2017—2019 年中天山北坡城市群大氣污染及污染天氣類型特征

李淑婷， 李 霞， 毛列尼·阿依提看， 鐘玉婷， 王慧琴

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；2.中國氣象局阿克達拉大氣本底野外科學(xué)試驗基地，新疆 烏魯木齊 830002；3.新疆樹木年輪生態(tài)實驗室，新疆 烏魯木齊 830002）

自2013年我國頒布《大氣污染防治行動計劃》［1］以來，國內(nèi)大氣污染防控取得了顯著成效，SO2、PM10等污染物排放量顯著下降［2］。然而，我國目前仍面臨著嚴峻的大氣復(fù)合污染，全國多地PM2.5濃度仍然超標，O3污染呈大范圍蔓延態(tài)勢［3-4］，環(huán)境空氣質(zhì)量進一步改善難度增加。眾多學(xué)者對我國重點空氣污染區(qū)域諸如京津冀［5-6］、長三角［7］、珠三角［8］、四川盆地［9］等均開展了區(qū)域大氣污染物的時空變化特征研究，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域污染物及其時空分布特征不盡相同。京津冀地區(qū)PM2.5污染呈現(xiàn)南高北低的特點［10］，重污染日多集中在冬季，且首要污染物主要為細顆粒物［6］。長三角地區(qū)江蘇省PM10、PM2.5、SO2和NO2濃度普遍比浙江省要高，重污染主要發(fā)生在秋、冬兩季內(nèi)陸城市［7］。其中，南京為長三角地區(qū)空氣污染較為嚴重的城市，O3成為繼顆粒物污染之后長三角地區(qū)大氣污染治理的重點和難點［11］。珠三角近年來表現(xiàn)出經(jīng)濟核心區(qū)一次污染物濃度下降趨勢明顯，二次污染尤其是O3污染加劇特點［8］。四川盆地重污染日首要污染物是PM2.5或O3［12］，污染天數(shù)最多的是1月，其次是12月和2月［9］，其中成都市一年內(nèi)大氣污染超標天數(shù)超過150 d。春季沙塵天氣給蘭州市輸送了大量沙塵顆粒，形成重污染［13］。冬季的北京由于近地層逆溫、大氣靜穩(wěn)致使污染物難以擴散，常常出現(xiàn)持續(xù)性重污染天氣［6］?？梢?，國內(nèi)幾大重污染城市群由于地域分布廣、天氣氣候差異顯著，大氣污染特征都具有各自的獨特性。

近年來，中天山北麓的烏（烏魯木齊）昌（昌吉）石（石河子）地區(qū)重污染事件頻發(fā)，區(qū)域性大氣污染問題日趨凸顯［14］，成為我國一個新的大氣污染高發(fā)區(qū)。中天山北坡城市群包含烏魯木齊市、石河子市、昌吉市、阜康市、五家渠市及呼圖壁縣、瑪納斯縣和沙灣縣5 市3 縣（圖1），地理區(qū)位優(yōu)越、人口密集、工業(yè)發(fā)展迅速，是新疆“絲綢之路經(jīng)濟帶”的核心區(qū)域。復(fù)雜的天氣形勢和邊界層結(jié)構(gòu)，以及冬季逆溫、小風(fēng)和中低層較強的偏東風(fēng)都常常引起烏魯木齊等地重污染事件的發(fā)生［15-17］。僅2018年11月—2019 年3 月，新疆重污染天氣應(yīng)急指揮部辦公室就針對烏昌石地區(qū)啟動了5次重污染天氣黃色預(yù)警［18］，引發(fā)各方關(guān)注。本文針對中天山北坡的烏魯木齊市、昌吉市、石河子市和五家渠市，基于2017—2019年逐時污染物濃度數(shù)據(jù)，分析了大氣污染物區(qū)域變化和污染天氣類型特征，以期為今后空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警、區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控和決策分析提供一些科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

