何博翰，顏昭潮，向昆侖，胡猛，陳蝶聰，黃昱，吳乃庚

（1.廣東省生態(tài)氣象中心，廣東廣州 510640；2.龍門縣氣象局，廣東龍門 516899；3.廣東省氣象公共服務(wù)中心，廣東廣州 510640；4.廣東省氣象臺(tái)，廣東廣州 510640）

負(fù)氧離子作為空氣正常組成部分，被譽(yù)為“空氣中的維生素”，其含量多少是衡量空氣清新的標(biāo)志之一，是一種重要的生態(tài)旅游氣候資源［1］?？諝庵胸?fù)氧離子分布受到自然和人為的原因影響，其離子濃度因環(huán)境的不同而有著較大的差異?？傮w而言，瀑布和海濱的負(fù)氧離子濃度較大、郊區(qū)大于城市中心區(qū)［2-3］，但在城市內(nèi)部負(fù)氧離子濃度的分布也不盡相同［4-7］。

生態(tài)旅游是現(xiàn)今大眾關(guān)注的熱點(diǎn)［8-9］。大氣負(fù)氧離子作為生態(tài)旅游資源之一，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同地區(qū)大氣負(fù)氧離子的空間分布開展了一些研究。不同地區(qū)、不同時(shí)段觀測(cè)結(jié)果存在著較大的差異。廣東龍門縣屬惠州市，地處北回歸線附近的亞熱帶季風(fēng)區(qū)，屬于暴雨多發(fā)中心［10-11］，并且由于其特殊的地理氣候環(huán)境，憑借著豐富的負(fù)氧離子優(yōu)勢(shì)成功獲得“中國(guó)天然氧吧”稱號(hào)。本研究擬利用龍門縣3個(gè)空氣負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析龍門縣負(fù)氧離子濃度的時(shí)空變化特征，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)亞熱帶季風(fēng)區(qū)大氣負(fù)氧離子變化規(guī)律，以期為未來(lái)以負(fù)氧離子為代表的生態(tài)氣候資源開發(fā)利用提供參考。

1 資料與方法

惠州市龍門縣的三臺(tái)固定式負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)儀分別布設(shè)于南昆山、沈村和龍門氣象觀測(cè)基地。為了保證負(fù)氧離子數(shù)據(jù)的可用性，參照氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法，利用界限值檢查、跳變值檢查、空氣濕度檢查和正負(fù)離子比值檢查等數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)則剔除異常值后，得到一組負(fù)氧離子數(shù)據(jù)作為研究數(shù)據(jù)，該控制方法現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于中國(guó)區(qū)域的負(fù)氧離子數(shù)據(jù)處理［12-13］。

采用Zeng等［14］的FVC（植被覆蓋度）算法計(jì)算每個(gè)站點(diǎn)的植被覆蓋度指數(shù)（FVC），計(jì)算方法如下：

其中，NDVIs為裸地或者空曠地帶的NDVI值，為5%；NDVIv為純植被覆蓋區(qū)的NDVI值，為60%。NDVI來(lái)自于美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的MODIS數(shù)據(jù)，空間分辨率為1 km×1 km，時(shí)間分辨率為“準(zhǔn)半月”（每月前15 d＋剩余天數(shù)）［15］。用植被凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）表征植被的光合作用效率，NPP來(lái)自于國(guó)家氣象中心，空間分辨率為1 km×1 km，時(shí)間分辨率為1 d。

南昆山站點(diǎn)建于南昆山景區(qū)的南昆山管理區(qū)南昆山氣象觀測(cè)站（G1750）內(nèi)，海拔約為415 m，站點(diǎn)附近植物種類豐富，植被覆蓋度指數(shù)為84%；沈村站點(diǎn)建立在村政府之中，海拔約為70 m，周圍偶見高大樹木，植被覆蓋度指數(shù)為63%；龍門氣象觀測(cè)基地站點(diǎn)建設(shè)在龍門國(guó)家氣象觀測(cè)站（59290）內(nèi)，海拔約為85 m，根據(jù)氣象站點(diǎn)建站要求，未見高大樹木，周圍植被皆為草地，植被覆蓋度指數(shù)為64%。負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)儀的型號(hào)均為Epex200，計(jì)算負(fù)氧離子的方法為電容式吸入法，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間為1 min，監(jiān)測(cè)誤差≤±10%，遷移率≥0.4 cm2·Vs-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 空間分布

為了探究龍門縣負(fù)氧離子濃度的空間分布特征，圖1給出了南昆山、龍門氣象觀測(cè)基地和沈村3個(gè)監(jiān)測(cè)站2020年負(fù)氧離子濃度年均數(shù)據(jù)以及龍門縣全域的空間插值圖。對(duì)于3個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)而言，最大值出現(xiàn)在南昆山，年均值可達(dá)3 458 cm-3；其次為龍門氣象觀測(cè)基地，年均值為2 797 cm-3；最小值出現(xiàn)在沈村，年均值為2 713 cm-3。2020年龍門縣負(fù)氧離子濃度空間分布呈現(xiàn)西北向東南逐漸減少的趨勢(shì)。龍門縣負(fù)氧離子濃度空間分布呈現(xiàn)城市少，郊區(qū)、景區(qū)多的空間分布特征，這和以往研究結(jié)論是一致的［6-7，16］。

