空气污染因子格局的变迁
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本文作者：魏疆1,2作者单位：1.新疆大学资源与环境科学学院2.乌鲁木齐市天山区人民政府
乌鲁木齐市作为新疆的首府城市，随着其区域中心的不断聚集，污染也随之加剧，区域中心的承载能力及环境容量逐渐下降［1－3］。根据以往研究结果显示，全市由南向北，污染程度呈梯度增加趋势，污染浓度南高北低的态势即市南片的天山区污染最重，市中的沙依巴克区次之，市北片的新市区较轻［4，5］。为不断增强经济发展活力、缓解和彻底改善城市环境污染状况，政府制定了"强化二产、优化三产"的方针来推进产业结构调整，以"城市南控北扩、东延西进"的战略思想指导着区域空间结构的重组［6］。经过几年的大力建设，乌鲁木齐市中心城区的工业基本转产或搬迁，周边的工业园区已初具规模［7］。这一系列措施的推进将导致原城区污染物排放强度和大气环境中污染物浓度发生了根本性的变化，形成新的大气污染格局，对未来乌鲁木齐市的大气环境产生新的影响。因此，分析乌鲁木齐市的大气污染变迁趋势就显得尤为重要。文中通过大气环境监测点位的数据来分析大气污染的变化趋势，讨论乌鲁木齐市大气污染因子的变迁格局，希望能为今后的环境治理工作提供必要的理论支撑。
1研究方法
1．1采样点布置
环境监测点设置采用梯度布局的原则从南到北分别设在市南片天山区(收费所点)、市中的沙依巴克区(监测站点)及市北片的新市区(铁路局点)，直线距离大约为7km(图1)。三个站点均采用大西比仪器。
1．2测量方法
SO2－紫外吸收方法、NO2－化学发光法、PM10－射线法。数据为每日0－23点的小时平均值［8］。采用Spss和Excel软件对数据进行处理分析。
2结果
2．1各监测点位污染因子浓度的变化趋势
2．1．1SO2年均浓度的变化趋势
乌鲁木齐市经济社会的快速发展过程中对原煤的大量消耗，是造成SO2排放量增加的根本原因。但产业结构和社会生活在城市区域内分布的不均匀势必造成能源消耗和污染物排放的不均衡特征。2004－2009年SO2年均浓度变化幅度不大的前提下，各监测区域却表现出了较大的变化(图2)。天山区的SO2年均浓度变化呈现出上升－下降－再上升－后继续下降的趋势，整体走势呈"M"型，其中在2005年达到峰值，但总体趋势呈下降态势;沙区SO2年均浓度变化呈现出"缓慢上升－下降－再上升"的走势，走势呈"N"，整体趋势呈上升态势;新市区SO2年均浓度变化趋势不明显，基本在0．1±0．01mg/m3左右波动。从数值来看，2004－2009年三个监测点位的年均浓度值均超过SO2国家二级标准常规污染物的年均浓度限值;其中，2004－2006年和2008年SO2年均浓度呈现出天山区＞新市区＞沙区，2007年新市区＞天山区＞沙区，2009年沙区＞新市区＞天山区。
2．1．2NO2年均浓度的变化趋势
NO2是大气环境中主要的气态污染物质，由于城市布局、能源消耗及城市交通和车辆的不均衡，造成NO2年均浓度变化的不一致性(图3)。2004－2009年NO2年均浓度整体呈上升趋势。相对于2004年，2009年NO2年均浓度增长了19．6%。其中，天山区增长21．3%，沙区30．1%，新市区8．4%。从各年度均值数据来看，2004－2008年天山区NO2年均浓度变化呈现出快速增长的趋势，2008－2009年略有下降，沙区和新市区NO2年均浓度变化整体均呈现出"缓慢增加－下降－再增加"趋势。2004－2009年增长速率表现为沙区＞天山区＞新市区。
2．1．3PM10年均浓度的变化趋势
2004－2009年，PM10年均浓度的变化呈现出"增加－降低－再增加"的过程(图4)，从数理分析来看，相对于2004年，2009年的年均浓度增加了22．4%;其中天山区增加29．8%，沙区增加－12%，新市区增加54．2%。数值显示，除沙区监测点有个别年度数据达标外，其他各点的数据均超过PM10国家二级标准常规污染物的年均浓度限值;2004－2006年，天山区＞沙区＞新市区，2007－2009年天山区＞新市区＞沙区。
2．2污染源与各污染因子的相关性
经济社会发展中能源消耗排放的污染物质是造成空气污染因子浓度增加的主要原因。2004－2009年乌鲁木齐市空气污染(SO2、NO2、PM10)年均浓度值与耗煤量和机动车相关系数检验结果(表1)。可以看出，SO2和PM10与耗煤量和机动车之间无相关性，NO2与耗煤量和机动车之间存在相关性，且NO2与机动车之间的相关系数大于与耗煤量之间的相关系数(R机动车=0．88＞R耗煤量=0．87)。
3讨论与分析
