“十三五”期間石河子市PM_2.5時空變化特征分析

孫宇穎

摘 要：為說明“十三五”期間新疆石河子市環境空氣中PM2.5的時空變化特征，以石河子市空氣自動站的環境空氣質量監測數據為基礎進行分析。結果表明：每年石河子市PM2.5濃度呈現“U”形變化，即冬季PM2.5濃度最高，大氣污染嚴重，夏季PM2.5濃度最低，環境空氣質量較好。

關鍵詞：PM2.5;時空變化;大氣污染;石河子市

中圖分類號：X513 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）18-0144-03

Abstract： In order to illustrate the space-time change characteristics of the 13th Five-Year Plan in Shihezi， based on the ambient air quality monitoring data of the air automatic station in Shihezi， the results show that the annual concentration of fine particles showed "U" change， the highest PM2.5 concentration in winter， serious air pollution， the lowest PM2.5 concentration in summer and good ambient air quality.

Keywords： PM2.5;spatio temporal variation;atmospheric pollution;Shihezi city

空氣是人類賴以生存的基礎。空氣質量的好壞直接關系到人們的健康狀況。“十三五”期間，隨著國民經濟的高速發展，工業企業的數量不斷增加，大幅提高了煤炭等能源的消耗量，導致霧霾天氣頻繁出現，大氣污染越來越嚴重。研究表明，霧霾天氣會給氣候、環境、健康以及經濟等造成顯著的負面影響。例如：引起城市大氣酸雨、光化學煙霧現象，導致大氣能見度下降，阻礙空中、水面以及陸面交通;加劇慢性病的發展，易導致呼吸系統和心臟系統疾病的惡化，改變肺功能及結構，增加了死亡率;影響生殖能力，甚至改變人體的免疫結構等。因此，政府和市民對大氣環境的關注度越來越高。許多科研工作者也對各國各區域的環境空氣狀況進行了深入研究[1]。研究表明，大氣顆粒物已成為影響大多數城市空氣質量的首要污染物，特別是北方地區因為冬季氣溫偏低、天氣干燥以及擴散條件差等因素影響，更容易出現PM2.5污染[2]。

石河子市地處天山北麓中段，準噶爾盆地南部，古爾班通古特沙漠南緣，面積460 km2，建成區面積67.8 km2。“十三五”期間，隨著工業的發展，煤炭等能源消費量大幅增加，導致環境空氣污染日益嚴重。特別是冬季，極易出現持續時間長、污染程度嚴重的天氣。PM2.5在大氣中滯留時間長，傳輸距離遠，且與其他空氣污染物存在復雜的轉化關系，易于滯留在細支氣管和肺泡中，引發哮喘、支氣管炎以及心血管等方面的疾病[3]。

為了分析石河子市大氣污染，基于2016—2020年的PM2.5監測數據（未扣除沙塵天氣影響日），在不同時空條件下，結合數理統計和相關性分析等方法，分析石河子市PM2.5濃度變化特征，為日后防治大氣污染提供依據。

1 數據來源

數據來源于中國環境監測總站城市空氣質量發布平臺2016—2020年國控站點的日均值。根據《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）中的數據有效性規定，剔除因儀器故障校準及其他不可控因素導致的缺測數據，對數據進行預處理，如求取日均值、月均值等。監測點位于艾青詩歌館和陽光學校，用其數據反映石河子市整體的大氣質量。

在氣候學上，鑒于緯度不同和冷暖不同，采用候溫法劃分四季，并結合時空變化分析數據[4]。評判標準設定10～22 ℃為春季，大于22 ℃為夏季，22～10 ℃為秋季，小于10 ℃為冬季。因此，本次將石河子市3—5月劃分為春季，6—8月劃分為夏季，9—11月劃分為秋季，12月—次年2月劃分為冬季。采暖期為每年10月—次年4月。

2 結果與討論

2.1 “十三五”期間石河子市PM2.5月均濃度變化分析

“十三五”期間，石河子市PM2.5月平均濃度呈現“兩頭高、中間低”的現象，冬季受氣象條件和采暖的影響十分明顯。2016年，PM2.5月均濃度最高值為170.0 μg/m3，最低值為10.4 μg/m3，分別對應2月和5月;2017年，PM2.5月均濃度最高值為200.0 μg/m3，最低值為14.1 μg/m3，分別對應1月和8月;2018年，PM2.5月均濃度最高值為173.0 μg/m3，最低值為14.4 μg/m3，分別對應1月和7月;2019年，PM2.5月均濃度最高值為185.0 μg/m3，最低值為14.2 μg/m3，分別對應1月和6月;2020年，PM2.5月均濃度最高值為189.0 μg/m3，最低值為14.0 μg/m3，分別對應1月和7月。可以看出：除2016年PM2.5月均濃度最高值出現在2月外，其余各年月均濃度最高值均出現在1月;除2016年PM2.5月均濃度最低值出現在5月外，其余各年月均濃度最低值均出現在6—8月。

