徐 歡 李 紅 (韓)姜泰昊

隨著城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)，中國(guó)中東部地區(qū)城市的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，尤其是以細(xì)顆粒物PM2.5為主的霧霾天氣已占其全年天數(shù)的1/3以上，成為影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量和居民身體健康的主要因素。PM2.5是指環(huán)境中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm的顆粒物，富含有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，長(zhǎng)期暴露在高濃度PM2.5環(huán)境中，會(huì)引發(fā)各種呼吸系統(tǒng)和心血管疾病，甚至增加居民早亡風(fēng)險(xiǎn)[1]。城市公園具有豐富的游憩活動(dòng)空間，是城市居民利用最頻繁的綠地類型，在緩解PM2.5污染和滿足城市居民休閑健身方面發(fā)揮著重要作用。在PM2.5為主的污染天氣中，輕中度污染(150μg/m3＞PM2.5＞75μg/m3)天氣所占比例在70%以上。而且重度污染(PM2.5＞150μg/m3)天氣條件下，公園綠地對(duì)PM2.5的消減作用不明顯[2-3]，城市居民應(yīng)盡量減少外出活動(dòng)。因此，在輕中度污染天氣下，城市公園內(nèi)哪種活動(dòng)空間中PM2.5濃度值較低，具體在什么時(shí)間、在哪種活動(dòng)空間中進(jìn)行活動(dòng)最適宜是值得研究的重要問(wèn)題。

現(xiàn)階段對(duì)PM2.5的研究主要集中于組成成分[4]、特性[5]、來(lái)源解析[6]和濃度模擬預(yù)測(cè)[7]。同時(shí)，綠地植物對(duì)PM2.5的阻滯吸附作用[8]及健康效益評(píng)估也已有較多研究[9]。在城市微小尺度上，由于受到建筑布局、綠地形式和植物群落結(jié)構(gòu)的影響，PM2.5的濃度分布體現(xiàn)出越接近地面越不均勻的特征。吳正旺等通過(guò)調(diào)查得出建筑布局與綠地形式的不同組合會(huì)影響PM2.5的濃度分布[10]；王國(guó)玉等分析發(fā)現(xiàn)不同的綠地植物配置模式對(duì)PM2.5的消減作用有較大影響[2]；George等和吳正旺等通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出建筑布局不同的居住區(qū)存在PM2.5分布的不均勻現(xiàn)象，PM2.5濃度值差別可達(dá)2～10倍[11-12]；文一章等通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)杭州市下沙區(qū)不同位置的5條道路存在不均勻分布現(xiàn)象，差別范圍在1.1～2.1倍[13]；趙越和金荷仙通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域的植物群落中PM10差別最大達(dá)5倍[14]；趙松婷等通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出公園綠地內(nèi)PM2.5濃度低于道路與建筑室內(nèi)，綠地配置模式會(huì)影響對(duì)大氣PM2.5濃度的消減能力[15]；陳凡濤等認(rèn)為城市不對(duì)稱街谷內(nèi)PM2.5濃度存在不均勻分布特點(diǎn)，大體呈“S”型曲線變化[16]。以上研究成果，主要集中在城市道路和居住區(qū)建筑空間內(nèi)的PM2.5濃度分布特征以及綠地植物對(duì)PM2.5的消減能力，至今還未見(jiàn)對(duì)城市公園不同游憩活動(dòng)空間中PM2.5不均勻分布特征的相關(guān)研究。

因此，本文以徐州市云龍公園為例，選取公園內(nèi)6處典型的游憩活動(dòng)空間，在輕中度污染條件下對(duì)各空間的PM2.5濃度進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，分析城市公園內(nèi)PM2.5濃度的時(shí)空不均勻分布特征，為城市公園游憩空間設(shè)計(jì)和指導(dǎo)市民合理選擇活動(dòng)時(shí)間地點(diǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

徐州市位于中國(guó)華北平原的東南部(1 1 6°2 2′～1 1 8°4 0′E,33°43′～34°58′N), 屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫14℃，日照時(shí)數(shù)2 221h，年均降水量857mm，降水多集中在夏季，靜風(fēng)頻率年平均達(dá)20%。云龍公園位于徐州市泉山區(qū)，東臨云龍山，1958年建成，面積約25hm2，其中水域面積為8hm2，是規(guī)模較大的城市綜合性公園(圖1)，年接待游客量170萬(wàn)人次。

