冬季乌昌石区域大气重污染过程分析.docx

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1、冬季乌昌石区域大气重污染过程分析谷超郭宇宏邓婉月摘要：针对2016年11月23日-12月9日新疆乌昌石区域出现的一次长达18天的重污染天气过程，详细分析了各项污染物浓度水平及时空分布特征。监测结果显示，颗粒物浓度超标严重，PM2.5、PM10最高日均浓度达287 ug/m3、384 ug/m3,分别超标2.8倍、L 5倍，比污染前分别上升2.8倍、2. 4倍；整个污染过程中各城首要污染物均为PM2. 5,且PM2. 5/PM10均在70%以上；PM2.5、PM10与气态污染物S02、N02浓度波动同步、稍有滞后，虽然4项气态污染物日均浓度均未超标，但S02、N02同比增幅显著，二次颗粒如硫酸盐

2、、硝酸盐加倍生成；乌昌石5个城市污染物浓度变化规律一致，体现典型的区域性污染特征。本次重污染过程出现得比往年早，持续时间长、影响范围广且污染程度重，由于污染物浓度易受环境温度、湿度、风速风向等气象参数的影响，本研究结合气象背景及气象条件变化分析发现，地面高压控制，风速小、逆温层低，污染扩散不利，加之气温降、湿度增，易形成二次气溶胶颗粒，污染持续累积，是此次重污染过程形成的重要原因。Key：乌昌石区域；持续重污染；颗粒物浓度；风、温、湿变化随着经济的高速发展、机动车数量的迅猛增加及城市化进程的加快，雾霾天气呈现明显的增加趋势（贺克斌等，2011；曹军骥，2012； Jiang et al.,20

3、14） o霾污染不仅导致大气能见度降低，严重影响交通运输和人们的正常生活，而且由于污染物载带大量有毒有害物质，对人体健康产生急慢性危害（Dockery et al. , 1992；白志鹏等，2006）。作为远离海洋、腹地沙漠的内陆省份，新疆有其独特的地理位置和气候条件（梁琼等，2005；徐峰，2012）,尤其秋冬季节容易出现水平方向静稳、垂直方向逆温等气象条件，不利于大气污染物的扩散，采暖期长、污染排放大和气象要素共同作用极易形成重污染天气（祝煦等，2005； Pu et al. , 2011）。2016年冬季，新疆乌昌石区域经历了一次持续时间长达18天的重污染，此次重污染天气过程，比往年出现

4、更早、持续时间更长、污染程度更重，引发公众广泛关注。为有效控制大气污染、及时制定冬季强化措施，亟需针对污染类型、污染物浓度水平和气象条件等，开展系统监测和成因研究工作，为区域大气污染防治提供技术支撑。1重污染过程分析受持续大雾影响，自2016年11月23日起到12月10日，新疆乌昌石区域（国家重点建设的100城市群之一，具体包括乌鲁木齐市、石河子市、昌吉市、阜康市、五家渠市及呼图壁县、玛纳斯县和沙湾县等5市3县）出现一次连续重污染天气过程，比2015年12月14日的首次重污染过程提前了 21天。11月24日五家渠、阜康、石河子先后出现重度污染，11月25日阜康达到严重污染，12月2日整个乌昌石

5、区域达到重度污染级别，重污染天气一直持续到12月11号西伯利亚的冷空气入侵后重污染才有所缓解。此次重污染过程中，五家渠、阜康、乌鲁木齐、石河子、昌吉分别出现11天、10天、10天、8天、6天重污染天气。1. 1颗粒物浓度水平基于乌昌石区域5城市的空气自动站实时监测数据，分析各项污染物浓度水平及气温、气压、相对湿度、风速风向等。监测结果显示，此次重污染期间各城市PM2. 5平均浓度在146ug/m3T71 ug/m3之间，比污染前期浓度水平高出L2倍-4.3倍，其中乌鲁木齐市PM2.5最高日均浓度出现在12月2日，高达271 ug/m3,超环境空气质量标准(GB3095-2012)中PM2. 5

