伊宁市冬季PM2.5和PM10时空变化特征

辜天军

摘  要：该文基于2020年冬季伊宁市PM2.5、PM10监测数据，采用统计方法，研究分析了伊宁市PM2.5和PM10的时空变化特征。结果表明：伊宁市冬季PM2.5和PM10污染较重，分别超标1.4倍和0.5倍。冬季不同月份大气颗粒物浓度存在较明显差异，2月浓度最低，在空间分布上大气颗粒物浓度总体呈北高南低的特征。PM2.5/PM10平均为0.79，PM2.5对PM10的贡献较大。

关键词：冬季   大气颗粒物   时空变化   贡献

中图分类号：X24                            文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）07（a）-0081-03

Abstract： Based on the monitoring data of PM2.5 and PM10 in Yining City in the winter of 2020， this paper studies and analyzes the temporal and spatial variation characteristics of PM2.5 and PM10 in Yining City by using statistical methods. The results show that PM2.5 and PM10 are seriously polluted in winter， exceeding the standard by 1.4 times and 0.5 times respectively. There are obvious differences in atmospheric particulate matter concentration in different months in winter， and the concentration is the lowest in February. In terms of spatial distribution， the atmospheric particulate matter concentration is generally high in the north and low in the south. The average pm2.5/pm10 is 0.79， and PM2.5 makes a great contribution to PM10.

Key Words： Winter; Atmospheric particulate matter; Temporal and spatial variation; Contribution

大气细颗粒物（PM2.5）污染是近年来社会关注的热点问题之一。大气颗粒物具有成分复杂、来源广泛的特点，不仅通过消光作用降低大气能见度，而且对人体健康产生重要影响[1-2]。目前，对大气颗粒物PM2.5 和PM10理化性质、来源解析、气候效应和健康效应等重要问题已开展了大量研究，国内研究人员围绕京津冀、四川盆地和汾渭平原等重点区域大气颗粒物污染问题，在颗粒物时空分布特征、经济发展、能源消费、交通运输与大气颗粒物污染关系等多个方面进行了探索分析[3-5]。随着西部地区经济加快发展，城市化进程不断推进，位于新疆伊犁河谷地区的伊宁市空气污染问题受到越来越多的关注，已成为影响居民生活和社会经济发展的重要因素。

按照“蓝天保卫战”三年行动计划工作要求，伊宁市在优化能源结构、调整工业结构、改变交通运输结构以及工业污染治理、扬尘综合管控等大气污染防治工作中，实施了一系列工程、技术和管理措施，取得了一定成效。该研究基于2020—2021年冬季大气颗粒物PM2.5和PM10监测数据，分析了大气颗粒物时空变化规律，提出了大气污染防治存在的问题和相关防治建议，为下一步大气污染治理攻坚行动提供了科学技术支撑。

1  数据与方法

1.1 研究区概况

伊宁市地处新疆伊犁河谷盆地中央，地理坐标为北纬43°50′～44°09′、东经80°04′～81°29′之间。东连伊宁县，西邻霍城县，南濒伊犁河，北依科古尔琴山。市域总面积644.01 km2，建成区面积122 km2。伊宁市属北温带大陆性气候，四季分明，日照充足，年均气温10.5 ℃，年均降水量245 mm，无霜期190 d，年均日照3 080 h。

1.2 数据来源

环境空气质量监测数据来源于伊宁市城区3个国家环境空气质量自动监测站（http：//183.203.223.83：85/aqi/），时间范围为2020年12月1日至2021年2月27日。

1.3 数据统计与分析

PM2.5、PM10日平均值指24 h 中各小时浓度算术平均值。PM2.5和PM10的月、季平均质量浓度按照《环境空气质量评价技术规范》（HJ 663—2013）由日均值计算得到。数据统计和图表绘制采用Excel 2010软件。根据《环境空气质量评价技术规范》规定，对地级及以上城市，环境空气质量评价采用城市空气质量监测评价点监测数据，伊宁市3个国控站点都集中于市区。该研究基于2020年12月1日至2021年2月27日伊宁市国控城市点的PM2.5、PM10质量浓度数据，应用统计分析方法，探讨伊宁市大气污染物的时空分布特征。

2  结果与分析

2.1 伊宁市大气颗粒物PM2.5和PM10浓度总体变化

2020年12月1日至2021年2月27日，伊宁市城区冬季PM2.5和PM10平均浓度分别为85 μg/m3和103 μg/m3，分别超过国家二级标准限值（PM2.5为35 μg/m3和PM10为70 μg/m3）1.4倍和0.5倍，说明冬季伊宁市城区大气颗粒物污染较重，以PM2.5污染最突出。从整个冬季PM2.5和PM10日平均濃度分布看（见图1），伊宁市城区细颗粒物（PM2.5）及可吸入颗粒物（PM10）质量浓度范围分别为9～286 μg/m3和16～331 μg/m3，其中PM2.5有39 d超标，超标率43%，PM10有17 d超标，超标率19%。

伊宁市PM2.5日平均质量浓度主要分布区间为25～100 μg/m3，占样本总数的62.2%，其中PM2.5日平均质量浓度出现频率最高的区间为25～50 μg/m3，样本总数的27.8%。PM2.5日均质量浓度大于200 μg/m3，即达到重度污染及以上级别的天气出现频率较低，占整个冬季的6.7%。PM2.5日平均浓度质量浓度分布接近对数正态分布。

