揭西县负氧离子浓度特征及与气象条件的关系

林锦冰，李晓桃，陈浩，郑瑶娜，金立远，林巧美

（1.揭阳市气象局，广东揭阳 515500；2.揭西县气象局，广东揭西 515400）

空气负离子又称负氧离子，是指获得1个或1个以上的电子带负电荷的氧气离子。负氧离子浓度的高低与人们的健康息息相关，世界卫生组织公布的标准是1 000个／cm3以上的负氧离子浓度对人体是有益的。近年来，随着“中国天然氧吧”创建活动的开展，国内学者对不同地区的负氧离子进行了大量研究，负氧离子浓度存在着明显的年、月、日变化特征［1－4］。由于负氧离子受周边环境的影响较大，不同地区的负氧离子与气温、相对湿度、日照时数、天气状况等影响因子的关系存在着一定的区域性特点［5－8］，何宁等［9］发现湘潭森林公园负氧离子浓度与日照、降水量和气温呈线性正相关；谭静等［10］发现湖北旅游景区的负氧离子浓度晴天最大，阴天小于晴天，雾霾天和小雨天浓度较小；张勇等［11］发现AQI、气温和降水量是影响峨眉山景区负氧离子浓度的关键因子。综上所述，不同地点不同环境的负氧离子与气象条件等影响因子关系存在差异，这也许跟当地气候与环境有关。

揭西县属亚热带季风气候，常年气候温和、雨量适中、光照充足、四季宜耕。多年平均气温21.8℃，平均降雨量2 064.1 mm。人居环境气候舒适度“舒适”月份6个月，全年没有“寒冷”和“闷热”不舒服级别的天数，全年均为适游期。揭西县于2019年7月12日获得“中国天然氧吧”的称号，成为粤东首个“中国天然氧吧”，标志着揭西气象部门在气象服务地方生态文明建设方面迈出了重大的一步。揭阳市委市政府高度重视“中国天然氧吧”品牌和揭西特色产业的融合，要求气象部门加强对负氧离子等数据的分析应用，深入挖掘生态优品，发展“旅游＋康养”产业，打造生态康养体验圈。因此分析负氧离子浓度变化特征及其与气象条件的关系，对推动揭西生态旅游品牌的发展，具有十分重要的意义。

1 资料与方法

2018年年底揭西县在大北山森林公园和黄满寨瀑布旅游区建设了负氧离子监测站，其中大北山站（115.922°E，23.546°N）安装在与游客服务中心大概100 m的距离，周围是茶叶梯田；黄满寨站（115.984°E，23.577°N）安装在景区入口附近，周围是草坪和小灌木丛，距离瀑布大概1 km。本研究使用的资料来源于这两个负氧离子监测站布设的固定式负氧离子监测仪（型号：FLZY－1X）对负氧离子浓度进行全天候连续观测记录，采样频率为1 h采集记录1次，气温和相对湿度使用同一时间、同一地点观测资料，研究时段为2019年1月1日—12月31日，负氧离子浓度的小时平均值、日平均值、月平均值均采用算术平均法计算。

本研究季节划分：春季为3—5月、夏季为6—8月、秋季为9—11月、冬季为12月—次年2月。

2 结果与分析

2.1 空气清新日

中国气象局已发布了负氧离子浓度等级对应的标准［12］，空气中负氧离子浓度达到1 200个／cm3以上，表示空气清新；戴俊等［13］利用6级评价标准对邵阳市负氧离子浓度进行评价，空气中负氧离子浓度在1 800～2 100个／cm3之间，表示空气非常清新，空气中负氧离子浓度达到2 100个／cm3以上，表示空气特别清新。由于揭西县的负氧离子浓度较高，本研究结合以上2个标准，利用6级评价标准（表1）对揭西县大北山森林公园和黄满寨瀑布旅游区的负氧离子浓度进行评价，结果如图1所示。

表1 空气负（氧）离子浓度等级 个／cm3

图1 揭西两个监测站点空气质量等级的概率密度分布

从图1可以看到，大北山森林公园的空气清新日全年占比达到100%，其中1%为非常清新、4%为特别清新，最大日平均负氧离子浓度为5 024个／cm3，最小日平均负氧离子浓度为1 202个／cm3；黄满寨瀑布旅游区的空气清新日全年占比达96%，其中24%为非常清新、34%为特别清新，最大日平均负氧离子浓度为6 950个／cm3，最小日平均负氧离子浓度为642个／cm3。

