2018年乌鲁木齐市城区大气颗粒物污染特征分析

袁 静

（乌鲁木齐市机动车排污监督管理办公室，新疆乌鲁木齐830011）

0 引言

近年来，我国经济社会快速发展，城镇化率不断提高，能源消费和工业排放量巨大，对城市环境空气质量改善形成了重大挑战，大气污染问题也成为社会各界普遍关注的热点问题。尤其是大气中PM10（空气动力学等效直径≤10 μm）和PM2.5（空气动力学等效直径≤2.5 μm）污染对环境、气候变化和人类健康造成了重要影响。自2013年《大气污染防治行动计划》实施以来，我国环境空气质量改善成效已经显现，全国城市细颗粒物（PM2.5）、可吸入颗粒物（PM10）浓度呈下降趋势，但环境空气质量面临形势依然严峻，冬季重污染问题突出。《2017 年中国生态环境状况公报》［1］显示，全国338个地级及以上城市发生重度以上污染3 100 天次以上，以PM2.5为首要污染物的天数占重度及以上污染天数的74.2%。因此，对大气PM2.5污染进行有效的防治仍是目前改善空气质量的重要途径，也是大气重污染应急中的主要手段［2］。通过对我国重点区域大气污染问题的深入研究和科学防控治理，京津冀、长三角、珠三角等地区的空气质量持续改善。国内外研究者对这些地区大气颗粒物污染问题也进行了深入的研究［3-5］。位于天山北坡的乌鲁木齐市近年来经济社会快速发展，煤炭消费和机动车保有量持续增加，工业排放处于较高水平，叠加冬季高湿、低风速的气象条件，大气污染问题突出。开展乌鲁木齐市城区大气颗粒物污染变化特征的研究对于该地区大气污染治理工作具有重要意义。本研究采用2018年1—12月乌鲁木齐市城区内5个环境空气质量自动监测站数据，分析了城区PM10和PM2.5浓度水平、时空变化及原因，并讨论了PM2.5/PM10比值的变化特征，以期为城市大气污染治理提供技术支撑。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区首府，是自治区政治、经济、文化中心，是第二座亚欧大陆桥中国西部桥头堡和我国向西开放的重要门户。乌鲁木齐市地处亚欧大陆中心，天山山脉中段北麓，准噶尔盆地南缘，东、南、西三面环山，地势东南高、西北低，冬季采暖期长，高湿、低风速、逆温天气多，不利于大气污染物扩散，易造成大气污染。

1.2 数据与来源

PM2.5和PM10监测数据来源于中国环境监测总站的全国城市空气质量实时发布平台（http：//113.108.142.147：20035/emcpublish），时间范围2018年1月1日-12月31日。所用日均值是指一个自然日（北京时间00：00—23：00）24 h 颗粒物浓度的算术平均值。考虑到沙尘天气对环境空气质量的影响，本文在对PM2.5和PM10监测数据分析时扣除了沙尘天气。为确保数据统计的准确性和有效性，严格按照《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）、《环境空气质量自动监测技术规范》（HJ/T 193—2005）、《环境空气质量评价技术规范(试行)》（HJ 663—2013）等标准进行质量控制。

1.3 评价标准

环境空气质量评价及PM2.5和PM10超标情况评价采用《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ 663—2013）和《环境空气质量标准》（GB3095—2012）。本文利用气象学划分方法，将一年中的3—5 月、6—8月、9—11 月和12—2 月分别定义为春季、夏季、秋季和冬季。

2 结果分析

2.1 PM10和PM2.5年均浓度水平和空间分布特征

2018 年乌鲁木齐市城区PM2.5年平均浓度为61 μg/m3，超过国家二级标准（35 μg/m3）0.73 倍，全年PM2.5日浓度超标率为26%。PM10年平均浓度为108 μg/m3，超过国家二级标准（70 μg/m3）0.48倍，PM10日浓度超标率为20%。从全年平均浓度和超标率看，PM2.5污染明显重于PM10，反映了乌鲁木齐市城区大气颗粒物污染以细颗粒物为主的特征。2018年乌鲁木齐市城区PM2.5和PM10年均浓度与其西部相邻的昌吉市基本持平，但低于北部的五家渠市。与汾渭平原相比［6］，PM2.5和PM10年均值分别低13%和14%。

从空间分布看，2018 年乌鲁木齐市城区各监测站点PM10和PM2.5浓度的空间变异系数（CV）分别为0.041 和0.032，属于弱变异性，说明城区大气颗粒物浓度分布的空间差异性并不明显，一定程度上也反映了大气颗粒物污染的区域性特征。如图1所示，城区内的5个监测站点中位于中心城区的收费所、监测站和铁路局等3个站点PM2.5浓度相对较低，而位于中心城区东、西两侧方向的31 中学和74 中学站点的PM2.5浓度较高，可能与这两个站点受周边工业排放影响有关。31中学和收费所站点的PM10浓度要高于其他站点，主要与附近存在市政工程建设以及大型车流量产生扬尘排放有关。