2.2 冬季PM2.5和PM10浓度月际变化特征

研究时段内伊宁市城区各月PM2.5和PM10质量浓度由高到低顺序依次均为：12月>1月>2月。2月份PM2.5平均质量浓度为42 μg/m3，明显低于12月107 μg/m3和1月103 μg/m3的浓度水平。2月份PM10平均质量浓度为57 μg/m3，亦明显低于12月125 μg/m3和1月124 μg/m3的浓度水平。冬季12月和1月PM2.5和PM10浓度均最高，且这两个月的浓度水平相当，而2月大气颗粒物浓度最低，说明冬季伊宁市城区大气颗粒物污染不同月份存在较明显差异。

2.3 冬季PM2.5浓度变化的周末效应

该研究将PM2.5浓度监测时间分为工作日（周一到周五）和周末（周六和周日）两类，分别分析工作日和周末的PM2.5浓度变化特征。伊宁市工作日PM2.5浓度在68～109 μg/m3，周六和周日PM2.5浓度分别是62 μg/m3和86 μg/m3，工作日平均浓度比周末高22%，尤其以周五最明显。一般情况下每周一至周五工作日期间，机动车排放和工业生产活动的排放强度、能源消费比周六和周日高，可能产生和排放更多的大气污染物进入环境，造成大气中污染物浓度升高。

2.4 冬季PM2.5和PM10浓度空间分布特征

对分布于伊宁市西北、东北和南部的3个国控站点冬季大气颗粒物浓度比较后发现，位于西北部的市环保局站点冬季PM2.5浓度最高，达到91 μg/m3，南部新政府片区和东北部第二水厂站点PM2.5浓度相近，分别为83 μg/m3和82 μg/m3。全市的PM2.5浓度空间分布呈现西北高，东北和南部低的特点。PM10浓度空间分布与PM2.5有不同，东北部第二水厂站点浓度最高，为110 μg/m3，而南部新政府片区和西北部市环保局站点较低，均为100 μg/m3，空间分布呈现东北高，西北和南部低的特点。从PM2.5和PM10质量浓度空间分布特征可以看出，伊宁市大气颗粒物污染总体呈北高低的特征。这种分布格局与伊宁市城区生活区、工业区和交通干线的空间分布状态较为匹配。

2.5 冬季PM2.5与其他大气污染物间相关性

PM2.5和PM10来源除了直接排放的一次源外，大气中SO2、NO2、NH3和VOCs等气体污染物在大气环境中发生二次化学转化形成的二次颗粒物，如硫酸盐、硝酸盐和铵盐等是PM2.5的重要组成[5-8]。PM2.5与其他大气污染物之间存在着一定的联系，研究分析各类大气污染物之间的相关性，有助于判别颗粒物来源及开展大气污染治理工作。

PM2.5和PM10质量浓度相关系数在12月、1月和2月都大于0.9，说明它们的来源相似。伊宁市冬季12月、1月和2月的PM2.5/PM10比值分别为0.85、0.80和0.72，明显高于汾渭平原东部PM2.5/PM10比值（0.66），说明PM2.5对PM10的贡献大，反映出细颗粒物是伊宁市大气颗粒物污染的主要贡献者。通过计算PM2.5与SO2、NO2之间的相关系数，PM2.5与SO2、NO2之间的相关系数分别为0.64和0.73（P<0.05），说明PM2.5与SO2、NO2之间存在显著正相关关系，属于强相关级别（0.6～0.8）。这说明人为活动排放的SO2和NO2等气态污染物经系列化学反应转化生成了二次颗粒物，对PM2.5浓度贡献较大。

3  结论

（1）伊宁市冬季PM2.5和PM10的平均浓度分别为85 μg/m3和103 μg/m3，分别超过国家二级标准限值1.4倍和0.5 倍，大气颗粒物污染较重。

（2）冬季大气颗粒物污染在不同月份存在较明显差异，2月大气颗粒物浓度最低，在空间分布上颗粒物浓度总体呈北高南低的特征。

（3）冬季PM2.5/PM10平均为0.79，PM2.5对PM10的贡献较大，SO2和NO2等气态污染物转化形成的二次顆粒物对PM2.5浓度贡献较大。

参考文献

[1] 孟晓艳，张霞，侯玉婧，等.2013—2017年京津冀区域PM2.5浓度变化特征[J].中国环境监测，2018，34（5）：10-16.

[2] 石雪颖.北京市城区和郊区PM2.5的变化特征及其“周末效应”和“假日效应”研究[D].乌鲁木齐：新疆大学，2017.

[3] 蒋婉婷，谢汶静，王碧菡，等.2014—2016年四川盆地重污染大气环流形势特征分析[J].环境科学学报，2019，39（1）：180-188.

[4] 张周祥.秋冬季北京北部重污染事件PM1化学组分特征及气象因素的贡献[D].北京：中国气象科学研究院，2017.

[5] 李雁宇，李杰，曾胜兰，等.2017年汾渭平原东部大气颗粒物污染特征分析[J].环境科学研究，2020，33（1）：63-72.

[6] 陈楚，王体健，李源昊，等.濮阳市秋冬季大气细颗粒物污染特征及来源解析[J].环境科学，2019，40（8）：3421-3430.