“十三五”末塔里木盆地南缘巴州环境空气质量时空变化研究

赵 琦，施晓冬，帅东海，王琳琳

(1.巴音郭楞蒙古自治州环境监测站，新疆 库尔勒 841000； 2.新疆农业大学 化工学院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 引言

塔里木盆地因地处干旱区腹地，其环境空气质量受气候因素扰动，对周边绿洲城市生活生产及经济发展影响较大[1，2]。随着城镇化进程的推进，人口的进一步增长，土地开垦及工业企业的持续发展，致使环境空气质量扰动因素增多，对人类健康以及生态环境安全造成了进一步的影响[3]。“十三五”以来，随着对大气环境的不断重视，大气环境保护规划已从单一污染物变化持续减排理念发展为使区域内大气环境质量与经济社会的发展相协调[4，5]，提倡“一带一路”绿色建设新理念。而塔里木盆地地处新疆中部，作为推动丝绸之路经济带高质量发展的重要区域[6]，其空气环境质量变化成为了社会及公众持续关注的焦点。

基于塔里木盆地特殊地理位置及自然条件，众多学者对塔里木盆地空气环境质量进行了多角度研究。李吉玫等[7]对库尔勒、和田、喀什等塔里木盆地内主要城市空气中负离子浓度进行监测，研究表明库尔勒市空气中负离子远高于其余城市；菊春燕等[8]对位于塔克拉玛干沙漠边缘的和田市采用遥感反演研究气溶胶光学厚度与PM2.5相关性及空间致灾风险，得出致灾高风险地区主要受到气象条件的影响；张云菲[9]运用模糊综合评价法、灰色关联度法、人工神经网络模型及灰色预测模型对新疆主要地区大气污染物进行了现状分析、探讨了因素影响，并选出了适宜模型，提出了优化大气环境质量的相关建议；刘新春等[10]使用环境大气颗粒物监测仪通过对塔克拉玛干沙漠周边及腹地主要城镇塔中、哈密、和田进行了PM10长期定位监测，研究表明受气温、气压及相对湿度影响，塔克拉玛干沙漠PM10具有显著区域性差异，东缘哈密最低，南缘和田次之，中部塔中最高；张洁琼[11]基于PMEI-WES模型对南疆主要地州PM2.5及PM10构建风蚀源解析清单，得出克州PM2.5排放量最高，而巴州PM10排放量最高。

目前对于环塔里木盆地城市绿洲环境空气质量研究主要集中与PM2.5及PM10排放量及源解析，对解析塔里木盆地南缘巴州地区县市环境空气质量研究鲜有报道，因此，本文基于综合指数评价法，对塔里木盆地南缘巴音郭楞蒙古自治州(以下简称巴州)州地区9个县市“十三五”末(2020年)环境空气质量进行时空分析，为区域经济及生态环境发展提供一定参考。

2 研究区概况

巴州位于塔里木盆地南缘，行政区划共有9个县市，作为中纬度干旱区的典型大陆性暖温带气候，日照充足且昼夜温差较大，地表蒸发量大，毗邻中国最大的沙尘源塔克拉玛干沙漠，沙尘天气发生频率极高[12，13]，四季均有沙尘暴和尘卷风发生，对周边县市环境空气产生了较严重影响。

3 研究方法与数据处理

“十三五”末，巴州共设置11个环境空气质量自动监测站点，其中库尔勒市设置3个国控监测站点，其余县市均为省控监测点，数据选取11个自动监测站点的监测数据，收集时段为2020年1月1日至2020年12月31日23时。监测项目为二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、臭氧(O3)、一氧化碳 (CO)、细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)。运用综合指数评价法按照《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)对各站点环境空气质量进行评价[14，15]，分析其总体环境空气质量；利用Origin2021制图，对巴州9县市环境空气主要指标年内各月月均值、季均浓度进行比较，分析其时间序列变化规律；采用ArcGIS10.6软件对巴州各县市环境空气主要指标进行空间插值分析，解析了巴州6种环境空气主要指标空间分布特征。

4 结果与分析

4.1 总体环境空气质量分析

“十三五”末，巴州各县市综合空气质量指数在3.41～13.2间，其中北部4县市和硕县、焉耆县、博湖县、和静县综合指数分别为3.41、4.19、4.76、4.89，显著优于其余5县市，9个县市中和硕县综合质量指数最低，为3.41，环境空气质量为9县市中最优。巴州各县市环境空气质量优良天数总体范围为133～296 d，其中且末县全年优良天数最少，为133 d，优良率为36.4%，和硕县优良天数最多，为296 d，优良率为81.1%，“十三五”末巴州各县综合质量指数及优良天数见表1。

