2020年乌鲁木齐市空气质量特征分析

新疆维吾尔自治区环境监测总站 徐涛

近年来，随着我国社会经济高速发展，人民的生活水平也得到了较大提升，与此同时，一系列环境污染问题也日益凸显。其中大气污染问题由于覆盖范围广、污染成因复杂，治理难度大，引起了广泛关注。为此，我国开启了一系列污染治理行动，在2013年颁布了《大气污染防治行动计划》（简称《大气十条》），2017年，十九大报告提出将打赢污染防控攻坚战作为决胜2020全面建成小康社会的三大攻坚战之一，2018年6月颁发了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》。从《大气十条》颁布以来，我国重要城市群SO2、NO2、PM10和PM2.5等5项污染物浓度连年下降[1,2]，从2013年到2017年，我国大气中PM2.5的排放量下降了33.3%，PM10下降了36%，SO2下降了59%，NOX下降了21%，CO下降了23%，而O3污染呈上升和蔓延趋势[3,4]。目前，我国大气污染表现为以灰霾和光化学烟雾污染为特征的大气复合污染格局[5]，而实现对PM2.5和O3的协同防控是我国下一阶段空气污染防控的关键。

为应对当地空气污染，各地政府相继出台了大气污染防治计划细则和精准实施措施。为解决环境污染问题，新疆维吾尔自治区认真贯彻党的十九大精神，秉持“绿水青山就是金山银山”的理念，着力提高空气质量。为此，新疆维吾尔自治区颁布了《自治区打赢蓝天保卫战三年行动计划（2018-2020）》，以明显降低细颗粒物（PM2.5）浓度为重点，以减少重污染天数为主攻方向，以采暖季为重点时段，持续实施大气污染防治行动，大力调整优化产业结构、能源结构、运输结构和用地结构，强化兵地联防联控和区域同防同治，综合治理燃煤污染，严格控制机动车污染，全面推进城市扬尘等面源污染整治，加强重点行业企业排污监管。

在新疆维吾尔自治区的不懈努力下，新疆在空气污染治理方面卓有成效，各项大气常规污染物浓度连年下降[6-8]，大气环境质量逐步得到改善。2020年作为全面决胜小康社会的收官之年，也是大气污染防控攻坚战的收官之年，本研究以乌鲁木齐市为例，基于2020年6项大气常规污染物的浓度数据，对污染物的年平均浓度、月份变化和小时变化特征进行了分析，以期为大气污染防治成效评估提供参考。

一、研究区域概况与数据来源

（一）研究区域概况

乌鲁木齐市位于新疆北部，地势悬殊，山地面积广大，三面环山，北部平原广阔，东部毗邻博达山、喀拉塔格山、东山，西部有喀拉扎山、西山，南部有天格尔山，城市群主要集中在中部地区，地势由东南向西北降低。由于远离海洋、深居内陆，乌鲁木齐市呈现明显的温带大陆性气候。气温随季节呈现明显变化，最低气温集中在一月和十二月，最高气温集中在六月至八月。市区平均风速为2.47m/s，夏季风速高于春、秋、冬季。

（二）数据来源

本研究的SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3和CO等六项污染物的浓度数据来源于乌鲁木齐市环境空气质量监测网中的监测站、收费所、农科院、铁路局、三十一中、米东环保局和培训基地7个监控站点，其中三十一中学、收费站、监测站和铁路局分别位于主城区的东部、南部、中部和北部，农科院位于西北方向，培训基地和米东环保局则分别位于郊区的南部和北部，覆盖面积较广，具有一定的代表性。

二、结果与分析

（一）空气质量总体分析

2020年乌鲁木齐市6项常规污染物的年均浓度如图1所示，SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3的年均浓度分别为 8μg/m3、50μg/m3、81μg/m3、37μg/m3和 83μg/m3,CO的年均浓度为1mg/m3，除PM2.5和PM10，其余各项空气污染物浓度均达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标 准（SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3和 CO 的限值分别为60μg/m3、35μg/m3、70μg/m3、40μg/m3、160μg/m3和 4 mg/m3）。这表明细颗粒物（PM10和PM2.5）仍然是制约乌鲁木齐市空气质量整体达标的重要因素。乌鲁木齐市大气污染物质量浓度与我国其他典型城市的对比详情如表1所示。乌鲁木齐市SO2平均质量浓度与北京相近，比北京和上海高16%—17%，低于其他典型城市；乌鲁木齐市的PM2.5和PM10的平均质量浓度仅高于南京，分别高15%和5%，低于其他城市，这表明乌鲁木齐市的扬尘源控制较好；乌鲁木齐市的NO2平均质量浓度比三个一线城市（北京、上海和广州）分别高45%、81%和51%，说明乌鲁木齐市的NO2排放仍然有待进一步减排。乌鲁木齐市的CO平均质量浓度比南京、上海和广州高23%—41%，O3平均质量浓度比北京、上海和广州高73%—82%。乌鲁木齐市呈现光化学烟雾与大气灰霾复合型大气污染格局。乌鲁木齐市空气质量级别分布如图2所示，环境空气质量指数（AQI）优良天数占比为76.78%，同比增加1.27个百分点；轻度污染天数占比为9.84%，同比下降0.24个百分点；中度污染天数占比为4.53%，同比下降3.81个百分点；中度污染天数占比为6.44%，同比下降0.64个百分点；严重污染天数占比为2.42%。总的来说，2020年的优良天数比2019年的有所上升，而污染天数有所下降。