中天山北坡城市群位于準噶爾盆地南緣，范圍為42°52′～45°28′N、88°40′～91°33′E，南北長244 km、東西寬445 km，區(qū)域狹長［18］。城市群背靠天山山脈，北部為古爾班通古特沙漠，地理位置見圖1。該區(qū)域是天山北坡經(jīng)濟帶的重要組成部分，是新疆現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通信息、教育、科技等最為發(fā)達的核心區(qū)域。這個區(qū)域集中了全疆40.0%以上的城鎮(zhèn)人口，占全疆3.8%的面積上創(chuàng)造了全疆2/5 的生產(chǎn)總值［19］。良好的城鎮(zhèn)、交通、能源等基礎(chǔ)條件，使其對全疆經(jīng)濟發(fā)展起著重要的帶動、輻射和示范作用。

圖1 中天山北坡城市群地理位置Fig.1 Geographical location of urban agglomeration on the north slope of the middle Tianshan Mountains

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文研究時段為2017—2019 年，6 類大氣污染物（PM2.5、PM10、CO、NO2、O3和SO2）的逐時監(jiān)測數(shù)據(jù)來自中國生態(tài)環(huán)境部官網(wǎng)（https://www.mee.gov.cn/）。研究范圍內(nèi)烏魯木齊市包括7個環(huán)境監(jiān)測站（三十一中學(xué)、鐵路局、監(jiān)測站、七十四中、米東區(qū)環(huán)保局、收費站和農(nóng)科院）、昌吉市2個站（新區(qū)政務(wù)中心和州監(jiān)測站）、石河子市2 個站（艾青詩歌館和陽光學(xué)校）和五家渠市環(huán)境監(jiān)測站，共計12 個監(jiān)測站。所有監(jiān)測站點的監(jiān)測設(shè)備、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等都嚴格遵照國家行業(yè)標準“GB 3095-2012”和“HJ/T 193-2005”。四季劃分方法如下：3—5月為春季；6—8月為夏季；9—11月為秋季；12月—次年2月為冬季。

2.2 統(tǒng)計方法

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（Air quality index，AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）（HJ 633-2012），本文將2017—2019 年6 類大氣污染物質(zhì)量濃度日均值按標準劃分為6個等級（表1），大氣污染物日均濃度超過Ⅱ級標準的為超標日。此外，根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標準（GB 3095-2012），規(guī)定PM2.5年平均濃度＞35 μg·m-3為超過國家空氣質(zhì)量二級標準，PM10年均濃度＞70 μg·m-3為超過國家空氣質(zhì)量二級標準。

表1 6類大氣污染物質(zhì)量濃度日均值等級劃分標準Tab.1 Classification criteria for daily average concentrations of six air pollutants

參照北京重污染天氣類型的劃分方法［20］，本文將中天山北坡城市群的污染天氣劃分為3 類：靜穩(wěn)型污染天氣、沙塵型污染天氣和特殊型污染天氣。靜穩(wěn)型污染天氣是指由于大氣擴散條件不利，導(dǎo)致大氣污染物逐步累積，從而形成的污染天氣；沙塵型污染天氣是由于沙塵輸送造成的大氣污染；特殊型污染天氣，即春節(jié)期間因為鞭炮燃放等特殊因素造成的短時大氣污染。判別依據(jù)主要參考污染天氣及其前后的天氣現(xiàn)象記錄。

3 結(jié)果與分析

3.1 中天山北坡大氣污染總體狀況

2017—2019 年中天山北坡城市群首要污染物以PM2.5和PM10為主，4 座城市烏魯木齊市、昌吉市、石河子市和五家渠市以PM2.5為首要污染物的年平均日數(shù)分別有103 d、93 d、93 d 和96 d，分別是以PM10為首要污染物的日數(shù)的6.43倍、13.29 倍、15.50倍和8.00 倍。4 座城市超標的大氣污染物有PM2.5、PM10、NO2和CO，年均超標日數(shù)分別介于94～104 d、56～92 d、11～41 d 和1～7 d，其中五家渠市PM10超標日數(shù)最多（92 d），烏魯木齊市PM2.5和NO2超標日數(shù)最多，分別為104 d和41 d。

