武純羽 吳昊錦

摘 ?要：隨著城市規(guī)模的增加，越來越多人關(guān)注空氣質(zhì)量。而相關(guān)城市規(guī)劃者越來越注重打造宜居城市的優(yōu)良環(huán)境。在此背景下，實(shí)驗(yàn)利用2013年和2017年氣象數(shù)據(jù)結(jié)合相關(guān)探究及調(diào)查模擬實(shí)驗(yàn)，旨在分析小范圍大區(qū)域的雨雪及植被特征等因素對(duì)空氣質(zhì)量的緩解作用，從而指導(dǎo)城市的宏觀調(diào)控。實(shí)驗(yàn)1表明，2013年10月平均PM2.5、PM10及AQI指數(shù)高于250，而2017年10月平均低于150，表明4年的連續(xù)城市調(diào)控卓有成效。實(shí)驗(yàn)2表明，日常雨雪可迅速改善城市空氣質(zhì)量，且在6h內(nèi)讓空氣質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良，表明日常路面及植被噴灑水是有一定科學(xué)原理的。實(shí)驗(yàn)3的調(diào)查研究表明，小范圍的植被差異對(duì)溫度、濕度、噪音及空氣塵埃的調(diào)控和過濾效果不同，植被的多少起著非常重要的角色。實(shí)驗(yàn)4的大范圍定位監(jiān)測(cè)表明，大區(qū)域溫度和濕度的差異及溫室氣體決定于植被的豐富度。通過一系列實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)為，2013年和2017年西安市空氣質(zhì)量的改善，決定于4年內(nèi)城市規(guī)劃者對(duì)不同區(qū)域植被面積、養(yǎng)護(hù)、日常噴灑水等方面的宏觀調(diào)控。

關(guān)鍵詞：西安市 ?城市生態(tài)系統(tǒng) ?空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI） ?人類活動(dòng)

中圖分類號(hào)：X51 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）06（b）-0048-03

1 ?引言

城市空氣質(zhì)量的特征反映了空氣污染程度，它是依據(jù)空氣中污染物濃度的高低來判斷的?？諝馕廴臼且粋€(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象，在特定時(shí)間和地點(diǎn)空氣污染物濃度受到許多因素影響。來自固定和流動(dòng)污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質(zhì)量的最主要因素之一，其中包括城市車輛的尾氣、工業(yè)生產(chǎn)排放、居民生活等，城市的發(fā)展密度、植被等是調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量的重要因素。

1.1 空氣污染物

空氣污染物有：煙塵、總懸浮顆粒物、可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、揮發(fā)性有機(jī)化合物等?？諝馕廴驹匆部煞譃樽匀坏暮腿藶榈膬纱箢悾ㄉ蛐掠碌?，2019）。

1.2 我國(guó)城市空氣質(zhì)量

2012年，325個(gè)地級(jí)及以上城市按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012），達(dá)標(biāo)城市比例僅為40.9%;113個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)城市比例為88.5%，按環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，達(dá)標(biāo)城市比例僅為23.9%。

1.3 空氣污染案列

據(jù)西安市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2013年10月空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）基本徘徊在250左右，達(dá)到重度污染水平而同時(shí)期呼吸道發(fā)病率急劇上升。

1.4 空氣污染指數(shù)

空氣污染指數(shù)是一種反映和評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量的方法，就是將常規(guī)監(jiān)測(cè)的幾種空氣污染物的濃度簡(jiǎn)化成為單一的概念性數(shù)值形式，并分級(jí)表征空氣質(zhì)量狀況與空氣污染的程度。

我國(guó)當(dāng)前采用的空氣污染指數(shù)（AQI）分為五級(jí)：AQI值小于等于50，空氣質(zhì)量?jī)?yōu);AQI值大于50且小于等于100，空氣質(zhì)量良;AQI值大于100且小于等于200，空氣輕度污染;AQI值大于200，空氣質(zhì)量較差;超過國(guó)家空氣質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，一定時(shí)間接觸后，對(duì)人體危害較大（李賓等，2018）。

1.5 研究進(jìn)展

關(guān)于空氣污染等方面研究表明西安空氣質(zhì)量有著明顯的季節(jié)變化特征，并且夏季優(yōu)于冬季，介紹了西安地區(qū)清潔能源的使用情況，在此基礎(chǔ)上提出了西安市大氣環(huán)境質(zhì)量改善措施（張建濤等，2003）。而張國(guó)勛（2003）及肖以華等（2011）和陳添探究了氣象因素和植被對(duì)地區(qū)空氣質(zhì)量的調(diào)節(jié)作用，而張艷2010年通過探究區(qū)域大氣波動(dòng)探究其對(duì)上海市空氣質(zhì)量影響特定，而陳添（2008）和劉?。?009）在此基礎(chǔ)上結(jié)合極端空氣現(xiàn)象霧霾，來探究霧霾天氣對(duì)區(qū)域空氣質(zhì)量的影響特點(diǎn)。基于此，我們?cè)诳偨Y(jié)前人研究的基礎(chǔ)上來探究西安城市生態(tài)系統(tǒng)空氣質(zhì)量波動(dòng)特征及政府宏觀調(diào)控的效果與原理。

