城市森林公园空气负离子浓度与气象因子的相关性1)

2016-08-18王非李冰周蕴薇

东北林业大学学报 2016年2期

关键词：湿球温度负离子露点

王非　李冰　周蕴薇

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

城市森林公园空气负离子浓度与气象因子的相关性1)

王非李冰周蕴薇

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

在位于哈尔滨市市区的黑龙江省森林植物园内，于2014年7、10月份选择晴朗的天气定位、同步测定距地面0.8 m处的空气负离子浓度、风速、温度、相对湿度、气压、风寒、露点温度、湿球温度、PM2.5、光照强度，分析不同月份负离子浓度和各气象因素的相关性、负离子浓度和相关性显著的各因素之间的关系，并对和负离子有显著相关性的因子与负离子进行多元回归分析。结果表明：研究区内，空气负离子浓度和各气象因子的相关关系会随着时间发生变化。7月份，负离子浓度和露点温度呈极显著正相关、和PM2.5呈极显著负相关、和湿球温度呈显著正相关，负离子浓度和风速、温度、风寒、相对湿度、压强、光照强度无明显相关关系。10月份，负离子浓度和相对湿度、露点温度、湿球温度呈极显著负相关关系，负离子浓度和压强呈极显著正相关关系，负离子浓度和温度、风寒呈显著负相关关系，负离子浓度和风速、PM2.5、光照强度无明显相关关系。7月份负离子浓度和PM2.5相关性最强，10月份负离子浓度和压强的相关性最强。

黑龙江省森林植物园；空气负离子；气象因子；城市环境

In the Heilongjiang Forest Botanical Garden of urban area of Harbin, in July and October 2014, we chose the sunny weather and the range of ground 0.8 m place to measure the negative air ion concentration, wind speed, temperature, relative humidity, air pressure, wind and cold, dew point temperature, wet ball temperature, PM2.5, and light intensity. We analyzed the relationship between different season anion concentrations and meteorological factors of relevance, and the relationship between anion concentrations and the factor with significant correlation. We used multiple regression analysis with negative ions and the anion with significant correlation factor. The concentration in the study area and the correlation various meteorol-ogical factors changed with seasons. In July, the negative air ion concentration was correlated significantly and positively with dew point temperature and wet bulb temperature, while negatively with dust PM2.5, but was not correlated with wind speed, temperature, wind chill, relative humidity, pressure and light intensity. In October, the negative ion concentration had extremely significant negative correlation with relative humidity, dew point temperature and wet bulb temperature, and it had extremely significant positive correlation with pressure. It was significantly correlated with temperature and wind chill, and it had no obvious correlation with wind speed, dust PM2.5and light intensity. The concentration of negative ions and PM2.5were most relevant in July, and the concentration of negative ions and the pressure were the most relevant in October.

当今社会环境问题日益引起人们关注，作为评价空气清洁度的重要指标，被誉为“环境警察”的空气负离子浓度(Negative Air Ion Concentration，NAIC以下简称为负离子)更是备受重视。许多研究者在探索负离子和各因素的关系，如：风速、温度、相对湿度、光照、粉尘等对负离子浓度的影响和相关关系，但各自的观点却有所不同[1-14]。关于各因素和负离子相关关系的研究结果也都类似，这是因为各研究对象所处地域不同，所以测得各因素和负离子浓度的相关关系的结论也有所不同。目前，对城市内部的森林植物园的这方面的研究较少，本研究选取位于哈尔滨市内的黑龙江省森林植物园为研究区，探索该环境下各个环境因素与负离子浓度的相关关系，旨在为今后城市环境特征的进一步研究提供参考。

1　研究区概况

研究点位于黑龙江省森林植物园内(见表1)。黑龙江省森林植物园，是位于黑龙江省哈尔滨市香坊区内部的森林公园，哈尔滨市(125°42′～130°10′E，44°04′～46°40′N)位于中国东北地区。受季风辐合带季风环流系统影响，属于中温带大陆性季风气候，四季分明，年平均气温为2.5～4.3 ℃，年均降水量400～650 mm。黑龙江省森林植物园始建于1958年，占地面积136 km2。黑龙江省森林植物园由苗圃演变而来，因而树木种植规整，除个别补植树木外树龄基本为58 a，且植物园内养护管理得当，使这里的林带皆长势良好，生活力良好。

