傅 凡 趙彩君 孫玉紅 劉東駿 李彥民
隨著快速城市化的進(jìn)程,中國城市越來越受到環(huán)境問題的困擾,特別是以PM2.5為代表的空氣顆粒物污染問題,已經(jīng)逐漸成為最受社會(huì)關(guān)注的環(huán)境問題之一[1]。我國學(xué)者自1997年開始發(fā)表PM2.5期刊論文,至今成果已經(jīng)非常豐富。在Web of Science的搜索結(jié)果顯示,截至2012年2月,我國PM2.5論文發(fā)表數(shù)量居世界第二位,僅次于美國[2]。由于北京嚴(yán)重的PM2.5污染問題,相關(guān)論文不在少數(shù),包括北京大氣PM2.5的來源與空間分布、年均濃度變化、與氣候條件的關(guān)系等[3-6]。降減PM2.5顆粒物的主要方法有:1)減少PM2.5顆粒物排放及二次顆粒物的形成;2)通過吸附、重力過程干沉積;3)通過降水過程(雨雪)濕沉積;4)改善擴(kuò)散條件等。
園林綠地在降減PM2.5顆粒物方面有一定的作用。研究發(fā)現(xiàn),綠地率對(duì)PM2.5濃度變化有較大影響[7-8],不同類型的綠地和植物對(duì)PM2.5的降減作用不同[9-14]。有學(xué)者提出利用園林綠地防控PM2.5顆粒物的可行性[15-17],園林綠地可以通過直接或間接作用降減PM2.5顆粒物濃度。直接作用是通過植物葉片吸附、干沉積PM2.5顆粒物,阻滯PM2.5顆粒物擴(kuò)散。李延明、李新宇等對(duì)植物滯塵規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)[18-19],王國玉、白偉嵐等提出了不同綠地消減PM2.5的典型植物配置模式[20]。間接作用是通過園林綠地改善城市風(fēng)、熱環(huán)境從而加速PM2.5擴(kuò)散[21]或減少二次顆粒物的形成。北京[22]、武漢、南京、廣州等城市已經(jīng)或正在考慮規(guī)劃城市綠色通風(fēng)廊道,以吹散灰霾。但是,佟華等人的研究指出通風(fēng)廊道只對(duì)上風(fēng)方向的部分地區(qū)起作用,增加的城市中心的風(fēng)場(chǎng)輻合也會(huì)對(duì)溫度平流和污染輸送造成阻礙[23]。研究表明園林綠地具有降低溫度和形成小氣候的作用[24-26],而降低環(huán)境溫度可以減少顆粒物氣溶膠的形成[27],從而間接改善PM2.5濃度。本研究重點(diǎn)關(guān)注熱環(huán)境與PM2.5濃度之間的關(guān)系。
本研究以北京市玉淵潭公園為例,研究秋季北京園林綠地內(nèi)不同位置的溫、濕度及PM2.5顆粒物濃度變化,以及溫、濕度與PM2.5顆粒物濃度之間的關(guān)系。
圖1 玉淵潭公園站點(diǎn)分布圖(玉淵潭公園管理處提供)
圖2 管理處站點(diǎn)9—11月溫、濕度與PM2.5濃度
圖3 濕地站點(diǎn)9—11月溫、濕度與PM2.5濃度
圖4 中堤北口站點(diǎn)9—11月溫、濕度與PM2.5濃度
玉淵潭公園是北京市屬公園之一,位于西三環(huán)中路東側(cè),西鄰釣魚臺(tái)國賓館,南與中華世紀(jì)壇相接,是三環(huán)內(nèi)面積最大的一處公園綠地,總面積136.69hm2,其中水域面積61.47hm2,有植物近20萬株。玉淵潭公園場(chǎng)地平坦,地表類型、植被密度在不同區(qū)位存在差異,是進(jìn)行研究的良好場(chǎng)所。
圖5 園藝隊(duì)站點(diǎn)9—11月溫、濕度與PM2.5濃度
