春季不同天氣城市街頭綠地內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度分布特征研究

王曉磊，王成，古琳，王茜，王艷英

中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，國(guó)家林業(yè)局城市森林研究中心，國(guó)家林業(yè)局森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091

春季不同天氣城市街頭綠地內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度分布特征研究

王曉磊，王成*，古琳，王茜，王艷英

中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，國(guó)家林業(yè)局城市森林研究中心，國(guó)家林業(yè)局森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091

于2012年春季，采用水平分布監(jiān)測(cè)法監(jiān)測(cè)了3種天氣下距交通污染源不同距離的街頭綠地中的PM2.5質(zhì)量濃度，研究了不同天氣下PM2.5的日變化、水平分布規(guī)律及綠地對(duì)PM2.5的凈化效應(yīng)，為城市街頭綠地、城市公園建設(shè)及市民合理選擇休閑鍛煉時(shí)間和地點(diǎn)提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：1）晴天和多云時(shí)，PM2.5質(zhì)量濃度上午高于下午，7：00濃度最高，15：00最低；雨后陰天基本保持上升趨勢(shì)。2）PM2.5日均質(zhì)量濃度為晴天（61.67 μg·m-3）＜多云（187.98 μg·m-3）＜雨后陰天（291.48 μg·m-3）。晴天除5：00和7：00外，其他時(shí)刻均達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且13：00—15：00達(dá)到國(guó)家一類(lèi)功能區(qū)空氣質(zhì)量要求；多云和雨后陰天PM2.5質(zhì)量濃度分別超過(guò)國(guó)家二級(jí)濃度限值150.6%和288.6%。3）觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，無(wú)論哪種天氣，5：00、7：00、11：00和15：00綠地的凈化功能較強(qiáng)，19：00凈化功能均最差，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)一例外的表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。4）3種天氣下，PM2.5質(zhì)量濃度在距離道路10～25 m最高，綠地的凈化效應(yīng)最差，55 m外基本可以形成穩(wěn)定的森林內(nèi)環(huán)境。5）在南方高濕環(huán)境下，空氣相對(duì)濕度是影響PM2.5質(zhì)量濃度的主要因素，晴天和多云天氣PM2.5濃度與相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān)，而雨后陰天二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。6）在一定閾值內(nèi)，街頭綠地能夠緩解PM2.5污染，為居民提供良好的休閑環(huán)境。從游憩時(shí)間來(lái)看，市民可以選擇晴天進(jìn)入街頭綠地休閑，多云和雨后陰天盡量減少外出；從活動(dòng)最佳地段來(lái)看，距離污染源55 m以上適宜休閑鍛煉；從街頭綠地的規(guī)劃面積來(lái)看，半徑以不小于55 m為宜。

PM2.5；水平分布；凈化效應(yīng)；典型天氣；街頭綠地

PM2.5是指環(huán)境中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于2.5 μm的顆粒物，又稱(chēng)細(xì)顆粒物、可入肺顆粒物。與粗顆粒物相比，PM2.5比表面積大，富含有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和空氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大（楊復(fù)沫等，2000），長(zhǎng)期暴露在高濃度PM2.5環(huán)境中，會(huì)引發(fā)各種呼吸道和心血管疾病，甚至增加居民早亡風(fēng)險(xiǎn)（Arden等，2002；Johnson和Graham，2005；Brook等，2004）。城市街頭綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在緩解PM2.5污染和滿(mǎn)足城市居民休閑健身方面發(fā)揮著重要作用（陳自新等，1998；Beckett等，2000）。已有研究表明，城市交通污染是細(xì)顆粒物的首要來(lái)源（Feng等，2006；Begum等，2006；Holmes等，2005），且受交通污染影響最為嚴(yán)重的空間是交通主干道及其兩側(cè)50 m以?xún)?nèi)、1.7 m以下的低空范圍（Kaur等，2005）。而街頭綠地作為城市居民活動(dòng)中最活躍的城市綠地類(lèi)型，一般沿街而建，其所建范圍恰巧處于污染較嚴(yán)重的區(qū)域，在城市汽車(chē)保有量持續(xù)增加，交通污染物排放對(duì)PM2.5影響日趨嚴(yán)重的城市背景下，如何合理規(guī)劃設(shè)計(jì)降低PM2.5能力強(qiáng)的城市街頭綠地來(lái)減輕PM2.5對(duì)人體健康和城市大氣質(zhì)量的影響，就成為規(guī)劃設(shè)計(jì)部門(mén)和城市居民關(guān)心的問(wèn)題之一。目前，關(guān)于城市綠地高滯塵樹(shù)種、群落的選擇及配置已經(jīng)開(kāi)展了深入系統(tǒng)的研究（Beckett等，1998；柴一新等，2002；吳志萍等，2007；陳芳等，2006；Tallis等，2011），但街頭綠地應(yīng)規(guī)劃多大面積，具體什么時(shí)間、在什么位置進(jìn)行活動(dòng)最適宜仍是值得探討的重要問(wèn)題。因此，本文以無(wú)錫市河埒口休閑廣場(chǎng)街頭綠地為研究對(duì)象，對(duì)其春季典型天氣條件下距離交通污染源不同水平距離的PM2.5進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，以便了解城市街頭綠地內(nèi)的PM2.5日變化和水平擴(kuò)散特征，為城市街頭綠地、城市道路綠化規(guī)劃建設(shè)及市民合理選擇休閑鍛煉時(shí)間和地點(diǎn)提供理論依據(jù)。