大气污染伴随着乌鲁木齐市经济社会的发展而产生，不同时期呈现出不同变化规律。通过结果分析可以看出，SO2和PM10年均浓度值与原煤消耗之间不具有相关性，说明乌鲁木齐市在过去的大气污染治理中采取的集中供热，热电联产以及加大大型除尘设施的脱硫等手段和措施取得了积极的成效，这与前研究结论基本相符［9］。在煤炭消耗量不断增加的前提下，SO2和PM10年均浓度值没有呈现出与之相同的增加趋势。NO2年均浓度值与耗煤量和机动车之间存在显著的相关性，主要是因为目前大气污染治理设施并没有专业的技术治理和收集NOx的排放，同时城市机动车辆的增加导致尾气的大量排放，对大气环境中NOx浓度的贡献不断增加与相关研究结论一致［10－12］。NO2与机动车的相关性大于与耗煤量的相关性，说明机动车尾气对环境质量监测中的NOx污染物的贡献已经取代了燃煤产生的污染。这一点与机动车NOx排放总量是燃煤NOx排放总量的35%不符［13］。文中作者认为，造成这种结果的主要原因是:燃煤产生的NOx主要是通过高空点源排放①，污染物通过大气运动扩散和稀释的距离较远，到达监测点位时浓度已有所降低②;机动车尾气属于低空面源式排放，由于受到建筑物的阻挡不易扩散，在低空形成浓度较高的污染层，导致机动车尾气造成的NO2浓度增加的趋势，这一现象与近年来相关研究报道相符［9］。
3．1SO2年均值的变化分析
SO2年均浓度值始终高于二级标准的浓度限值。三个监测点位的SO2年均浓度呈现出不同的变化趋势;天山区作为乌鲁木齐市的老城区，过去存在大量的工业企业、采暖小锅炉等污染源。近年来，当地政府对环境污染问题高度重视，加大了工业企业污染治理设施的投入和监管力度;同时采取热电联产的方式取缔了大量的采暖小锅炉，使得天山区范围的SO2排放量逐年降低，就SO2来说取得了显著的成效。新市区的SO2年均浓度值基本恒定，且高于沙区(除2009年)，除新市区自身经济社会发展耗能产生的SO2之外，还因为新市区海拔较低，周边民用采暖小锅炉排放的污染物质，在冬季大气云团的运动和城市热岛效应的作用下将周边的部分SO2带到此区域造成SO2年均浓度值偏高［14－16］。沙区由于地处乌鲁木齐市的中部，经济社会发展迅速，工业能耗的增长和居民采暖对能源的需求快速增加，使得SO2年均浓度呈现出不断增加的趋势，并且在2009年超过天山区和新市区成为SO2年均浓度最高的区域。
3．2NO2年均值的变化分析
NO2作为主要的大气污染物质之一，呈现出不断增加的趋势(图2)。从变化趋势来看，天山区NO2年均浓度值始终保持着较高的值，在2009年出现下降趋势。由前面分析可知，除燃煤造成NO2的排放之外，机动车的快速增加是造成NO2年均浓度值增加的又一主要原因，天山区作为老城区，辖区高楼林立造成区域下垫面极其粗糙，不利于污染物质的扩散［17］;同时辖区内拥有自治区、兵团的党政机关和主要厅局以及主要的金融商业区，极易造成交通堵塞，增加污染物质的排放。据相关调查显示，全市最容易堵塞的道路主要集中在市南片［18］。交通不畅增加了NO2的排放，根据机动车发动机原理和国外经验测算当机动车时速将由40km/h降至23km/h时，NO2、CO和HC等因子的排放会增加1倍［19］。另外，距离天山区监测点不远处有全疆的北郊客运站，大型车辆的行使一方面增加了局域污染物质的增加，另一方面导致交通不畅，诱发区域内间歇性的污染物质积聚排放。沙区和新市区表现出相同的变化趋势，与近年来机动车保有量的迅速增长的趋势相吻合。
3．3PM10年均值的变化分析
从不同点位PM10年均浓度值的变化来看，天山区始终高于沙区和新市区，这与天山区辖区内工业企业生产和居民供暖大量使用原煤有关，同时，南部山区的天气过程，极易造成扬尘等污染物质的快速增加［20］。自2006年以来，沙区PM10年均浓度值持续走低，除了集中供热、加大污染处理设施的监管以外，城区绿化也对减少PM10年均浓度值起到了积极的作用。新市区PM10年均浓度值则表现出逐年上升的趋势，这与原新市区开发程度低，能源消耗量较少，随着乌鲁木齐市整体经济的快速发展，新市区辖区内的房地产以及开发区内的大量的企业入住，导致能源消耗持续增加。同时，局部气象条件导致周边污染物质的进入有关［21］。
4结论
通过数据分析显示，乌鲁木齐市燃煤消耗与大气环境污染因子(SO2、PM10)年均浓度值不再具有相关性，但大气污染仍属"煤烟型"污染。大气环境中SO2年均浓度均大于国家规定的二级标准浓度限值，PM10年均浓度除沙区有减少趋势外，其他两个监测点均显示出较高的浓度值大于国家规定的二级标准浓度限值，NO2年均浓度虽未超过国家规定的二级标准浓度限值，但也呈现出逐年增加的趋势。天山区依然是乌鲁木齐市污染最严重的区。从分项数据来看，由于城市布局和产业结构的调整，天山区和新市区污染物质主要以PM10为主，沙区主要以SO2为主，监测范围内NO2浓度增长迅速。机动车尾气的污染日益加重，对NO2年均浓度值超过燃煤所产生的污染，氮氧化物的污染将由"燃煤型"转变为"汽车尾气型"。
