龙门县负氧离子浓度的分布特征

何博翰，颜昭潮，向昆仑，胡猛，陈蝶聪，黄昱，吴乃庚

（1.广东省生态气象中心，广东广州 510640；2.龙门县气象局，广东龙门 516899；3.广东省气象公共服务中心，广东广州 510640；4.广东省气象台，广东广州 510640）

负氧离子作为空气正常组成部分，被誉为“空气中的维生素”，其含量多少是衡量空气清新的标志之一，是一种重要的生态旅游气候资源［1］。空气中负氧离子分布受到自然和人为的原因影响，其离子浓度因环境的不同而有着较大的差异。总体而言，瀑布和海滨的负氧离子浓度较大、郊区大于城市中心区［2-3］，但在城市内部负氧离子浓度的分布也不尽相同［4-7］。

生态旅游是现今大众关注的热点［8-9］。大气负氧离子作为生态旅游资源之一，近年来国内外学者对不同地区大气负氧离子的空间分布开展了一些研究。不同地区、不同时段观测结果存在着较大的差异。广东龙门县属惠州市，地处北回归线附近的亚热带季风区，属于暴雨多发中心［10-11］，并且由于其特殊的地理气候环境，凭借着丰富的负氧离子优势成功获得“中国天然氧吧”称号。本研究拟利用龙门县3个空气负氧离子监测站观测数据，分析龙门县负氧离子浓度的时空变化特征，进一步认识亚热带季风区大气负氧离子变化规律，以期为未来以负氧离子为代表的生态气候资源开发利用提供参考。

1 资料与方法

惠州市龙门县的三台固定式负氧离子监测仪分别布设于南昆山、沈村和龙门气象观测基地。为了保证负氧离子数据的可用性，参照气象观测数据质量控制方法，利用界限值检查、跳变值检查、空气湿度检查和正负离子比值检查等数据质量控制规则剔除异常值后，得到一组负氧离子数据作为研究数据，该控制方法现已被广泛应用于中国区域的负氧离子数据处理［12-13］。

采用Zeng等［14］的FVC（植被覆盖度）算法计算每个站点的植被覆盖度指数（FVC），计算方法如下：

其中，NDVIs为裸地或者空旷地带的NDVI值，为5%；NDVIv为纯植被覆盖区的NDVI值，为60%。NDVI来自于美国国家航空航天局（NASA）的MODIS数据，空间分辨率为1 km×1 km，时间分辨率为“准半月”（每月前15 d＋剩余天数）［15］。用植被净初级生产力（NPP）表征植被的光合作用效率，NPP来自于国家气象中心，空间分辨率为1 km×1 km，时间分辨率为1 d。

南昆山站点建于南昆山景区的南昆山管理区南昆山气象观测站（G1750）内，海拔约为415 m，站点附近植物种类丰富，植被覆盖度指数为84%；沈村站点建立在村政府之中，海拔约为70 m，周围偶见高大树木，植被覆盖度指数为63%；龙门气象观测基地站点建设在龙门国家气象观测站（59290）内，海拔约为85 m，根据气象站点建站要求，未见高大树木，周围植被皆为草地，植被覆盖度指数为64%。负氧离子监测仪的型号均为Epex200，计算负氧离子的方法为电容式吸入法，数据监测间隔时间为1 min，监测误差≤±10%，迁移率≥0.4 cm2·Vs-1。

2 结果与分析

2.1 空间分布

为了探究龙门县负氧离子浓度的空间分布特征，图1给出了南昆山、龙门气象观测基地和沈村3个监测站2020年负氧离子浓度年均数据以及龙门县全域的空间插值图。对于3个观测站点而言，最大值出现在南昆山，年均值可达3 458 cm-3；其次为龙门气象观测基地，年均值为2 797 cm-3；最小值出现在沈村，年均值为2 713 cm-3。2020年龙门县负氧离子浓度空间分布呈现西北向东南逐渐减少的趋势。龙门县负氧离子浓度空间分布呈现城市少，郊区、景区多的空间分布特征，这和以往研究结论是一致的［6-7，16］。

图1 龙门负氧离子浓度空间分布（单位：cm-3）

2.2 时间变化

1）日变化。

为了探讨龙门县负氧离子浓度的时间变化特征，首先给出了龙门3个站点以及龙门全县的负氧离子浓度的日变化曲线（图2），从图2中可以发现，南昆山负氧离子浓度在3个站点中一直保持在最高水平且日较差较小，负氧离子浓度一直维持在3 400 cm-3以上，这应该与站点布设在森林覆盖率较高的区域有很大的关系。南昆山负氧离子浓度最低值出现在02：00（北京时，下同），为3 441 cm-3，南昆山每日负氧离子浓度最高为3 512 cm-3，出现在00：00；龙门气象观测基地的负氧离子浓度日变化大致呈现“一波一谷型”分布且日较差较大，最高浓度出现在02：00，达到3 000 cm-3，最低浓度为2 577 cm-3，出现在20：00，出现该状况的原因可能是气象观测基地地表裸露，周围无遮挡，所以负氧离子浓度变化较为明显；沈村的负氧离子浓度日变化则呈“双峰型”分布，第1个高峰出现在02：00，达到2 851 cm-3，第2高峰出现在09：00，达到2 742 cm-3，低值则在04：00—08：00之间出现，基本维持在2 654 cm-3左右。总的来看，龙门县3个站点负氧离子均保持在较高水平，且日变化有着明显的局地特征。

图2 龙门各站点浓度日变化

2）月变化。

图3给出了龙门3个站点和龙门全县负氧离子浓度月变化分布，从图3可以看出，龙门县负氧离子年均浓度为2 989 cm-3，空气中负氧离子浓度特别高，空气特别清新［17］。浓度月变化呈春夏多、秋冬少的分布特点。6月的月均浓度最高，为3 927 cm-3；1月的月均浓度最低，为2 333 cm-3。各站点来看，南昆山负氧离子年均浓度最高，为3 458 cm-3，在3月出现负氧离子最高浓度（4 134 cm-3），最低浓度为2 472 cm-3，出现在12月；每月负氧离子浓度均超过2 400 cm-3。龙门气象基地负氧离子年浓度次之，为2 797 cm-3，最低浓度出现在6月，为3 906 cm-3，最低浓度为1 713 cm-3，在1月出现；负氧离子月均浓度均超过1 500 cm-3；沈村负氧离子年均浓度较低，为2 713 cm-3，6月负氧离子处在较高水平，月均浓度可达4 271 cm-3，10月负氧离子浓度则较低，仅有2 315 cm-3；每月负氧离子浓度均超过2 300 cm-3。

图3 龙门3个站点月均浓度分布及平均浓度的月变化

3 结论

1）龙门县负氧离子浓度空间分布呈西北高、东南低的趋势，西部南昆山景区浓度普遍大于城镇。3个站点年平均浓度均超过2 500 cm-3，南昆山最高，年均高达3 458 cm-3；沈村最低，为2 713 cm-3；龙门气象观测基地则为2 797 cm-3，居于二者之间。

2）龙门县3个站点的日变化特征具有局地特征，其中南昆山一直保持在较高浓度水平，龙门气象观测基地和沈村的负氧离子浓度日变化较为剧烈。

3）龙门县负氧离子浓度月际变化呈春夏高、秋冬低的分布趋势。夏季浓度最高，春季次之，秋季略低，冬季最低。从月份来看，6月最高（3 927 cm-3），1月最低（2 333 cm-3）。每个站点的最大、小值出现的月份略有不同，其中南昆山3月最高，12月最低；龙门气象观测基地6月最高，1月最低；沈村则是6月较高，10月较低。