南疆典型城市环境质量与风向特征分析

吴 梅，汤万龙，何亚平

（1.新疆建设职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830026；2.新疆维吾尔自治区气象信息中心，新疆 乌鲁木齐 830002）

在社会文化发展的进程中，阿克苏、喀什、和田、克州统称为南疆四地州[1]。这4个地州总面积5.9×105km2，占新疆国土面积的35.2%，具有大致相同的政治社会、经济发展与民族文化背景。本文所指的南疆四市就是指的南疆四地州的中心城市：阿克苏、喀什、和田和阿图什市。这4个城市对南疆地区的发展有着举足轻重的辐射与带动作用，特别是喀什、阿克苏、和田三市为古丝绸之路上的三颗最耀眼的“明珠”，具有极大的开发潜力，尤其是国家正在推动的“一带一路”国际合作，对南疆城镇化的开发建设具有重大战略意义。

然而长期以经济和物质建设为基础的快速城镇化发展，人口与资源、环境矛盾越发凸显。本文对这4个南疆中心城市近35 a的基础气象资料与环境质量的特征分析，旨在科学合理地预测并确定城市的发展方向、规模和布局，在今后的城镇化建设中避免产生潜在的城市环境问题。

1 南疆四市基本气候特征分析

本文在新疆维吾尔自治区气象信息中心提供的1981—2015近35 a气象观测资料的基础上，分析了南疆四市气温、降水、年蒸发量等气象要素的基本特征及其对城市生态发展的影响。

受地理环境条件制约，阿克苏市东南部伸入塔克拉玛干沙漠，喀什、阿图什市东临塔克拉玛干沙漠，和田市向北深入塔克拉玛干大沙漠。从表1可以看出，这4个城市年降水量不足100mm，年蒸发量均超过1880 mm，年日照时数超过2600 h，全年浮尘和扬沙频发，都属于生态系统脆弱的干旱、极度干旱区[2]。也属于典型的“沙漠—绿洲”生态脆弱城市[3]。

表1 1981—2015年阿克苏、喀什、和田、阿图什市基本气候特征

2 南疆四市环境质量特征分析

空气环境质量决定着一个城市的环境质量，探讨一个城市的空气质量影响因素，才能有针对性的提出改善和治理措施。本文选取2016年阿克苏、喀什、阿图什、和田四市同期监测的SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5污染物的日报数据，参照国家2012年发布的GB3095-12《环境空气质量》二级标准，统计了南疆四市春、夏、秋、冬4个季节这六项空气污染物的超标天数。SO2、NO2、CO、PM10、O3、PM2.5六项污染物日均值二级浓度限值分别取：150 μg/m3、80 μg/m3、4 mg/m3、150 μg/m3、160 μg/m3、75 μg/m3，统计结果见表2。

南疆四市的空气质量不容乐观（表2）。2016年阿克苏市PM10超标天数共计210 d，PM2.5超标天数达165 d，O3、NO2、CO超标天数分别为48、4、3 d；阿图什市PM10超标天数共计153 d，PM2.5超标天数达90 d，O3超标天数为9 d；喀什市PM10超标天数共计264 d，PM2.5超标天数达222 d，CO、O3、NO2超标天数分别为29、12、3 d；和田市PM10超标天数共计251 d，PM2.5超标天数达171 d，O3、SO2、CO、NO2超标天数分别为20、3、1、1 d。空气污染贡献最大的污染物是PM10，其次是PM2.5，这是4个城市的共同特征。南疆四市降水稀少，蒸发旺盛，春夏多大风、浮尘天气[4-8]。年均湿度小，日照强烈，植被覆盖率低，又地处沙漠边缘区域，势必造成空气中污染物不能有效清除。城市供暖、机动车尾气排放、冬季煤堆场扬尘、餐饮业油烟排放、道路扬尘、建筑施工以及城市化与工业化进程的加快，也是导致环境质量下降的主要原因。

表2 2016年阿克苏、喀什、和田、阿图什市空气污染物超标天数 d

3 南疆四市城市风向特征分析

城市风向特征在污染物大气稀释扩散过程中以及建设项目环境评价、工程选址、城市功能区划分等工作中起着决定性的作用。从表2的统计数据中可以看出南疆四市全年空气质量欠佳，因此本文根据南疆四市1981—2015年近35 a的风向资料，分别分析了4个城市全年及四季的风向特征，绘制出风向频率玫瑰图和污染系数玫瑰图，作为选择城市工业区和生活区布局的重要依据[9-12]。

