黃芳，章銀柯，張?zhí)烊?，李曉璐，于慧，袁楚?yáng)，莫莉，邵鋒

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 杭州 311300；2.杭州植物園，浙江 杭州 310012；3.生態(tài)環(huán)境部 土壤與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境監(jiān)管技術(shù)中心，北京 100012）

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快、機(jī)動(dòng)車保有量的持續(xù)增長(zhǎng)以及石油、煤炭等化石燃料的大量燃燒，使得城市大氣環(huán)境日益惡化，PM2.5已成為空氣中主要的污染物之一[1-3]。高濃度的PM2.5會(huì)對(duì)太陽(yáng)光形成強(qiáng)烈的散射和吸收作用，導(dǎo)致大氣能見(jiàn)度降低，從而形成霧霾。研究表明，PM2.5表面存在大量有毒物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等造成嚴(yán)重危害，引發(fā)肺炎、哮喘、冠心病、心律失常等病癥[4-7]。城建綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，在改善城市微氣候、凈化空氣和美化環(huán)境等方面均發(fā)揮著重要作用[8-10]。越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)城建綠地與PM2.5濃度的關(guān)系開展了研究，如以城市某種類型綠地為研究對(duì)象，對(duì)該綠地不同空間的PM2.5濃度變化進(jìn)行對(duì)比分析[11-12]，或探討各類城建綠地及功能區(qū)對(duì)PM2.5的消減效率等[13-15]。

杭州作為浙江省省會(huì)，空氣污染問(wèn)題因城市的快速發(fā)展愈發(fā)嚴(yán)重。2006年，杭州主城區(qū)的 PM10平均濃度已超出我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而PM2.5平均濃度是美國(guó)大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的4倍多[16]。2012年，杭州人口密集區(qū)域的PM2.5最大濃度達(dá)到21.2 μg·m-3· h-1[17]。由此可見(jiàn)，急需調(diào)動(dòng)社會(huì)各方力量共同參與大氣顆粒物的治理。本文選取杭州市臨安區(qū)4種不同類型的城建綠地作為研究對(duì)象，監(jiān)測(cè)綠地內(nèi)的PM2.5濃度，實(shí)時(shí)記錄氣象因子數(shù)據(jù)，研究不同類型城建綠地及氣象因子對(duì)PM2.5濃度的影響，以期為城建綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)及建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

選擇杭州市臨安區(qū)4種城建綠地作為試驗(yàn)樣地，分別是居住區(qū)綠地（春天小區(qū)）、商業(yè)綠地（衣錦商業(yè)街）、公共服務(wù)設(shè)施綠地（浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)）和廣場(chǎng)綠地（五舟廣場(chǎng)）。除廣場(chǎng)綠地外，其余3個(gè)樣地植物配植均為華東地區(qū)常見(jiàn)的喬木-灌木-地被 3層結(jié)構(gòu)的混交林，上層植物主要為玉蘭Magnolia denudata、銀杏Ginkgo biloba等落葉喬木，中層以金邊黃楊Euonymus japonicusvar.aurea-marginatus、紅花檵木Loropetalum chinensevar.rubrum等小灌木為主，下層為狗牙根Cynodon dactylon、麥冬Ophiopogon japonicus等地被植物。3個(gè)樣地的種植密度、郁閉度及成熟度等群落結(jié)構(gòu)特征基本一致。

