鄭紹偉,羅曉聰,黎燕瓊,陳俊華,謝天資,李宇奇,羅奕爽,慕長龍*

(1.四川省林業(yè)科學研究院,四川 成都 610081;2.內(nèi)江市市中區(qū)龔家林業(yè)工作站,四川 內(nèi)江 641000)

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成都城區(qū)典型污染天氣城市森林對大氣顆粒物的影響

鄭紹偉1,羅曉聰2,黎燕瓊1,陳俊華1,謝天資1,李宇奇1,羅奕爽1,慕長龍1*

(1.四川省林業(yè)科學研究院,四川 成都 610081;2.內(nèi)江市市中區(qū)龔家林業(yè)工作站,四川 內(nèi)江 641000)

大氣顆粒物(PM2.5和PM10)是影響城市空氣質(zhì)量的首要污染物。近年來成都秋冬季受氣象條件制約，大氣顆粒物污染嚴重。本文通過對成都2016年秋冬季大氣顆粒物日均濃度動態(tài)變化及典型污染天氣城市森林內(nèi)外大氣顆粒物濃度日變化分析，得出以下結(jié)論：(1)大氣顆粒物濃度和氣象條件有顯著相關(guān)關(guān)系，有利的氣象條件可以加速大氣顆粒物的擴散，能有效的改善空氣質(zhì)量；(2)城市森林中的PM10和TSP日均濃度皆低于森林外，城市森林內(nèi)的大氣顆粒物日變化規(guī)律基本呈現(xiàn)“早晚高、白天低”的格局。

大氣顆粒物;氣象條件;城市森林

大氣顆粒物是指大氣中存在的各種固態(tài)和液態(tài)顆粒狀物質(zhì)的總稱，也稱大氣氣溶膠，是影響城市空氣質(zhì)量的首要污染物[1]。大氣顆粒物濃度超標是我國許多城市空氣質(zhì)景管理中的突出問題．可吸入顆粒物(PM10)可通過呼吸道進入人體，沉積在上呼吸道，粒徑小于2．5 pm的細粒子(PM2．5)可進入肺泡中，并可能導致與心和肺的功能障礙有關(guān)的疾病[2]。成都市地處四川盆地，風速小、靜風頻率高，環(huán)境空氣中PM10濃度長期居高不下，成為主要的環(huán)境問題[3]。城市森林生態(tài)系統(tǒng)除了發(fā)揮森林防風固沙、水源、美化環(huán)境、維持生物多樣性的功能外，還有著緩解空氣污染，凈化城市空氣的重要作用。城市森林中通過阻隔空氣流動、葉片吸附等，可以有效降低大氣顆粒物濃度[4]。城市森林還可以創(chuàng)造大量的負氧離子，負氧離子可以吸附大量的PM2．5，空氣中的負氧離子越高，大氣中的PM2．5濃度越低[5]。

本研究通過對成都城區(qū)PMl0和PM2.5質(zhì)量濃度的時空分布特征進行分析，了解成都市大氣顆粒物的污染狀況與氣象條件的關(guān)系。通過對典型霧霾天城市森林林內(nèi)林外大氣顆粒物濃度定點監(jiān)測分析，了解成都城區(qū)城市森林林內(nèi)林外大氣顆粒物濃度日變化趨勢及城市森林對大氣顆粒物的凈化能力，為進一步對大氣顆粒物的治理提供理論依據(jù)。

1 研究地概況

成都屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫18℃，年均降水量在1 000 mm以上。冬季少雨、無風、多霧，不利的氣象條件導致近年來成都城區(qū)冬季大氣污染日益嚴重。研究地點位于成都城區(qū)東部驛都大道。驛都大道是成都市中心城區(qū)與衛(wèi)星城市龍泉驛區(qū)兩個城市連接的交通干道，呈東西走向，晝間車流量18輛-75輛·min-1(圖1)。驛都大道景觀綠化帶主要有3種綠化模式，即帶狀片林模式、草坪模式和草坪+1-2m寬灌木帶+單行喬木綠化模式。本文研究區(qū)選擇了驛都大道大面街道段的帶狀游憩區(qū)的片林(E104°11′23.06″,N30°35′02.36″)。該帶狀片林中林帶長約600 m左右，林帶寬60 m～80 m，林內(nèi)主要喬木樹種有欒樹(Koelreuteriapaniculata)、黃葛樹(FicusvirensAit.var.sublanceolata(Miq.) Corner)、香樟(Cinnamomumcamphora(L.) Presl.)、女貞(Ligustrumlucidum)、峨眉含笑(MicheliawilsoniiFinetetGagnep)等,林內(nèi)郁閉度0.75，平均樹高15 m；灌木主要有紫薇(LagerstroemiaindicaL.)、五角楓(AcermonoMaxim.)、白玉(MagnoliadenudataDesr.)、小葉女貞(LigustrumquihouiCarr.)等；草本主要為麥冬(Ophiopogonjaponicus(Linn.f.) Ker-Gawl.)。