表1　样地基本特征

2　研究方法

在黑龙江省森林植物园内，检测时间为2014年7、10月份，选择晴朗的天气测量。从上午8:00—18:00，每隔2 h定点、同步测定距地面0.8 m处的空气负离子浓度、风速、温度、相对湿度、气压、风寒、露点温度、湿球温度、PM2.5、光照强度，每月测定9 d。用经过统一校正过的美国ALPHALAB INC空气负离子检测仪(AIR ION COUNTER AIC-2M(AIC-1000))，又称AIC-2M空气负离子检测仪(测量范围10～2×106个/cm3)对环境内空气负离子进行测量，每次观测待仪器稳定后按东、南、西、北4个方向读数，每个方向取1 min数据为该方向负离子浓度，取4个方向的平均值为此观测点的观测值。同时用keterl4500手持式风速风向气象仪同步测定风速、温度、相对湿度、气压、风寒、露点温度、湿球温度。用美国TSI AM 510便捷式防爆粉尘仪同步检测PM2.5质量浓度、用照度计TES 1339同步测定光强。运用Excel2003进行数据初步整理和处理，再导入SPSS19.0，首先做相关性分析，得出不同月份负离子浓度和各气象因素的相关性；然后将和负离子浓度相关性显著的因素与负离子浓度做一元回归，求得负离子浓度和相关性显著的各因素两者之间的线性关系；最后做多元回归，得出和负离子浓度最为相关的因素并形成方程。

3　结果与分析

3.1负离子浓度和各气象因素的相关关系

由表2可见：7月份，负离子浓度和PM2.5呈极显著的负相关、和露点温度呈极显著正相关；负离子浓度和湿球温度呈显著正相关；负离子浓度和风速、温度、风寒、相对湿度、压强、光照强度相关性不显著。10月份，负离子浓度和相对湿度、露点温度、湿球温度均呈极显著负相关，负离子浓度和压强呈极显著正相关；负离子浓度和温度、风寒呈显著负相关；负离子浓度和风速、PM2.5、光照强度相关性不显著。10月份的气象因素对负离子浓度的影响比7月份的强，这是因为随着植物园从7月份到10月份，植物的生命力减弱，对环境的作用减弱，环境内各气象因素变化作用变强，所以气象因子对负离子浓度影响作用加强。

表2　空气负离子浓度和各气象因素的相关性

注：*表示在置信度(双侧)为0.05时相关性显著；** 表示在置信度(双侧)为0.01时相关性显著；-表示负相。

3.2负离子浓度和与其相关性显著气象因素的一元回归

将表2中7月份的各个和负离子浓度显著相关的因素，分别与负离子浓度做一元回归分析，结果表明：

负离子浓度(n)和PM2.5质量浓度(ρP)的回归方程为n=220.721-146.654ρP(R2=0.095、F=11.114、p=0.001)，这是因为负离子会撞击拦截、静电吸引PM2.5，促使其沉降，所以负离子浓度和PM2.5有显著的负相关。

负离子浓度(n)和露点温度(tl)的回归方程为n=-43.707+12.275tl(R2=0.072、F=8.196、p=0.005)，这是随着露点温度的升高，水分越难凝结，无法吸附负离子使其沉降，所以当露点温度越高，负离子浓度越高。

负离子浓度(n)和湿球温度(ts)的回归方程n=-69.408+12.233ts(R2=0.051、F=5.706、P=0.019)，负离子浓度和湿球温度呈显著正相关，这主要是由于7月份随着温度湿度同步增加，空气中负离子的动能逐步增加、且其寿命延长，促使负离子浓度逐步升高。

将表2中10月份的各个和负离子浓度显著相关的因素，分别与负离子浓度做一元回归分析，结果表明：

负离子浓度(n)和相对湿度(Hr)的回归方程为n=282.551-1.479Hr(R2=0.116、F=13.915、p=0)，这是由于湿度变大相应的污染物随之进入空气的变多，和负离子发生沉降的变多，导致负离子浓度降低。

负离子浓度(n)和露点温度(tl)的回归方程为n=225.286-2.974tl(R2=0.120、F=14.435、P=0)，这是当露点温度越低，空气中水汽越容易凝结出来，可以沉降更多的污染物，空气负离子浓度越高。

负离子浓度(n)和湿球温度(ts)的回归方程为n=242.757-3.317ts(R2=0.085、F=9.834、P=0.002)，这主要是由于湿球温度越高，水分越难凝结，污染物越难随水分子凝结沉降，负离子浓度越低。

负离子浓度(n)和压强(p)的回归为n=4.688p-4 484.114(R2=0.162、F=20.557、P=0)，这是由于随着气压的升高，空气湍流运动变强，空气中污染物散去速度加快，空气中粒子摩擦加强，使空气负离子浓度变大。

负离子浓度(n)和温度(t)的回归方程为n=242.257-2.296t(R2=0.044、F=4.860、P=0.030)，说明在城市内部，因为秋季污染加剧，温度升高将促使更多的污染物的运动，致使负离子更多的和污染物吸附、沉降，导致负离子浓度降低。