1.2 研究方法

選取云龍公園中6處典型的游憩活動(dòng)空間，分別是露天廣場(chǎng)(A1)、林蔭道(A2)、親水平臺(tái)(A3)、濱水亭廊(A4)、紫藤花架(A5)、大草坪(A6)(圖1)。6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)周邊的主要環(huán)境特征以及與主干道的距離關(guān)系如表1所示。其中，A3和A4的視野較開(kāi)闊，郁閉度較低，A2和A5空間較為封閉，郁閉度較高；A6距離主干道路最近，A5位于公園的中心，距離主干道最遠(yuǎn)。

根據(jù)環(huán)保部發(fā)布的環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)技術(shù)規(guī)定(試行)(HJ 633—2012)，在2016年4月選取輕中度污染天氣(150μg/m3＞PM2.5＞75μg/m3)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，采用CW-HAT200S高精度手持式PM2.5檢測(cè)儀測(cè)定各空間PM2.5的質(zhì)量濃度，測(cè)量數(shù)據(jù)由6個(gè)小組同時(shí)采集，測(cè)定時(shí)間為7：00—20：00，每小時(shí)測(cè)定一次，每次連續(xù)讀取3個(gè)數(shù)據(jù)，取平均值作為改點(diǎn)的濃度數(shù)值，每個(gè)數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間為60s，采樣高度與成人呼吸高度基本一致，距離地面1.5m。采樣同時(shí)使用HT-8500多功能環(huán)境測(cè)量?jī)x測(cè)量該點(diǎn)的溫濕度和風(fēng)速，測(cè)量?jī)x器在使用前統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)(±5%)。對(duì)觀測(cè)試驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2010和IBM SPSS Statistics 19.0分析處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 PM2.5濃度的不均勻分布總體特征

圖1 云龍公園衛(wèi)星平面圖及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置(根據(jù)搜狗地圖后期加工繪制)

表1 6處典型空間的主要環(huán)境特征

圖2 各試驗(yàn)點(diǎn)的PM2.5濃度均值

圖3 PM2.5濃度最大值和最小值的比值

圖4 PM2.5濃度的日均變化特征和回歸模擬曲線

公園內(nèi)各活動(dòng)空間試驗(yàn)點(diǎn)的PM2.5濃度均值如圖2所示。露天廣場(chǎng)的PM2.5濃度均值最高為130.6μg/m3，其次為大草坪(128.4μg/m3)、親水平臺(tái)(119.4μg/m3)、濱水亭廊(107.5μg/m3)、林蔭道(93.2μg/m3)、紫藤花架(89.6μg/m3)。濃度均值的最大差別為1.46倍。相同時(shí)間點(diǎn)不同活動(dòng)空間的PM2.5濃度最大值和最小值差別為1.35～1.65倍，9：00露天廣場(chǎng)的PM2.5濃度值是紫藤花架的1.65倍，15：00大草坪的PM2.5濃度值是紫藤花架的1.35倍(圖3)。一天中大草坪19：00的PM2.5濃度均值最高為148.6μg/m3，紫藤花架7：00的PM2.5濃度均值最低為83.8μg/m3，差別為1.77倍。

2.2 PM2.5濃度的日均變化特征

公園內(nèi)6處活動(dòng)空間PM2.5濃度值的日均變化特征和回歸模擬曲線如圖4所示。從PM2.5濃度變化趨勢(shì)看，露天廣場(chǎng)、林蔭道、紫藤花架和大草坪4個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)PM2.5的濃度變化趨勢(shì)呈現(xiàn)波浪式，出現(xiàn)3次峰值2次谷值。其中，露天廣場(chǎng)和大草坪的PM2.5濃度早晚峰值大于中午峰值，具體變化趨勢(shì)是：7：00—9：00 PM2.5濃度逐漸上升，9：00達(dá)到峰值后迅速下降，至11：00下降至谷值，然后小幅升高，到14：00之后開(kāi)始下降，16：00降至最低值，之后再逐步上升，至19：00升至全天的最高值。這是因?yàn)檫@2處試驗(yàn)點(diǎn)空間郁閉度較低，周邊植物種類單一，比較空曠，早中晚受到上班高峰期汽車尾氣的影響，PM2.5濃度值較大，早晚氣溫低、空氣濕度大，中午由于溫度升高濕度降低以及光照的影響導(dǎo)致早晚峰值大于中午峰值。