6、日均浓度二级标准(75Hg/m3) 2. 6倍，小时最高浓度甚至达到414 H g/m3,超标4. 5倍。各城市PM10平均浓度在203 u g/m3-240 u g/m3之间，比污染前期浓度水平高出L5倍-3.3倍，PM10最高日均浓度出现在五家渠，高达384 ug/m3,超PM10日均浓度二级标准(150ug/m3) L5倍。重污染过程中乌昌石区域内各城市污染物浓度变化规律一致，在11月25和12月1日各城市均出现PM2.5和PM10浓度峰值，反映本次污染的区域性特征；各城市PM2.5、PM10日均浓度变化非常同步，相关系数为0.98；在整个重污染过程中，各城市首要污染物均为PM2. 5,

7、且PM2. 5占PM10比重很高，均在70%以上，其中乌鲁木齐市PM2. 5/PM10最高达87. 7%,高出全年平均水平37个百分点，反映本次污染以细颗粒为主，可能受二次生成贡献较大(Wang et al.,2012； Wang et al. , 2014)。1.2 气态污染物浓度水平本次重污染期间，SO2、N02、C。日均浓度比污染前显著升高，分别上升95%、98%、111%, 03日均浓度下降36%；通过比对S02、N02与PM2. 5、PM10浓度时间变化规律，发现颗粒物浓度与气态污染物浓度波动同步、稍有滞后，反映气态污染物作为前体物对颗粒物浓度的影响，因此，虽然4项气态污染物日均浓度

8、均未超标，但S02、N02同比增幅如此显著，可能导致二次颗粒如硫酸盐、硝酸盐的加倍生成(Wang et al. , 2012)。1.3 全国排名此次重污染过程，尽管乌昌石区域5城市优良天数比例同比减少20个百分点以上，但在11月T2月全国城市空气质量排名中(空气质量状况报告)，乌鲁木齐基本处于中等偏下水平，但未进入空气质量相对较差的十个城市名单，说明在全球气候变动和全国大气污染形势严峻情况下，新疆乌昌石城市群大气污染同防同治工作取得一定成效。2气象背景分析2. 1大气环流形势2016年10月，高压还未移动到新疆北部，空气活动较为活跃，大气相对湿度较低，总体气象条件较利于污染物的扩散。11月-1

9、2月，新疆北部一直受高压控制，冷空气活动偏北、次数减少，导致乌昌石区域的高空扩散能力整体变差。从图4和图5可以看出，此次重污染过程期间北疆地区的高压明显比去年同期弓金，高空暖脊也更突出，位置更靠近乌昌石区域，扩散条件明显比去年同期差。2.2 温度变化分析2016年9月以来乌昌石区域日均气温的方差为2015年同期的1.2倍，说明气温波动频繁且变化剧烈。从图6可以看出11月15日之后有一次明显的降温,随即重污染天气开始，气温保持在-5. 5七TO. 8七之间，12月4日之后气温有明显的回升，气温保持在-2.820. UC之污染逐渐减轻。此次重污染过程，日均气温比去年同期偏低3.4七，比污染前偏高0

10、.4七。2.3 湿度变化分析2016年9月相对湿度比上年同期平均偏低12%, 10月相对湿度平均偏高19%,11月3-4日升温过快导致空气湿度剧减，比同期偏低20%,但随着11月中下旬气温迅速降低，相对湿度回升显著，同比偏高5%, 11月18日后空气湿度维持在80-90%,而后进入重污染天气，至12月8日空气湿度蹿升至90-100%接近饱和，比去年同期偏高6%,导致大雾天气持续出现，直至12月10日重污染才逐渐缓解。2. 4风速2016年乌昌石区域秋冬季的风速基本小于lm/s,明显小于2015年同期。从图6可以看出，此次重污染过程前期风速明显降低，污染物逐渐累积，重污染期间日均风速比污染前低0

