何張齊 劉其闖 林玲春等

摘要[目的]研究城區(qū)空氣負(fù)氧離子的日變化及其與環(huán)境、氣象因子的相關(guān)性。[方法]以浙江省麗水城區(qū)為研究地，使用KEC-900負(fù)氧離子測(cè)試儀連續(xù)測(cè)試空氣負(fù)氧離子濃度，并與環(huán)境、氣象因子進(jìn)行相關(guān)性分析。[結(jié)果]城區(qū)空氣負(fù)氧離子濃度日變化呈雙峰型，峰值出現(xiàn)在05：00和20：00；負(fù)氧離子濃度（Y）與環(huán)境因子AQI（X1）、PM2.5、PM10、SO2極顯著相關(guān)，與氣象因子的氣壓（X2）極顯著相關(guān)；預(yù)測(cè)模型Y=-0.729 1X1-30.396 3X2+31 624.92。[結(jié)論]該研究可為城市環(huán)境建設(shè)和居民生活提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞城區(qū)；空氣負(fù)氧離子；日變化；影響因子

中圖分類號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）28-260-03

Research on the Aero Anion Concentrations Diurnal Variation and Its Correlation with Environmental Factors and Meteorological Factors of Urban Areas

HE Zhangqi，LIU Qichuang*，LIN Lingchun et al （The Affiliated High School to Hangzhou Normal University，Hangzhou，Zhejiang 310030）

Abstract [Objective] To research the diurnal variation of aero anion concentration and its correlation with environment and meteorological factors of urban areas.[Method]The aero anion concentration of urban areas was measured by KEC900 aero anion tester in Lishui City of Zhejiang Province，and its correlation with environment and meteorological factors was analyzed.[Result] The diurnal variation curve of aero anion concentration has two peaks，appeared at 05：00 in the morning and 20：00 at night.The aero anion concentration （Y） is significantly correlated with AQI （X1），PM10，SO2，PM2.5，and atmospheric pressure （X2）.The model is Y =-0.729 1X1-30.396 3X2+31 624.92. [Conclusion] The study can provide scientific basis for urban environmental construction and residents life.

Key words Urban areas； Aero anion； Diurnal variation； Influence factors

作者簡(jiǎn)介何張齊（1998- ），男，浙江麗水人，研究方向：生態(tài)環(huán)境。*通訊作者，中學(xué)一級(jí)教師，碩士，從事數(shù)學(xué)教學(xué)工作。

收稿日期20150812

由于城市人口、工業(yè)以及交通等行業(yè)和社會(huì)資源過(guò)度集中，城市病的防控已經(jīng)成了無(wú)法回避的議題[1-3]，特別是隨著霧霾天氣的不斷出現(xiàn)，空氣質(zhì)量和居住環(huán)境越來(lái)越引起人們的關(guān)注。負(fù)氧離子是帶負(fù)電荷的單個(gè)氣體分子和輕離子團(tuán)的總稱，對(duì)人的生命活動(dòng)和健康有著重要的影響。目前，國(guó)外對(duì)負(fù)氧離子的研究較多關(guān)注空氣負(fù)氧離子對(duì)空氣質(zhì)量的影響與評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)主要側(cè)重空氣負(fù)氧離子的含量水平[4-5]及其醫(yī)療保健作用與旅游資源開(kāi)發(fā)[6-7]，對(duì)城市環(huán)境特別是城市居住區(qū)的空氣負(fù)氧離子時(shí)空變化特征及其與周邊影響關(guān)系的相關(guān)研究甚少[8]。該研究重點(diǎn)通過(guò)儀器觀察，分析城區(qū)空氣負(fù)氧離子的日變化規(guī)律及其與環(huán)境、氣象因子的相關(guān)性，以期為如何充分利用空氣負(fù)氧離子資源，改善城市居住環(huán)境，合理布局城市空間提供科學(xué)依據(jù)。

