“十三五”期间石河子市PM2.5时空变化特征分析

孙宇颖

摘 要：为说明“十三五”期间新疆石河子市环境空气中PM2.5的时空变化特征，以石河子市空气自动站的环境空气质量监测数据为基础进行分析。结果表明：每年石河子市PM2.5浓度呈现“U”形变化，即冬季PM2.5浓度最高，大气污染严重，夏季PM2.5浓度最低，环境空气质量较好。

关键词：PM2.5;时空变化;大气污染;石河子市

中图分类号：X513 文献标识码：A 文章编号：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

空气是人类赖以生存的基础。空气质量的好坏直接关系到人们的健康状况。“十三五”期间，随着国民经济的高速发展，工业企业的数量不断增加，大幅提高了煤炭等能源的消耗量，导致雾霾天气频繁出现，大气污染越来越严重。研究表明，雾霾天气会给气候、环境、健康以及经济等造成显著的负面影响。例如：引起城市大气酸雨、光化学烟雾现象，导致大气能见度下降，阻碍空中、水面以及陆面交通;加剧慢性病的发展，易导致呼吸系统和心脏系统疾病的恶化，改变肺功能及结构，增加了死亡率;影响生殖能力，甚至改变人体的免疫结构等。因此，政府和市民对大气环境的关注度越来越高。许多科研工作者也对各国各区域的环境空气状況进行了深入研究[1]。研究表明，大气颗粒物已成为影响大多数城市空气质量的首要污染物，特别是北方地区因为冬季气温偏低、天气干燥以及扩散条件差等因素影响，更容易出现PM2.5污染[2]。

石河子市地处天山北麓中段，准噶尔盆地南部，古尔班通古特沙漠南缘，面积460 km2，建成区面积67.8 km2。“十三五”期间，随着工业的发展，煤炭等能源消费量大幅增加，导致环境空气污染日益严重。特别是冬季，极易出现持续时间长、污染程度严重的天气。PM2.5在大气中滞留时间长，传输距离远，且与其他空气污染物存在复杂的转化关系，易于滞留在细支气管和肺泡中，引发哮喘、支气管炎以及心血管等方面的疾病[3]。

为了分析石河子市大气污染，基于2016—2020年的PM2.5监测数据（未扣除沙尘天气影响日），在不同时空条件下，结合数理统计和相关性分析等方法，分析石河子市PM2.5浓度变化特征，为日后防治大气污染提供依据。

1 数据来源

数据来源于中国环境监测总站城市空气质量发布平台2016—2020年国控站点的日均值。根据《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）中的数据有效性规定，剔除因仪器故障校准及其他不可控因素导致的缺测数据，对数据进行预处理，如求取日均值、月均值等。监测点位于艾青诗歌馆和阳光学校，用其数据反映石河子市整体的大气质量。

在气候学上，鉴于纬度不同和冷暖不同，采用候温法划分四季，并结合时空变化分析数据[4]。评判标准设定10～22 ℃为春季，大于22 ℃为夏季，22～10 ℃为秋季，小于10 ℃为冬季。因此，本次将石河子市3—5月划分为春季，6—8月划分为夏季，9—11月划分为秋季，12月—次年2月划分为冬季。采暖期为每年10月—次年4月。

2 结果与讨论

2.1 “十三五”期间石河子市PM2.5月均浓度变化分析

“十三五”期间，石河子市PM2.5月平均浓度呈现“两头高、中间低”的现象，冬季受气象条件和采暖的影响十分明显。2016年，PM2.5月均浓度最高值为170.0 μg/m3，最低值为10.4 μg/m3，分别对应2月和5月;2017年，PM2.5月均浓度最高值为200.0 μg/m3，最低值为14.1 μg/m3，分别对应1月和8月;2018年，PM2.5月均浓度最高值为173.0 μg/m3，最低值为14.4 μg/m3，分别对应1月和7月;2019年，PM2.5月均浓度最高值为185.0 μg/m3，最低值为14.2 μg/m3，分别对应1月和6月;2020年，PM2.5月均浓度最高值为189.0 μg/m3，最低值为14.0 μg/m3，分别对应1月和7月。可以看出：除2016年PM2.5月均浓度最高值出现在2月外，其余各年月均浓度最高值均出现在1月;除2016年PM2.5月均浓度最低值出现在5月外，其余各年月均浓度最低值均出现在6—8月。