2 ?材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

西安，古稱長(zhǎng)安，舉世聞名的世界四大古都之一。在此，定位西安，連續(xù)開展4個(gè)實(shí)驗(yàn)，旨在找到近幾年西安市的空氣質(zhì)量變化及相關(guān)城市管理者的相關(guān)措施，展現(xiàn)大西安建設(shè)背后的藍(lán)天工程。

實(shí)驗(yàn)1：通過連續(xù)觀測(cè)西安市2013年10月、2017年10月每天9點(diǎn)的空氣質(zhì)量，對(duì)西安城市空氣質(zhì)量波動(dòng)特征進(jìn)行探究。

實(shí)驗(yàn)2：調(diào)查雨雪對(duì)空氣質(zhì)量的調(diào)控作用。

實(shí)驗(yàn)3：探究小范圍內(nèi)（一個(gè)小區(qū)內(nèi)）植被差異對(duì)溫度、濕度、噪音及塵埃的過濾和調(diào)控。

實(shí)驗(yàn)4：調(diào)查并探究大區(qū)域范圍（西安市范圍內(nèi)，選取4個(gè)不同的區(qū)域）植被差異對(duì)溫度、濕度及溫室氣體的調(diào)節(jié)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析

通過中國(guó)氣象局、中國(guó)天氣網(wǎng)、中國(guó)氣象頻道軟件公布的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行2013和2017年10月西安市的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)獲取，并對(duì)其空氣質(zhì)量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

通過Microsoft Excel軟件進(jìn)行西安市的空氣質(zhì)量原始數(shù)據(jù)的記錄，并利用Microsoft Excel和Sigma plot軟件進(jìn)行相關(guān)圖標(biāo)的制作與分析。

3 ?結(jié)果與分析

3.1 西安城市生態(tài)系統(tǒng)空氣質(zhì)量月波動(dòng)特征

通過收集2013年10月的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)空氣特征處于上升趨勢(shì)，更多達(dá)到并超過了中度或重度污染天氣的指標(biāo)（見圖1）。

2017年10月，我們通過隨機(jī)選擇十幾天進(jìn)行空氣質(zhì)量的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)過渡秋季進(jìn)入冬季的10月，空氣質(zhì)量達(dá)到良或者輕度污染的天數(shù)較多，中度和重度污染的天數(shù)非常少見。

2013和2017年10月份空氣質(zhì)量發(fā)生了特別大的良性變化，近期我們也發(fā)現(xiàn)西安市優(yōu)良天氣的天數(shù)是越來越多，在此，我們也發(fā)現(xiàn)政府和組織在植物綠化、市政噴灑水的措施、市政改造、工地建設(shè)方面都有明顯的改進(jìn)。我們將通過以下模擬實(shí)驗(yàn)和調(diào)查研究旨在找到相關(guān)城市規(guī)劃和植物在調(diào)節(jié)地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)空氣質(zhì)量方面的科學(xué)原理，讓更多的人明白綠化城市，改善空氣質(zhì)量舉措背后的科學(xué)原理（見圖2）。

3.2 降雨對(duì)空氣質(zhì)量的調(diào)節(jié)

通過冬季特有降雪天氣的調(diào)查與分析發(fā)現(xiàn)：降雪能夠快速降低AQI、PM10及PM2.5等空氣中懸浮的微小顆粒，而對(duì)于溫室氣體等基本沒有影響。

3.3 探究植被對(duì)降噪濕度空氣過濾的作用

通過不同植被對(duì)同種聲音在相同距離內(nèi)測(cè)定的聲音分貝數(shù)值，我們通過3處測(cè)定，發(fā)現(xiàn)無植物情況下，同一聲源在相同距離內(nèi)（10m）分貝平均值是79;少量灌木過濾下，平均值是62;大量植物過濾下43。

3.4 植物過濾空氣顆粒（沙土及粉塵）的作用

通過人工降雨活動(dòng)探究植物對(duì)砂石顆粒的過濾過程，我們發(fā)現(xiàn)干燥的植物對(duì)于空氣中的大型顆粒的過濾率徘徊在60%左右，而降雨后植物對(duì)空氣大型顆粒的過濾達(dá)到85%以上，這個(gè)也表明城市市政周期性的灑水功能能夠使周邊空氣得到較高的改善。