揭西县大北山森林公园和黄满寨瀑布旅游区的空气清新日全年占比分别高达100%和96%，对人体健康非常有利，具备建设“森林医院”及“负氧离子呼吸区”等疗养保健场所的先天优越条件。

2.2 季节变化

统计了揭西县2个监测站负氧离子浓度的季节变化（表略），可以看到大北山森林公园和黄满寨瀑布旅游区两个地点的负氧离子浓度在季节上存在着明显的差异，大北山站春、夏、秋季的负氧离子浓度变化不大，基本维持在1 500～1 600个／cm3，冬季负氧离子浓度最高，达1 842个／cm3；黄满寨站春、夏、冬季的负氧离子浓度变化不大，在2 000～2 200个／cm3之间，秋季负氧离子浓度最低，为1 667个／cm3。另外，还可以看出黄满寨站的负氧离子浓度4个季节均比大北山站高，尤其是春季和夏季，差值分别为465和606个／cm3，因此建议人们可以选择春夏季在黄满寨瀑布旅游区、冬季到大北山森林公园游玩，呼吸到负氧离子浓度相对更高的清新空气。

2.3 月变化

揭西县2个监测站负氧离子浓度的逐月变化如图2所示，从图2可看出，大北山站2—11月的负氧离子浓度变化不大，基本维持在1 500个／cm3左右，最小值出现在8月，为1 428个／cm3，12和1月负氧离子浓度有一个明显的上升，最大值出现在12月份，高达2 254个／cm3，月最大变幅为826个／cm3。黄满寨站负氧离子浓度呈波动起伏特点，最大值出现在1月份，高达2 728个／cm3；其次是6—7月份，为2 300个／cm3左右；8—11月份负氧离子浓度有一个下降的趋势，最小值出现在11月份，为1 387个／cm3，月最大变幅为1 341个／cm3。

图2 揭西两个监测站负氧离子浓度逐月变化

2.4 日变化

为了进一步了解不同季节负氧离子浓度日变化规律，计算了2个监测站四季负氧离子浓度的逐小时平均值，结果如图3所示，从图3可看出，大北山森林公园和黄满寨瀑布旅游区两个地点的负氧离子浓度日变化规律在季节上存在着明显的差异。大北山站（图3a）春、夏、秋季的负氧离子浓度的日变化不大，基本维持在1 500～1 600个／cm3，其中春季的日最大变幅为98个／cm3，夏季的日最大变幅为36个／cm3，秋季的日最大变幅为159个／cm3；冬季的负氧离子浓度存在着明显的日变化，日最大变幅为1 098个／cm3，主要的峰值出现在10：00—17：00（北京时，下同），负氧离子浓度均大于2 000个／cm3，最大值出现在15：00（2 631个／cm3），主要的谷值出现在21：00—04：00，负氧离子浓度在1 500～1 600个／cm3之间。黄满寨站（图3b）四季的负氧离子浓度均存在着明显的日变化，春季的日最大变幅为703个／cm3，大致上呈现出1个峰值和1个谷值，峰值出现在08：00—09：00，负氧离子浓度在2 400个／cm3左右，10：00—21：00基本维持在2 000～2 200个／cm3之间，夜间到凌晨基本维持在1 700—1 900个／cm3之间；夏季的日最大变幅为2 543个／cm3，白天的负氧离子浓度远远高于凌晨和夜间，峰值出现在10：00—16：00，负氧离子浓度均在3 000个／cm3以上，谷值出现在20：00—08：00，负氧离子浓度维持在1 400个／cm3左右；秋季的日最大变幅为1 587个／cm3，峰值出现在09：00—17：00，负氧离子浓度均在2 000个／cm3以上，谷值出现在20：00—08：00，负氧离子浓度维持在1 200个／cm3左右；冬季的日最大变幅694个／cm3，峰值出现在09：00—10：00和17：00—20：00，负氧离子浓度维持在2 300个／cm3以上，其余时间基本维持在2 000～2 200个／cm3之间，相对其他3个季节来说，冬季的日变化不明显。

