随着经济社会的快速发展，大气污染已成为影响我国城市环境质量、居民健康和可持续发展的重要问题。美国《Environmental Science & Technology》的一份流行病学调研报告^[1]称，长期暴露于细颗粒物与肺癌、心血管疾病有统计意义上的关联，细颗粒物每增加10 μg/m³，肺癌与心血管疾病总死亡率增加4%。“十一·五”期间我国环境空气污染特征和大气环境形势发生改变，2010年SO₂排放总量比2005年减少4.29%，城市SO₂和PM₁₀浓度也出现下降^[2]。但是随着以煤为主的能源消耗大幅攀升，机动车保有量急剧增加，臭氧和细粒子(PM_2.5)污染加剧，部分地区大气污染呈现由单一的煤烟型污染向复合型大气污染转型，京津冀、长三角、珠三角等地区以PM_2.5、O₃污染为特征的城市群区域大气复合污染问题凸现^[3-4]。

乌鲁木齐市位于天山北麓、准噶尔盆地南缘，地处欧亚大陆腹地，是我国西部对外开放的重要门户，由于地理、地形、气象等自然因素及能源结构、城市功能布局等因素影响，大气污染问题较为突出。“十二·五”时期，凭借中央关于新疆工作座谈会精神，乌鲁木齐市的经济和社会各项事业将实现高速发展，人口、资源、环境也将面临更大的压力。本文通过对乌鲁木齐市主要空气污染物监测数据的统计分析，评价其空气质量总体状况及污染物浓度变化趋势，为管理部门决策及今后开展空气污染健康危害评估提供借鉴和参考。

1 材料与方法 1.1 空气样品采集与分析

乌鲁木齐市在城市南部、中部和北部建有3个空气自动监测点，常规监测项目为SO₂、PM₁₀和NO₂，采样方法为24 h自动连续采样，分析方法是紫外荧光法(SO₂)、化学发光法(NO₂)和β射线法(PM₁₀)。

1.2 数据统计分析方法

数据利用Spss 18.0软件进行统计分析。

数据分析主要采用统计特征描述(均值、标准差、分布等)和Daniel趋势检验方法^[5] (即Spearman秩相关系数法)。计算公式为:

式中: r_s秩相关系数，n为时间周期数，x_i为变量从小到大的秩序数，y_i为时间变量的秩序数。r_s值的正负分别表示增长趋势和下降趋势，其绝对值的大小表示变化的强度，并通过相伴概率P值进行显著性检验。

环境空气质量评价采用综合污染指数、污染负荷系数等方法^[6]。空气综合污染指数为各项空气污染物的单因子污染指数加和，污染负荷系数的计算公式为F_i = P_i/P，式中P为空气综合污染指数，P_i为单因子污染指数。评价标准采用国家《环境空气质量标准》 (GB 3095-1996) 二级标准(以下简称国家环境空气质量二级标准) ^[7]和《环境质量报告书编写技术规定》中有关推荐标准和城市空气质量等级分级标准^[8]。

2 结果与分析 2.1 空气质量级别

乌鲁木齐市自1997年开展空气质量周报，2000年建立空气自动监测系统，开始实施空气质量日报。监测结果显示，2011年乌鲁木齐市空气质量Ⅰ级(优) 18 d、Ⅱ级(良) 258 d、Ⅲ级(轻度污染) 75 d、Ⅳ级(中度污染) 9 d、Ⅴ级(重污染) 5 d。与2000年相比，优良天数占全年总天数的比例从29.3%增长到75.6%。2000-2011年乌鲁木齐市空气质量达标(优良)天数从107 d增加到276 d，自2006年以来优良天数稳步增长，重污染天数则呈减少趋势(图 1)。

2.2 主要污染物浓度水平

2011年乌鲁木齐市SO₂浓度年均值为0.079 mg/m³，超过国家环境空气质量二级标准(0.06 mg/m³) 0.32倍，与2010年相比降低11.2%;PM₁₀浓度年均值为0.131 mg/m³，超过国家环境空气质量二级标准(0.10 mg/m³) 0.31倍，与2010年相比降低1.5%; NO₂浓度年均值为0.068 mg/m³，达到国家环境空气质量二级标准(0.08 mg/m³)，与2010年相比上升1.5% (图 2)。数据表明，乌鲁木齐市的冬季大气污染依然严重，SO₂、PM₁₀和NO₂浓度均值在非采暖期全部达到国家环境空气质量二级标准，采暖期全部超过国家环境空气质量二级标准，污染物浓度受供暖行业燃煤污染物排放和冬季特殊的气象条件影响显著。