春天小區(qū)位于玲瓏山腳，綠地率為 42.5%[18]，小區(qū)四周被城市主干道圍合，交通便捷。試驗(yàn)樣地選擇小區(qū)的3號(hào)樓與4號(hào)樓之間，四周均由高層建筑圍合，私密性高，面積約1 500 m2。衣錦商業(yè)街位于臨安區(qū)中心位置，人流及車流量大，商業(yè)活動(dòng)主要有餐飲及零售，試驗(yàn)樣地選在緊鄰浙江農(nóng)林大學(xué)衣錦校區(qū)南門處的公共區(qū)域，是商業(yè)街上行人休憩、停留的重要驛站之一，面積約1 800 m2，綠地率近40%。公共服務(wù)設(shè)施綠地選擇在浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)的學(xué)院樓4號(hào)樓南側(cè)，該樣地主要為師生提供一處活動(dòng)、交流的空間，面積約1 600 m2，綠地率達(dá)50%。五舟廣場(chǎng)位于臨安區(qū)東北部，是一個(gè)重要的市民活動(dòng)廣場(chǎng)，以硬質(zhì)鋪裝為主，少量點(diǎn)綴孤植樹木，總面積為4 500 m2，綠地率約35%，見(jiàn)圖1。

圖1 樣地分布圖Figure 1 Distribution of sample plots

2 研究方法

2.1 PM2.5濃度及氣象因子監(jiān)測(cè)

在天氣晴朗微風(fēng)條件下（要求雨后3～4 d），在4個(gè)樣地的幾何中心位置各布置1臺(tái)微電腦激光粉塵儀[型號(hào)為L(zhǎng)D-5C（B）]監(jiān)測(cè)PM2.5濃度。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)半徑3 m范圍內(nèi)無(wú)高大植物遮擋。儀器架設(shè)高度為距離地面1.5 m處（與成人呼吸高度基本相同）。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集頻率為1次·3 min-1，設(shè)置精度（k值）為0.001。試驗(yàn)分別選在春季（2017年3月及4月）、夏季（2017年5月及8月）、秋季（2017年9月及11月）和冬季（2017年2月及2017年12月）進(jìn)行（2017年1月、6月、7月和10月因連續(xù)降雨或極端高溫、低溫等原因未開展試驗(yàn)）。在每月上、中、下旬各采樣1 d，每天連續(xù)監(jiān)測(cè)24 h（8:00-次日8:00），獲得480個(gè)數(shù)據(jù)，取其算數(shù)平均值作為PM2.5濃度值。在廣場(chǎng)綠地內(nèi)設(shè)置1臺(tái)風(fēng)速儀（型號(hào)為MS6252B），對(duì)溫度、相對(duì)濕度及風(fēng)速等氣象因子數(shù)據(jù)進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，儀器一端連接 1臺(tái)筆記本電腦，收集的數(shù)據(jù)通過(guò)電腦實(shí)時(shí)顯示并保存，數(shù)據(jù)采集頻率為 1次·min-1，儀器架設(shè)高度與粉塵儀一致。本試驗(yàn)中，夜間監(jiān)測(cè)的 PM2.5濃度值變化不明顯，而白天的 PM2.5濃度變化較劇烈，能較好反映濃度變化規(guī)律，因此，本研究?jī)H分析監(jiān)測(cè)當(dāng)日白天（8:00-20:00）的PM2.5濃度變化。

2.2 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和整理、SPSS 23.0進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析，采用Origin 8.0作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同城建綠地內(nèi)PM2.5濃度季節(jié)變化

由表1可知，同一城建綠地的PM2.5濃度在不同季節(jié)間差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05），4種綠地的PM2.5濃度季節(jié)變化均表現(xiàn)為冬季>秋季>春季>夏季。春季，4種綠地的PM2.5濃度依次為商業(yè)綠地>居住區(qū)綠地>公共服務(wù)設(shè)施綠地>廣場(chǎng)綠地，其中，商業(yè)綠地的PM2.5濃度最高，是廣場(chǎng)綠地的1.45倍。夏季，各綠地的PM2.5濃度均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，但仍以商業(yè)綠地的 PM2.5濃度最高，居住區(qū)綠地次之，廣場(chǎng)綠地最低，商業(yè)綠地的PM2.5濃度是廣場(chǎng)綠地的1.6倍，與春季相比，夏季這2種綠地間的差異更大。秋季，商業(yè)綠地的PM2.5濃度與公共服務(wù)設(shè)施綠地間的差異最大，公共服務(wù)設(shè)施綠地與廣場(chǎng)綠地之間的差異相對(duì)較小，PM2.5濃度表現(xiàn)為商業(yè)綠地>居住區(qū)綠地>廣場(chǎng)綠地>公共服務(wù)設(shè)施綠地；總體上，各綠地的PM2.5濃度均明顯比春、夏兩季高，綠地的空氣質(zhì)量普遍較差；與春、夏兩季不同的是秋季公共服務(wù)設(shè)施綠地的PM2.5濃度比廣場(chǎng)綠地的略低。冬季，4種綠地的PM2.5濃度逐漸升高，是夏季的2～3倍，其中，以商業(yè)綠地的PM2.5濃度最高，其次是居住區(qū)綠地、公共服務(wù)設(shè)施綠地和廣場(chǎng)綠地；冬季4種綠地的PM2.5濃度大小排序與春、夏兩季相同。

