒物的擴散。因此，特殊地形及各區域污染排放對烏魯木齊市PM2.5濃度有影響。

3.3 PM2.5濃度的空間變化特征

根據氣象統計：3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，12、1、2月為冬季。烏魯木齊市2019年春季的PM2.5濃度最高點為：新市區新疆農科院農場和米東區的米東區環保局，PM2.5濃度最高值為56.970μg/m3;PM2.5濃度最低點為：水磨溝區31中，PM2.5濃度最低值為32.319μg/m3，最高值與最低值之間相差24.651μg/m3。夏季的PM2.5濃度最高點為：米東區的米東區環保局，PM2.5濃度最高值為31.933μg/m3;PM2.5濃度最低點為：天山區收費所，PM2.5濃度最低值為19.036μg/m3，最高值與最低值之間相差12.897μg/m3。秋季的PM2.5濃度最高點為：新市區的新疆農科院農場，PM2.5濃度最高值為48.245μg/m3;PM2.5濃度最低點為：新市區監測站、水磨溝區31中、天山區收費所，PM2.5濃度最低值為33.358μg/m3，最高值與最低值之間相差14.887μg/m3。冬季的PM2.5濃度最高點為：新市區新疆農科院農場和米東區的米東區環保局，PM2.5濃度最高值為163.141μg/m3;PM2.5濃度最低點為：天山區收費所，PM2.5濃度最低值為92.887μg/m3，最高值與最低值之間相差70.254μg/m3;

總而言之，2019烏魯木齊市PM2.5濃度在空間上的變化趨勢為北高南低，由北向南遞減的層次極其明顯，體現出了工業布局以及區域傳輸對烏魯木齊市PM2.5濃度的影響。烏魯木齊市的北向靠近多個傳統重工業城市，污染物的排放量相對較大，在不利的氣象條件下很容易對烏魯木齊市的空氣質量產生影響。

4 結論

（1）2019年烏魯木齊市PM2.5濃度由高到低的季節依次是冬季>春季>秋季>夏季，各監測站點中PM2.5濃度由高到低排序依次是新疆農科院農場>米東區環保局>鐵路局>收費所>監測站>31中。2019烏魯木齊市采暖期期間 PM2.5污染比非采暖期期間嚴重，且采暖期期間PM2.5嚴重超標。

（2）在烏魯木齊市的6個監測站點中，峰值均出現在冬季，冬季起伏較大，春季和秋季起伏較小，夏季較為穩定。冬季起伏較大，出現峰值是因為冬季采暖設備以及氣候原因造成的。

空間分析結論：2019烏魯木齊市PM2.5濃度在空間上的變化趨勢為北高南低，由北向南遞減的層次極為明顯，體現出了工業布局和區域傳輸對烏魯木齊市PM2.5濃度的影響。

參考文獻

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收稿日期：2020-08-08

作者簡介：賈永春（1995-），男，漢族，碩士學歷，研究方向為大氣環境工程。