1 研究地概況

無(wú)錫市位于119°33′～120°38′E，31°7′～32°2′N(xiāo)，南瀕太湖，西依錫山、惠山。地處北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，春季天氣多變，夏季炎熱多雨，盛行東南風(fēng)，秋季秋高氣爽，冬季濕冷，盛行東北風(fēng)，全年平均氣溫16.2 ℃，年均降水量1121.7 mm，主要集中在夏季。年平均日照時(shí)數(shù)1924.3 h，無(wú)霜期226 d。河埒口休閑廣場(chǎng)位于無(wú)錫市濱湖區(qū)，梁溪路與青祁路、快速內(nèi)環(huán)四高架橋交叉口的西北角，是一個(gè)集休閑、健身、娛樂(lè)、商務(wù)、應(yīng)急避難等多功能為一體的城市核心區(qū)。綠化區(qū)位于廣場(chǎng)西側(cè)，植被覆蓋率60%，主要有廣玉蘭（Magnolia grandiflora）、香樟（Cinnamomum camphora）、欒樹(shù)（Koelreuteria paniculata）、杜英（Elaeocarpus decipiens）、桂花（Osmanthus fragrans）、櫻花（Prunus serrulata）、山茶（Camellia japonica）、瓜子黃楊（Buxus Sinica Cheng）、紅花檵木（Loropetalum chinense）、金葉女貞（Ligustrum vicaryi）、毛杜鵑（Rhododendron pulchrum）等植物。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

為減小群落結(jié)構(gòu)和周?chē)h(huán)境因素的影響，試驗(yàn)于綠化區(qū)中央選擇垂直于梁溪路的植物配置方式相同的樣帶，該樣帶除受梁溪路主要交通污染影響外，無(wú)其他污染源且樣帶環(huán)境基本一致。樣帶的另一側(cè)為步行道，基本無(wú)機(jī)動(dòng)車(chē)通過(guò)，因此其對(duì)綠地內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度的影響基本可以忽略不計(jì)。從梁溪路邊緣向樣帶內(nèi)依次布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別為0（機(jī)動(dòng)車(chē)道路邊緣）、10、25、40、55、70和85 m，共7個(gè)水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共21個(gè)點(diǎn)。試驗(yàn)樣帶為喬、灌、地被復(fù)層群落搭配，郁閉度0.45，上層為廣玉蘭（胸徑(12.11±0.32) cm、樹(shù)高(6.47±0.10) m、枝下高(2.5±0.07) m、冠幅(2.76±0.07) m×(2.97±0.08) m），中層為櫻花（胸徑(7.38±0.14) cm、樹(shù)高(4.51±0.09) m、枝下高(1.52±0.05) m、冠幅(2.66±0.09) m×(2.777±0.08) m），下層為毛杜鵑/瓜子黃楊/金葉女貞（高度(0.65±0.01) m）。