表1 不同城建綠地的PM2.5濃度季節(jié)差異分析Table 1 Analysis on seasonal variance of PM2.5 concentration in different urban green spaces

3.2 不同城建綠地內(nèi)PM2.5濃度日變化

4個(gè)季節(jié)不同城建綠地的PM2.5濃度日變化如圖2所示。由圖2可知，春季，各綠地的PM2.5濃度均在9:00左右達(dá)到高峰值，其中，商業(yè)綠地的濃度最高，公共服務(wù)設(shè)施綠地的濃度最低。10:00后，各綠地的PM2.5濃度均開始下降。受上班人群流動(dòng)的影響，13:30左右，居住區(qū)綠地和商業(yè)綠地的PM2.5濃度有所上升。16:00-20:00，4種綠地的PM2.5濃度均呈現(xiàn)先上升后下降的變化規(guī)律。傍晚時(shí)段是人們的下班高峰期，有大量汽車尾氣排放和人為活動(dòng)，這些都會(huì)引起PM2.5濃度的升高。夏季8:00-10:00，各綠地的PM2.5濃度均由高峰值開始急劇下降，降幅及變化規(guī)律基本一致。12:00左右，4種綠地的PM2.5濃度都有所增加。隨著氣溫的持續(xù)升高，在14:00左右，PM2.5濃度均出現(xiàn)最低值。17:00左右，商業(yè)綠地的PM2.5濃度再次出現(xiàn)一個(gè)小高峰。20:00后，由于夏季日夜溫差變化及夜間相對(duì)濕度的增加導(dǎo)致PM2.5濃度上升。秋季，4種綠地的PM2.5濃度在8:00-10:30均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。10:30-18:00，商業(yè)綠地、公共服務(wù)設(shè)施綠地和廣場(chǎng)綠地的PM2.5濃度變化劇烈，總體呈下降趨勢(shì)。由于傍晚時(shí)氣溫下降、夜間人員流動(dòng)減少以及空氣相對(duì)濕度增大，18:00-20:00，各綠地的 PM2.5濃度較白天的低。冬季，受低溫影響，4種綠地的PM2.5濃度均呈現(xiàn)先降后升的變化規(guī)律。商業(yè)綠地位于交通繁忙地帶，因此，其PM2.5濃度遠(yuǎn)高于廣場(chǎng)綠地的。各綠地的PM2.5濃度在12:00-14:00逐漸升高，在14:00達(dá)到小高峰后開始下降，12:00-16:00，居住區(qū)綠地因受到不穩(wěn)定氣流的影響，PM2.5濃度出現(xiàn)短暫急劇升高現(xiàn)象。17:00之后的下班高峰期，受汽車尾氣排放量增加、相對(duì)濕度增大等因素的影響，各綠地的PM2.5濃度再次上升。

圖2 4個(gè)季節(jié)不同城建綠地的PM2.5濃度日變化Figure 2 Daily variation of PM2.5 concentration in different urban green spaces in four seasons

