許 凱

陜西省漢中市氣象局 陜西 漢中 723000

一、空氣負(fù)離子

空氣負(fù)離子主要是由空氣中含氧負(fù)離子與若干個(gè)水分子結(jié)合而形成的原子團(tuán),被統(tǒng)稱負(fù)氧離子。負(fù)氧離子濃度是環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測、評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。隨著社會(huì)對(duì)氣候變化、氣象環(huán)境的關(guān)注,研究人員對(duì)負(fù)氧離子展開了廣泛的研究與應(yīng)用,并獲得了一些新的成果。就氣象環(huán)境與負(fù)氧離子濃度關(guān)系的而言,已有研究表明空氣負(fù)離子濃度可能與多種氣象要素相關(guān)。例如,有研究表明空氣濕度對(duì)空氣負(fù)離子濃度影響最大,其次是光照強(qiáng)度,最小是溫度；但也有研究認(rèn)為空氣負(fù)離子濃度與相對(duì)濕度、風(fēng)速、云量、日照、降水量的相關(guān)性不顯著。有研究認(rèn)為影響空氣負(fù)離子濃度的氣象因子有日平均風(fēng)速、太陽輻射、相對(duì)濕度等,空氣負(fù)離子濃度與日平均風(fēng)速、太陽輻射正相關(guān),與相對(duì)濕度負(fù)相關(guān)；有的研究卻認(rèn)為空氣負(fù)離子濃度與溫度、風(fēng)速等呈負(fù)相關(guān),與濕度在春、夏、冬三季正相關(guān)(在秋季負(fù)相關(guān)。顯然,基于常規(guī)線性回歸分析方法的氣象環(huán)境與負(fù)氧離子濃度關(guān)系的研究,存在著許多不確定性,甚至矛盾性的結(jié)論。

由于許多相關(guān)研究結(jié)論的不確定性給相關(guān)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)、科研工作帶來了困擾。為了更客觀、更準(zhǔn)確地揭示氣象因子對(duì)大氣負(fù)離子濃度的影響程度,需要適時(shí)根據(jù)森林區(qū)和城市區(qū)空氣負(fù)離子實(shí)測資料,選取盡可能多的氣象要素資料,采取通徑分析方法,研究氣象因子對(duì)空氣負(fù)離子濃度的貢獻(xiàn),以期獲得對(duì)空氣負(fù)離子濃度影響因子的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí),從而為空氣負(fù)離子濃度預(yù)報(bào)提供參考,并為不同地理位置的空氣負(fù)離子研究提供參考。

二、通徑分析

統(tǒng)計(jì)學(xué)理論在研究多個(gè)相關(guān)變量間的線性關(guān)系時(shí),一般采用簡單相關(guān)分析或多元回歸分析方法,多元回歸與簡單相關(guān)分析相比,在一定程度史真實(shí)表現(xiàn)各自變量與因變量的關(guān)系,此種方法在氣象統(tǒng)詛研究上已有成熟的研究應(yīng)用。但是在多元回歸分析中,不能直接比較各自變量對(duì)因變量的效應(yīng)。通徑分析方法克服上述不足,因而在農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域得到較多應(yīng)用。一般認(rèn)為該方法在研究多個(gè)相關(guān)變量間的關(guān)系時(shí)具有精確、直觀等優(yōu)點(diǎn),使用通徑系數(shù)可以不受度量單位和自變量變異程度的影響去評(píng)估自變量對(duì)因變量的效應(yīng)(相對(duì)重要性),也能區(qū)分自變量對(duì)因變量的直接作用和間接作用。而且該方法中以通徑系數(shù)的大小表示各因子相對(duì)于結(jié)果的相對(duì)重要性,較大的剩余通徑系數(shù)表示因子對(duì)結(jié)果誤差較大,或者還有其他的更重要的因素需要被考慮。可見,采用通徑系數(shù)的通徑分析方法,可獲得比相關(guān)分析和回歸分析更為準(zhǔn)確的結(jié)論。其基本算式模型如下：