4種大氣污染物月均超標日數(shù)及等級分布都呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性特征（圖2），呈“U”型分布，即夏半年以優(yōu)良等級天數(shù)居多、超標日數(shù)少，冬半年超標日數(shù)多、大氣污染物濃度等級高，這與國內(nèi)其他城市相似［21-23］。冬季12月—次年2月，烏魯木齊市、昌吉市、石河子市和五家渠市PM2.5超標日數(shù)分別為81 d（占全年超標日數(shù)72.0%，下同）、77 d（77.0%）、81 d（75.0%）和80 d（73.0%），其中大于Ⅴ級的超標日數(shù)分別為44 d、40 d、47 d、52 d，相當于1/2以上的PM2.5超標日都達到重度以上污染水平。1月是PM2.5超標日數(shù)最多的月份，4 座城市月平均超標日數(shù)為30 d，近乎整月超標。此外，春末3 月和秋季10、11月也會有1/3 日數(shù)PM2.5出現(xiàn)超標。與PM2.5相比，PM10不僅冬半年超標嚴重，夏半年也有超標日數(shù)出現(xiàn)，這與冷空氣活動將土壤、沙塵顆粒裹挾至城市上空有關(guān)。除五家渠市以外，CO超標日數(shù)主要出現(xiàn)在冬季1—2 月。NO2超標日數(shù)集中在冬半年的10月—次年3月，1月超標日數(shù)最多（6～17 d）。這與冬季采暖期化石燃料的燃燒、機動車廢氣等排放量的增加有關(guān)。

圖2 2017—2019年中天山北坡城市群4種大氣污染物月均超標日數(shù)及對應(yīng)的濃度等級Fig.2 Monthly average numbers of exceedance days and concentration levels of four pollutants in urban agglomeration on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 2017 to 2019

3.2 中天山北坡大氣污染物濃度狀況

3.2.1 不同階段大氣污染物濃度狀況2017—2019年中天山北坡城市群PM2.5年平均濃度分別為71 μg·m-3、64 μg·m-3、65 μg·m-3和73 μg·m-3（表2），PM10年平均濃度分別為116 μg·m-3、107 μg·m-3、106 μg·m-3和134 μg·m-3；與烏魯木齊市2013—2016 年的大氣污染物濃度［24］相比，2017—2019 年P(guān)M10、PM2.5、NO2、SO2、CO 分別下降了34 μg·m-3、5 μg·m-3、8 μg·m-3、13 μg·m-3、0.37 mg·m-3，下降幅度分別為22.7%、6.6%、13.5%、52.6%、21.3%。不容忽視的事實是，2017—2019 年4 座城市PM2.5和PM10年均濃度都超過了國家二級標準，氣體污染物年均濃度均沒有超標。

表2 2017—2019年中天山北坡城市群大氣污染物濃度Tab.2 Concentrations of air pollutants of urban agglomeration on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 2017 to 2019

城市群的粗細顆粒物濃度比值介于0.54～0.61，說明細顆粒污染較為嚴重。若以PM2.5濃度衡量，4座城市污染程度為：五家渠市＞烏魯木齊市＞石河子市＞昌吉市。冬季中天山北坡受燃煤采暖、大氣穩(wěn)定度增加和逆溫頻發(fā)等影響，更易導(dǎo)致PM2.5的累積加劇和擴散不利［16］，其中采暖期（10 月15 日—次年4月15日）PM2.5平均濃度介于100～118 μg·m-3之間，是非采暖期的4～5倍。京津冀“2+26”城市經(jīng)歷了大規(guī)模污染治理后，2017—2018 年采暖期（11 月—次年3月）PM2.5濃度是85 μg·m-3［25］，而3 a來中天山北坡城市群同期PM2.5平均濃度是123 μg·m-3，可見同期中天山北坡城市群PM2.5濃度是京津冀“2+26”城市的1.4 倍，大氣污染的嚴峻性由此可見一斑。相比PM2.5，PM10和氣體污染物（O3-8除外）采暖期與非采暖期濃度比值都較小，介于1.40～2.90之間。