2.3 主要污染物浓度变化趋势

2.3.1 月趋势

从2011年乌鲁木齐市主要空气污染物月均浓度变化来看，SO₂浓度月均值范围为0.012~0.258 mg/m³，4-10月达到国家二级标准要求，其余5个月浓度超标，最高值出现在1月; PM₁₀浓度月均值范围为0.079~0.222 mg/m³，5~8月达到国家二级标准要求，最高值出现在12月; NO₂浓度月均值范围为0.048~0.099 mg/m³，4 ~ 12月达到国家二级标准要求，其余3个月浓度超标，最高值出现在1月(图 3)。乌鲁木齐市SO₂、PM₁₀和NO₂浓度月均值变化接近U型，季节性变化十分明显，三者均为冬季浓度高，春秋季次之，夏季较轻，这与冬季污染源排放量增加有关，也体现了春秋季降水缺少、风沙扬尘天气居多的气侯特征。

2.3.2 季节趋势

从2000-2011年乌鲁木齐市采暖期和非采暖期SO₂、PM₁₀和NO₂浓度变化趋势可见(图 4)，SO₂浓度在采暖期下降显著(r_s =-0.867，P＜0.05)，浓度均值范围为0.143~0.367 mg/m³，是国家环境空气质量二级标准的2.4~6.1倍; 非采暖期SO₂浓度也呈下降趋势(r_s =-0.070)，均值范围为0.007~0.041 mg/m³，达到国家二级标准。

PM₁₀浓度在采暖期下降显著(r_s =-0.671，P＜0.05)，浓度均值范围为0.167~0.275 mg/m³，高于全国重点城市冬季PM₁₀平均值0.125 mg/m^3[9]，是国家二级标准的1.67~2.75倍。非采暖期PM₁₀浓度呈下降趋势(r_s =-0.016)，均值范围为0.046~0.135 mg/m³，除2001年以外，全部达到国家二级标准。采暖期PM₁₀浓度是非采暖期的2.6 ~ 3.0倍，低于同期SO₂比值，主要与SO₂来源单一，而颗粒物排放源较广有关。

NO₂浓度在采暖期呈下降趋势(r_s =-0.096)，浓度均值范围为0.067~0.091 mg/m³，是国家二级标准的0.84~1.14倍，除2001年、2007年和2009年，其余年份达到国家二级标准。非采暖期NO₂浓度呈升高趋势(r_s = 0.231) 浓度均值范围为0.021~0.065 mg/m³，均达到国家二级标准。

2.3.3 年际趋势

从2000-2011年乌鲁木齐市SO₂、PM₁₀和NO₂年均浓度变化趋势可见(图 4)，SO₂年均浓度下降趋势显著(r_s =-0.849，P＜0.05)，年均值范围为0.079~0.204 mg/m³，超过国家二级标准，超标倍数在1.32~3.40之间，大于同期(年) PM₁₀超标倍数，突显了煤烟型污染特征。2011年SO₂年均浓度较2000年下降52.4%，SO₂浓度年际间波动较PM₁₀和NO₂都大，离散系数为0.12。

PM₁₀年均浓度呈下降趋势(r_s =-0.390)，年均值范围为0.115~0.201 mg/m³，超过国家二级标准，超标倍数在1.15~2.01之间。2011年PM₁₀年均浓度较2000年降低28.8%，PM₁₀浓度年际间波动较SO₂小，离散系数为0.049，Spearman秩相关系数为-0.700(P＞0.05)，年均浓度整体呈逐年下降趋势。

NO₂年均浓度呈升高趋势(r_s = 0.072)，年均值范围为0.048~0.078 mg/m³，均低于国家二级标准。SO₂、PM₁₀和NO₂年均浓度最大值都出现在2001年。与SO₂和PM₁₀相比，NO₂浓度年际间波动最小。

2.4 环境空气质量总体评价

根据单因子污染指数和负荷系数，可以确定环境空气中的主要污染物。空气综合污染指数则用于评价城市空气质量的总体情况、年际变化以及城市间空气污染程度的对比，空气综合污染指数值越大，表示空气污染程度越严重。选取2006-2011年主要污染物浓度数据评价乌鲁木齐市近年空气质量的总体状况。

