摘要：新疆在我國屬于冬半年大氣環境容量系數(A值)顯著偏低的區域.研究了1975—2019年新疆大氣環境容量系數的時空變化特征.新疆的低A值區主要分布在塔里木盆地北部和新疆東部;研究期間新疆的大氣環境容量系數在隨機波動中整體呈下降趨勢，這與新疆平均風速的變化較為一致，主要是由氣候變化引起.新疆A值的季節差異大，春夏高、秋冬低;A值的冬季均值遠小于年均值，說明新疆冬季的大氣自凈能力很弱.新疆4個地級市的月均A值與PM2.5濃度具有顯著的負相關，A值能夠較好地反映當地空氣污染的氣象條件特征.南疆城市則由于沙塵天氣的影響，大氣顆粒物濃度很高，但A值與PM2.5濃度的相關性較差.還基于A值，利用城市大氣環境荷載指數對新疆4個地級市的大氣污染排放變率進行了評估.

　　關鍵詞：大氣環境容量系數;空氣質量變化特征;排放變率;新疆地區

　　1引言(Introduction)

　　大氣污染程度取決于污染物排放量與大氣環境容量之間的平衡.大氣環境容量一直是我國制定大氣環境管控措施和空氣質量管理的重要依據(柴發合等，2006;田其云等，2014;許艷玲等，2018).近年來全國各地發生的一些大氣污染事件說明了大氣環境容量的變化正在影響著人體健康和區域經濟的發展模式，研究大氣環境容量的變化趨勢對有效控制大氣污染排放、促進區域大氣環境的改善是非常重要的(Yangetal.，2016;Zhouetal.，2017;Lietal.，2017;饒清華等，2018;Zhouetal.，2020).大氣環境容量核算的常見方法有A值法、線性優化法、數值模型模擬等(錢躍東等，2011;Wangetal.，2012;Zhangetal.，2014;薛文博等，2014;許艷玲等，2018;李敏輝等，2018;魯洋等，2019;張稼軒等，2020)，其中A值法確定大氣環境容量的重要環境參數A就是大氣環境容量系數(中國國家標準GB/T3840⁃91).

　　大氣環境容量系數A是氣象站常規觀測要素的顯函數，可由氣象站觀測資料計算獲得，同時A值也是大氣污染物在物理和化學清除過程中的濃度的物理衰減指數(徐大海等，2016;2019)，可以作為表征大氣污染物稀釋或累積氣象條件的指標.大氣環境容量系數像其他氣象要素一樣是隨機變動的(徐大海等，2013)，其大小會因氣候變化、氣象條件等因素影響而動態變化，對多年大氣環境容量系數的分析有助于大氣污染物濃度變化成因分析.

　　相對全國而言，新疆屬于年均A值偏低的區域，在污染高發的秋冬季節更是A值顯著偏低(徐大海等，2018).近年來，新疆各城市的空氣質量問題也越發嚴峻，一些城市成為PM2.5重污染區域(李沈鑫等，2017;姜磊等，2018;王躍思等，2020).因此，本文從近幾十年來新疆大氣環境容量系數的變化特征入手定量分析氣候變化和近年來新疆典型城市排放率變化對新疆城市大氣環境質量的影響.

　　2資料與方法(Dataandmethods)

　　2.1A值計算方法和所用氣象資料

　　大氣環境容量系數A，也是國家標準GB/T34299—2017《大氣自凈能力等級》中定義的大氣自凈能力指數，還是中國氣象局國家氣候中心預測大氣污染潛勢指數中的重要參變量(朱蓉等，2018).A值的具體計算方法可參考文獻(徐大海等，2016)或國標GB/T34299—2017.在計算A值時，考慮到所需觀測資料的一致性和完備性，經過篩選使用了新疆29個氣象站1975—2019年逐時記錄中可用的數據，計算得到各站小時、日、年平均的A值.2.2大氣顆粒物監測資料本文所用的PM2.5和PM10的質量濃度監測資料來自中國環境監測總站網上公開的實時監測數據，是對原始數據進行處理后得到的月平均數據.