3.2.2 四季細顆粒物濃度日變化特征圖3顯示了2017—2019 年中天山北坡城市群大氣污染物的四季日變化特征?？梢?，盡管4 座城市同處在一個氣候區(qū)——北疆沿天山一帶，但是每一個季節(jié)4 座城市的污染物日變化都存在些許差別。例如春季，靠近山前地帶的烏魯木齊市、昌吉市、石河子市PM2.5濃度大體呈現(xiàn)“雙峰雙谷型”變化模態(tài)，日最高值出現(xiàn)在凌晨01:00左右，分別為50 μg·m-3、45 μg·m-3和45 μg·m-3（表3），隨后濃度逐漸下降，在早晨08:00—11:00 達到谷值。到午后13:00—15:00 又再次攀升到一個次高值，之后逐步下降，18:00—20:00出現(xiàn)全天最低值，分別是39 μg·m-3、33 μg·m-3和33 μg·m-3。五家渠市大體為“單峰單谷型”變化，日最高值出現(xiàn)在上午10:00（54 μg·m-3），此后便一直降低，在20:00 前后達到全天的最低值（28 μg·m-3）。和平原城市［25-27］比較，可以看到平原城市上午污染物的峰值與早高峰人類活動的時間比較吻合，而中天山北坡城市污染物的第一個峰值卻延后至中午，與蘭州顆粒物濃度的第一個峰值出現(xiàn)在午后13:00—14:00［28］類似，這與白天谷風(fēng)及污染源地理分布有關(guān)［29-30］。夏季烏魯木齊市、昌吉市、石河子市PM2.5濃度日變化曲線與春季相似，仍然是“雙峰雙谷型”，只是由于夏季日間長、日照時間也相應(yīng)增多，大氣擴散條件比春季更加有利。因此，污染物濃度的2 個峰值出現(xiàn)時間更加靠近，即日最大峰值出現(xiàn)時間推后，介于00:00—03:00出現(xiàn)，次大峰值出現(xiàn)時間提前至09:00—11:00。海拔較低的五家渠市PM2.5濃度變化模態(tài)“單峰單谷型”更加明顯，最高值出現(xiàn)在03:00，最低值出現(xiàn)15:00。秋季城市群大氣污染物濃度日變化都呈現(xiàn)“雙峰雙谷型”，峰值、谷值出現(xiàn)時間和各自的春季類似，五家渠市、石河子市全天最高值都出現(xiàn)在白天，分別是10:00、14:00。冬季昌吉市、石河子市PM2.5濃度日變化形態(tài)為“雙峰雙谷型”，全天最低值出現(xiàn)在08:00—10:00，石河子市最高值（178 μg·m-3）出現(xiàn)在白天15:00，昌吉市2 個峰值大小相近（155 μg·m-3）。烏魯木齊市和五家渠市大體為“單峰單谷型”，五家渠市最高值（203 μg·m-3）在中午13:00 出現(xiàn)，烏魯木齊市最高值（167 μg·m-3）滯后到16:00 出現(xiàn)。烏魯木齊市PM2.5濃度最低值出現(xiàn)在09:00—10:00，五家渠市則在19:00前后。由于靠近山前的城市受到山谷風(fēng)影響明顯［29］，而五家渠市則不然，因此五家渠市多數(shù)季節(jié)與其他3座城市顆粒物濃度日變化迥異。

圖3 2017—2019年中天山北坡城市群PM2.5濃度四季日變化Fig.3 Diurnal variation of PM2.5 concentration of urban agglomeration in four seasons of urban agglomeration on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 2017 to 2019

表3 2017—2019年中天山北坡城市群四季PM2.5濃度日最高、最低值統(tǒng)計Tab.3 Statistics of daily maximum and minimum PM2.5 concentration in four seasons of urban agglomeration on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 2017 to 2019

3.3 中天山北坡污染天氣類型特征

已有研究［15-17,30-31］表明，中天山北坡城市群大氣污染在冬季主要受穩(wěn)定溫度層結(jié)的影響，春秋季節(jié)受沙塵輸送的影響，而春節(jié)鞭炮燃放等特殊因素也會造成短時大氣污染，這與北京［20］、蘭州［13］等地大氣重污染特征相似。因此，本文將污染天氣分為靜穩(wěn)型污染、沙塵型污染和特殊型污染3類。