通過通徑分析,在當(dāng)樣本中影響因變量的自變量較多且存在較大共線可能性時(shí),可以排除相關(guān)性較大的自變量間的共線作用,明確不同自變量間的相互作用和對(duì)因變量的直接及間接影響,同時(shí)通過決策系數(shù)可確定每個(gè)自變量對(duì)結(jié)果的影響程度。

三、氣象環(huán)境與空氣負(fù)離子濃度分析

就全年而言,森林區(qū)具有比城市區(qū)更多的空氣負(fù)氧離子濃度,特別是夏季(6一8月)、秋季(9一11月)森林區(qū)的空氣負(fù)離子濃度是城市的幾倍,表明森林區(qū)的空氣比城市要好,此結(jié)論與現(xiàn)有研究的結(jié)論是一致的。對(duì)于森林區(qū),空氣負(fù)離子的濃度均大于城市,這種差異與下墊面植被茂盛有關(guān)。夏季森林區(qū)植被茂盛,釋放的負(fù)離子要比城市大得多,也是一年中森林區(qū)、城市區(qū)負(fù)離子濃度差別最大的季節(jié)；秋季雖然綠色植被比夏季少,但城市空氣干燥、浮塵多,負(fù)離子存活時(shí)間較森林短,因而城市區(qū)負(fù)離子濃度總體上仍低于森林區(qū)。到了冬、春季,森林區(qū)植被覆蓋相對(duì)夏、秋季減少,負(fù)離子濃度較少,并與城市的負(fù)離子濃度的差值進(jìn)一步減小。

四、結(jié)論

在選取了盡可能多的氣象因子,并輔以在揭示因子貢獻(xiàn)分析上較為先進(jìn)的通徑分析方法,分析了城市環(huán)境和森林環(huán)境下大氣負(fù)氧離子濃度的差異,并對(duì)氣象因子與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系作了探討,得到如下的結(jié)論：

(1)相同天氣條件下,森林區(qū)和城市區(qū)負(fù)氧離子濃度變化不同。森林區(qū)大氣負(fù)氧離子濃度要比城市高,夏、秋季節(jié)森林區(qū)的空氣負(fù)離子濃度達(dá)到城市區(qū)的2、3倍,森林區(qū)的空氣更有益于人體健康。

(2)相關(guān)分析表明,總云量、平均風(fēng)速和日照百分率同城市和森林空氣負(fù)離子濃度相關(guān)不顯著。蒸發(fā)量與森林區(qū)空氣負(fù)離子濃度相關(guān)不顯著,且僅在無雨日與城市區(qū)空氣負(fù)離子濃度顯著相關(guān)。

(3)對(duì)氣象要素與負(fù)離子濃度的通徑分析表明,日平均水汽壓、日平均氣溫是影響城市區(qū)和森林區(qū)空氣負(fù)離子濃度的主要直接因子。日平均水汽壓還是其他氣象要素影響空氣負(fù)離子濃度的主要間接因子。

由于空氣負(fù)離子產(chǎn)生機(jī)制和影響因子的復(fù)雜性,空氣負(fù)離子濃度變化研究一直是氣象、環(huán)境、林業(yè)等多學(xué)科交叉課題,既與研究區(qū)域地理位置、下墊面的差異有關(guān),又與大氣環(huán)境中氣象要素間的相互作用有關(guān)。已有的研究表明空氣負(fù)離子濃度可能與多種氣象要素相關(guān),但在具體因子的分析上,結(jié)果仍存在不確定性,一方面與統(tǒng)計(jì)分析方法本身的約束條件有關(guān),另一方面與大氣環(huán)境中氣象要素間的相互作用的復(fù)雜性、研究區(qū)域地理位置、氣候背景有關(guān)。觀測時(shí)間短,研究結(jié)果難免存在一定的局限性,如何探明這些其他重要因素及其與負(fù)離子濃度的關(guān)系,這需要在今后的觀測試驗(yàn)中,增有關(guān)要素觀測,并做進(jìn)一步研究。