乌昌石都市圈城市空间发展对NO_(2)浓度时空变化的影响

为探究城市空间发展对天山北坡经济带重心乌昌石都市圈NO_(2)污染的影响,利用多源遥感数据对乌昌石都市圈NO_(2)排放量时空变化进行研究。结果表明:基于2006—2020年OMI遥感数据,按全疆NO_(2)平均排放量大小进行划分后发现,新疆地区NO_(2)低污染区为和田等小城市,较低污染区为喀什及哈密等地区,中污染区在其中西部地区,次高污染区出现在天山南坡中等城市巴音郭楞蒙古自治州中部,高污染区在乌昌石都市圈。在空间格局上,城镇用地与建设用地以乌鲁木齐市五大城区为中心,以昌吉回族自治州昌吉市、阜康市及石河子市城区为副中心不断增长。乌昌石都市圈城市化进程加快,距离城区越近NO_(2)浓度越高,对其周围环境的污染程度越高。乌昌石都市圈2次疫情防控时,NO_(2)浓度下降幅度最大。对新型冠状病毒感染疫情防控前后(2019—2021年)乌昌石都市圈潜在源贡献因子(PSCF)及浓度权重轨迹(CWT)进行分析,结果表明主要潜在源区为乌鲁木齐本地区域以及昌吉回族自治州西南部邻近城市。

基于卫星高光谱遥感的2007年—2017年新疆地区大气NO_(2)时空变化趋势分析

自2013年国务院颁布《大气污染防治行动计划》等大气综合治理政策以来,我国东部地区大气颗粒物等重要污染物得到了有效控制。伴随着我国能源政策的变化,西北地区在加大能源开发力度的同时,大气污染亦呈现加剧趋势,但在之前的研究中未得到重视。卫星遥感的监测手段较地面观测具有不受地域限制,观测时间长,观测污染物种类多等优势。其中,星载紫外-可见高光谱仪OMI自2005年在轨运行,在大气污染的时空变化趋势探测、排放源估计以及模式的同化和验证等科学应用中得到广泛应用。中国科学技术大学的卫星对流层NO_(2)柱浓度产品,通过对OMI原始测量光谱的二次标定和气体反演算法的关键优化,在与地基观测的结果对比验证中呈现良好的相关性,适合用于我国高气溶胶背景下的大气污染分析。结合中国科学技术大学OMI NO_(2)数据产品,我国新疆地区大气NO_(2)污染的时空分布特征得以表征。在2007年—2017年期间,新疆地区的NO_(2)污染集中分布于北疆,其中“乌鲁木齐—昌吉—石河子”城市群(乌昌石地区)与新疆总体NO_(2)水平月变化相关性很强(相关性系数r=0.942,p-value<0.01)。新疆NO_(2)年际变化存在明显阶段性特征,与相关政策以及能源行业排放变化相符:2007年—2010年变化趋势不明显,2014年较2010年总体年平均浓度增长18.5%,其中乌昌石地区增长41.3%;2017年较2014年总体平均浓度下降26.4%,乌昌石地区下降42.8%。乌昌石地区由于石油化工企业,经济开发区等分布密集,成为NO_(2)污染的聚集区,与乌鲁木齐市,昌吉市NO_(2)变化具有强相关性(r=0.982,p-value<0.01;r=0.951,p-value<0.01)。受采暖时期排放以及特殊气象条件控制,乌昌石地区NO_(2)污染峰值为12月,冬季污染尤其显著;在2007年—2016年采暖期间(每年10月—次年4月初),乌昌石地区NO_(2)水平有显著上升趋势(显著性水平α=0.01),在未来大气治理中需要格外关注。

乌昌石区域化石燃料固定燃烧点源大气污染物排放清单及时空分布

建立了2015年乌昌石区域化石燃料固定燃烧点源大气污染物(NOx、SO2、PM2.5和PM10)的排放清单,并对污染物的时空分布特征进行了分析。结果表明,2015年乌昌石区域化石燃料固定燃烧点源NOx、SO2、PM2.5和PM10的年排放量分别为2.10×105、1.52×105、4.28×104、8.35×104 t。从行业上来看,电力生产与供应行业对NOx、SO2、PM2.5和PM10的贡献率最大,分别为70.78%、66.56%、51.10%、49.98%;从化石燃料上来看,煤炭对NOx、SO2、PM2.5和PM10的贡献率最大,分别为95.63%、99.84%、99.70%、99.84%;从锅炉类型上来看,煤粉炉对NOx、SO2、PM2.5和PM10的贡献率最大,分别为84.20%、85.09%、83.43%、84.06%。固定燃烧点源污染物排放呈现出明显的时间变化特征,采暖季污染物排放量明显高于非采暖季,一天中白天的污染物排放量高于夜晚。空间分布显示,大气污染物的排放源主要集中在乌鲁木齐市、五家渠市和昌吉市。