3.3.1 不同污染天氣類型年內(nèi)變化特征2017—2019 年烏魯木齊市、昌吉市、石河子市和五家渠市出現(xiàn)Ⅲ級以上（含Ⅲ級）污染天氣日數(shù)分別是355 d、298 d、295 d和321 d（表4）。上述4座城市靜穩(wěn)型污染天氣日數(shù)分別是：306 d（占污染天氣總?cè)諗?shù)的86.2%）、275 d（92.3%）、276 d（93.6%）和288 d（89.7%），平均為286 d（90.2%）；沙塵型污染天氣日數(shù)分別是：47 d（13.2%）、21 d（7.1%）、17 d（5.8%）和32 d（10.0%），平均為29 d（9.2%）；特殊性污染天氣日數(shù)分別是2 d（0.6%）、2 d（0.7%）、2 d（0.7%）和1 d（0.3%），平均為2 d（0.6%）。其次，靜穩(wěn)型天氣中屬于Ⅴ-Ⅵ污染級別的比率分別為45.8%、45.8%、47.1%和56.6%，沙塵型污染天氣中屬于Ⅴ-Ⅵ污染級別的比率分別為14.9%、28.6%、29.4%和21.8%，而特殊型全都屬于Ⅴ-Ⅵ污染級別。

表4 2017—2019年中天山北坡城市群污染天氣類型出現(xiàn)日數(shù)Tab.4 Number of days of polluted synoptic types of urban agglomeration on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 2017 to 2019

2017—2019 年中天山北坡城市群大氣污染集中出現(xiàn)在春季和秋冬季（圖4），1 月出現(xiàn)天數(shù)最多，其次是2、12月；1、2月還是中天山北坡城市群Ⅴ-Ⅵ級重污染天氣的高發(fā)期，月平均重污染天氣比例分別達到76.6%和52.3%；12 月Ⅲ-Ⅳ級污染天氣較多。春、秋季節(jié)多為Ⅲ-Ⅳ級污染天氣。中天山北坡沙塵型污染主要出現(xiàn)在春、秋季，且多屬于Ⅲ-Ⅳ級污染。靜穩(wěn)型污染多出現(xiàn)在冬季，Ⅲ-Ⅳ級的靜穩(wěn)型污染天氣在12月出現(xiàn)日數(shù)最高（43 d），其次是2、11月；Ⅴ-Ⅵ級的靜穩(wěn)型污染天氣則在1月出現(xiàn)日數(shù)最高（63 d），其次是2、12月。特殊型則主要出現(xiàn)在1、2月春節(jié)期間。

圖4 2017—2019年中天山北坡城市群不同類型污染天氣的月變化Fig.4 Monthly variation of different polluted synoptic types of urban agglomeration on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 2017 to 2019

3.3.2 不同污染天氣類型下粗細顆粒物相關(guān)性特征中天山北坡城市群的污染天氣以靜穩(wěn)型和沙塵型為主，不同類型PM2.5和PM10之比也會有所不同。4座城市靜穩(wěn)型污染和沙塵型污染的粗細顆粒物平均比值分別為0.73 和0.27，可見這2 種污染天氣類型粗細顆粒物濃度比例懸殊很大。圖5顯示了2017—2019年4座城市在靜穩(wěn)型污染天氣和沙塵型污染天氣中粗細顆粒物濃度的相關(guān)關(guān)系。可以看出，靜穩(wěn)型污染天氣情形下PM2.5和PM10存在非常顯著的線性相關(guān)，烏魯木齊市、昌吉市、石河子市、五家渠市的相關(guān)系數(shù)分別是：0.93、0.93、0.94 和0.96，相關(guān)系數(shù)平均為0.94，都通過了0.001的顯著性水平檢驗；對于沙塵型污染天氣，粗細顆粒物相關(guān)性稍低，介于0.66～0.90，平均相關(guān)系數(shù)為0.82，也通過0.001 的顯著性水平檢驗。對于靜穩(wěn)型污染天氣來說，中天山北坡烏魯木齊市、昌吉市、石河子市、五家渠市4 座城市細顆粒物污染非常嚴重，PM10與PM2.5濃度非常接近，比值分別是1.16、1.27、1.23、1.29，平均值為1.26；而對于沙塵型污染天氣來說，粗顆粒物濃度遠遠高于細顆粒物濃度，烏魯木齊市、昌吉市、石河子市、五家渠市PM10/PM2.5濃度之比分別為8.90、2.97、3.46、2.12，平均值為3.16。由此表明，通過粗細顆粒物濃度比值就可以判定中天山北坡的污染天氣類型。