在研究方法上采用多點(diǎn)位同步數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)設(shè)備采用SUMIOT-WSD500WG25室外溫、濕度空氣顆粒物監(jiān)測(cè)儀,該儀器可以監(jiān)測(cè)溫度、濕度、PM1、PM2.5、PM10濃度等指標(biāo),并可全天候24h連續(xù)監(jiān)測(cè),具有數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確性高、即時(shí)查看的優(yōu)點(diǎn)。本次監(jiān)測(cè)僅記錄溫度、濕度、PM2.5顆粒物濃度,監(jiān)測(cè)周期為2017年9—11月,監(jiān)測(cè)頻率為每小時(shí)1次。
時(shí)光荏苒,二十二歲時(shí),青瓷簡(jiǎn)直美得驚心動(dòng)魄!可是這美并未給她帶來半點(diǎn)的好運(yùn),總有男人說喜歡她,總有男人想打她的主意,卻沒有一個(gè)男人上門提親說要娶她。是母親,連征得她同意都沒有,就擅自作了主,將她嫁給一個(gè)不知情的外地人。
根據(jù)地表、植被情況的不同,在玉淵潭公園設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖1),分別位于公園西北部的管理處,此處為玉淵潭公園管理處辦公樓和中國網(wǎng)絡(luò)電視臺(tái)辦公樓圍合的院落,地表以硬質(zhì)鋪裝為主,綠地可忽略不計(jì);公園北部的新建人工濕地景區(qū),此處地表中部以鋪裝和水體為主,外圍以綠地為主,郁閉度較高;公園中部的中堤北口毗鄰湖區(qū)開闊水體,地表為鋪裝,背側(cè)為綠地,郁閉度較低;東北部園藝班外,此處地表為疏林草地,郁閉度適中。由于公園南部植被郁閉度高,且人流干擾多,不易監(jiān)管,因此未設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
表1 9—11月4個(gè)站點(diǎn)溫度、濕度、PM2.5數(shù)據(jù)分析
表2 9—11月4個(gè)站點(diǎn)污染時(shí)間比例統(tǒng)計(jì)表
1)溫、濕度和PM2.5濃度匯總分析。
2017年9—11月,自然天數(shù)為91天,4個(gè)站點(diǎn)總計(jì)獲得有效數(shù)據(jù)8 489組。4個(gè)站點(diǎn)3個(gè)月的數(shù)據(jù)顯示溫度呈逐月下降趨勢(shì);濕度11月明顯低于9月,但受降雨影響10月濕度最高;PM2.5濃度波動(dòng)頻繁,包括了從優(yōu)到嚴(yán)重污染各等級(jí)的污染狀況,且嚴(yán)重污染時(shí)間逐月增加;微風(fēng)(3級(jí))及以上風(fēng)力對(duì)PM2.5濃度的降減作用非常顯著且快速,特別是PM2.5濃度大于100時(shí);由于秋季以陣雨、小雨為主,降雨對(duì)PM2.5濃度的減降作用不明顯(圖2~5)。
數(shù)據(jù)分析顯示,中堤北口站點(diǎn)3個(gè)月的平均溫度(16.5℃)最高,其次是管理處站點(diǎn)(16.0℃),園藝隊(duì)站點(diǎn)和濕地站點(diǎn)較低,分別為15.6℃和15.4℃,說明綠地具有降溫作用。中堤北口站點(diǎn)、園藝隊(duì)站點(diǎn)和濕地站點(diǎn)的平均濕度分別是74.5%、71.6%、70.1%,而管理處站點(diǎn)僅為49.4%,說明水體、綠地為主的環(huán)境濕度要高于鋪裝為主的環(huán)境。PM2.5濃度平均值降序排列為中堤北口站點(diǎn)(99.1)、園藝隊(duì)站點(diǎn)(98.5)、管理處站點(diǎn)(96.9)、濕地站點(diǎn)(93.6)(表1)。按照PM2.5污染等級(jí)劃分,濕地站點(diǎn)空氣質(zhì)量為優(yōu)的時(shí)數(shù)占比(43.1%)和優(yōu)、良總時(shí)數(shù)占比(59.7%)高于其他站點(diǎn);中度污染(10.8%)、重度污染(11.2%)和嚴(yán)重污染(2.2%)的時(shí)數(shù)占比均低于其他站點(diǎn)。