“十三五”期間，石河子市PM2.5月平均濃度變化趨勢如圖1所示。可見，各季度PM2.5濃度總體變化趨勢為冬高夏低。相關研究表明，大氣中PM2.5濃度與日平均氣溫呈負相關，與日平均氣壓呈正相關。石河子市屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，冬季長而寒冷，夏季短而炎熱，一年中最高氣溫出現在7月，最低氣溫出現在1月，正好對應PM2.5月均濃度出現較高的時間范圍。

2.2 “十三五”期間石河子市PM2.5濃度季度變化分析

“十三五”期間，石河子市PM2.5各季度平均濃度如表1所示。可以看出，冬季濃度最高，夏季濃度最低。2016—2020年，PM2.5冬季濃度分別是夏季濃度的12.2、9.5、9.7、8.6以及10.4倍。

“十三五”期間，石河子市PM2.5濃度季度變化趨勢如圖2所示。春季PM2.5濃度呈現“M”形波動，秋季濃度呈現先升后降的趨勢。2018年，秋季濃度最高。

2.3 “十三五”石河子市PM2.5年均濃度變化分析

“十三五”期間，石河子市PM2.5年平均濃度變化如圖3所示。年均濃度最低值為2016年的51.9 μg/m3，是《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）中二級標準限值（35 μg/m3）的1.48倍;年均濃度最高值為2019年的62.6 μg/m3，是二級標準限值（即35 μg/m3）的1.79倍;2020年下降至56.0 μg/m3，是二級標準限值的1.60倍。

2.4 “十三五”期間石河子市優良天數統計分析

“十三五”期間，石河子市優良天數如圖4所示。可見，石河子市優良天數總數為1 325 d，其中2016年274 d，2017年257 d，2018年260 d，2019年253 d，2020年281 d，總體呈現先減后升的趨勢。2019年優良天數最少，為253 d;2020年優良天數最多，為281 d，較2019年增加了28 d。2020年優良天數比例為77.2%，較2019年增加7.9個百分點。究其原因，這主要與2020年當地政府采取的一系列措施有關，如加強制度建設、各部門協同配合、建立聯合執法機制、調整產業結構、開展“散亂污”企業分類整治、火電全部實現超低排放等，均有利于改善大氣環境。

“十三五”期間，在中度及以上污染天數中，以PM2.5為首要污染物的天數為394 d，占比86.98%，說明石河子市環境空氣中主要污染物為PM2.5，如圖5所示。

3 結語

“十三五”期間，石河子市PM2.5月均濃度變化為“U”形，總體變化趨勢為“1—4月下降，4—9月平穩，10—12月上升”。夏季空氣質量較好，冬季空氣質量較差，建議居民做好個人防護，避免長時間外出。

目前，石河子市大氣中PM2.5年均濃度是《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）二級標準限值的1.6倍，大氣環境保護面臨巨大壓力，對此提出以下建議。

①嚴格控制粉塵的排放，對重點排放企業實施精準管控[5]，減少工業污染物排放總量，加大城市綠化面積，減少市區和城鄉接合部裸露地面，加強建筑工程施工現場揚塵控制管理，建設綠色工地。

②調整能源消費結構，嚴格控制煤炭消費總量，加強和完善燃煤電廠和大型鍋爐除塵、脫硫脫硝設施的管理，淘汰落后產能的燃煤小鍋爐，采取清潔能源改造等方式，完成散煤燃燒污染整治。

③調整運輸結構，將貨運由陸運改為鐵路運輸，淘汰報廢老舊車輛和黃標車，建設機動車尾氣排放超標治理站，同時升級改造環衛車輛。

④采用人工影響天氣的方法，降低空氣濕度，改變氣象條件，改善空氣擴散條件，充分發揮應對氣候變化和大氣污染治理的協同效應，加強PM2.5和O3污染治理協同、溫室氣體和大氣污染物排放控制相協同，持續改善石河子市環境空氣質量。

參考文獻：

[1]林德南，梁亮，梁實，等.基于數據包絡分析的深圳市社區基本公共衛生服務效率評價[J].中國衛生統計，2017（2）：284-287.

[2]藏曉芳，鄧文葉，王志煌，等.新疆“十三五”城市空氣質量評價分析[J].新疆環境保護，2021（1）：1-9.

[3]吳冰霞，孫桂芳，李翔，等.石河子市大氣污染物及氣象因素與兒童肺炎住院人數的相關性研究[J].現代醫藥衛生，2020（12）：1777-1780.

[4]陳優良，李亞倩.長三角PM2.5和O3變化特征及與氣象要素的關系[J].長江流域資源與環境，2021（2）：382-396.

[5]朱佳霖，丁問微.北京市大氣污染治理成效及“十四五”防治措施[J].中華環境，2021（4）：51-53.