　　由于新疆各城市對PM2.5和PM10的同期監測起始時間不一，本文所用的8個城市的大氣顆粒物(PM2.5和PM10)監測數據的時段如下：烏魯木齊為2013.2—2019.12，克拉瑪依和庫爾勒為2014.1—2019.12，哈密、吐魯番、和田、阿克蘇、喀什則均為2015.1—2019.12.3新疆大氣環境容量系數的變化特征(VariationcharacteristicsofatmosphericenvironmentalcapacitycoefficientinXinjiang)

　　3.1新疆大氣環境容量系數的年際變化特征

　　21975—2019年新疆大氣環境容量系數的年際變化Fig.2AnnualvariationofAvaluesinXinjiangfrom1975to2019各站數據經過面積加權平均可得到1975—2019年新疆的年均大氣環境容量系數.這45年來新疆的大氣環境容量系數在隨機波動中整體呈下降趨勢，雖然近幾年新疆的大氣環境容量系數出現大幅回升，但在2019年又明顯回落.新疆大氣環境容量系數的變化與新疆平均風速的變化是比較一致的.

　　這是因為新疆大氣自凈能力中通風作用大于雨洗作用，在城市尺度A值主要取決于城市通風量的大小(徐大海等，2013;徐大海等，2018)，也就是取決于平均風速.本文所用29站的年平均風速在1975—2019年間是在波動中整體呈下降趨勢;且有研究指出自20世紀六七十年代以來新疆地區年平均風速呈顯著的下降趨勢，大氣環流變化和全球氣候變暖是影響新疆風速變化的主要原因(何毅等，2015;賈詩超等，2019).1975—2019年新疆的年均A值在5.80～9.22之間變化，較國家標準GB/T3840⁃91的規定值7.00～8.40(按1991年以前的數據)的范圍略寬.

　　新疆的年均A值在1992年出現一個明顯的低值(A=6.23)后，在2005年降到了這45年的最低值5.80;2005—2013年是新疆年均A值的一個低值區，這9年的A值都在6上下波動;雖然在2014—2018年新疆的A值大幅回升到8以上，但2019年新疆的A值又降到6.79.新疆冬季平均A值在3.08～5.59之間變化，雖與年均A值的變化趨勢相同，但其大小及變化幅度遠低于年均A值.

　　新疆年均A值與冬季均值的差值在20世紀80年代初曾經高達4以上，從1987年開始這個差值有縮小的趨勢，但2014—2018年這一差值又迅速拉開.新疆冬季平均A值的年際變化較小，新疆年均A值從2018年的9.06降到2019年的6.79時，降幅達25%;而冬季均值僅從4.85降到4.28，降幅僅11.7%.徐大海等(2018)的研究指出我國大部分地區的A值分布在2～10之間，全國氣候平均A值為6.8;在污染高發的秋冬季節全國氣候平均A值為5.4.新疆1975—2019年的平均A值為7.2，高于全國氣候平均A值;但冬季平均A值僅4.1，低于污染高發季的全國氣候平均A值.可見新疆大氣自凈能力的季節差異大，而且新疆冬季的大氣自凈能力弱.

　　3.2新疆大氣環境容量系數的季節變化特征

　　新疆四季的大氣環境容量系數均在起伏中整體呈下降趨勢，雖然2014—2018年四季A值均有大幅回升，但2019年A值又明顯回落到與2005—2013年相近的水平.新疆A值的季節變化大，春夏高、秋冬低;春季A值最高，冬季A值最低，且春季A值是冬季的兩倍以上.