4.2 主要指标时间序列变化分析

通过对巴州各县市主要环境空气指标“十三五”末年内月均值及季节均值进行分析，具有显著时间序列变化趋势。

表1 “十三五”末巴州各县综合质量指数及优良天数统计

4.2.1 主要指标年内各月变化分析

从巴州各县市主要环境空气指标“十三五”末年内月均值变化情况来看，主要指标NO2浓度变化趋势为：各县市中库尔勒市、博湖县、和静县、和硕县年内各月均值总体呈现先减少后增加的趋势，其余5县市年内均值呈现无规律波动式变化；O3浓度变化趋势为轮台县、若羌县、且末县年内均值呈现无规律波动式变化，其余6县市均呈现先增加后减少的趋势；SO2浓度变化趋势为轮台县、和静县、和硕县年内各月均值总体呈现波动式下降趋势，尉犁县呈现波动市上升趋势，其余5县市年内均值呈现无规律波动式变化，具体变化情况如图1。

图1 “十三五”末巴州各县市环境空气中SO2浓度

其余指标中，就CO浓度变化而言，各县市中博湖县、和硕县呈波动上升趋势，和硕县呈现波动式下降趋势，且末县及若羌县整体变化不明显，其余3县市呈现先上升后下降的趋势；各县市中，库尔勒市、博湖县、和静县、和硕县PM2.5年内各月均值总体呈现先减少后增加的趋势，其余5县市呈波动上升趋势；与CO、PM2.5浓度变化不同，各县市中，且末县、若羌县、轮台县、尉犁县PM10年内各月均值总体呈现上升趋势，其余5县市呈持续波动变化，具体变化情况见图2。

4.2.2主要指标季节变化分析

根据巴州气候变化，将3～5月份划分为春季、6～8月份划分为夏季、9～11月份划分为秋季、12月份及翌年1～2月份划分为冬季。“十三五”末，将巴州各县市各项指标进行分析可知，各县市环境空气指标中NO2及PM2.5具有显著季节性变化。各县市NO2变化如图3所示，其中，库尔勒市、和硕县、和静

图2 “十三五”末巴州各县市环境空气中排名PM10浓度

县、博湖县工业企业生产周期相对一致，NO2变化具有一致变化趋势，均为呈现秋季、冬季高于春季、夏季；若羌县、且末县工业企业较少，NO2变化呈现为冬季、春季高于夏季、秋季；焉耆县工业企业大多为夏季生产企业，NO2变化呈现夏季高于其余3个季节；尉犁县企业极少，受个别主要企业影响，NO2变化呈现秋季高于其余3个季节；轮台县石化企业较为集中，废气排放设施投入较大，因此环境空气中NO2浓度显著低于其余各县市，并呈现冬季高于其余3个季节趋势。

图3 “十三五”末巴州各县市环境空气中NO2浓度季节变化

“十三五”末，巴州各县市PM2.5变化如图4所示，其中，库尔勒市、和硕县、和静县、博湖县PM2.5变化具有一致变化趋势，均为呈现秋季、冬季高于春季、夏季，与NO2具有一致的变化趋势，可见以上县市环境空气指标主要受工业企业废气排放影响；且末县、若羌县、轮台县、焉耆县PM2.5变化具有一致变化趋势，变化呈现秋季高于其余3个季节；与其余县市不同，尉犁县4个季节整体变化不明显。

图4 “十三五”末巴州各县市环境空气中PM2.5浓度季节变化

4.3 空间变化分析

通过整体区域分析可知，“十三五”末塔里木盆地南缘巴州地区各县市常见大气污染物具有较显著空间差异性。由表2可见，巴州各县空气质量指数从低到高依次是和硕、焉耆、博湖县、和静、尉犁、轮台、若羌以及末县，总体空气质量北部好于南部。通过综合指数评价法可知各县市首要污染物为PM10，因此，沙尘为影响巴州环境空气质量的主要影响因素。同时，由于且末县毗邻塔克拉玛干沙漠，因此受沙尘影响最为显著，空气质量指数最高。