1研究材料和方法

1.1研究地概況研究地麗水市位于浙江省西南浙閩兩省結(jié)合部，境內(nèi)“九山半水半分田”，森林覆蓋率達(dá)到80.8%。麗水市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量浙江省第一、全國(guó)前列，是國(guó)家級(jí)生態(tài)示范區(qū)，素有“天然氧吧”、“中國(guó)生態(tài)第一市”之稱。早在2008年，麗水市有關(guān)部門率先出臺(tái)了空氣負(fù)離子濃度質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，2013年全市以森林公園為主的各觀測(cè)點(diǎn)平均空氣負(fù)氧離子濃度為2 926 ion/cm3。麗水中心城市城區(qū)面積37 270 hm2，中心城市城區(qū)范圍的城市森林覆蓋率保持在73%，建成區(qū)綠地率達(dá)到35%，綠化覆蓋率達(dá)到40%。市區(qū)（含開(kāi)發(fā)區(qū)）常住人口為30.33萬(wàn)人。

1.2觀測(cè)內(nèi)容和方法

2014年1月27日～2月5日，選擇麗水市區(qū)蔚藍(lán)水岸居住區(qū)，在13樓陽(yáng)臺(tái)使用KEC-900負(fù)氧離子測(cè)試儀連續(xù)測(cè)試空氣負(fù)氧離子濃度。記錄器每20 s記錄一次數(shù)據(jù)，按小時(shí)進(jìn)行平均計(jì)算1 h前的空氣負(fù)氧離子濃度，分析其日變化規(guī)律。同時(shí)，從“浙江省環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）發(fā)布平臺(tái)”（http：//115.236.164.226：8099/gis/index.html）上查詢就近觀測(cè)點(diǎn)蓮都區(qū)小學(xué)的實(shí)時(shí)環(huán)境空氣質(zhì)量，從“中國(guó)天氣網(wǎng)→浙江→現(xiàn)在天氣”（http：//zj.weather.com.cn/xztq/index.shtml）查詢麗水整點(diǎn)天氣實(shí)時(shí)情況，分析空氣負(fù)氧離子濃度與環(huán)境、氣象因子的相關(guān)性，并建立回歸模型。

1.3數(shù)據(jù)分析所有查詢和觀測(cè)獲得的數(shù)據(jù)采用Excel2013進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析，制作圖表。

2結(jié)果與分析

2.1負(fù)氧離子濃度日變化情況研究對(duì)2014年1月27日～2月5日觀測(cè)到的各個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻前1 h的空氣負(fù)氧離子濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。每天01：00～24：00整點(diǎn)前1 h內(nèi)的負(fù)氧離子濃度平均值如圖1。從圖1可知，不同時(shí)段空氣中的負(fù)氧離子濃度是不一樣的，總體上看空氣負(fù)氧離子濃度日變化呈雙峰曲線。每天05：00空氣負(fù)氧離子的濃度達(dá)到一天中的第1個(gè)高峰831 ion/cm3（整點(diǎn)時(shí)刻濃度均為前1 h平均測(cè)試濃度，下同），其后逐漸下降，到15：00為一天中的最低點(diǎn)（609 ion/cm3），然后總體上又逐漸上升到20：00達(dá)到第2個(gè)高峰（822 ion/cm3），其后逐漸下降，到01：00達(dá)到夜間的低谷（681 ion/cm3）。

2.2負(fù)氧離子濃度與環(huán)境、氣象因子的相關(guān)性

研究以2014年1月29日01：00～2月1日22：00連續(xù)觀測(cè)到的94個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻前1 h的空氣負(fù)氧離子濃度和查詢獲得的環(huán)境因子、氣象因子為基礎(chǔ)，采用Excel2013數(shù)據(jù)分析功能逐一計(jì)算了負(fù)氧離子濃度（y）與SO2、NO2、O3、PM10、PM2.5、AQI環(huán)境因子和溫度、相對(duì)濕度、氣壓、風(fēng)速氣象因子（x）的相關(guān)性（圖2）。