3.3 氣象因子對(duì)綠地內(nèi)PM2.5濃度的影響

氣象因子與 PM2.5濃度變化關(guān)系密切。劉大錳等[19]認(rèn)為污染源排放和氣象因子是影響 PM10和PM2.5濃度變化的主要因素。Tai等[20]研究發(fā)現(xiàn)，高達(dá) 50%的 PM2.5濃度變化與溫度、相對(duì)濕度和降水存在關(guān)系。本研究以廣場(chǎng)綠地為參照點(diǎn)，利用Spearman分析氣象因子與PM2.5濃度的相關(guān)性，并通過(guò)線性擬合進(jìn)一步明確其線性關(guān)系。由表 2可知，4個(gè)季節(jié)綠地內(nèi)的 PM2.5濃度與溫度呈極顯著的相關(guān)性（P<0.01）、與相對(duì)濕度和風(fēng)速都存在顯著的相關(guān)性（P<0.05），且氣象因子對(duì)PM2.5的影響隨季節(jié)不同產(chǎn)生差異。春、夏季處于梅雨期，相對(duì)濕度大，對(duì)PM2.5濃度的影響較大，而秋、冬季空氣相對(duì)濕度小，溫度為主要影響因素。

表2 PM2.5濃度與氣象因子的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis on PM2.5 concentration and meteorological factors

3.3.1 溫度對(duì)PM2.5濃度的影響 當(dāng)季溫度日均值與PM2.5日均濃度的線性擬合結(jié)果如圖3所示。由圖3可看出，隨著環(huán)境溫度的不斷升高，PM2.5濃度逐漸下降，溫度與PM2.5濃度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)線性關(guān)系。春、夏季高溫會(huì)加速空氣垂直方向的對(duì)流，有利于PM2.5的擴(kuò)散，而秋、冬季溫度下降，容易形成逆溫層，空氣對(duì)流減緩，導(dǎo)致PM2.5無(wú)法有效疏散。

圖3 PM2.5濃度與溫度的相關(guān)性Figure 3 Correlation between PM2.5 concentration and temperature

3.3.2 相對(duì)濕度對(duì)PM2.5濃度的影響 如圖4所示，空氣中相對(duì)濕度越大，PM2.5濃度越高，反之則越低，兩者表現(xiàn)出較明顯的正相關(guān)線性關(guān)系。PM2.5具有吸濕性，當(dāng)空氣中存在大量水分時(shí)，PM2.5會(huì)持續(xù)地吸濕增大，彼此間不斷碰撞凝結(jié)，受重力作用加速沉降，從而導(dǎo)致地表面PM2.5濃度升高。杭州臨安地區(qū)植被覆蓋率高，空氣相對(duì)濕度整體偏大，不利于PM2.5的擴(kuò)散。

圖4 PM2.5濃度與相對(duì)濕度的相關(guān)性Figure 4 Correlation between PM2.5 concentration and relative humidity

圖5 PM2.5濃度與風(fēng)速的相關(guān)性Figure 5 Correlation between PM2.5 concentration and wind speed

3.3.3 風(fēng)速對(duì)PM2.5濃度的影響 圖5為日均風(fēng)速與PM2.5日均濃度的線性關(guān)系圖。由圖可知，廣場(chǎng)綠地全年平均風(fēng)速主要集中在0～2 m·s-1，夏季風(fēng)速與PM2.5濃度之間存在弱正相關(guān)。可能受到其他因素的干擾，在其他3個(gè)季節(jié)PM2.5濃度與風(fēng)速呈現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。以上情況表明，風(fēng)速與PM2.5濃度之間相關(guān)性顯著，但不存在明顯的線性關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 討論