通过对主要指标进行空间插值分析，6项主要环境空气指标分布具有显著空间差异性，其中SO2、NO2具有相对较一致的空间分布特点，总体呈现为北部高于南部，主要原因为北部县市企业分布多于南部，受工业企业废气排放影响，北部焉耆县、和硕县、和静县、博湖县SO2年均浓度分别为9 μg/m3、9 μg/m3、8 μg/m3、7 μg/m3，NO2年均浓度分别为14 μg/m3、17 μg/m3、18 μg/m3、20 μg/m3；受工业企业设备投入影响，主要指标CO浓度较高县市为且末县、焉耆县，年均浓度分别达到5.8mg/m3、4.2 mg/m3，除焉耆县外其余北部县市CO呈现较低浓度，最低为库尔勒市0.6 mg/m3；受地理因素影响，北部焉耆县、和硕县、和静县、博湖县主要指标O3浓度较高NO2年均浓度分别为143 μg/m3、112 μg/m3、102 μg/m3、126 μg/m3；受地理因素及工业企业分布影响，主要指标PM10、PM2.5具有较一致的空间分布，总体为北部4县市好于中部及南部县市，其中，巴州各县市PM2.5浓度空间分布如表3所示，由于轮台县、尉犁县、且末县、若羌县位于塔克拉玛干沙漠边缘，受沙尘影响，NO2年均浓度分别为58 μg/m3、51 μg/m3、144 μg/m3、72 μg/m3。

表2 巴州各县市空气综合质量指数对比

表3 巴州各县市空气指标PM2.5对比

5 讨论

受自然条件及人为活动因素影响，巴州各县市环境空气质量持续波动，并呈现时间序列变化及空间分布从差异。

5.1 自然影响因素

巴州处于塔克拉玛干大沙漠的东北边缘，植被稀少，全年降水量少，空气干燥，脆弱的生态环境和特殊的地理气象条件，沙尘、扬尘、浮尘等重污染天气频发。在春、秋两季大气多处于不稳定状态，也易产生强烈的大气对流，大风携带塔克拉玛干沙漠中的黄沙漂移至巴州南部县市，致使环境空气中PM10显著增高，对空气质量造成了严重的影响[16,17]。

同时，环境空气质量主要指标中，O3与气象条件具有极显著相关性，其中温度变化、太阳辐射强度与O3浓度呈显著正相关[18,19]。O3作为光化学反应的主要产物，即日照强度的增强也伴随着温度的升高，日照时长的增大也会加剧光化学反应，使O3浓度升高[20]。

5.2 人为活动影响因素

PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO监测浓度同时也受人为活动因素的影响[21]，其中包括车辆、工业企业生产排放、居民生活和取暖、垃圾焚烧等[22]。巴州北部如博湖县、和静县、焉耆县等县市主要指标存在显著季节性差异，且与当地企业生产周期密切相关，说明来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响巴州各县市环境空气质量另一主要因素，通过强化区域大气环境兵地联防联控，推进散煤综合治理和重点行业大气污染治理，开展“散乱污”企业动态清零行动，加强能耗“双控”管理，加大扬尘污染控制、脱硫脱硝除尘燃煤锅炉改造等一系列措施，对于改善大气环境有一定实效。

6 结论

(1)“十三五”末，巴州环境空气质量总体较好，各县市环境空气质量优良天数总体范围为133～296 d，各县市综合质量指数在3.41～13.2间，其中北部4县市和硕县、焉耆县、博湖县、和静县综合指数分别为3.41、4.19、4.76、4.89，显著优于其余5县市。

(2)巴州各县市主要环境空气指标“十三五”末年内月均值及季节均值进行分析，均具有显著时间序列变化趋势，各县市中库尔勒市、博湖县、和静县、和硕县NO2、PM2.5年内月均值及季节均值均具有较为一致的变化趋势。

(3)通过整体区域分析可知，“十三五”末塔里木盆地南缘巴州地区各县市常见大气污染物具有较显著空间差异性。巴州各县空气质量指数从低到高依次是和硕、焉耆、博湖、和静、尉犁、轮台、若羌以及且末县，总体空气质量北部好于南部。

(4)受自然条件影响，塔克拉玛干沙漠中的黄沙漂移至巴州南部县市，致使环境空气中PM10显著增高，对空气质量造成了严重的影响。受人为活动因素的影响，巴州北部如博湖县、和静县、焉耆县等县市主要指标存在显著季节性差异，且与当地企业生产周期密切相关。