林蔭道和紫藤花架的PM2.5濃度變化趨勢(shì)呈現(xiàn)階梯式上升，即早晨峰值＜中午峰值＜晚上峰值，具體變化趨勢(shì)是：7：00—9：00 PM2.5濃度逐漸上升，9：00達(dá)到峰值后迅速下降，11：00下降至一天的最低值，然后逐步升高至14：00形成第二次峰值，之后開(kāi)始下降，16：00—19：00上升到全天的最高值。這是因?yàn)樵囼?yàn)點(diǎn)的郁閉度較高，無(wú)風(fēng)環(huán)境導(dǎo)致擴(kuò)散條件差，空間內(nèi)PM2.5易于積聚[17]，同時(shí)受外界溫濕度和光照的影響較小，PM2.5濃度值呈階梯式增加，最后達(dá)到較高水平。

親水平臺(tái)和濱水亭廊實(shí)驗(yàn)點(diǎn)PM2.5的濃度變化趨勢(shì)呈現(xiàn)M型，出現(xiàn)2次峰值和1次谷值，晚上峰值高于早晨峰值。具體變化趨勢(shì)是：7：00—9：00 PM2.5濃度逐漸上升，9：00達(dá)到峰值后迅速下降，至13：00下降至谷值，然后逐步上升，至19：00上升到全天的最高值。這是由于試驗(yàn)點(diǎn)靠近水面，中午太陽(yáng)光照增強(qiáng)，氣溫升高，近地空氣濕度大，而當(dāng)濕度過(guò)高時(shí)，以水溶性離子為主要成分的細(xì)顆粒物更容易吸收大量水分使粒徑增大，發(fā)生重力沉降[18]，從而使13：00的PM2.5濃度值最低。

表2 不同空間PM2.5濃度與主要環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)

圖5 PM2.5濃度與溫度的相關(guān)關(guān)系

圖6 PM2.5濃度與相對(duì)濕度的相關(guān)關(guān)系

圖7 PM2.5濃度與風(fēng)速的相關(guān)關(guān)系

圖8 PM2.5濃度與相對(duì)濕度的多項(xiàng)式回歸擬合

從PM2.5濃度極值的出現(xiàn)時(shí)間看，露天廣場(chǎng)和大草坪的最低值出現(xiàn)在16：00，林蔭道和紫藤花架的最低值出現(xiàn)在11：00，親水平臺(tái)和濱水亭廊的最低值出現(xiàn)在13：00，6處實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的最高值均出現(xiàn)在19：00。由結(jié)果可知，在輕中度污染(150μg/m3＞PM2.5＞75μg/m3)天氣下，在露天廣場(chǎng)和大草坪的最佳活動(dòng)時(shí)間為16：00左右；在林蔭道和紫藤花架的最佳活動(dòng)時(shí)間為11：00左右；在親水平臺(tái)和濱水亭廊的最佳活動(dòng)時(shí)間為13：00左右。

2.3 影響公園各空間PM2.5濃度的環(huán)境因素分析

公園內(nèi)6處活動(dòng)空間PM2.5濃度值與溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速的總體相關(guān)關(guān)系如圖5～7所示。PM2.5濃度值與溫度和風(fēng)速呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為R=-.358和R=-.717(P＜ .01)；與相對(duì)濕度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R=.340(P＜ .01)。這說(shuō)明隨著溫度升高和風(fēng)速的增大，PM2.5濃度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；相反隨著相對(duì)濕度的增大，PM2.5濃度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。根據(jù)PM2.5濃度的日變化特征分析得知，相對(duì)濕度與PM2.5濃度的正相關(guān)性存在一定閾值，當(dāng)超過(guò)一定濕度范圍時(shí)，PM2.5濃度隨相對(duì)濕度的增大逐漸下降。為了得到由正相關(guān)關(guān)系轉(zhuǎn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系時(shí)對(duì)應(yīng)的濕度閾值，將PM2.5濃度與相對(duì)濕度進(jìn)行多項(xiàng)式回歸擬合，結(jié)果如圖8所示，當(dāng)相對(duì)濕度＜66%時(shí)，兩者是正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)相對(duì)濕度＞66%時(shí)，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