經(jīng)查表計(jì)算，負(fù)氧離子濃度與AQI相關(guān)方程y=-1.090 2x+938.35，R2=0.233 4，極顯著相關(guān)；與環(huán)境因子PM2.5相關(guān)方程y=-1.182x+918.73，R2=0.222 7，極顯著相關(guān)；與PM10相關(guān)方程y=-0.970 7x+906.78，R2= 0.162 4，極顯著相關(guān)；與SO2相關(guān)方程y=-4.991 8x+861.8，R2=0.154 4，極顯著相關(guān)；與NO2相關(guān)方程y=-4.342 4x+883.56，R2= 0.055 2，顯著相關(guān)；與其他環(huán)境因子沒(méi)有相關(guān)。負(fù)氧離子濃度只與氣象因子中氣壓極顯著相關(guān)，相關(guān)方程y=-42.7x+43 968，R2 = 0.252 1；與其他氣象因子沒(méi)有相關(guān)性。

2.3負(fù)氧離子濃度預(yù)測(cè)模型的建立

研究選取與負(fù)氧離子顯著相關(guān)的環(huán)境氣象因子用Excel2013進(jìn)行多元分析，通過(guò)逐步回歸獲得理想的模型方程。雖然一元回歸分析表明AQI、PM2.5、PM10、SO2 、NO2等與空氣負(fù)氧離子濃度極顯著或顯著相關(guān)，但是由于PM2.5、PM10 、SO2 、NO2等均與AQI關(guān)系密切，AQI是它們的綜合指標(biāo)，選取AQI（X1）作為環(huán)境因子；選取與空氣負(fù)氧離子唯一相關(guān)的氣壓（X2）作為氣象因子，建立模型方程，預(yù)測(cè)空氣負(fù)氧離子濃度（Y）。經(jīng)計(jì)算，Y=-0.729 1X1-30.396 3X2+31 624.92，決定系數(shù)R2=0.335 5，F(xiàn)=22.975 9，極顯著負(fù)相關(guān)。擬合模型詳見(jiàn)圖3，從圖中可見(jiàn)1月29日到2月1日各個(gè)時(shí)刻的擬合效果。擬合與實(shí)際觀測(cè)的曲線基本一致。

3結(jié)論與討論

（1）城區(qū)空氣負(fù)氧離子濃度日變化是呈雙峰型的，每天05：00、20：00出現(xiàn)峰值。峰值出現(xiàn)的時(shí)間與譚東等[9]觀測(cè)的重慶永川茶山竹海國(guó)家森林公園的日變化規(guī)律是不一樣的，而與尹淑嫻等[10]觀測(cè)的位于城區(qū)的東莞市植物園一致。譚東等觀測(cè)到的峰值出現(xiàn)在10：00和15：00，這主要是由于譚東等的觀測(cè)地為森林公園，可產(chǎn)生大量的負(fù)氧離子[9]，而該研究觀測(cè)的麗水城區(qū)的負(fù)氧離子主要是輸入型的，白天隨著人們活動(dòng)的增加，行駛車輛的增多，負(fù)氧離子減少。齊冰等觀測(cè)到的杭州市區(qū)（饅頭山）和西溪濕地空氣負(fù)離子濃度日變化最大值也出現(xiàn)在06：00[11]。

（2）城區(qū)夜間負(fù)氧離子濃度明顯大于白天，最大值出現(xiàn)在凌晨。因此，對(duì)晨練呼吸新鮮空氣有利，建議市民鍛煉可選擇凌晨，或者白天到植物豐富的森林公園等地方。同時(shí)，AQI大的時(shí)段，空氣質(zhì)量差，空氣負(fù)氧離子也少，不宜外出鍛煉。

（3）城市中心由于人口多綠地少，車輛多植物少，環(huán)境空氣質(zhì)量相對(duì)較差已經(jīng)成為事實(shí)。與其相對(duì)應(yīng)的，城市中心由于人為活動(dòng)的不斷加劇，人為干擾所致的氣溶膠增加，再加上其他城市環(huán)境因子（如城市熱島、下墊面性質(zhì)）的影響，形成了城市“負(fù)氧離子空洞”，將產(chǎn)生一系列環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)引起有關(guān)部門的高度重視。建議小城市市民可以擇邊而居，大城市應(yīng)當(dāng)建立城市綠色走廊，保證空氣可以形成一定的負(fù)氧離子，讓生活在城市中心的居民也可以呼吸到清新的空氣。

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