图3 揭西大北山（a）和黄满寨（b）负氧离子浓度日变化

综上所述，大北山森林公园的负氧离子浓度在冬季具有明显的日变化特征，黄满寨瀑布旅游区的负氧离子浓度四季都有较明显的日变化特征，峰值基本都出现在白天段，符合人们出游作息习惯，让游客在白天游玩的同时，呼吸到负氧离子浓度相对更高的清新空气，对人体健康非常有利［14－16］。

3 负氧离子浓度与气象条件分析

研究表明，气温、湿度、降水量、日照时数、天空状况等气象要素对负氧离子浓度变化有很大的影响［6－11］。本研究利用与负氧离子浓度的同一时间、同一地点的气温和相对湿度的逐小时观测数据，分析气温、相对湿度与负氧离子浓度的关系。

3.1 负氧离子浓度与气温

图4给出了大北山森林公园和黄满寨瀑布旅游区两个地点的气温概率密度分布图以及负氧离子浓度随气温的变化曲线。从图4a中可以看到，大北山站的气温主要集中在14～34℃，占比达到91.4%，负氧离子浓度随着气温的升高呈波动起伏的下降趋势，在14～25℃，负氧离子浓度较高，在1 600～1 700个／cm3之间；在26～34℃，负氧离子浓度有所下降，在1 500个／cm3左右。从图4b中可以看到，黄满寨站的气温主要集中在17～37℃，占比达到89.7%，负氧离子浓度随气温呈波动上升趋势，在17～34℃，负氧离子浓度在1 500～1 900个／cm3之间；在35～39℃（占比10.5%），负氧离子浓度急剧上升，达到2 700～4 600个／cm3。

图4 气温PDF分布和负氧离子浓度随气温的变化曲线

3.2 负氧离子浓度和相对湿度

图5给出了大北山森林公园和黄满寨瀑布旅游区两个地点的相对湿度概率密度分布以及负氧离子浓度随湿度的变化曲线。从图5a可以看到，大北山站的负氧离子浓度随着湿度的增加而减小，当相对湿度在55%～70%（占比12%），负氧离子浓度在1 750～2 400个／cm3之间；在71%～100%时，负氧离子浓度变化不大，在1 500～1 540个／cm3之间。从图5b可以看到，黄满寨站的负氧离子浓度随着湿度的增加呈先增加后减小的趋势，在45% ～60%（占比3%），负氧离子浓度在1 200个／cm3左右；在71% ～80%（占比15%），负氧离子浓度达到峰值（3 000～3 700个／cm3）；在61% ～70%和81% ～100%（占比82%），负氧离子浓度在1 500～2 400个／cm3之间。

图5 相对湿度PDF分布和负氧离子浓度随湿度的变化曲线

4 结论

1）揭西县的空气负氧离子浓度非常高，两个监测站点的年平均负氧离子浓度均在1 600个／cm3以上，大北山森林公园和黄满寨瀑布的全年空气清新日分别达到100%和96%，对人体健康非常有利，具备建设“森林医院”及“负氧离子呼吸区”等疗养保健场所的先天优越条件。

2）大北山森林公园和黄满寨瀑布旅游区负氧离子浓度的季节变化规律存在明显差异，大北山表现为冬季最高，12和1月负氧离子浓度有一个明显的上升，春、夏、秋季变化不明显，2—11月份负氧离子浓度基本维持在1 500个／cm3左右；黄满寨表现为冬季最高，负氧离子浓度最大值出现在1月份，春、夏次之，秋季最低，最小值出现在11月份。

3）大北山森林公园和黄满寨瀑布旅游区负氧离子浓度日变化规律在季节上存在着明显的差异，大北山森林公园的负氧离子浓度在冬季具有明显的日变化特征，黄满寨瀑布旅游区的负氧离子浓度四季都有较明显的日变化特征，峰值基本都出现在白天时段，符合人们出游作息习惯，让游客在白天游玩的同时，呼吸到负氧离子浓度相对更高的清新空气，对人体健康非常有利。

4）大北山森林公园的负氧离子浓度随着气温的升高呈波动下降趋势，随着湿度的增加而减小；黄满寨瀑布旅游区的负氧离子浓度随气温呈波动上升趋势，随着湿度的增加呈先增加后减小的趋势。