　　這45年來，新疆春夏季節的A值高，降幅大;春夏季節的A值最高時都超過12，20世紀80年代末新疆春夏季節的A值首次降到10以下，此后也大多保持在8以上，可見春夏季節新疆的大氣自凈能力很強.新疆秋冬季節A值低，秋季A值大都在8以下，冬季A值都在6以下.秋冬季節A值降幅雖然比春夏季節小，但秋季A值從20世紀80年代末就降到了6以下;冬季A值則從20世紀80年代中期就降到了4左右，且在2005年出現了這45年間的最低冬季A值(3.08).

　　這說明新疆秋冬季節的大氣自凈能力較弱，大氣污染擴散條件較差.新疆冬季A值是四季中最低的，年變化幅度也最小，但2005年之后新疆冬季A值呈緩慢上升趨勢.雖然2019年新疆四季A值都有明顯下降，但冬季A值降幅最小，且仍高于1995—2013年的冬季A值.

　　說明近年來新疆冬季大氣自凈能力在逐漸增強，這也主要是由氣候變化引起的新疆冬季平均風速變化所致(何毅等，2015;韓柳等，2018).何毅等(2015)研究指出1991—2013年，北疆的平均風速下降幅度劇烈減小，其中冬季平均風速的減小最低，而南疆風速則轉降為升，近年來西風環流的加強可能對1990年以來南疆風速增加有重要貢獻.

　　3.3新疆大氣環境容量系數的空間分布特征

　　新疆1975—2019年平均的四季A值空間分布，可見新疆的低A值區主要在塔里木盆地北部和新疆東部地區;新疆的大氣自凈能力季節差異大：春夏季節大部分區域A值都很高，僅個別地區A值低于4，大氣自凈能力強;到了秋季則大部分地區的A值都在7以下，冬季則是大部分地區的A值都在4以下了，大氣自凈能力弱，易發生污染天氣.新疆A值的空間分布有很明顯的年代際變化.20世紀80年代新疆北部和東南部的A值都很高，其他大部分地區的A值雖然在8以下，但僅有塔里木盆地和新疆東部個別地區的A值低于4.

　　九十年代相比八十年代變化不大，但是在新疆東部與甘肅省相接處出現了一片低A值區，而且新疆東南部的高A值區面積明顯收縮.21世紀初10年新疆平均A值的分布出現較明顯變化：新疆西南部地區的A值升高到8以上;塔里木盆地A值小于4的面積卻持續擴張;新疆東部大部分區域的A值降到了4以下，且新疆中東部的低A值區與新疆甘肅相接處的低A值區連成了一片，其A值降到3以下.最近十年新疆平均A值的分布變化更加顯著：新疆南部和中部地區的A值大幅回升到8以上;塔里木盆地的低A值區收縮到西北一帶;新疆東部地區的A值也大都回到4以上.

　　可以看出，近40年塔里木盆地和新疆東部與甘肅相接地區的大氣自凈能力是越來越弱的，21世紀初10年是這兩個區域A值最低的時期.這種變化雖然主要是由于氣候變化引起，但城市化的影響也不能忽視，高層建筑的興起大大改變了城市的下墊面，使得城市風速減弱更顯著(江瀅等，2007;王毅榮等，2007;道然·加帕依等，2008;趙宗慈等，2016).

　　4新疆典型城市大氣環境容量系數的變化

　　(ChangesofatmosphericenvironmentalcapacitycoefficientoftypicalcitiesinXinjiang)近40年是我國經濟高速發展、城市不斷擴張的階段，經濟和人口的密集，勢必對大氣環境造成影響.

　　新疆有烏魯木齊、克拉瑪依、哈密和吐魯番4個地級市：烏魯木齊和克拉瑪依為北疆城市，氣候相對濕潤;吐魯番、哈密為東疆城市，氣候相對干燥，受沙塵影響較明顯.庫爾勒、阿克蘇、喀什、和田4個南疆城市位于沙塵暴高發區塔克拉瑪干沙漠邊緣(王旭等，2003;程紅霞等，2014)，沙塵天氣對南疆城市的空氣質量影響極大.對這些新疆典型城市A值長期變化的分析有助于了解新疆各地城市的大氣污染擴散條件的變化.