3.1 阿克苏市城市风向特征

从阿克苏市的气象统计资料（图1）来看，城区地面盛行风向为N风（风向频率10%），其次是NNW风（9%），全年静风（22%）频率很高；春、秋、冬季盛行N风，夏季盛行NW风；全年最小风频风向为WSW，频率为1%。

图1 阿克苏市1981—2015年全年及四季风向频率分布

在城市环境功能区划分、确定大气污染源布局时，风向决定大气污染物输送方向，但是风速决定了大气污染物稀释的程度和烟气抬升高度。只考虑风向的作用，根据风向频率分布特点，提出城市功能区布局方案，只能做到居民区接受污染的时间最少，却不能保证受到的污染程度最轻。因此在考虑风向频率的同时，还应考虑风速[13]。风速也是影响污染浓度的一个重要因素，它与浓度成反比，故引入污染系数P，某一固定源下风向浓度与该风向频率f成正比，与该风向下平均风速u成反比，即：P=f/u。污染系数[14-16］愈小，意味着空气污染的程度就愈轻。利用污染系数计算式结合气象统计资料绘出阿克苏市1981—2015年年均污染系数玫瑰图（图2）。

图2 阿克苏市1981—2015年全年及四季年均污染系数玫瑰图

从图2分析得出阿克苏市全年N风的污染系数最大，NNW风的污染系数次之，WSW风的污染系数最小，全年风向频率与污染系数规律特征一致，NNW-NNE方位污染较为严重，城市环境功能区划分时工业区应选在WSW方向[17-19]。

3.2 喀什市城市风向特征

从喀什市的气象统计资料（图3）来看，城区地面盛行风向为NW风（7%），其次是W、WNW、SSE风，频率为6%，全年静风（22%）频率很高，最小风频风向为NNE、SSW，频率为3%；城区四季都盛行NW风，春季最小风频风向为SSW（3%），夏季最小风频风向为ESE、SSW、NNE（3%），秋季最小风频风向为SSW、WSW（2%），冬季最小风频风向为N、NNE（2%）。

图3 喀什市1981—2015年全年及四季风向频率分布

根据气象统计资料绘出喀什市1981—2015年年均污染系数玫瑰图（图4）。

从图4中可以看出喀什市全年NW、SSE风的污染系数最大，WNW风的污染系数次之，NNE风的污染系数最小；冬季NW风的污染系数最大，SSE风的污染系数次之，NNE风的污染系数最小；春季SSE风的污染系数最大，W、WNW风的污染系数次之，ESE风的污染系数最小；夏季S风的污染系数最大，SSE风的污染系数次之，NNE风的污染系数最小；秋季NW风的污染系数最大，WNW风的污染系数次之，NNE风的污染系数最小；综合考虑工业区应选在NNE方向。就目前而言，喀什城区东偏北区域分布着天山水泥厂、地区水泥厂、喀什热电厂等多个高污染企业，疏附县的工业园区也正处于喀什城区的西边，工业区的布局对喀什市的空气质量都会产生不良的影响。

图4 喀什市1981—2015年全年及四季年均污染系数玫瑰图

3.3 阿图什市城市风向特征

从阿图什市的气象统计资料（图5）来看，城区地面盛行风向为W风（8%），其次是E风（7%），全年静风（26%）频率很高，最小风频风向为NNW、SSE，频率为2%；城区冬季盛行W风（8%），最小风频风向为SSE、NW、NNW风，频率为1%；春季盛行W风（8%），最小风频风向为N、NNE、SSE、NNW风，频率为3%；夏季盛行NW风（9%），最小风频风向为NNE、SSE风，频率为3%；秋季盛行W风（9%），最小风频风向为N、NNW、SSE风，频率为2%。