圖1 研究路段日間車流量動態(tài)

2 研究方法

2.1 氣象數(shù)據(jù)

本文氣象數(shù)據(jù)采用成都市城區(qū)三圣鄉(xiāng)站點氣溫和逐日降雨量資料，研究時段為2016年9月1日～2017年1月31日。

2.2 顆粒物數(shù)據(jù)

本文大氣顆粒物數(shù)據(jù)采集時間為2016年冬季典型霧霾天，時段為2017年1月1日～1月6日，其間成都天氣連續(xù)無雨，少風，持續(xù)大氣顆粒物重度或嚴重污染。每天觀測時段為07：00～19:00，每兩小時采集1次數(shù)據(jù)，每次連續(xù)采集5組數(shù)據(jù)，取其平均，數(shù)據(jù)采集使用美國進口直讀式大氣粒子計數(shù)儀器MetOne831，每組數(shù)據(jù)均包含PM2.5、PM10和TSP。

2.3 分析方法

數(shù)據(jù)均采用Excel和spss軟件進行處理，分析大氣顆粒物濃度與氣象條件的關(guān)系，分析重度污染天氣下城市森林對大氣顆粒物的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同氣象條件對大氣顆粒物濃度的影響

據(jù)現(xiàn)有部分研究表明，大氣顆粒物濃度與氣象條件之間有直接相關(guān)關(guān)系[6]，降雨及大風都有利于顆粒物的沉降或稀釋擴散，從而降低大氣顆粒物濃度。本文研究時段內(nèi)大氣顆粒物濃度與氣象條件也有較顯著的相關(guān)性，特別是顆粒物濃度與降雨量之間關(guān)系明顯。根據(jù)大氣顆粒物日平均濃度曲線及逐日降雨量曲線顯示，研究時段內(nèi)早期因天氣多風多雨等因素，顆粒物濃度一直較低。進入冬季以后，因氣象條件變差，無風無雨，不利于大氣顆粒物擴散，顆粒物濃度居高不下，造成了多日重度污染，首要污染物主要是PM2.5和PM10。大氣顆粒物濃度與溫度之間具有一定相關(guān)性，從圖2中可以看出，顆粒物濃度未達標的天數(shù)中(PM2.5〉75 μg·m-3,PM10〉150 μg·m-3)，其日平均氣溫都集中在10℃左右,且無風少雨。從2016年11月1日起至2017年1月31日止共3月時段內(nèi)，成都有過半時間為污染天，且成都降雨總量不到20 mm；而大氣顆粒物濃度達標天數(shù)中，多伴隨降雨，導致溫度偏低，多集中在5℃～7℃。

圖2 大氣顆粒物日均濃度變化圖

圖3 逐日最高、最低、平均氣溫變化圖

圖4 逐日平均降雨量變化圖

通過對大氣顆粒物和氣溫以及降雨量進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表1所示，可見大氣顆粒物濃度和降雨量以及氣溫有著極顯著的相關(guān)性。其中PM2.5和PM10濃度與最低氣溫、最高氣溫和降雨量呈負相關(guān)，與平均溫度呈正相關(guān)。

表1 氣溫、降雨量和大氣顆粒物的相關(guān)性分析

pm2.5pm10最高溫度最低溫度平均溫度降雨量pm2.510.986**-0.414**-0.514**0.498**-0.229**pm100.986**1-0.432**-0.527**-0.519**-0.245**最高氣溫-0.414**-0.432**10.828**0.948**0.206*最低氣溫-0.514**-0.527**0.828**10.969**0.333**平均溫度-0.498**-0.519**0.948**0.969**10.292**降雨量-0.229**-0.245**0.206**0.333**0.292**1

**為P=0.01,*為P=0.05

3.2 城市森林對大氣顆粒物的影響

在大氣顆粒物污染日趨嚴重的今天，城市森林的空氣凈化作用，越來越多的受到人們的關(guān)注和重視，大氣顆粒物濃度雖受氣象條件影響較大，但也有研究表明，城市森林的存在，可以降低大氣顆粒物濃度，在一定程度上緩解大氣顆粒物污染,改善空氣質(zhì)量[7-14]。