圖1 龍門負(fù)氧離子濃度空間分布（單位：cm-3）

2.2 時(shí)間變化

1）日變化。

為了探討龍門縣負(fù)氧離子濃度的時(shí)間變化特征，首先給出了龍門3個(gè)站點(diǎn)以及龍門全縣的負(fù)氧離子濃度的日變化曲線（圖2），從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，南昆山負(fù)氧離子濃度在3個(gè)站點(diǎn)中一直保持在最高水平且日較差較小，負(fù)氧離子濃度一直維持在3 400 cm-3以上，這應(yīng)該與站點(diǎn)布設(shè)在森林覆蓋率較高的區(qū)域有很大的關(guān)系。南昆山負(fù)氧離子濃度最低值出現(xiàn)在02：00（北京時(shí)，下同），為3 441 cm-3，南昆山每日負(fù)氧離子濃度最高為3 512 cm-3，出現(xiàn)在00：00；龍門氣象觀測(cè)基地的負(fù)氧離子濃度日變化大致呈現(xiàn)“一波一谷型”分布且日較差較大，最高濃度出現(xiàn)在02：00，達(dá)到3 000 cm-3，最低濃度為2 577 cm-3，出現(xiàn)在20：00，出現(xiàn)該狀況的原因可能是氣象觀測(cè)基地地表裸露，周圍無(wú)遮擋，所以負(fù)氧離子濃度變化較為明顯；沈村的負(fù)氧離子濃度日變化則呈“雙峰型”分布，第1個(gè)高峰出現(xiàn)在02：00，達(dá)到2 851 cm-3，第2高峰出現(xiàn)在09：00，達(dá)到2 742 cm-3，低值則在04：00—08：00之間出現(xiàn)，基本維持在2 654 cm-3左右。總的來(lái)看，龍門縣3個(gè)站點(diǎn)負(fù)氧離子均保持在較高水平，且日變化有著明顯的局地特征。

圖2 龍門各站點(diǎn)濃度日變化

2）月變化。

圖3給出了龍門3個(gè)站點(diǎn)和龍門全縣負(fù)氧離子濃度月變化分布，從圖3可以看出，龍門縣負(fù)氧離子年均濃度為2 989 cm-3，空氣中負(fù)氧離子濃度特別高，空氣特別清新［17］。濃度月變化呈春夏多、秋冬少的分布特點(diǎn)。6月的月均濃度最高，為3 927 cm-3；1月的月均濃度最低，為2 333 cm-3。各站點(diǎn)來(lái)看，南昆山負(fù)氧離子年均濃度最高，為3 458 cm-3，在3月出現(xiàn)負(fù)氧離子最高濃度（4 134 cm-3），最低濃度為2 472 cm-3，出現(xiàn)在12月；每月負(fù)氧離子濃度均超過(guò)2 400 cm-3。龍門氣象基地負(fù)氧離子年濃度次之，為2 797 cm-3，最低濃度出現(xiàn)在6月，為3 906 cm-3，最低濃度為1 713 cm-3，在1月出現(xiàn)；負(fù)氧離子月均濃度均超過(guò)1 500 cm-3；沈村負(fù)氧離子年均濃度較低，為2 713 cm-3，6月負(fù)氧離子處在較高水平，月均濃度可達(dá)4 271 cm-3，10月負(fù)氧離子濃度則較低，僅有2 315 cm-3；每月負(fù)氧離子濃度均超過(guò)2 300 cm-3。

圖3 龍門3個(gè)站點(diǎn)月均濃度分布及平均濃度的月變化

3 結(jié)論

1）龍門縣負(fù)氧離子濃度空間分布呈西北高、東南低的趨勢(shì)，西部南昆山景區(qū)濃度普遍大于城鎮(zhèn)。3個(gè)站點(diǎn)年平均濃度均超過(guò)2 500 cm-3，南昆山最高，年均高達(dá)3 458 cm-3；沈村最低，為2 713 cm-3；龍門氣象觀測(cè)基地則為2 797 cm-3，居于二者之間。

2）龍門縣3個(gè)站點(diǎn)的日變化特征具有局地特征，其中南昆山一直保持在較高濃度水平，龍門氣象觀測(cè)基地和沈村的負(fù)氧離子濃度日變化較為劇烈。

3）龍門縣負(fù)氧離子濃度月際變化呈春夏高、秋冬低的分布趨勢(shì)。夏季濃度最高，春季次之，秋季略低，冬季最低。從月份來(lái)看，6月最高（3 927 cm-3），1月最低（2 333 cm-3）。每個(gè)站點(diǎn)的最大、小值出現(xiàn)的月份略有不同，其中南昆山3月最高，12月最低；龍門氣象觀測(cè)基地6月最高，1月最低；沈村則是6月較高，10月較低。