图5 阿图什市1981—2015年全年及四季风向频率分布

根据气象统计资料绘出阿图什市1981—2015年年均污染系数玫瑰图（图6）。

从图6可以看出阿图什市全年W风的污染系数最大，E风的污染系数次之，NNW风的污染系数最小；冬季W风的污染系数最大，其次是WSW风，NW风的污染系数最小；春季和夏季E风的污染系数最大，其次是NE风，NNW风的污染系数最小；秋季W风的污染系数最大，其次是E风，同样也是NNW风的污染系数最小。综合考虑工业区应选在NNW方向，其次是S方向，这与当前阿图什市工业园区的布局是相符合的。但是由于前期城市规划工作缺乏宏观统筹大局意识，阿图什市工业园区在喀什市工业园区的北侧，两个工业园区只相距40 km，中间由西天山山脉相隔，盛行西北风时，西北风裹挟着阿图什市工业园区的污染物翻过西天山山脉，再携带上喀什市工业园区的污染物随气流流向塔克拉玛干沙漠后，把沙尘带起来，污染物和沙尘随东南风再流向喀什市和阿图什市，对这2个城市的空气质量都有很大的影响。

图6 阿图什市1981—2015年全年及四季年均污染系数玫瑰图

3.4 和田市城市风向特征

从和田市的气象统计资料（图7）来看，城区地面盛行风向为SW风（10%），其次是SSW风（9%），全年静风频率达16%，最小风频风向为SE、SSE，频率为2%；城区冬季盛行W、SW风（8%），最小风频风向为SSE、SE、S风，频率为2%；春季盛行SW风（10%），最小风频风向为SSE、SE风，频率为2%；夏季盛行SW风（10%），秋季盛行SW、SSW风（10%），夏秋两季最小风频风向皆为SSE、NE、NNE风，频率为2%。

图7 和田市1981—2015年全年及四季风向频率分布

根据气象统计资料绘出和田市1981—2015年年均污染系数玫瑰图（图8）。

图8 和田市1981—2015年全年及四季年均污染系数玫瑰图

分析图8可以看出和田市全年SW风的污染系数最大，SSW风的污染系数次之，SSE、SE风的污染系数最小；冬季SW风的污染系数最大，WSW、W风的污染系数次之，SE风的污染系数最小；春夏两季仍是SW风的污染系数最大，SSW风的污染系数次之，春季SSE风的污染系数最小，夏季NNE风的污染系数最小；秋季SSW风的污染系数最大，SW风的污染系数次之，SE风的污染系数最小；根据和田市城区风向频率和污染系数特征工业区可选在SSE～SE方向，但是由于昆仑山在和田市的南面，和田市的地势和地下水均呈现南高北低的走势，综合考虑工业区应选在NNE方向。

4 讨论

结合南疆四市1981—2015近35 a的风向资料，对这4个城市年风向频率、最大及最小污染系数风向情况进行了统计（表3）。

南疆四市空气湿度小、干旱，悬浮在大气中的细微烟、尘或者沙粒等构成PM10、PM2.5污染物浓度居高不下，这也是4个城市全年环境空气质量欠佳的主要原因。要从根源上解决这个问题，只有加速城市绿地和防护林建设，提高城市绿化覆盖率，在城市开发过程中建设多层次的绿化结构[20]，并与绿色建筑、特色民俗建筑、城市家俱小品、绿地景观结合形成特有的城市风貌。

5 结论

通过对南疆四地州的中心城市：阿克苏、喀什、和田和阿图什市1981—2015近35 a的气象观测资料和2016年大气中SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5污染物的日报监测数据分析的基础上，可以得到以下几点结论：

表3 1981—2015年阿克苏、喀什、和田、阿图什市风场特征

（1）受地理环境条件制约，这4个城市年降水量不足100 mm，年蒸发量均超过1880 mm，年日照时数超过2600 h，全年沙暴、浮尘和扬沙灾害频发，都属于生态系统脆弱的干旱、极度干旱区。从2016年空气质量日监测数据来看，空气污染贡献最大的污染物是PM10，其次是PM2.5，这是4个城市的共同特征。南疆四市地处沙漠边缘区域，植被覆盖率低，春夏多大风、沙尘暴、浮尘天气，势必造成环境空气中污染物不能有效清除。

（2）阿克苏市城区地面盛行风向为N风，全年N风的污染系数最大，WSW风的污染系数最小，全年静风频率达22%，城市环境功能区划分时工业区应选在WSW方向。喀什市城区地面盛行风向为NW风，全年静风频率达22%，全年NW、SSE风的污染系数最大，NNE风的污染系数最小，综合考虑工业区应选在NNE方向。阿图什市城区地面盛行风向为W风，全年静风频率达26%，全年W风的污染系数最大，NNW、SSE风的污染系数最小，工业区应选在NNW方向，其次是S方向。和田市城区地面盛行风向为SW风，全年静风频率达16%，全年SW风的污染系数最大，SSE、SE风的污染系数最小，工业区可选在NNE方向。南疆4个城市进行工业园区布局时，要有一盘棋的思想，从大局利益出发，做一个宏观的科学的整体规划。城市进行规划时，气象部门也应该参与进来，进行城市气候可行性论证。