從圖5～圖8中可以看出，大氣顆粒物中的PM2.5的日變化曲線呈現(xiàn)出早晚高，白天低的規(guī)律；而PM10、TSP則呈現(xiàn)出早上高，白天低的規(guī)律，晚上略有抬頭的規(guī)律。森林內(nèi)外PM2.5濃度變化對比表現(xiàn)為林內(nèi)上午高于林外，下午低于林外，晚上又略高于林外，差值幅度在±8%左右；而森林內(nèi)外PM10、TSP濃度變化則表現(xiàn)為除早上林內(nèi)高于林外，其余時段林內(nèi)皆明顯低于林外，最大差值幅度分別在12%和23%左右。PM2.5日平均濃度則表現(xiàn)為林內(nèi)林外持平，林內(nèi)僅高于林外2%左右；PM10、TSP日平均濃度表現(xiàn)為林內(nèi)低于林外，但相差幅度也不大，約在3%和10%左右。

圖5 PM2.5日動態(tài)變化圖

圖6 PM10日動態(tài)變化圖

圖7 TSP日動態(tài)變化圖

圖8 林內(nèi)林外日平均大氣顆粒物濃度

4 結(jié)論與討論

(1)大氣顆粒物濃度與氣象條件之間關(guān)系密切，大氣顆粒物濃度與最低氣溫、最高氣溫、平均溫度和降雨量呈極顯著相關(guān)關(guān)系。在溫度較高的夏秋季，時常伴有強對流天氣，強風多雨，有利的氣象條件加速了大氣顆粒物的擴散，能有效的改善空氣質(zhì)量。成都冬季無風少雨，不利于大氣顆粒物擴散，應加強人工降雨灑水等干預措施，促進大氣顆粒物沉降或擴散，緩解大氣污染。

(2)城市森林的存在能一定程度上凈化空氣，降低大氣顆粒物濃度。本文結(jié)果也可以看出，森林內(nèi)PM10和TSP濃度除早上略高于林外，其余時段皆明顯低于林內(nèi)；但森林內(nèi)外PM10和TSP日平均濃度差值不大，約在10%之內(nèi)。這說明城市森林具有凈化空氣顆粒物的作用，在一定空間范圍內(nèi)比較顯著，達到一定閾值后，將不再明顯，也即會形成較穩(wěn)定的“森林內(nèi)環(huán)境”。城市森林凈化空氣的能力和森林林分類型、郁閉度、葉片面積等都有一定聯(lián)系，不同森林凈化空氣的能力是有差別的，加強對不同林分類型森林凈化空氣能力的研究，對城市森林的建設具有十分重要的指導意義。

(3)森林內(nèi)PM2.5濃度上午時段內(nèi)高于林外，而下午則低于林外，這和森林內(nèi)小環(huán)境有直接聯(lián)系。森林內(nèi)濕度大，通風條件差，不利于PM2.5等小徑級顆粒物擴散，而植物在前一日的顆粒物吸附過程中，已趨于飽和，且經(jīng)過夜間休眠，吸附能力減弱，因此森林PM2.5濃度上午高于森林外；午后氣象條件變好，溫度升高，濕度減小，森林吸附顆粒物能力增強，加速了顆粒物擴散，因此森林內(nèi)PM2.5濃度下午時段低于林外。城市森林內(nèi)的PM2.5日變化規(guī)律基本呈現(xiàn)“早晚高、白天低”的格局，這些結(jié)論也和已有的研究結(jié)果比較吻合[7]。

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Effects of Urban Forest on Atmospheric Particulate Matter in Typical Urban Pollution in Chengdu

ZHENG Shao-wei1LUO Xiao-cong2LI Yan-qiong1CHEN Jun-hua1XIE Tian-zi1LI Yu-qi1LUO Yi-shuang1MU Chang-long1

(1.Sichuan Academy of Forestry,Chengdu 610081,China;2.Nei Jiang City Central District Gong jia Forestry Station,Neijiang 641000,China)

Atmospheric particulate matter (PM2.5 and PM10) were the primary pollutants that affect urban air quality.Atmospheric particulate pollution resulted from weather conditions was serious in autumn and winter thes years.In this paper,analysis was made of the daily variation of atmospheric particulate matter concentration in the autumn and winter of Chengdu in 2016 and the daily variation of atmospheric particulate matter concentration in urban forest.The results showed that (1) atmospheric particulate matter concentration and meteorological conditions had a significant correlation,favorable weather conditions could accelerate the proliferation of atmospheric particulate matter,and effectively improve the air quality.(2) The diurnal variation of PM10 and TSP in urban forest was lower than that in forest,and the diurnal variation of atmospheric particulate matter in urban forest showed the pattern of "morning and evening high and low daytime".

Atmospheric particulate,Weather conditions,Urban forest

2017-03-01

成渝地區(qū)美麗城鎮(zhèn)森林景觀區(qū)域特征分析與構(gòu)建技術(shù)集成示范(201404301)

鄭紹偉(1981-)，男，高級工程師，主要從事森林生態(tài)及城市森林方面研究。

10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.02.008

S718.56

A

1003-5508(2017)03-0040-04