贾永春 帕丽达·牙合甫 藏晓芳
摘要：在我国经济快速发展的情况下，大气污染出现区域性特征，表现为以PM2.5和O3为主的大气复合型污染的复杂模式。文章运用了Origin软件和GIS软件分析了乌鲁木齐市PM2.5时空分布特征，分析得知：从时间角度分析，乌鲁木齐市的PM2.5浓度排放呈冬季最高（137.67μg/m3），其次分别为春季（44.11μg/m3）>秋季（39.06μg/m3）>夏季（18.72μg/m3），存在明显的季节性特征;从空间角度分析，乌鲁木齐市的PM2.5浓度分布呈现出由北向南逐渐递减的季节性层次，北高南低的分布特征极为明显。
关键词：乌鲁木齐;PM2.5;时空分布
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：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
近年来，随着我国社会主义经济的快速进步和发展、城市化的进一步扩大以及煤炭资源消耗量的增加，导致空气中颗粒物的含量不断增加，致使我国大气环境质量的明显降低，霾天气的出现越来越频繁[1]。PM2.5是指环境空气当中空气动力学当量直径小于或等于2.5μm的一种大气颗粒物，在全球相比其他较小粒径的颗粒物，PM2.5的研究更全面、关注度更高，主要原因是由于其粒径较小，这种大气颗粒物在空中可以停留的时间较长，经过空气等途径，极易通过呼吸道直接进入人体，继而再进入人体的肺部内产生较大的沉积。目前在我国的PM2.5主要是由于机动车尾气的大量排放、煤的大量燃烧以及其他工业过程产生（如钢铁的生产以及冶炼）[2]。
世界上距离海洋最远的一个内陆地热供暖城市是乌鲁木齐。冬季极易发生出现阴雾的天气，是由于其特殊的自然地理位置及恶劣的气候条件等因素[3-4]，伴随着城市大气污染物的累积，阴雾的范围也随之扩大，使采暖期的城市空气都处于烟雾之中[5]。根据环境空气质量标准（GB 3095-2012）规定的PM2.5浓度限值，一级浓度限值为35μg/m3，二级浓度限值为75μg/m3。2007～2008年采暖期间，乌鲁木齐市的PM2.5浓度为188～371μg/m3，平均值质量浓度为279μg/m3，已遠远超过了PM2.5二级浓度限值的3.7倍[6]。2012年，乌鲁木齐市进一步实施了天然气采暖代替燃煤（目前煤炭已改为燃气）的城市供暖管理措施。
2 数据来源及处理方法
2.1 研究区概况
本文主要研究的区域为位于乌鲁木齐市的6个大气污染监测站点为：乌鲁木齐铁路局、新疆农科院农场、监测站、31中、米东区环保局、收费所。乌鲁木齐市属于河谷型的城市，三面环山，典型的温带大陆性气候，地势大致呈缓慢坡度下降之势（东南高西北低）。冬季漫长，静风以及逆温天气使其出现的强度和频率相对较高，大气稳定度的类型多为中性和稳定类，所以极不利于PM2.5等细微放射性粒子的消解和扩散，容易形成严重的城市大气污染。
2.2 数据及来源
空气污染监测数据主要来自乌鲁木齐真气监测网（https：//www.zq12369.com），收集了乌鲁木齐市6个空气污染监测站点2019年PM2.5浓度的数据。
2.3 数据处理方法
PM2.5统计基础数据均为日平均浓度，由日平均浓度得到月平均浓度，再由月平均浓度得到年平均浓度。
（1）时间分析方法：对其在时间方面的数据分析用Excel和Origin等软件来进行分析。
（2）空间分析方法：利用GIS克里金插值法。克里金插值法主要是根据协方差函数对随机过程/随机场进行空间建模和预测（插值）的随机回归无偏估计算法。在特定的随机过程，例如：固有平稳的随机过程中，克里金法是一种能够准确地给出最优线性无偏估计（Best Linear Unbiased Prediction， BLUP），因此，在地统计学中也被称为空间最优无偏估计器（spatial BLUP）。
3 结果与分析
3.1 PM2.5浓度逐日变化
对乌鲁木齐市PM2.5浓度的日均变化规律统计数据做出了分析，结果如图1所示。（0～60天为冬季、61～152天为春季、152～244天为夏季、244～335天为秋季、335～365天为冬季），在乌鲁木齐市的6个监测站点中，峰值均出现在冬季，冬季起伏较大，春季和秋季起伏较小，夏季较为稳定。冬季起伏较大，出现峰值是因为冬季采暖设备以及风速小、PM2.5等细微粒子不容易扩散等气候原因造成的。总体上看，2019年乌鲁木齐市PM2.5浓度日均值达到一级标准的天数为198天，占全年总天数的54%，达到二级标准的天数为69天，占全年总天数的19%，12月4日污染最为严重，PM2.5浓度达214μg/m3。
3.2 大气PM2.5浓度的季节分布