3.5 不同植被類型對(duì)溫度濕度的調(diào)節(jié)

通過對(duì)水泥地、裸地（無植物）、草坪、灌木叢對(duì)不同區(qū)域溫度、濕度的探究，我們發(fā)現(xiàn)，隨著植物的增多，溫度在大幅度降低，濕度在大幅度的增加;也表明，城市綠化面積越大，社區(qū)區(qū)域綠化面積越大，地區(qū)的溫度相對(duì)越低，濕度相對(duì)越高，體現(xiàn)出植物能夠?qū)Φ貐^(qū)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控能力是隨著植物的數(shù)量和種類的增多而增強(qiáng)。

3.6 探究植被對(duì)大區(qū)域溫度及溫室氣體等的影響

通過對(duì)西安市地區(qū)的研究和對(duì)區(qū)域的選擇，我們根據(jù)植物多少、人口分布等特征選擇了市中心鐘樓、二環(huán)區(qū)域、三環(huán)區(qū)域及郊區(qū)秦嶺腳下4個(gè)區(qū)域，通過調(diào)查區(qū)域的溫度、濕度及二氧化碳的排放量，研究大區(qū)域下植物的調(diào)節(jié)能力。研究表明：大區(qū)域下植物也具有非常強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力，隨著人口從市中心到郊區(qū)的減少，植物的增加，同一時(shí)間，溫度越來越低，濕度越來越大，相關(guān)溫度的差值竟然超過了5℃，濕度也突破了5個(gè)百分點(diǎn)，二氧化碳的濃度降幅超過了30%，這些數(shù)據(jù)都揭示了植物數(shù)量和種類的增多對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)具有非常大的調(diào)節(jié)能力。

4 ?討論與結(jié)論

4.1 西安市空氣質(zhì)量波動(dòng)特征及原因

2013年10月平均空氣指數(shù)中PM2.5、PM10及AQI呈上升趨勢(shì)，2013和2017年統(tǒng)一月份空氣質(zhì)量發(fā)生了特別大的變化，近期我們也發(fā)現(xiàn)西安市優(yōu)良天氣的天數(shù)是越來越多，在此，我們也發(fā)現(xiàn)政府和組織在植物綠化、市政噴灑水的措施、市政改造、工地建設(shè)方面都有明顯的改進(jìn)。

隨后也發(fā)現(xiàn)了冬季雨雪天氣能夠在短期內(nèi)降低空氣中懸浮顆粒從而能在降雪24h后快速凈化空氣。

4.2 模擬實(shí)驗(yàn)表明

通過不同植被對(duì)同種聲音在相同距離內(nèi)測(cè)定的聲音分貝數(shù)值，我們通過3處測(cè)定，發(fā)現(xiàn)無植物情況下，同一聲源在相同距離內(nèi)（10m）分貝平均值是79;少量灌木過濾下，平均值是62;大量植物過濾下43。

通過人工降雨活動(dòng)探究植物對(duì)砂石顆粒的過濾過程，我們發(fā)現(xiàn)干燥的植物對(duì)于空氣中的大型顆粒的過濾率徘徊在60%左右，而降雨后植物對(duì)空氣大型顆粒的過濾達(dá)到85%以上，這個(gè)也表明城市市政周期性的灑水功能能夠?qū)χ苓吙諝獾玫捷^高的改善。

通過對(duì)水泥地、裸地（無植物）、草坪、灌木叢對(duì)不同區(qū)域溫度、濕度的探究，我們發(fā)現(xiàn)隨著植物的增多，溫度在大幅度降低，濕度在大幅度的增加。這個(gè)也表明：城市綠化面積越大，社區(qū)區(qū)域綠化面積越大，地區(qū)的溫度相對(duì)越低，濕度相對(duì)越高，體現(xiàn)出植物能夠?qū)Φ貐^(qū)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控能力是隨著植物的數(shù)量和種類的增多而增強(qiáng)。

研究表明：大區(qū)域下植物也具有非常強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力，隨著人口從市中心到郊區(qū)的減少，植物的增加，同一時(shí)間，溫度越來越低，濕度越來越大，相關(guān)溫度的差值竟然超過了5℃，濕度也突破了5個(gè)百分點(diǎn)，二氧化碳的濃度降幅超過了30%，這些數(shù)據(jù)都揭示了植物數(shù)量和種類的增多對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)具有非常大的調(diào)節(jié)能力。

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