中堤北口站點(diǎn)中度污染(11.2%)、重度污染(12.5%)和嚴(yán)重污染(3.5%)時(shí)數(shù)占比均超過其他3個(gè)站點(diǎn)(表2)。對(duì)于數(shù)據(jù)情況,可以做如下分析。(1)考慮三環(huán)路的機(jī)動(dòng)車排放和路面揚(yáng)塵是PM2.5的主要來源之一,中堤北口站點(diǎn)為開敞空間,與三環(huán)路之間缺少遮擋,且距離較近;其他3個(gè)站點(diǎn)與三環(huán)路之間都有建筑、樹木遮擋,特別是管理處站點(diǎn)雖然距三環(huán)路距離最近,且綠地率極低,但是由于與三環(huán)路之間為建筑群,其PM2.5情況(濃度、優(yōu)良時(shí)數(shù)占比、重度污染以上時(shí)數(shù)占比)好于中堤北口站點(diǎn)和園藝隊(duì)站點(diǎn),說明與污染源之間的隔離可能是減少PM2.5濃度的途徑之一。(2)溫度均值最低的濕地站點(diǎn)PM2.5濃度均值最低,優(yōu)良時(shí)數(shù)占比最高,重度污染以上時(shí)數(shù)占比也最低;溫度均值最高的中堤北口站點(diǎn)PM2.5濃度均值最高,重度污染以上時(shí)數(shù)占比也最高,但優(yōu)良時(shí)數(shù)占比次低。說明排除綠地率可忽略不計(jì)的管理處站點(diǎn),溫度高的站點(diǎn)PM2.5情況較差,溫度低的站點(diǎn)PM2.5情況較好。(3)從濕度看,均值最高的中堤北口站點(diǎn)PM2.5濃度均值最高,重度污染以上時(shí)數(shù)占比最高,優(yōu)良時(shí)數(shù)占比次低;均值次高的園藝隊(duì)站點(diǎn)PM2.5濃度均值次高,重度污染以上時(shí)數(shù)占比次高,優(yōu)良時(shí)數(shù)占比最低;均值最低的管理處站點(diǎn)PM2.5濃度均值次低,重度污染以上時(shí)數(shù)占比次低,優(yōu)、良時(shí)數(shù)占比次高。說明排除管理處站點(diǎn),濕度高的站點(diǎn)PM2.5情況較差,濕度低的站點(diǎn)PM2.5情況較好(表1、2)。
2)溫、濕度和PM2.5濃度的相關(guān)性分析。
為提升分析結(jié)果的可靠性,減少誤差,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化,排除微風(fēng)(3~4級(jí))以上風(fēng)力和降雨對(duì)PM2.5顆粒物的影響,去掉31天微風(fēng)以上風(fēng)力和降雨天的數(shù)據(jù),最終得到5 572組小時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行溫、濕度和PM2.5濃度的相關(guān)性和日變化分析。
結(jié)果顯示,溫度與PM2.5濃度呈極弱負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.01;濕度與PM2.5濃度為中度正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.52。 在分站點(diǎn)實(shí)時(shí)值的相關(guān)性分析中,各站點(diǎn)濕度與PM2.5濃度的相關(guān)性均高于4個(gè)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)平均值,其中最高的是濕地和中堤北口站點(diǎn),中度相關(guān),相關(guān)系數(shù)是0.58。各站點(diǎn)溫度與PM2.5濃度的相關(guān)性極弱(表3)。