“十三五”期间，石河子市PM2.5月平均浓度变化趋势如图1所示。可见，各季度PM2.5浓度总体变化趋势为冬高夏低。相关研究表明，大气中PM2.5浓度与日平均气温呈负相关，与日平均气压呈正相关。石河子市属于典型的温带大陆性干旱气候，冬季长而寒冷，夏季短而炎热，一年中最高气温出现在7月，最低气温出现在1月，正好对应PM2.5月均浓度出现较高的时间范围。

2.2 “十三五”期间石河子市PM2.5浓度季度变化分析

“十三五”期间，石河子市PM2.5各季度平均浓度如表1所示。可以看出，冬季浓度最高，夏季浓度最低。2016—2020年，PM2.5冬季浓度分别是夏季浓度的12.2、9.5、9.7、8.6以及10.4倍。

“十三五”期间，石河子市PM2.5浓度季度变化趋势如图2所示。春季PM2.5浓度呈现“M”形波动，秋季浓度呈现先升后降的趋势。2018年，秋季浓度最高。

2.3 “十三五”石河子市PM2.5年均浓度变化分析

“十三五”期间，石河子市PM2.5年平均浓度变化如图3所示。年均浓度最低值为2016年的51.9 μg/m3，是《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）中二级标准限值（35 μg/m3）的1.48倍;年均浓度最高值为2019年的62.6 μg/m3，是二级标准限值（即35 μg/m3）的1.79倍;2020年下降至56.0 μg/m3，是二级标准限值的1.60倍。

2.4 “十三五”期间石河子市优良天数统计分析

“十三五”期间，石河子市优良天数如图4所示。可见，石河子市优良天数总数为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，总体呈现先减后升的趋势。2019年优良天数最少，为253 d;2020年优良天数最多，为281 d，较2019年增加了28 d。2020年优良天数比例为77.2%，较2019年增加7.9个百分点。究其原因，这主要与2020年当地政府采取的一系列措施有关，如加强制度建设、各部门协同配合、建立联合执法机制、调整产业结构、开展“散乱污”企业分类整治、火电全部实现超低排放等，均有利于改善大氣环境。

“十三五”期间，在中度及以上污染天数中，以PM2.5为首要污染物的天数为394 d，占比86.98%，说明石河子市环境空气中主要污染物为PM2.5，如图5所示。

3 结语

“十三五”期间，石河子市PM2.5月均浓度变化为“U”形，总体变化趋势为“1—4月下降，4—9月平稳，10—12月上升”。夏季空气质量较好，冬季空气质量较差，建议居民做好个人防护，避免长时间外出。

目前，石河子市大气中PM2.5年均浓度是《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）二级标准限值的1.6倍，大气环境保护面临巨大压力，对此提出以下建议。

①严格控制粉尘的排放，对重点排放企业实施精准管控[5]，减少工业污染物排放总量，加大城市绿化面积，减少市区和城乡接合部裸露地面，加强建筑工程施工现场扬尘控制管理，建设绿色工地。

②调整能源消费结构，严格控制煤炭消费总量，加强和完善燃煤电厂和大型锅炉除尘、脱硫脱硝设施的管理，淘汰落后产能的燃煤小锅炉，采取清洁能源改造等方式，完成散煤燃烧污染整治。

③调整运输结构，将货运由陆运改为铁路运输，淘汰报废老旧车辆和黄标车，建设机动车尾气排放超标治理站，同时升级改造环卫车辆。

④采用人工影响天气的方法，降低空气湿度，改变气象条件，改善空气扩散条件，充分发挥应对气候变化和大气污染治理的协同效应，加强PM2.5和O3污染治理协同、温室气体和大气污染物排放控制相协同，持续改善石河子市环境空气质量。

参考文献：

[1]林德南，梁亮，梁实，等.基于数据包络分析的深圳市社区基本公共卫生服务效率评价[J].中国卫生统计，2017（2）：284-287.

[2]藏晓芳，邓文叶，王志煌，等.新疆“十三五”城市空气质量评价分析[J].新疆环境保护，2021（1）：1-9.

[3]吴冰霞，孙桂芳，李翔，等.石河子市大气污染物及气象因素与儿童肺炎住院人数的相关性研究[J].现代医药卫生，2020（12）：1777-1780.

[4]陈优良，李亚倩.长三角PM2.5和O3变化特征及与气象要素的关系[J].长江流域资源与环境，2021（2）：382-396.

[5]朱佳霖，丁问微.北京市大气污染治理成效及“十四五”防治措施[J].中华环境，2021（4）：51-53.