冯先林，钱康妮，博尔楠，王 丹，邓凌峰

(1.阿勒泰地区气象局，新疆阿勒泰 836500;2.阿克达拉区域大气本底站，新疆福海 836400)

CO是一种无色、无味、无臭的气体，高浓度的CO对人体有毒害作用。大气中的CO主要来源于含碳物质的燃烧过程，是人类活动排放量最大的大气污染物之一。CO是参与大气碳循环的重要气体之一，尽管CO本身不是温室气体，但它可以间接地影响其它温室气体(如甲烷)的大气寿命，所以CO也是具有气候意义的大气成分。国内许多学者已对不同区域的CO展开了大量研究，程巳阳[1]等通过与2010年上甸子大气本底站和城区海淀宝联站的CO观测浓度的比较,研究了北京地区CO浓度变化特征,并统计分析了各类排放源的贡献差异。吴战平[2]等利用2013年1月1日—2015 年6月30日贵阳市9 个环境监测站CO监测数据,分析了贵阳市CO的年变化、日变化特征,发现CO浓度为单谷型年变化,夏季浓度最低,冬季浓度最高，日变化呈双峰型特征，郊区日平均浓度低于市区。苑丽[3]等对2015—2017年焦作市4个国控空气监测点位的监测数据进行统计分析，结果表明：2015—2017年城区环境空气污染CO质量浓度呈逐年下降趋势，季节变化特征明显,冬季最高、夏季最低。赵玉成[4]等经过在瓦里关全球大气本底观象台进行长期连续的现场实际空气采样，对1991—2016年空气样品中的大气本底浓度测量结果进行了分析,发现瓦里关地区大气中CO质量浓度的年平均值增长趋势不太明显，且波动较大，其中年平均浓度的高值分别出现在2004、2005、2007、2010年，在1993、2008年平均浓度则较低。刘洁[5]等于2005年1月1日—12月31日在北京上甸子区域大气本底站连续观测 CO浓度，分析了晴天、雨天、霾天和沙尘天气条件下CO的变化特征，其变化规律为: 晴天、雨天和沙尘天的 CO浓度水平较低，霾天CO 的浓度远高于其它天气条件。纪凡华[6]等对2009—2017年聊城空气污染日数据和静稳天气的气候特征进行了分析，发现CO平均质量浓度呈降低趋势，月平均污染日数成波浪型变化，1月和12 月最严重；冬季污染最严重，夏季最轻；雾、霾天气出现日数与月污染日数呈明显正相关。另外还有许多科研人员对全国不同区域的CO进行了特征分析及气象相关要素研究[7-9]。新疆阿克达拉作为中国继青海瓦里关、北京上甸子、黑龙江龙凤山、浙江临安、云南香格里拉之后第6个区域大气本底站，保存了多年的CO资料，而基于其数据资料的相关研究却很少，分析阿克达拉CO的变化特征，确定阿克达拉上游区域的大气本底信息以及污染物的跨境输送等特征，可为研究气候环境变化、制定环境外交和可持续发展战略提供准确、可靠的基础性科学数据，具有非常重要的意义。

1 资料及方法

1.1 观测仪器与方法

按照大气成分观测规范，仪器安装在阿克达拉区域大气本底站业务楼观测室内，采样口高出屋顶平台1.5 m，四周开阔无遮挡物，采样口距离地面5.0 m。观测仪器是由澳大利亚Ecotech公司生产的EC/ML9830T型CO分析仪。该仪器为不分光(非色散)红外光度计，采用气体过滤相关技术和最新光电技术，可准确可靠地测量较低质量浓度的CO，其产生的红外辐射(IR)被在5 m光程长的封闭通道内的CO所吸收。EC/ML9830T内置催化式零气发生器，可提供无CO气体。在样气进入转换器后，机内微处理器自动校准零点。除了温度和压力补偿外，EC/ML9830T可根据标气的已知质量浓度对仪器进行跨度调整。使用时，仪器在所测质量浓度超过正常量程的90%时，可自动进行高量程切换，而当测量读数回落到正常值的80%时，仪器自动切换成原量程状态。EC/ML9830T仪器被美国环保局USEPA 指定为等效产品。数据采集和记录由外接的数据采集仪或纸带记录仪来完成。

1.2 数据处理

所采用资料为阿克达拉国家大气本底站自有资料以来即2010年1月1日—2019年12月31日1 min观测1次的CO资料，经过中国气象科学研究院大气探测中心筛选、整理、检测，并剔除不完整及错误资料，严格实现了数据质量控制。在此基础上，按照正常资料数据完整率≥75%的标准，选取了2012年1月1日—2017年12月31日时间段的可用连续资料，统计每5 min平均值，即在1 min数据资料的基础上，有≥4次数据是正常的情况下，统计5 min平均数据，依次类推，分别做小时、日、月、季、年的统计。