图1 2020年乌鲁木齐市6项大气常规污染物浓度

表1 乌鲁木齐市与中国其他典型城市大气污染物浓度对比

图2 2020年乌鲁木齐市空气质量级别比例

（二）空气质量月份变化特征

2020年乌鲁木齐市颗粒物质量浓度不同月份变化特征如图3（a）所示。PM2.5和PM10的质量浓度在2020年不同月份变化趋势较为相似，在一月份和十二月份的污染最为严重，PM2.5和PM10的质量浓度分别为 137—149μg/m3和 127—151μg/m3。PM2.5在二月份的浓度仅低于十二月份和一月份，为85μg/m3，而PM10则在四月份的质量浓度仅次于十二月份和一月份，达到了121μg/m3。三至十一月份PM2.5的质量浓度较低，在13—43μg/m3的区间内；二月份、四至十一月份的PM10质量浓度在42—81μg/m3的范围内。

图3 乌鲁木齐市大气常规污染物月份变化

2020年除颗粒物以外的四项大气常规污染物质量浓度月份变化如图3（b）所示。NO2和CO的月份变化趋势呈现“U”字形曲线，与颗粒物的变化趋势较为接近，二者也呈现出了一月份和十二月份浓度较高、二至十一月份浓度较低的形状。NO2和CO在一月份和十二月份的质量浓度分别为68—69μg/m3和2—2.1mg/m3区间内，二月份次之，四至九月份NO2和CO的质量浓度较低。SO2在2020年不同月份中的质量浓度较为均匀，处于较低水平，在7—11μg/m3之间。O3质量浓度呈现的月变化特征与其它五项大气常规污染物不同，为倒“U”字形曲线，主要表现为四月至八月份处于较高污染水平，在七月份达到最高浓度，质量浓度为131μg/m3。这主要是与O3的形成条件有关，O3是一次污染物在光照条件下经过光化学氧化生成的二次污染物，而七、八月份的气温较高、太阳辐射较强、降雨量较低等气象因素，有利于O3的生成。

（三）空气质量小时变化特征

乌鲁木齐市大气常规污染物SO2、PM10、PM2.5和CO质量浓度的小时变化曲线如图4（a）所示。SO2的浓度全天变化在7—10μg/m3的区间内，其小时变化曲线较为平缓，表现为单峰曲线：SO2浓度大约在上午10时左右开始上升，下午15时—16时达到峰值，19时左右开始降低，在夜间至凌晨的浓度较低，与人类作息相对应，这主要和工业源排放和机动车尾气排放有关；PM10的浓度全天变化范围在72—99μg/m3的区间内，其小时变化曲线表现为从早晨7时—傍晚17时呈波动状态，到晚23—凌晨1时达到峰值后低，PM10属于一次污染物，主要由道路扬尘和工地扬尘产生，表明夜间的机动车尾气排放对PM10存在一定贡献；PM2.5指空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，PM2.5的日浓度范围在47—57μg/m3的区间内，其小时变化曲线主要在下午14时、18时和凌晨出现小幅度的峰值，PM2.5为二次污染物，其变化相对滞后于一次污染物PM10；CO浓度日变化范围在0.85—1.00mg/m3的范围内，其小时变化曲线呈现近似“W”形状，从早晨7时开始CO浓度持续上升，在上午10时左右达到峰值，随之降低，在下午17时左右再次呈上升趋势，显然，CO的浓度上升阶段主要集中于早高峰和晚高峰时段内，受交通因素影响较为明显。

图4 乌鲁木齐市大气常规污染物小时变化特征

乌鲁木齐市二次污染物O3及其前体物NO2的小时变化特征如图4（b）所示。O3与NO2的小时变化曲线呈现的相反趋势：凌晨0时—7时为O3生成的累积阶段，该阶段人类活动减少，前体物的浓度较低，无光照作用，O3为全天最低浓度；7时—10时为O3的抑制阶段，由于早高峰的到来，人类活动加强，机动车尾气的排放，使得O3的前体物NO2浓度上升，但由于此阶段的太阳辐射强度不大，该过程主要由其前体物控制，前体物在该阶段的浓度越高，则抑制时长越久，O3与NOx的交点则为O3抑制阶段的结束时间点与光化学时间的开始点；上午10时开始为O3的累积阶段，在此阶段随着温度的上升和太阳辐射的增强，NO2光解生成O3，NO2浓度降低，O3累积，浓度升高，在下午17时左右达到全天的峰值；17时后，随着太阳辐射减弱，浓度持续降低，直至全天最低浓度，此时NO2上升至全天最高浓度。

三、结论

通过对2020年乌鲁木齐市大气常规污染物的特征分析，得出以下结论：（1）2020 年大气常规污染物SO2、PM2.5、PM10、NO2、O3的平均质量浓度分别为8μg/m3、50μg/m3、81μg/m3、37μg/m3和 83μg/m3,CO的年均浓度为1mg/m3，除PM2.5和PM10外其它四项污染物达标；与其他中国典型城市相比，乌鲁木齐市各项污染物的平均质量浓度处于中游水平；优良天数与2019年相比有所上升，污染天数有所下降。（2）从2020年大气污染物平均质量浓度的月份变化趋势来看，O3、PM2.5、PM10、NO2和CO平均质量浓度表现为两端高（一月和十二月）、中间低（七月和八月）的势态，而O3与之相反，呈现倒“U”字形，主要与气象条件有关。（3）从大气污染物平均质量浓度的小时变化特征来看，各项污染物的小时变化特征有所差别，但主要受人类生产、活动和气象条件影响。因此，加强对污染源排放的控制是下一阶段污染物管控的重点。