表 1可见，2006-2011年乌鲁木齐市大气中的主要污染物负荷系数排序均为SO₂＞PM₁₀＞NO₂，说明主要大气污染物依然是SO₂和PM₁₀，煤烟型污染特征显著。NO₂污染负荷系数呈现逐年上升趋势，进一步说明机动车尾气排放对空气质量的影响逐渐增大。2008年以来，乌鲁木齐市全年空气综合污染指数整体呈下降趋势，空气污染程度由中度污染降低为轻污染，空气质量有所改善。2011年全年空气综合污染指数为3.48，比2006年下降17.7%;采暖期空气综合污染指数亦呈逐年下降态势，2011年采暖期空气综合污染指数比2006年同期下降22.6%，空气污染程度由严重污染降低为重污染; 非采暖期空气综合污染指数呈波动趋势，但是污染程度总体较低，空气质量良好，其中2008年最高(2.07)，2007年最低(1.64)。

2.5 主要大气污染物对人体健康的危害

城市大气中的主要污染物SO₂、PM₁₀和NO₂对人体健康影响显著。SO₂是大气对流层中重要的污染物之一，主要来源是煤、石油和天然气的燃烧，其中煤燃烧产生的SO₂要远高于其他燃料。SO₂刺激人的呼吸系统，吸入含有SO₂的空气可使人出现倦怠、乏力、鼻炎、咽喉炎和支气管炎等症状，肺部有慢性疾病和心脏病的老年人最易受害，当空气中的微粒物质与SO₂共存时，其危害可增大3~4倍。已有资料表明，乌鲁木齐市SO₂、CO和TSP在冬、夏两季均呈显著性正相关，其中SO₂和TSP之间相关性最显著，这更加重了SO₂对城市人群的危害。

空气中的总悬浮颗粒物(TSP)是一种由多种物质组成的混合物，其中粒径大于10 μm的物质几乎都沉积在鼻腔和咽喉部位，而较小的颗粒可以随气流进入肺泡并沉积下来，所以对人体健康影响较大的主要是空气动力学粒径在10 μm以下的微粒(PM₁₀)。PM₁₀是影响我国北方城市大气环境质量的首要污染物，其在城市的来源广泛，主要包括燃煤、机动车排放、工业粉尘、扬尘(建筑施工、道路等)、风沙、二次气溶胶粒子等。通常0.5~10 μm的粉尘有90%沉积于呼吸道细胞上; 0.5~5 μm的粉尘沉积率随着粒径的减少而逐渐减少，0.5 μm的粉尘沉积率为25%~30%; 0.4 μm以下的粉尘沉积率随粒径的减少而增大。

NO₂是臭氧及其他光化学二次污染物(如过氧乙酰硝酸酯、二次气溶胶等)最重要的前体物之一。在城市中汽车尾气排放对对流层的NO₂浓度有很大影响，使得中心城区NO₂浓度显著高于郊区。空气中的NO₂是形成光化学烟雾的主要因素之一，能引起急性呼吸道疾病，实验证明，在二氧化氮每天浓度为0.13~0.17 mg/m³的条件下经过6个月，儿童的支气管炎发病率有所增加。乌鲁木齐市某医院统计数据显示，呼吸道疾病随季节变化变动明显，就诊率在11月、12月、1月达到高峰。2008年年均就诊率27 309人次，2009年为34 126人次，2010年为36 777人次，三年内上升了34.67%，排除天气变化、人口增加等因素，冬季大气污染可能是发病率上升的诱因之一。

3 讨论

空气污染是一个复杂的现象，在特定时间和地点空气污染物浓度受到许多因素影响，来自固定和流动污染源的排放大小是影响空气质量的最主要因素，同时城市的发展密度、地形地貌和气象等也是影响空气质量的重要因素。特殊的地理环境和气象条件是造成乌鲁木齐市大气污染的客观因素，乌鲁木齐地处亚欧大陆腹地，降水量少，生态环境脆弱，三面环山的山谷地形使全年静风频率达到26%，冬季受蒙古冷高压控制，天气现象稳定，逆温层最厚时达1 300米左右。特殊的地理和气象条件不利于空气的水平和垂直运动，污染物不易扩散、稀释，导致环境容量和自净能力十分有限。以煤为主的城市能源结构、能源利用的低效浪费以及城市功能布局是造成乌鲁木齐市大气污染的主观因素，煤炭在乌鲁木齐市一次能源消耗中所占比重达到73%，2011年原煤消耗量2 425.84万吨，比2006年增长了1倍多，采暖期耗煤量约占全年耗煤总量的2/3以上。乌鲁木齐市主要的污染源如电力、建材、冶金以及供暖行业基本集中在市区和城市上风向，煤耗高，污染防治设施落后，污染物排放量大。