不同活動(dòng)空間內(nèi)PM2.5濃度與主要環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)如表2所示。親水平臺(tái)和濱水亭廊與溫度呈顯著的負(fù)相關(guān)(P＜ .05)，而其余活動(dòng)空間與溫度的關(guān)系不顯著。露天廣場(chǎng)、林蔭道、紫藤花架和大草坪都與相對(duì)濕度呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)(P＜ .01)，而親水平臺(tái)和濱水亭廊與相對(duì)濕度呈現(xiàn)極顯著的負(fù)相關(guān)(P＜ .01)。除林蔭道和紫藤花架外，其余活動(dòng)空間都與風(fēng)速呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)(P＜ .05)，這說(shuō)明活動(dòng)空間的郁閉度對(duì)PM2.5和風(fēng)速的關(guān)系有較大的影響。

2.4 討論

本研究中相同時(shí)間點(diǎn)不同活動(dòng)空間的PM2.5濃度最大值和最小值差別為1.35～1.65倍，一天中最大差別為1.77倍，這與吳正旺[13]、文一章[14]等人對(duì)微小尺度上PM2.5不均勻分布的研究結(jié)果(1.1～2.1倍)一致，因?yàn)槌鞘泄珗@中的空間阻隔主要以植物、地形為主，豎向高度上不如居住區(qū)建筑和道路沿街建筑，所以濃度差別值倍數(shù)略低于居住區(qū)和城市道路。林蔭道和紫藤花架試驗(yàn)點(diǎn)的PM2.5濃度總體均值低于其他活動(dòng)空間，這主要是因?yàn)檫@2種空間結(jié)構(gòu)的郁閉度較高，分別由針葉常綠喬木和小闊葉藤本植物構(gòu)成。這2類植物的葉面積相對(duì)較大，枝葉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使空間內(nèi)的濕度較高，阻滯PM2.5的作用明顯，空氣質(zhì)量總體優(yōu)于其他空間。所以在輕中度污染天氣下，居民最好選擇郁閉度高、周邊植物茂盛的空間活動(dòng)，盡量避免去露天廣場(chǎng)、大草坪等開(kāi)敞空間。

不同活動(dòng)空間的PM2.5濃度日均變化趨勢(shì)不同，露天廣場(chǎng)和大草坪的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)波浪式，林蔭道和紫藤花架的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)階梯式上升，親水平臺(tái)和濱水亭廊的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)M型，這與李新宇[19]、王月容[20]、王曉磊[21]、陳凡濤[15]等人的“雙峰單谷”“N型”“S型”研究結(jié)果基本一致，都有峰谷值的變化，本次研究中有4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的日變化曲線擬合出現(xiàn)3次峰值，這可能與采取每小時(shí)監(jiān)測(cè)的方法有關(guān)，也可能與有的試驗(yàn)點(diǎn)距離道路較近，受到早中晚高峰期汽車尾氣的影響較大，同時(shí)周邊植物生理活動(dòng)旺盛能夠不斷阻滯吸附PM2.5[22]，使白天PM2.5濃度變化趨勢(shì)出現(xiàn)2次谷值。

一些研究表明，PM2.5濃度值往往受公園環(huán)境的較大影響，公園間存在差異，而同一公園內(nèi)的PM2.5濃度值消減作用相近。但從本研究中的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，同一公園內(nèi)也存在差異，A1和A6的PM2.5濃度均值分別為130.6μg/m3和128.4μg/m3，而A5的濃度均值為89.6μg/m3。這可能因?yàn)锳1和A6周圍郁閉度不高，與主干道距離較近，受機(jī)動(dòng)車尾氣影響較大。也可能與云龍公園的面積較大有關(guān)，王曉磊等的研究表明，當(dāng)公園綠地半徑大于55m時(shí)，可以維持正凈化效應(yīng)，緩解PM2.5污染[23]。