负离子浓度(n)和风寒(tf)的回归方程为n=234.890-1.982tf(R2=0.047、F=5.183、P=0.025)，这是因为当温度越低风速越大的时候，污染物越不容易被蒸发到空气中，且空气中已有的污染物散去的较快，负离子浓度越大。

3.3负离子浓度和相关性显著气象因素的多元回归

将7月份和负离子浓度相关性显著的气象因素(PM2.5、露点温度、湿球温度)与负离子浓度进行多元回归分析，经回归拟合优度检验、回归方程的显著性检验表明：露点温度、湿球温度2个气象因素不能进入方程，只有PM2.5这一变量被引入，多元回归的结果与上述一元回归结果一致，且成立。

将10月份和负离子浓度有显著相关性的气象因素(温度、风寒、相对湿度、露点温度、湿球温度、压强)与负离子浓度进行多元回归分析，经回归拟合优度检验、回归方程的显著性检验表明：温度、风寒、相对湿度、露点温度、湿球温度5个气象因素不能进入方程，仅有压强这一变量被引入，多元回归结果与上述一元回归结果完全一致，且成立。

7、10月份的空气负离子浓度的主要影响因素不同，在7月份主要的影响因素是PM2.5，在10月份则主要是由气压影响。这是因为在7月份植物生命较旺盛，植物园内各气象因素相对较为稳定，PM2.5的变化对负离子浓度的影响较为明显；进入10月份，植物生命力减弱，雾霾情况加重，污染物的消散程度、气压的强度成为对负离子浓度产生主要影响的因素。

4　结论与讨论

在黑龙江省森林植物园内，空气负离子浓度与各个气象因素的相关性，在不同月份有差异，其中：负离子浓度和风速、光照强度，在7、10月份的相关性均不显著。7月份，负离子浓度和PM2.5呈极显著的负相关；10月份，负离子浓度和PM2.5的相关性则不显著。7月份，负离子浓度和露点温度呈极显著正相关；10月份，负离子浓度和露点温度则呈极显著负相关。7月份，负离子浓度和湿球温度呈现显著正相关；10月份，负离子浓度和湿球温度则为极显著负相关。7月份，负离子浓度和温度、风寒相关性不显著；但10月份，负离子浓度和温度、风寒却显著负相关。7月份时，负离子浓度和相对湿度、压强相关性不显著；但10月份，负离子浓度和相对湿度、压强却呈极显著负相关。7月份，PM2.5与负离子浓度相关性最强；10月份，气压与负离子浓度相关性最强。

在黑龙省森林植物园内，空气负离子浓度与各气象因素的相关关系，在7月份和10月份会具有较大差异，这与朱春阳等[11]的研究结论类似。这是因为植物对环境的作用，会随着季节的变化而变化，从7月份到10月份，植物生命活动减弱，加之伴随秋季的到来，烧荒、供暖等人类活动加剧，导致空气污染较为严重，植物所产生的作用由强至弱，各环境因素对负离子浓度的影响由弱到强，所以导致很多气象因素在7、10月份与负离子浓度的影响作用不同，产生不同的相关关系。在7月份，植物的生命活动较强，对环境的作用较强，使空间内各气象因素相对较稳定，变化较小，对负离子变化产生的影响作用较小，相关性不显著；而进入10月份，植物生命活动变弱，对空间内各气象因素的稳定作用减小，因而空间内各气象因素变化增强，使其对负离子浓度的影响加强，相关性逐步显著。且由于空气负离子的寿命非常短暂，在林区、海滨等地寿命会有所延长，长达几分钟；但是，在人口相对集中的城市内部，可能仅仅有几秒钟的时间。在人口密集，废气、尘埃、各种微粒组成的气溶胶等污染物含量较高的城市内部，空气中的小离子附加到污染物上，小离子浓度迅速降低，负离子浓度相对减小[15]。朱春阳[11]的研究是在北京西四环的带状绿地研究小尺度的样地进行，而本研究是在城市内部的森林植物园进行，研究环境存在巨大差异，负离子受到周边环境影响，更替速度很快，所以本研究与朱春阳[11]在夏、秋季节研究的温度、湿度和负离子具体的相关关系有所不同；本研究观测的相关环境因子更为全面，分析上采取从相关关系到一元回归再到多元回归的方法，能更为准确的反应其相关关系。各研究者，关于空气负离子浓度和各个气象因素相关性的研究结果有不同，其原因有三个：第一，各学者所用的

Relationship between the Negative Air Ion Concentration and the Meteorological Factors in the Urban Forest Park//

Wang Fei, Li Bing, Zhou Yunwei

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(2)：18-20,38.

Heilongjiang Forest Botanical Garden; Negative air ion; Meteorological factors; Urban environment