杭州臨安城建綠地內(nèi)PM2.5濃度季節(jié)變化明顯，均表現(xiàn)為冬季>秋季>春季>夏季。杭州地區(qū)冬季寒冷，近地層大氣環(huán)境穩(wěn)定，大氣層對(duì)流作用弱，同時(shí)，該季節(jié)落葉植物葉片脫落，處于休眠期，植物對(duì)PM2.5的滯留能力明顯降低，因此，冬季PM2.5濃度遠(yuǎn)高于夏季，這與其他學(xué)者的研究結(jié)論一致[21-24]。本研究表明，春、夏和冬季，4種綠地的PM2.5濃度變化規(guī)律一致，均為商業(yè)綠地>居住區(qū)綠地>公共服務(wù)設(shè)施綠地>廣場(chǎng)綠地；秋季，由于人為活動(dòng)，導(dǎo)致廣場(chǎng)綠地的PM2.5濃度高于公共服務(wù)設(shè)施綠地，濃度排序?yàn)樯虡I(yè)綠地>居住區(qū)綠地>廣場(chǎng)綠地>公共服務(wù)設(shè)施綠地。4個(gè)季節(jié)，商業(yè)綠地的PM2.5濃度均為最高，這可能與其周邊的餐飲活動(dòng)及車流量較大有關(guān)[25-26]；廣場(chǎng)綠地空間開敞、通透性好，有利于 PM2.5的擴(kuò)散和運(yùn)輸，濃度較低。黃鸝鳴等[27]研究發(fā)現(xiàn)，南京市春、秋和冬季PM10和PM2.5污染程度均為交通干道旁>商貿(mào)飲食區(qū)>居民生活區(qū)。不同類型城建綠地空氣污染程度與該綠地的功能有直接關(guān)系。4種城建綠地的PM2.5濃度日變化與車流量日變化趨勢(shì)相似，說(shuō)明PM2.5濃度變化與上下班高峰時(shí)汽車尾氣排放密切相關(guān)。人為活動(dòng)和交通排放是大氣顆粒物污染的主要來(lái)源，對(duì)PM2.5濃度升高具有很大的貢獻(xiàn)[28-29]。本研究中氣象因子對(duì) PM2.5的日變化影響也較大，這與胡敏等[30]的觀點(diǎn)一致，即一天內(nèi)早晚溫度低、相對(duì)濕度大，導(dǎo)致PM2.5濃度偏高。綠地內(nèi)的PM2.5濃度與溫度和相對(duì)濕度相關(guān)性顯著，這與許多學(xué)者的研究結(jié)論一致[31-33]。杭州臨安地區(qū)常年平均風(fēng)速大多在0～2 m·s-1，PM2.5濃度與風(fēng)速相關(guān)性較弱，線性關(guān)系不明顯[34]。當(dāng)風(fēng)力持續(xù)低于2級(jí)時(shí)，不利于PM2.5的擴(kuò)散[35]。杜正等[36]則認(rèn)為PM2.5和PM10質(zhì)量濃度與風(fēng)速均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

4.2 結(jié)論

各綠地內(nèi)PM2.5濃度排序均為冬季>秋季>春季>夏季，其中，夏季和冬季的PM2.5濃度差異最大，而春季和秋季的相對(duì)較小。綠地內(nèi)PM2.5濃度的日變化受人為活動(dòng)和汽車尾氣排放影響較大，此外，氣象因子對(duì)PM2.5濃度變化有重要的影響，綠地內(nèi)PM2.5濃度與溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）、與相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān)（P<0.05）、與風(fēng)速顯著相關(guān)（P<0.05）。春、夏和冬3個(gè)季節(jié)PM2.5濃度依次為商業(yè)綠地>居住區(qū)綠地>公共服務(wù)設(shè)施綠地>廣場(chǎng)綠地，秋季為商業(yè)綠地>居住區(qū)綠地>廣場(chǎng)綠地>公共服務(wù)設(shè)施綠地。公共服務(wù)設(shè)施綠地和廣場(chǎng)綠地空間布局結(jié)構(gòu)更有利于PM2.5的擴(kuò)散，這2種類型綠地在改善城市空氣質(zhì)量、促進(jìn)人體健康方面更具優(yōu)勢(shì)，而商業(yè)綠地應(yīng)作為空氣污染重點(diǎn)治理和綠化建設(shè)區(qū)域。