2.2 PM10和PM2.5月均浓度变化特征

由图2 可见：乌鲁木齐市城区PM2.5浓度月变化整体呈“U”型分布。PM2.5浓度月均值的最大值一般出现在1月、2月和12月。11月由秋季向冬季过渡时PM2.5浓度快速升高，3月开始PM2.5浓度快速下降。4-10 月PM2.5浓度一直维持在低值水平，其中7-8 月PM2.5月均值降至全年最低。PM10和PM2.5月变化趋势相似，但4-10月PM10月均浓度的波动明显大于PM2.5，主要受到此时段内建设施工和道路运输活动强度增大，大气粗颗粒排放增加的影响。大气污染物浓度变化受多种因素的影响，污染物排放是内因。在污染源相对稳定的情况下，局地气象条件是形成大气污染的外因，包括风速、风向、湿度及降水对污染物浓度变化都有重要影响。总体来说，乌鲁木齐市城区大气颗粒物浓度月均值变化的主要原因是冬季采暖锅炉大气污染物排放量明显增加，同时受蒙古冷高压控制下稳定天气系统、高湿低风速的地面气象条件和逆温层的共同影响，十分不利于大气污染物扩散。而夏季晴热干燥的气象条件和边界层的充分发展，有利于污染物扩散。

图1 2018年乌鲁木齐市PM10和PM2.5浓度

图2 2018年乌鲁木齐市PM10和PM2.5浓度月际变化

2.3 PM10和PM2.5季节变化特征

2018年乌鲁木齐市城区PM2.5季均浓度排序依次为：冬季（142 μg/m3）＞秋季（44 μg/m3）＞春季（34 μg/m3）＞夏季（22 μg/m3）。冬季PM2.5污染最严重，其浓度分别是秋季、春季和夏季的3.2，4.2 和6.5 倍。PM10季均浓度排序虽与PM2.5一致，但四季之间浓度水平差距不如PM2.5明显，表现为冬季PM10浓度分别是秋季、春季和夏季的1.6、1.9 和2.3 倍。由此可见，乌鲁木齐市大气颗粒物污染以冬季PM2.5污染最为突出，PM2.5已经成为大气颗粒物污染的主要组成部分。从各季节PM10和PM2.5超标情况分析（见表1），GB3095—2012 中PM10和PM2.5日均二级标准限值分别为150 和75 μg/m3，乌鲁木齐市城区冬季PM10和PM2.5超标率分别为52%和88%，显著高于秋季、春季和夏季，夏季PM2.5均达标。

2.4 PM2.5/PM10比值的变化特征

为分析粗粒子（PM2.5-10）、细粒子（PM2.5）对PM10的质量浓度贡献，计算了各月PM2.5与PM10比值（见图1）。2018年乌鲁木齐市城区PM2.5/PM10比值年均值为47%，低于天津市（59%）［7］、郑州市（63.5%）［8］，与西安市（51%）［9］较为接近。但PM2.5/PM10比值存在显著的季节差异（见图2），冬季PM2.5/PM10高达80%，明显高于秋季（44%）、春季（42%）和夏季（31%），说明冬季大气颗粒物污染主要以细颗粒物PM2.5为主。对2015年乌鲁木齐市冬季采暖季颗粒物中的水溶性离子研究发现，二次污染物源、燃烧源和工业源对PM2.5贡献最大［10］。PM2.5/PM10可以用来反映一个地区大气颗粒物的理化性质，PM2.5/PM10比值越大，说明二者具有相同或相似的来源。乌鲁木齐城区冬季PM2.5占比最高，主要原因可能是冬季高湿条件下SO2和NO2容易发生二次转换反应生成细粒子，造成PM2.5浓度增加。同时由于PM2.5粒子体积小、重量轻，干湿沉降过程对其清除效率低，易累积污染，并在大气中停留时间长，输送距离远，受周边区域输送影响，可能进一步推高了市区PM2.5浓度，造成PM2.5/PM10达到最大值。

表1 乌鲁木齐市城区2018年PM10和PM2.5日均值超标情况

3 结语

（1）乌鲁木齐市城区PM2.5年均浓度为61 μg/m3，超标0.73倍，全年PM2.5日浓度超标率为26%。PM10年平均浓度为108 μg/m3，超标0.48 倍，PM10日浓度超标率为20%。

（2）乌鲁木齐市城区PM2.5浓度季节变化明显，冬季为一年中污染最重的季节，其浓度分别是秋季、春季和夏季的3.2、4.2和6.5倍。夏季PM2.5浓度最低，均达标。PM10浓度季节变化与PM2.5一致，但季节浓度水平差异弱于PM2.5。

（3）乌鲁木齐市城区PM2.5污染明显重于PM10，反映了城区大气颗粒物污染以细颗粒物为主的特征。PM2.5/PM10比值存在显著的季节差异，冬季PM2.5/PM10最高，与高湿条件下PM2.5累积污染和易发生细粒子的二次转换生成有关。