不同溫度條件下的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),濕度與PM2.5濃度的相關(guān)性在不同溫度區(qū)間呈現(xiàn)較大差異,當(dāng)溫度≤0℃和≥30.1℃時(shí),濕度與PM2.5濃度呈高度正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別是0.94、0.82。但溫度≤0℃區(qū)間的數(shù)據(jù)只有63組,需要采集更多數(shù)據(jù)以進(jìn)一步檢驗(yàn);其次是20.1~30℃區(qū)間,濕度與PM2.5濃度中度正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.66;0.1~10℃和10.1~20℃區(qū)間濕度與PM2.5濃度的相關(guān)性均為低度,相關(guān)系數(shù)分別是0.44和0.40??傮w來看,溫度超過20.1℃,尤其是超過30.1℃和低于0℃的情況下,濕度與PM2.5濃度的相關(guān)性較強(qiáng)(表4)。溫度是變化規(guī)律最恒定的氣象要素,不同溫度情況下,溫、濕度與PM2.5相關(guān)性的研究旨在為將來不同季節(jié)溫、濕度與PM2.5相關(guān)性研究提供支撐。
表3 4個(gè)站點(diǎn)溫、濕度與PM2.5濃度相關(guān)性分析
表4 4個(gè)站點(diǎn)不同溫度條件下溫、濕度與PM2.5濃度相關(guān)性分析
表5 日均溫、濕度與PM2.5濃度相關(guān)性
3)溫、濕度和PM2.5濃度日變化分析。
?王紹媛、劉政:《國際投資協(xié)定中的競(jìng)爭(zhēng)中立規(guī)則審視》,《哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》(社會(huì)科學(xué)版)2018年第5期。
9—11月4個(gè)站點(diǎn)溫度日變化均呈現(xiàn)“一谷一峰”模式(圖6)。6:00溫度最低,隨后溫度開始升高,13:00—16:00達(dá)到峰值,此后逐漸降低。日最高溫度峰值從高到低依次為中堤北口站點(diǎn)(22.1℃)、濕地站點(diǎn)(21.0℃)、管理處站點(diǎn)(20.5℃)、園藝隊(duì)站點(diǎn)(20.1℃);最高溫度出現(xiàn)時(shí)間集中在園藝隊(duì)站點(diǎn)(13:00)、濕地站點(diǎn)(14:00)、管理處站點(diǎn)(15:00)、中堤北口站點(diǎn)(16:00)。最低溫度值從低到高依次為濕地站點(diǎn)(11.7℃)、園藝隊(duì)站點(diǎn)(11.7℃)、管理處站點(diǎn)(12.8℃)、中堤北口站點(diǎn)(13.0℃)。
圖6 9—11月各站點(diǎn)溫度日均變化圖
圖7 9—11月各站點(diǎn)濕度日均變化圖
圖8 9—11月各站點(diǎn)PM2.5濃度日均變化
4個(gè)站點(diǎn)濕度日變化呈現(xiàn)出與溫度相反的“一峰一谷”模式(圖7)。濕度最高值均出現(xiàn)在5:00—7:00,隨后濕度開始降低,在14:00—15:00達(dá)到谷值,此后逐漸升高。濕度峰值從高到低依次為中堤北口站點(diǎn)(87.4%)、濕地站點(diǎn)(85.4%)、園藝隊(duì)站點(diǎn)(85.2%)、管理處站點(diǎn)(60.0%)。濕度谷值降序排列依次為中堤北口站點(diǎn)(60.4%),其次是園藝隊(duì)站點(diǎn)(56.4%)、濕地站點(diǎn)(54.4%)、管理處站點(diǎn)(37.9%)。中堤北口站點(diǎn)全天的濕度均高于其他3個(gè)站點(diǎn),而管理處站點(diǎn)則顯著低于其他3個(gè)站點(diǎn)。