根据阿勒泰地区气候及农牧业生产特点，将4—5月划分为春季，6—8月为夏季，9—10月为秋季，11月—次年3月为冬季，其中11—12月为前冬，次年1—3月为后冬。

2 结果分析

2.1 CO质量浓度年际变化特征

2012—2017年阿克达拉大气本底站CO年平均质量浓度整体呈逐年减小趋势(图1)，变化范围为193.6～148.3 μg/m3，6年平均质量浓度为173.1 μg/m3，其中2012—2014年各年平均质量浓度大于6年平均值，2015—2017年小于6年平均值。6年内CO年平均质量浓度最大值出现在2012年，最小值出现在2016年，最大值约为最小值的1.3倍，表明阿克达拉大气本底站2012—2017年CO年平均质量浓度年际波动较大。

图1 2012—2017年阿克达拉大气本底站CO平均质量浓度年际变化

2.2 CO质量浓度季节变化特征

2012—2017年阿克达拉CO季节平均质量浓度变化范围为129.5～237.4 μg/m3，6年CO季节平均质量浓度在春季至秋季期间较小且变化不大，冬季开始迅速增大，前冬增大的速率明显快于后冬，各季节平均质量浓度从大到小排序为后冬、前冬、春季、秋季、夏季，呈现冬季大、其他季节小的特征，这一特征与浙江临安大气本底站、瑞士Jungfraujoch 站、青海瓦里关等站略有不同[10]。2012—2017年CO季节平均质量浓度峰值出现在后冬，谷值出现在夏季，峰值约为谷值的1.8倍，表明在6年内阿克达拉CO季节平均质量浓度波动较大，冬季显著高于其他季节。阿克达拉冬季CO质量浓度较高，主要原因是阿勒泰地区冬季11月至翌年3月为主采暖期，这5个月的燃煤消费大量增加，而煤不完全燃烧会产生大量CO。阿克达拉站不存在燃煤取暖，因此本站大气中CO主要来自周边城镇和企业煤炭燃烧的大气扩散输入，说明了即使在阿克达拉大气本底站这样偏远的大气背景区，人为污染依然贡献了很大部分[11]。

2012—2017年阿克达拉本底站春季、夏季和秋季平均CO质量浓度整体呈逐年缓慢减小趋势，而前冬和后冬CO质量浓度呈波动变化，且均比春季、夏季和秋季明显偏高(图2)。各季节平均CO质量浓度中，仅冬季(前冬205.6 μg/m3、后冬237.4 μg/m3)大于6年平均值(173.1 μg/m3)，其余季节小于6年平均值，进一步说明了阿克达拉冬季平均CO质量浓度较高且远高于其他季节。

由表1可知，2012—2017年阿克达拉大气本底站春季、夏季与秋季平均CO质量浓度最大值均出现在2012年，最小值均出现在2016年，而冬季平均CO质量浓度变化则无明显的时间分布规律，表明阿克达拉本底站除冬季外，其他季节平均CO质量浓度变化特征较为一致，且整体逐年减小。6年内各季节平均CO质量浓度最大值与最小值之比在1.2～2.0之间，夏季最大为2.0，春季与秋季均为1.5，前冬与后冬最小，均为1.2，表明夏季平均CO质量浓度波动较大，其次是春季与秋季，冬季波动相对较小。季节尺度上，2012—2017年季平均CO质量浓度最大值出现在2013年后冬，为272.4 μg/m3，最小值出现在2016年夏季，为90.6 μg/m3，最大值约为最小值的3.0倍，表明CO质量浓度季节波动较大。

图2 阿克达拉大气本底站2012—2017年各季节CO平均质量浓度年际变化

表1 2012—2017年阿克达拉大气本底站各季节平均CO质量浓度最大值、最小值及其出现年份

2.3 CO质量浓度月变化特征

2012—2017年阿克达拉月平均CO质量浓度范围为120.7～287.1 μg/m3，呈“U”型变化特征(图3)，其中6—9月平均质量浓度在底部波动变化，10月后开始逐月快速升高，1月达到峰值，随后又逐月迅速下降，在6月出现谷值，峰值约为谷值的2.4倍，表明6年内CO质量浓度月变化较为剧烈。各月平均CO质量浓度中，1月(287.1 μg/m3)、2月(239.2 μg/m3)、3月(198.3 μg/m3)与12月(254.6 μg/m3)大于6年平均值(173.1 μg/m3)，其余月份小于6年平均值。说明4—11月，尤其是6—9月空气质量较好，6月最好；而采暖期空气污染较为严重，其中1月环境空气质量最差，其次是12月。这种变化特征与范佳文与王红军[12-13]等研究得出的北方区域大气污染物的变化特征几乎一致。