也有研究表明，城市公園林蔭間的PM2.5濃度值往往高于曠地。而本研究的觀測(cè)數(shù)據(jù)中，林蔭道的濃度均值(93.2μg/m3)要低于露天廣場(chǎng)(130.6μg/m3)和大草坪(128.4μg/m3)等曠地。這主要是因?yàn)楸狙芯窟x取在輕中度污染天氣下進(jìn)行的，在這種天氣下較復(fù)雜的綠地結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5污染的消減起到積極作用[2]。而在重度污染條件下，可能是因?yàn)榱质a間的郁閉度較高，擴(kuò)散條件差，空間內(nèi)PM2.5更易于積聚，從而比曠地的濃度值要高。具體原因還有待進(jìn)一步深入研究。

6處試驗(yàn)點(diǎn)的PM2.5濃度值與溫度和風(fēng)速呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，與相對(duì)濕度總體呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，這與王曉磊等[21]、吳志萍等[24]的研究結(jié)果一致。同時(shí)已有研究指出PM2.5濃度與濕度的正相關(guān)性存在一定閾值[21]，但未做進(jìn)一步研究，本研究通過(guò)對(duì)PM2.5濃度與相對(duì)濕度進(jìn)行多項(xiàng)式回歸擬合曲線，得到相對(duì)濕度的閾值為66%，即相對(duì)濕度超過(guò)66%時(shí)與PM2.5濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

由于監(jiān)測(cè)條件的限制，本研究只挑選了6處公園活動(dòng)空間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，另外，不同活動(dòng)空間的PM2.5濃度除了與溫濕度和風(fēng)速有關(guān)系外，還受光照強(qiáng)度、空氣負(fù)離子濃度、植物種植密度、樹(shù)種組成等因素的影響，今后有待于進(jìn)一步對(duì)更多公園活動(dòng)空間和影響因素進(jìn)行研究。

3 結(jié)論

本文通過(guò)選取徐州市云龍公園內(nèi)6處典型的游憩活動(dòng)空間，同步監(jiān)測(cè)各空間的PM2.5濃度及環(huán)境影響因子，對(duì)輕中度污染天氣下城市公園內(nèi)PM2.5濃度的時(shí)空不均勻分布特征及環(huán)境影響因素進(jìn)行研究。主要研究結(jié)果簡(jiǎn)要概括如下。

公園內(nèi)露天廣場(chǎng)的PM2.5濃度均值最高為130.6μg/m3，其次為大草坪(128.4μg/m3)、親水平臺(tái)(119.4μg/m3)、濱水亭廊(107.5μg/m3)、林蔭道(93.2μg/m3)、紫藤花架(89.6μg/m3)。濃度均值的最大差別為1.46倍。相同時(shí)間點(diǎn)不同活動(dòng)空間的PM2.5濃度最大值和最小值差別為1.35～1.65倍，一天中不同時(shí)間段各空間的最大差別為1.77倍。

不同活動(dòng)空間的PM2.5濃度日均變化趨勢(shì)不同，露天廣場(chǎng)和大草坪的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)波浪式，林蔭道和紫藤花架的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)階梯式上升，親水平臺(tái)和濱水亭廊的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)M型。露天廣場(chǎng)和大草坪的PM2.5濃度最低值出現(xiàn)在16：00，林蔭道和紫藤花架的最低值出現(xiàn)在11：00，親水平臺(tái)和濱水亭廊的最低值出現(xiàn)在13：00，6處實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的PM2.5濃度最高值均出現(xiàn)在19：00。

公園內(nèi)6處活動(dòng)空間PM2.5濃度值與溫度和風(fēng)速呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為R=-.358和R=-.717，與相對(duì)濕度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R=.340。通過(guò)多項(xiàng)式回歸擬合曲線可知，PM2.5濃度與相對(duì)濕度的正相關(guān)性存在一定閾值，當(dāng)相對(duì)濕度＞66%時(shí)，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

研究結(jié)果為城市公園游憩空間的規(guī)劃布局和指導(dǎo)市民合理選擇活動(dòng)時(shí)間地點(diǎn)提供參考依據(jù)。本研究只挑選了6處公園活動(dòng)空間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，僅對(duì)PM2.5濃度與溫濕度和風(fēng)速的關(guān)系進(jìn)行了研究，未涉及光照強(qiáng)度、空氣負(fù)離子濃度等影響因素的監(jiān)測(cè)，今后有待于進(jìn)一步深入研究。

注：文中圖片除注明外，均由作者繪制。