　　1975—2019年新疆4個地級市的年均A值的變化曲線，烏魯木齊和克拉瑪依的A值是高于哈密和吐魯番的.但烏魯木齊的A值在20世紀80年代初就降到8以下，雖在2000—2002年間A值又短暫突增到12以上，但之后又降到8以下.克拉瑪依的年均A值是4個地級市中最高的，在20世紀90年代之前呈現階梯狀的下降趨勢，1991年A值低至7.58;之后克拉瑪依的A值變化波動較大.相比烏魯木齊和克拉瑪依，哈密的A值是比較低的.

　　1998年之前哈密的年均A值呈持續下降狀態，1998年達最低值2.92，此后哈密的年均A值則呈現緩慢回升的態勢.由于吐魯番氣象站在2016年遷站，故吐魯番的A值具有長期連續可比性的時段為1975—2015年.吐魯番是新疆4個地級市中A值最低的，其年均A值的長期變化趨勢與哈密比較一致，其A值也是在1998年到達最低值(1.39)，之后開始回升.

　　5新疆典型城市

　　A值與大氣污染的關系(RelationshipbetweenAvalueandairpollutionoftypicalcitiesinXinjiang)大氣環境容量與大氣污染物排放量決定了城市大氣污染的程度.

　　近年來新疆各地的空氣質量問題越發嚴峻.李沈鑫等(2017)指出烏魯木齊城市群和喀什等地嚴重污染天數相對較多，喀什和吐魯番地區成為新的PM2.5重污染區域.姜磊等(2018)的研究顯示新疆西部是空氣污染的主要聚集區.王躍思等(2020)在對2013—2017年中國重點區域顆粒物質量濃度和化學成分變化趨勢的分析中也指出新疆烏昌地區成為大氣PM2.5重污染區域.對新疆典型城市A值與大氣顆粒物濃度之間關系的分析有助于了解大氣環境容量系數在新疆各地城市空氣質量變化中的作用.

　　6結論(Conclusions)

　　1)在1975—2019這45年間新疆的大氣環境容量系數在隨機波動中整體呈下降趨勢，雖然近幾年新疆的年均A值大幅回升，但在2019年又明顯回落.新疆大氣環境容量系數的這一變化特征與新疆平均風速的變化較為一致，主要是由氣候變化引起的.

　　2)新疆的大氣自凈能力季節差異大，其A值的季節變化很大，春夏高、秋冬低.新疆冬季平均A值遠低于年均A值;其變化趨勢與年均值相同，但冬季均值的變化幅度遠小于年均A值;冬季新疆的大氣自凈能力很弱.塔里木盆地北部和新疆東部是新疆的低A值區.新疆A值的空間分布具有明顯的年代際變化特征.

　　3)新疆4個地級市的PM2.5/PM10比值偏高，烏魯木齊和吐魯番的大氣顆粒物濃度也較高.烏魯木齊1—3月和11—12月PM2.5/PM10的比值都大于0.6，冬季PM2.5污染嚴重，二次污染特征明顯.南疆城市由于受到沙塵天氣影響，大氣顆粒物質量濃度普遍很高，且春季常會出現極高的PM10濃度，但南疆城市PM2.5在PM10中的占比低.

　　4)4個地級市的A值能夠較好地反映空氣污染的氣象條件特征.但4個南疆城市空氣質量受到強風沙塵天氣的高PM2.5濃度嚴重影響，A值與PM2.5濃度的相關性較差，A值法在這些地方不適用.本文還基于A值對新疆4個地級市大氣污染排放變率進行了評估，從數據整體看來新疆這些城市已經采取有效減排措施，但尚需穩定地加大力度.

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　　作者：王郁∗，徐大海，孫俊英