圖5 2017—2019年中天山北坡城市群靜穩(wěn)型和沙塵型污染天氣粗細顆粒物相關(guān)關(guān)系Fig.5 Correlation relationship between coarse and fine particulate matter under stable and dusty polluted weather of urban agglomeration on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 2017 to 2019

3.3.3 不同污染天氣類型的氣象特征風(fēng)對大氣中污染物濃度的影響極為顯著［32］。大氣污染物可以在風(fēng)的作用下稀釋擴散或輸送到其他地區(qū)，風(fēng)速大小決定了風(fēng)對污染物輸送能力的強弱。風(fēng)速越大，對大氣污染物的稀釋擴散及輸送能力越強，反之則會加劇污染物的積累。2017—2019 年中天山北坡城市群年均風(fēng)速為1.61 m·s-1，相對較小，尤其是石河子市和五家渠市，年均風(fēng)速只有1.22 m·s-1、1.35 m·s-1，較烏魯木齊市（1.94 m·s-1）和昌吉市（1.85 m·s-1）要低。污染天氣時風(fēng)速更小，Ⅲ-Ⅳ級污染和Ⅴ-Ⅵ級污染時，中天北坡城市群平均風(fēng)速分別為1.47 m·s-1和1.33 m·s-1。不同污染天氣類型下的風(fēng)速大小也存在明顯差距。靜穩(wěn)型污染天氣發(fā)生時，平均風(fēng)速為1.09 m·s-1，其中石河子市最小，為0.83 m·s-1；沙塵型污染天氣發(fā)生時，平均風(fēng)速為1.86 m·s-1，其中烏魯木齊市最大，為2.80 m·s-1?？傮w來看，靜穩(wěn)型污染天氣中，Ⅲ-Ⅳ級污染日的風(fēng)速略高于Ⅴ-Ⅵ級污染日，說明Ⅴ-Ⅵ級污染天氣下風(fēng)速不利于擴散；沙塵型污染天氣中，烏魯木齊市和昌吉市Ⅲ-Ⅳ級污染日的風(fēng)速要低于Ⅴ-Ⅵ級污染日，說明烏魯木齊市和昌吉市上空的沙塵主要是遠距離傳輸貢獻大一些，而石河子市和五家渠市則相反，表明石河子市和五家渠市本地源貢獻較大一些。

濕度對大氣污染物也有明顯影響，相對濕度高有利于污染物的吸濕增長和氣粒轉(zhuǎn)化［33-34］，進而導(dǎo)致污染物濃度驟升。在諸多氣象因子的相關(guān)性中，相對濕度與PM2.5濃度的相關(guān)性最高［35］。中天山北坡城市群年均相對濕度為60.0%，Ⅲ-Ⅳ級污染日和Ⅴ-Ⅵ級污染日相對濕度分別為62.0%和75.0%。靜穩(wěn)型污染天氣的相對濕度平均為75.0%，較沙塵型污染天氣偏高30.4%?？梢娢廴境潭仍街?、天氣越穩(wěn)定，相對濕度就越高。此外，2017—2019 年中天山北坡城市群的能見度年均值為17 km，而Ⅲ-Ⅳ級污染和Ⅴ-Ⅵ級污染時大氣能見度分別為14 km和6 km，靜穩(wěn)型和沙塵型污染天氣能見度則分別為6 km 和15 km，污染物濃度的增加以及高濕的影響致使大氣能見度下降。