乌昌石地区城镇化与资源环境耦合协调研究

[目的]研究乌昌石地区城镇化与资源环境系统之间的耦合协调关系。[方法]借助耦合协调度模型和地理探测器模型,对乌鲁木齐-昌吉-石河子(乌昌石)地区城镇化与资源环境之间的耦合协调程度进行分析。[结果]该区域2008—2018年城镇化与资源环境系统之间的耦合度与协调度在不断增强,但协调度增长较为缓慢,空间分布上总体呈现出自东向西“凸状”、自南向北“凹状”降低的格局;从协调度类型看,大多集中于0.20~0.39,处于中度失调或轻度失调,只有乌鲁木齐市达到勉强耦合协调状态;城镇人口总数、社会消费品零售总额、地区生产总值、城市能源消耗总量、城市生活垃圾清运量五大因子的影响力较大。[结论]该研究结果可为乌昌石地区城镇化与资源环境系统之间的协调有序发展提供参考。

乌昌石区域耗煤行业排放特征及对空气质量的影响

基于统计分析的方法,建立2016年乌昌石区域耗煤行业大气污染物排放清单,分析重点耗煤行业污染物排放特征。结果表明:2016年区域耗煤行业消耗燃煤共5852.94万t,SO2和NOx排放贡献最大的行业为火力发电和热力生产供应业,PM2.5和PM10排放贡献最大的行业为非金属矿物制造业。利用CALPUFF模型模拟冬季乌昌石区域现状排放下污染物扩散特征,评估重点耗煤行业污染物排放对区域冬季空气质量的贡献情况。研究显示,重点行业大气污染物对区域的贡献占所有耗煤行业总贡献的90%左右。不同重点耗煤行业对区域冬季空气质量贡献明显不同,其中,非金属矿物制造业对PM2.5贡献程度最大,并且由于受到地形的影响,PM2.5在区域南部地区的浓度值较高。研究最终提出针对耗煤企业的大气污染防控措施,为区域大气环境质量改善提供建议。

2016—2020年“乌昌石”地区大气污染物时空变化特征研究

目的 综合探讨可吸入颗粒物(inhalable particle,PM_(10))、细颗粒物(fine particle,PM_(2.5))、NO_(2)、SO、CO和O_(3)的时空变化特征,旨在为“乌昌石”地区大气污染物防控提供科学依据。方法 利用2016—2020年“乌昌石”地区国控站点监测数据,对该地区6种大气污染物的时空分布特征和相关性进行分析。结果 2016—2020年“乌昌石”地区6种污染物浓度空间分布具有明显差异性,除了SO_(2)和O_(3)外,其他污染物5年平均浓度最大值均出现在乌鲁木齐市。2016—2020年“乌昌石”地区PM_(10)、PM_(2.5)、NO_(2)、CO和SO_(2)年均值整体呈下降趋势,降幅分别为13.3%、9.3%、17.9%、25.9%和45.2%;O_(3)年均值整体呈增加趋势,增幅为23.8%。PM_(10)、PM_(2.5)、NO_(2)、CO和SO_(2)浓度的季节变化呈现“冬高夏低”的特征,而O_(3)浓度在春、夏季高,冬季最低。PM_(10)、PM_(2.5)、CO和NO_(2)浓度日变化呈现“双峰”的特征,PM_(10)和PM_(2.5)浓度夜间波峰均出现在00:00~02:00,而白天波峰分别出现在10:00~13:00和14:00~16:00;NO_(2)和CO浓度波峰出现在23:00~01:00和09:00~11:00;SO_(2)和O_(3)浓度最大值分别出现在13:00~16:00和16:00~17:00。“乌昌石”地区PM_(10)、PM_(2.5)、NO_(2)、SO_(2)和CO浓度之间均呈显著正相关,与O_(3)浓度呈显著负相关。结论 除O_(3)外,“乌昌石”地区其他大气污染物浓度整体有向好趋势,但PM_(10)和PM_(2.5)浓度仍未达到国家二级标准,今后“乌昌石”地区应重点关注O_(3)和大气颗粒物污染协同防治。