PM2.5濃度的日變化顯示白天污染程度較低,而夜晚污染程度較高(圖8)。日波動(dòng)呈現(xiàn)“一峰一谷”模式,4個(gè)站點(diǎn)0:00—6:00間,PM2.5濃度呈現(xiàn)波動(dòng),但趨勢(shì)不明顯,從6:00開始波動(dòng)式緩慢下降,直至15:00左右達(dá)到谷值,隨后伴隨溫度的降低和濕度的提升,PM2.5濃度開始上升,在22:00—23:00達(dá)到最高峰值。23:00—0:00之間數(shù)據(jù)缺乏連續(xù)性,原因是排除微風(fēng)及以上天數(shù)和降雨天后,作為數(shù)據(jù)分析的天數(shù)據(jù)之間存在間斷和不連續(xù)性。需要注意的是,在13:00左右有一次小的上升,形成一個(gè)小峰值。
從4個(gè)站點(diǎn)比較來看,濕地站點(diǎn)全天的PM2.5濃度均低于其他3個(gè)站點(diǎn),中堤北口站點(diǎn)、園藝隊(duì)站點(diǎn)和管理處站點(diǎn)平均每小時(shí)比濕地站點(diǎn)PM2.5濃度高5.9、4.9、3.7??傮w而言,排除管理處站點(diǎn),溫度和濕度均值最高的中堤北口站點(diǎn)PM2.5濃度均值最高,溫度和濕度均值最低的濕地站點(diǎn)PM2.5濃度均值最低。
利用日變化分析中的逐時(shí)平均值計(jì)算溫度、濕度與PM2.5濃度的相關(guān)性發(fā)現(xiàn),溫度、濕度與PM2.5濃度全天相關(guān)性均為低度,溫度為負(fù)相關(guān),濕度為正相關(guān);就分時(shí)段來看,15:00—23:00時(shí)段溫、濕度與PM2.5濃度相關(guān)性最高,溫度與PM2.5濃度為高度負(fù)相關(guān),濕度為中度正相關(guān);其次是6:00—15:00時(shí)段,溫度與PM2.5濃度為中度負(fù)相關(guān),濕度依然為中度正相關(guān);相關(guān)性最低的0:00—6:00段,溫、濕度與PM2.5濃度均為弱正相關(guān)。
經(jīng)過分析研究可以得出以下結(jié)論:1)秋季微風(fēng)(3級(jí))及以上風(fēng)力對(duì)PM2.5濃度的減降作用顯著且快速,特別是PM2.5濃度大于100時(shí),說明擴(kuò)散是降減PM2.5濃度的有效手段;2)秋季降雨對(duì)PM2.5濃度的減降作用不明顯;3)整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi),濕度與PM2.5濃度為中度正相關(guān);4)不同溫度區(qū)間濕度與PM2.5濃度的相關(guān)性差異大,≤0℃和≥30.1℃區(qū)間相關(guān)度高;5)不同站點(diǎn)間比較,在站點(diǎn)具有一定的綠地率的前提下,溫度高的站點(diǎn)PM2.5情況(濃度、優(yōu)良時(shí)數(shù)占比、重度污染以上時(shí)數(shù)占比)差,溫度低的站點(diǎn)PM2.5情況好;6)秋季PM2.5濃度在一天中的波動(dòng)也呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,夜晚高于白天,15:00—23:00時(shí)段溫、濕度與PM2.5濃度相關(guān)性最高,溫度與PM2.5濃度為高度負(fù)相關(guān),濕度為中度正相關(guān);7)與污染源之間的有效隔擋是減少PM2.5污染的手段之一。
由于PM2.5顆粒物來源、成分、成因復(fù)雜,影響因素廣泛,后續(xù)還需要持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析,才能進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)溫、濕度與PM2.5濃度之間的關(guān)系。
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