總體來看，大氣污染多發(fā)生于風(fēng)速低、相對濕度大的氣象條件下，污染程度嚴重時更甚。從不同污染天氣類型來看，靜穩(wěn)型污染發(fā)生時，天氣現(xiàn)象一般為霧霾或煙霧，還往往伴隨明顯的近地層逆溫［30,36］，風(fēng)速小、濕度大的氣象條件使得大氣污染物難以擴散，形成明顯的污染積累。沙塵型污染往往伴隨大風(fēng)而出現(xiàn)，天氣現(xiàn)象一般表現(xiàn)為浮塵或揚沙。相對于靜穩(wěn)型污染來說，沙塵型污染天氣風(fēng)速大、相對濕度小，能見度相對較高，這是因為沙塵型污染時大氣顆粒物以粗顆粒為主，且濕度小，消光作用低于靜穩(wěn)型污染。此外，因沙塵粒子的大量增加，沙塵污染與靜穩(wěn)型污染相比，PM10等顆粒物濃度會有所增加，但伴隨大風(fēng)的出現(xiàn)，氣態(tài)污染物也會隨之迅速擴散，濃度明顯降低。

4 結(jié)論

基于2017—2019 年烏昌石地區(qū)逐時大氣污染物濃度數(shù)據(jù)，分析了大氣污染物區(qū)域變化和污染天氣類型特征，得出以下結(jié)論：

（1）中天山北坡城市群超標大氣污染物有PM2.5、PM10、NO2和CO，其中PM2.5年平均超標日數(shù)介于94～104 d，幾乎占全年日數(shù)的1/3，PM10和NO2年平均超標日數(shù)分別介于56～92 d和11～41 d。4種大氣污染物超標日數(shù)主要出現(xiàn)在冬半年，1 月大氣污染物超標最多。4座城市中烏魯木齊市和五家渠市大氣污染物超標情況要多于昌吉市和石河子市。

（2）2017—2019 年中天山北坡城市群PM2.5年平均濃度排序為：五家渠市（73 μg·m-3）＞烏魯木齊市（72 μg·m-3）＞石河子市（65 μg·m-3）＞昌吉市（64 μg·m-3）。4座城市PM2.5年平均濃度值為68 μg·m-3，是國家二級標準的1.94 倍；PM10年平均濃度值為116 μg·m-3，是國家二級標準的1.66 倍。粗細顆粒物年平均比值介于0.54～0.61。采暖期PM2.5平均濃度介于100～118 μg·m-3之間，是非采暖期的4～5倍。4 座城市的污染物日變化存在些差別，五家渠市多數(shù)季節(jié)與其他3 座城市顆粒物濃度日變化迥異，大體為“單峰單谷型”變化，其他3 座城市則為“雙峰雙谷型”。

（3）中天山北坡城市群的污染天氣類型中靜穩(wěn)型污染天氣出現(xiàn)日數(shù)最多（平均286 d，占污染天氣總?cè)諗?shù)的90.2%），其次是沙塵型（29 d，9.2%），特殊型最少（2 d，0.6%）；靜穩(wěn)型污染天氣中Ⅴ-Ⅵ污染級別和Ⅲ-Ⅳ污染級別所占比例相當，而沙塵型污染天氣中Ⅲ-Ⅳ污染級別占比更高。靜穩(wěn)型污染天氣多出現(xiàn)在冬季，尤其是1月，而沙塵型污染天氣主要出現(xiàn)在春秋季，且多屬于Ⅲ-Ⅳ級污染。靜穩(wěn)型、沙塵型污染天氣下粗細顆粒物濃度相關(guān)性很高，PM10/PM2.5濃度比值分別為1.26 和3.16，這2 個比值可以成為區(qū)分靜穩(wěn)型污染和沙塵型污染天氣的有效判據(jù)。

（4）中天山北坡城市群年均風(fēng)速、相對濕度和能見度分別為1.61 m·s-1、60.0%和17 km。靜穩(wěn)型污染發(fā)生時風(fēng)速小（1.09 m·s-1）、濕度大（75.0%）、能見度低（6 km）；沙塵型污染往往伴隨風(fēng)速較大（1.86 m·s-1）、相對濕度較?。?7.5%）、能見度相對較高（15 km）情形。其中沙塵型污染天氣中，烏魯木齊市和昌吉市Ⅲ-Ⅳ級污染日的風(fēng)速要低于Ⅴ-Ⅵ級污染日，說明遠距離沙塵輸送貢獻大一些；石河子市和五家渠市則相反，表明本地源貢獻較大一些。