图2中的A、B、C、D、E、F分别为：乌鲁木齐市铁路局、新疆农科院农场、监测站、31中、米东区环保局、收费所。根据气象统计3、4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10、11月为秋季，12、1、2月为冬季。6个站点中，冬季的PM2.5浓度最高，夏季的最低，冬季的PM2.5浓度大约是夏季的7倍，说明乌鲁木齐市冬季的空气污染超标;在春夏秋冬4个季节中，新疆农科院农场的PM2.5浓度始终最高;春季PM2.5浓度最高值为122μg/m3，平均浓度为44.11μg/m3;夏季PM2.5浓度最高值为69μg/m3，平均浓度为18.72μg/m3;秋季PM2.5浓度最高值为49μg/m3，平均浓度为39.06μg/m3;冬季PM2.5浓度最高值为161μg/m3，平均浓度为137.67μg/m3，按站点来看，春季为新疆农科院农场、米东区环保局最高，分别为298、285、284μg/m3;夏季为铁路局、监测站、新疆农科院农场最高，分别为69、66、62μg/m3;秋季为铁路局、新疆农科院农场、铁路局最高，分别为239、218、189μg/m3;冬季为米东区环保局最高，依次为407、355、349μg/m3。不同季节PM2.5浓度的标准差差别也较大，最高依然为冬季，其后依次为春季>秋季>夏季，分别为69、51、32和10μg/m3，表明在时间序列上PM2.5浓度存在着明显的非均匀分布，冬季PM2.5浓度波动较大。冬季采暖期燃煤量显著升高，以及机动车尾气排放增加，导致冬季雾霾天气频繁发生，而降雪对颗粒物具有高达78.9%～99.5%的去除率，從而导致冬季PM2.5浓度发生大幅度的波动。而夏季相对比较平稳，雨水的冲刷、稀释和碰撞等物理作用使大气中的细颗粒物得以减少，一次降雨可使PM2.5质量浓度平均下降56.3%，因而一年中夏季的PM2.5浓度与全年相比较最低。
乌鲁木齐市PM2.5浓度呈冬季>春季>秋季>夏季的分布特征，体现出季节性气候条件差异对乌鲁木齐市PM2.5浓度的影响，冬季大气层结趋于稳定，风速低、降水少会导致静稳天气增多而湿沉降减少，不利于大气颗粒物的扩散。因此，特殊地形及各区域污染排放对乌鲁木齐市PM2.5浓度有影响。
3.3 PM2.5浓度的空间变化特征
根据气象统计：3、4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10、11月为秋季，12、1、2月为冬季。乌鲁木齐市2019年春季的PM2.5浓度最高点为：新市区新疆农科院农场和米东区的米东区环保局，PM2.5浓度最高值为56.970μg/m3;PM2.5浓度最低点为：水磨沟区31中，PM2.5浓度最低值为32.319μg/m3，最高值与最低值之间相差24.651μg/m3。夏季的PM2.5浓度最高点为：米东区的米东区环保局，PM2.5浓度最高值为31.933μg/m3;PM2.5浓度最低点为：天山区收费所，PM2.5浓度最低值为19.036μg/m3，最高值与最低值之间相差12.897μg/m3。秋季的PM2.5浓度最高点为：新市区的新疆农科院农场，PM2.5浓度最高值为48.245μg/m3;PM2.5浓度最低点为：新市区监测站、水磨沟区31中、天山区收费所，PM2.5浓度最低值为33.358μg/m3，最高值与最低值之间相差14.887μg/m3。冬季的PM2.5浓度最高点为：新市区新疆农科院农场和米东区的米东区环保局，PM2.5浓度最高值为163.141μg/m3;PM2.5浓度最低点为：天山区收费所，PM2.5浓度最低值为92.887μg/m3，最高值与最低值之间相差70.254μg/m3;
总而言之，2019乌鲁木齐市PM2.5浓度在空间上的变化趋势为北高南低，由北向南递减的层次极其明显，体现出了工业布局以及区域传输对乌鲁木齐市PM2.5浓度的影响。乌鲁木齐市的北向靠近多个传统重工业城市，污染物的排放量相对较大，在不利的气象条件下很容易对乌鲁木齐市的空气质量产生影响。
4 结论
（1）2019年乌鲁木齐市PM2.5浓度由高到低的季节依次是冬季>春季>秋季>夏季，各监测站点中PM2.5浓度由高到低排序依次是新疆农科院农场>米东区环保局>铁路局>收费所>监测站>31中。2019乌鲁木齐市采暖期期间 PM2.5污染比非采暖期期间严重，且采暖期期间PM2.5严重超标。
（2）在乌鲁木齐市的6个监测站点中，峰值均出现在冬季，冬季起伏较大，春季和秋季起伏较小，夏季较为稳定。冬季起伏较大，出现峰值是因为冬季采暖设备以及气候原因造成的。
空间分析结论：2019乌鲁木齐市PM2.5浓度在空间上的变化趋势为北高南低，由北向南递减的层次极为明显，体现出了工业布局和区域传输对乌鲁木齐市PM2.5浓度的影响。
参考文献
[1]依再提古丽·外力，王明力，杨建军，等.2015—2018年乌鲁木齐市PM2.5及PM10时空分布特征[J].环境科学研究，2020，33 （8）：1749-1757.
[2]梁琼，尹辉，牟书勇，等.乌鲁木齐市采暖期大气PM2.5特征分析[J].干旱区研究，2015，32（3）：543-550.
[3]杨静，武疆艳，李霞，等.乌鲁木齐冬季大气边界层结构特征及其对大气污染的影响[J].干旱区研究，2011，28（4）：717-723.
[4]魏疆，王国华，任泉，等.乌鲁木齐市大气污染物浓度计量模型研究[J].干旱区研究，2011，28（5）：896-900.
[5]郭宇宏，高利军，吕爱华，等.乌鲁木齐市典型的冬季环境空气重污染过程剖析[J].环境化学，2006，25（3）：379-380.
[6]亚力昆江·吐尔逊，迪丽努尔·塔力甫，阿不力克木·阿布力孜，等.乌鲁木齐市冬季大气PM10-2.5、PM2.5中水溶性无机离子的化学特征[J].环境工程，2010（28）：196-199.
收稿日期：2020-08-08
作者简介：贾永春（1995-），男，汉族，硕士学历，研究方向为大气环境工程。
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