（3）南疆四市可利用特殊的光热资源、发展特色林果业及棉纺产业，同时兼顾了防尘、外围生态圈的构架，并形成温差对流，改善静风频率过高问题。在城市开发建设过程中，可依托喀什“五口通八国，一路连欧亚”的独特地缘优势，充分发挥丝绸之路旅游品牌效应，依托地域自然风光、历史遗迹、民族风情等景观资源，开发文化底蕴深厚的高品位产品，建成特色化的旅游精品城市[21-22]。发展绿色经济，提高南疆四市的城市气候和生态承载力。

[1] 李豫凤.新疆南北疆区域经济发展差异预警研究［J］.干旱区资源与环境，2012，26（8）：1-7.

[2] 李晓玲，修春亮，孙平军，等.安全导向的屯垦戍边地区城镇化转型研究—以新疆南疆四地州为例［J］.地域研究与开发，2016，35（5）：67-80.

[3] 沈永平，王国亚，张建岗，等.人类活动对阿克苏河绿洲气候及水文环境的影响［J］.干旱区地理，2008，31（4）：524-533.

[4] 郭宇宏，王自发，康宏，等.TSP和PM10监测指标对新疆城市空气质量级别的影响［J］. 干旱区地理，2014，37（4）：731-743.

[5] 曹宏玉.浅谈阿图什市近3年干旱气候与沙尘暴的影响及其对策［J］.干旱环境监测，2009，23（2）：96-99.

[6] 孜比布拉·司马义，苏力叶·木沙江，张泳福.喀什市城市生态环境质量评价研究［J］.云南大学学报，2011，33（2）：218-223.

[7] 郭宇宏，康宏，张小啸.新疆典型城市空气中TSP与PM10监测指标对空气质量级别的影响［J］.干旱环境监测，2013，27（1）：10-14.

[8] 关欣，李巧云，文倩，等.和田降尘与浮尘、扬沙、沙尘暴关系的研究［J］.环境科学研究，2000，13（6）：1-7.

[9] 赵廷仪，姜平薛，友梅.贵州高原山区大气污染系数分布［J］.贵州科学，1997，15（3）：186-191.

[10] 杨义彬.成都市大气污染及气象条件影响分析［J］.四川气象，2004，24（3）：40-43.

[11] 刘焕彬，王恒明.山东省大气污染系数分布及其在城市规划中的应用［J］.山东气象，2005，25（2）：29-30.

[12] 孙武，王义明，王越雷.珠江三角洲地面风场的特征及其城市群风道的构建［J］.生态学报，2012，32（18）：5630-5636.

[13] 姚源山.风资料在环境影响分析和规划设计中的正确应用［J］.贵州气象，2000，24（5）：22-23.

[14] 陈芳，马英芳，申红艳，等.格尔木市区空气污染的气象条件分析［J］.青海气象，2007（4）：12-16.

[15] 杨玉静.桂平市气象参数对大气环境评价的影响［J］.气象研究与应用，2011，32（3）：54-57.

[16] 谢善驹.我国大气污染系数研究进展［J］.中山大学学报，1996，35（1）：240-243.

[17] 易琦，陈玉姝.昆明城市布局与风象的关系及问题研究［J］.云南地理环境研究，2000，12（2）：51-57.

[18] 刘敦训，孙秀忠，韩秀兰，等.黄河三角洲城市建设规划中气候资源的利用［J］.气象科技，2005，33（6）：609-612.

[19] 卜庆雷，亓翠芸，路光辉.莱芜市工业合理布局与风的相关分析［J］.新疆气象，2006，29（6）：17-19.

[20] 周媛，石铁矛，胡远满，等.沈阳城市绿地适宜性与空间布局［J］.生态学杂志，2011，30（8）：1805-1812.

[21] 秦春艳.新疆南疆三地州经济发展现状与趋势［J］.新疆财经，2013（5）：53-59.

[22] 蔡霞霞.新疆南疆城镇化发展的制约因素的研究［D］.阿拉尔市:塔里木大学，2013:29-36.