“十·五”和“十一·五”期间乌鲁木齐主要空气污染物SO₂和PM₁₀年均值都超过国家环境空气质量二级标准，采暖期重污染天气发生频率高、持续时间长，2004年1月曾出现连续11天4级~5级中、重度污染，2007年冬季PM_2.5浓度为0.187 mg/m³，明显高于北京、上海等城市^[10]。2011年，乌鲁木齐市生产总值(GDP) 1 700亿元，比2006年增长149%;常住人口321.21万人，与第六次全国人口普查数据相比新增9.95万人; 机动车保有量44万辆，比2006增加78.7% ^[11]。一系列增长的数据表明，受城市规模不断扩大、人口递增以及能源消耗量持续增长的客观影响，乌鲁木齐市面临的环境压力越来越大。

2011年乌鲁木齐市空气质量优良天数比2010年增加10 d，中、重度污染天数比2010年增多5 d，空气质量呈现优良天数和中、重度污染天数同时增多的特点。据测算，乌鲁木齐市SO₂、烟尘的环境容量分别为6.7万t/a和4万t/a，2011年乌鲁木齐市城区仅工业污染源就排放SO₂ 12.94万吨、烟粉尘6.24万吨，综合考虑生活污染源排放、机动车尾气排放、道路及施工扬尘等因素，城区空气污染物排放量远超出环境容量。比照国家环境空气质量二级标准，2011年乌鲁木齐市SO₂、PM₁₀和NO₂浓度均值在非采暖期全部达标，采暖期全部超标。年平均浓度方面只有NO₂达到国家二级标准，SO₂和PM₁₀年平均浓度均超过国家二级标准，说明燃煤污染物的排放仍然是冬季大气污染最直接的原因之一。

乌鲁木齐市采暖期长达6个月，冬季供暖以燃煤为主，整个采暖期SO₂排放量大幅增加，大气颗粒物浓度也相应增加，严重影响空气质量和能见度，呈现典型的煤烟型特征。采暖期SO₂和PM₁₀浓度均值常年超标，但超标倍数逐年降低，2011年采暖期空气综合污染指数比2006年同期下降22.6%。乌鲁木齐市冬季受静稳天气影响显著，是一年中环境容量最小的季节，供暖行业排放的燃煤污染物加剧了大气污染程度。非采暖期空气质量良好，SO₂、PM₁₀和NO₂浓度均值均达到国家环境空气质量二级标准。非采暖期空气质量主要受PM₁₀和NO₂影响，近几年PM₁₀和NO₂浓度呈上升趋势，出现复合污染特征。PM₁₀浓度在采暖期和非采暖期的不同变化趋势表明，空气中颗粒物的来源和排放强度发生了变化。近几年乌鲁木齐市通过实施热电联产，拆并分散燃煤点源，改造消烟除尘设施和使用清洁能源等综合措施，提高了燃煤利用效率，燃煤对PM₁₀浓度的贡献率被消减。但是受城市发展因素的影响市区房地产开发、道路改造施工等项目持续推进、机动车数量增速明显，与此相关的颗粒物排放源增多，春、夏、秋三季扬尘污染加剧。

通过对乌鲁木齐市主要污染物浓度变化趋势的分析研究和环境空气质量的总体评价，可以认为乌鲁木齐市的空气质量近年来已经趋于稳定并有所改善。2006年以来空气质量优良天数逐年增加，主要污染物SO₂和PM₁₀年均浓度呈下降趋势，说明关停小火电机组、对燃煤电厂和燃煤采暖设施等重要排放源实施烟气脱硫治理取得了成效。NO₂年均浓度呈升高趋势，主要与机动车保有量增加和燃煤设施脱硝治理滞后有关。

应当进一步强化乌鲁木齐市的环境综合整治特别是冬季大气污染治理工作，建议从调整城市工业布局、优化能源结构、完善基础设施、推进节能减排、提高环境监管等方面逐步改善城市环境空气质量。