图3 2012—2017年阿克达拉大气本底站CO平均质量浓度月变化

由表2可知，2012—2017年阿克达拉大气本底站各月平均CO质量浓度最大值出现在2012年的较多，而最小值出现在2016年居多，尤其4—9月平均CO质量浓度分布均表现出这一特征，从另一方面表明这6个月的平均CO质量浓度变化特征几乎一致，且整体逐年减小，其他月份CO平均质量浓度则无明显变化规律。6年内各月平均CO质量浓度最大值与最小值之比在1.2～2.3之间，7月最大，11月最小；月际尺度上，2012—2017年月平均CO质量浓度最大值出现在2014年1月，为340.0 μg/m3，最小值出现在2016年6月，为85.6 μg/m3，最大值约为最小值的4.0倍，这也表明CO质量浓度月变化较为剧烈。

表2 2012—2017年阿克达拉大气本底站各月平均CO质量浓度最大值、最小值及其出现年份

2.4 日平均CO质量浓度变化特征

2012—2017年阿克达拉大气本底站日平均CO质量浓度大致呈“U”型变化，峰值出现在1月17日，该日6年平均CO质量浓度为413.1 μg/m3，谷值出现在6月18日，为107.0 μg/m3，峰值约为谷值的3.9倍。日际尺度上，2012—2017年日平均CO质量浓度最大值出现在2014年1月17日，为763.9 μg/m3，远低于4 000 μg/m3，表明阿克达拉6年内日平均CO质量浓度均达到了环境空气质量一级标准[14]；最小值出现在2013年2月14日，为43.1 μg/m3。最大值约为最小值的17.7倍，说明CO质量浓度日际波动非常剧烈。

通过分析2012—2017年逐年日平均CO质量浓度最大值与最小值及其出现的日期(表3)可知，日平均CO质量浓度最大值全部出现在冬季，其中有5年出现在后冬，1年出现在2013年前冬末期；最小值几乎全部出现在除冬季外的其他季节，以春季和夏季居多，从侧面说明了6年内阿克达拉日平均CO质量浓度变化有明显的季节性。2012—2017年各年逐日平均CO质量浓度最大值与最小值的比值范围较大，在3.7～15.4之间，2013年最大，为15.4，2012年最小，为3.7，进一步说明了阿克达拉CO质量浓度日际波动非常剧烈。

表3 2012—2017年阿克达拉大气本底站逐年日平均CO质量浓度最大值、最小值及其出现日期

2.5 CO质量浓度四季日变化特征

由图4可知，2012—2017年阿克达拉大气本底站CO质量浓度四季日变化特征基本一致，均为单谷型。00—14时呈波动变化，幅度不大，且无明显峰值，但从15时开始迅速减小，在17时达到谷值，之后又迅速增大，在19时后又相对平稳。阿克达拉本底站CO质量浓度的日变化特征与龙凤山本底站有明显差异[15]，其主要原因是对阿克达拉而言，每天17时左右为一天中气温最高的时刻，此时边界层较高，大气垂直扩散混合较快。此外，相对于其它时刻，午后大气中OH自由基质量浓度较高，因而进一步消耗了环境中的CO，说明阿克达拉四季CO质量浓度日变化主要受人为排放和CO的光化学反应等因素的影响。6年内四季CO质量浓度逐时平均从大到小排序为后冬、前冬、春季、夏季与秋季，夏季与秋季非常接近。

图4 2012—2017年阿克达拉大气本底站CO质量浓度四季日变化

3 结论

(1)阿克达拉大气本底站2012—2017年年平均CO质量浓度整体呈逐年减小趋势，6年平均CO质量浓度值为173.1 μg/m3，最大值出现在2012年，为193.6 μg/m3，最小值出现在2016年，为148.3 μg/m3。

(2)CO质量浓度季节变化呈现冬季大、其他季节小的特征，从大到小排序为后冬、前冬、春季、秋季、夏季，峰值出现在后冬，为237.4 μg/m3，谷值出现在夏季，为129.5 μg/m3；6年内逐季平均CO质量浓度最大值出现在2013年后冬，为272.4 μg/m3，最小值出现在2016年夏季，为90.6 μg/m3。

(3)月平均CO质量浓度呈“U”型变化特征，在1月达到峰值287.1 μg/m3，6月出现谷值120.7 μg/m3；6年内逐月平均CO质量浓度最大值出现在2014年1月，为340.0 μg/m3，最小值出现在2016年6月，为85.6 μg/m3。

(4)日平均CO质量浓度大致呈“U”型变化特征，峰值出现在1月17日，为413.1 μg/m3，谷值出现在6月18日，为107.0 μg/m3；6年内逐日平均CO质量浓度最大值出现在2014年1月17日，为763.9 μg/m3，最小值出现在2013年2月14日，为43.1 μg/m3。

(5)CO质量浓度四季日变化均为单谷型，14时之前波动不大，15时后迅速减小，17时达到谷值，之后又迅速增大，19时后相对平稳；四季CO质量浓度逐时平均从大到小排序为后冬、前冬、春季、夏季与秋季。

致谢：感谢原中国气象科学院大气探测中心林伟立老师为本文提供质控程序！