11、.2m/s （降幅25%） , 12月6日风速增大，利于扩散，此次重污染过程慢慢结束。2.5持续大雾天气2016年9月-12月乌鲁木齐市风速较小，平均偏低1.9m/s,不利于大气污染物扩散，逐渐形成大雾。尤其是12月1日-14日乌鲁木齐每天都有大雾出现，12月大雾日数历年值为8. 4天，而2016年12月上旬雾日数就已超过全月平均值。持续大雾天气的出现，主要原因是冷空气缺失和逆温层同时并存所致，11月下旬受冷空气影响，平均气温较往年同期偏低，但12月上旬气温触底反弹,较往年偏高，白天气温基本维持在0匕以上。气温回暖使得积雪加速融化，近地面的空气湿度增加，到了午后，气温逐渐回落，空气中水汽凝结成

12、小雾滴，形成大雾天气。而乌鲁木齐上空稳定的逆温层，使得近地面空气处于静稳状态，雾气不易消散。3结论在2016年11月23日T2月9日期间，新疆乌昌石区域经历了一次长达18天的重污染天气，此次重污染过程出现时间早、波及范围广、持续时间长，5个城市污染物浓度变化规律一致，体现典型的区域性污染特征。此次重污染期间，PM2.5与PM10协同变化，日均浓度比污染前分别上升2. 8倍、2. 4倍，最高日均浓度达287 u g/m3、384 u g/m3,分别超标2. 8倍、1.5倍，其中PM2.5占PM10比重平均在7096以上，与首要污染物为PM2. 5一致，反映本次污染以细颗粒为主；PM2.5、PM1

13、0与气态污染物S02、N02浓度波动同步、稍有滞后，虽然4项气态污染物日均浓度均未超标，但SO2、N02同比增幅显著，可能导致二次颗粒如硫酸盐、硝酸盐的加倍生成。气象要素分析表明，整个重污染期间乌昌石区域一直受高压控制，地面风速偏小、温度偏低，冷空气活动偏北、次数较少，导致乌昌石区域的高空扩散能力整体较差，结合高空的偏南风容易造成较强的逆温层。受以上不利的污染气象条件影响，持续大雾天气造成湿度持续高达90%,易形成二次气溶胶颗粒，使得首要污染物PM2. 5浓度迅速升高。加之总体风速小，逆温层低，污染物极其不易扩散，大气环境容量迅速变小，污染持续累积，AQI指数迅速升高。应协调联动启动重污染应急

14、响应措施，合力削峰，有效降低重污染程度、缩减持续时间，最大限度减轻空气重污染影响，以保障公众健康，实现共同改善区域环境空气质量的目标。Reference：lGB3095-2012.环境空气质量标准S.中华人民共和国环境保护部，2012.2中国环境监测总站.空气质量状况报告.2016年11月-12月.3白志鹏，蔡斌彬，董海燕等.灰霾的健康效应J.环境污染与防治，2006, 28 (3) ： 198-201.4曹军骥.我国PM2. 5污染现状与控制对策J.地球环境学报，2012, 3(5) ： 1029-1036.5贺克斌，杨复沫，段凤魁，马永亮,大气颗粒物与区域复合污染M,北京：科学出版社，20

15、11.6梁琼，尹辉，牟书勇，张道勇，潘响亮.乌鲁木齐市采暖期大气PM2. 5特征分析J.干旱区研究，2005, 32 (3) ： 543-550.7徐峰,乌鲁木齐市2011年冬季PM2. 5/PM10浓度特征分析J.干旱环境监测，2012, 26 (2) ： 81-85.8祝煦，黄正勇，贺磊.影响环境空气质量的PM2.5与相关因素的关系研究J.安庆师范学院学报(自然科学版)，2005, 21 (1) ： 31-35.9Dockery D W, Schwartz J, Spengler J D. Air pollution and dailymortality： Associations with particulates and acid aerosolsJ.Environmental Research, 1992, 59 (2) ： 362-373.10Jiang J K, Zhou W, Cheng Z, et al. Particulate MatterDistributions in China during a Wint