2.2 觀測(cè)方法和數(shù)據(jù)處理

于2012年春季，選擇無(wú)風(fēng)或微風(fēng)的晴天（日均溫度28 ℃，相對(duì)濕度49.6%，風(fēng)速0.8 m·s-1）、多云（日均溫度20.4 ℃，相對(duì)濕度68.5%，風(fēng)速0.2 m·s-1）、雨后陰天（日均溫度15.8 ℃，相對(duì)濕度81.5%，風(fēng)速0.2 m·s-1）各3 d，從5：00—19：00每2 h定點(diǎn)、同步測(cè)定各點(diǎn)距地面1.5 m處的PM2.5質(zhì)量濃度、氣象因素和車(chē)流量，每個(gè)點(diǎn)重復(fù)3次，取平均值為此監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)值。使用英國(guó)Turnkey儀器制造有限公司生產(chǎn)的Dustmate粉塵檢測(cè)儀（分辨率：0.001 mg·m-3；測(cè)量范圍：0～6000 μg·m-3）測(cè)定PM2.5質(zhì)量濃度；使用美國(guó)產(chǎn)Kestrel3500手持氣象站空氣溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速；使用臺(tái)灣泰仕公司產(chǎn)的TES-1332A光照儀測(cè)定光照強(qiáng)度；每個(gè)觀測(cè)時(shí)刻內(nèi)任意15 min采用人工記數(shù)方法記錄車(chē)流量。所有數(shù)據(jù)應(yīng)用Microsoft Excel 2007和SPSS18.0分析，同一天氣條件不同水平距離的差異用單因素方差分析（one-way ANOVA），并在0.05顯著水平上進(jìn)行LSD法多重比較。

不同水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5凈化百分率（即凈化效應(yīng)）計(jì)算參照殷彬等（2007）的公式：

式中：Pn為第n個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)空氣顆粒物凈化百分率；C0和Cn分別代表道路邊緣、第n個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5質(zhì)量濃度。

3 結(jié)果與分析

3.1 3種天氣下綠地內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度日變化分析

3.1.1 PM2.5質(zhì)量濃度日變化

春季，無(wú)錫城市街頭綠地內(nèi)同一天氣條件不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5質(zhì)量濃度日變化規(guī)律呈一致性，但不同天氣條件下有所差異（圖1），晴天和多云天氣呈“單峰單谷”型，上午濃度高于下午，7：00時(shí)濃度最高，15：00最低。具體變化趨勢(shì)是：5：00—7：00 PM2.5質(zhì)量濃度逐漸上升，7：00達(dá)到峰值后急劇下降，至11：00逐步平穩(wěn)，15：00達(dá)到1 d中的最低值，之后再逐漸上升。雨后陰天時(shí)，PM2.5質(zhì)量濃度基本呈遞增趨勢(shì)，5：00—7：00基本維持平穩(wěn)狀態(tài)，之后急劇升高，至9：00達(dá)上午最大值，11：00濃度稍有下降，隨后基本保持上升趨勢(shì)。

PM2.5質(zhì)量濃度的日變化規(guī)律受氣象因子（李軍等，2009；郭二果等，2013）、交通（Holmes等，2005；Kaur等，2005）、生活排放源（徐敬等，2007；溫夢(mèng)婷等，2007）等多種因素影響，晴天和多云天氣，由于早晚居民晨練多、恰逢上班早晚高峰期，且氣溫低、空氣濕度大，風(fēng)速小，這種低溫、高濕和相對(duì)靜風(fēng)的氣象狀態(tài)不利于空氣顆粒物的擴(kuò)散和輸送，導(dǎo)致早晚濃度高，而白天隨著太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，氣溫升高，濕度降低，混合層較高，空氣亂流和對(duì)流作用明顯，再加上植物生理活動(dòng)旺盛，能夠不斷吸滯、粘附PM2.5，因此共同作用使白天PM2.5維持較低的水平。而雨后陰天時(shí)，受凌晨降雨對(duì)PM2.5的沖刷作用，5：00—7：00濃度相對(duì)較低，之后隨溫度升高，這種高溫、高濕且無(wú)風(fēng)（日均0.2m·s-1）環(huán)境導(dǎo)致擴(kuò)散條件差，易于PM2.5積聚不利于其擴(kuò)散（李軍等，2009），因此，雨后陰天PM2.5質(zhì)量濃度持續(xù)攀升，達(dá)到較高水平。另外，陰天天氣植物生理活動(dòng)減弱也是導(dǎo)致其濃度增大的原因之一。

圖1 3種天氣條件下綠地內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度日變化Fig.1 The concentration diurnal changes of PM2.5in three weather conditions in street greenbelt

表1 3種天氣下PM2.5質(zhì)量濃度水平分布規(guī)律Table 1 The horizontal distribution of PM2.5concentration in three weather conditions μg·m-3

3.1.2 PM2.5濃度污染情況

由圖1可見(jiàn)，3種天氣相比，晴天PM2.5質(zhì)量濃度最低，雨后陰天最高。晴天PM2.5濃度在31.53～126.96 μg·m-3之間，日均61.67 μg·m-3；全天除5：00和7：00外，其他時(shí)刻均達(dá)到GB 3095—2012國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，且13：00—15：00達(dá)到國(guó)家一類(lèi)功能區(qū)空氣質(zhì)量要求。多云天氣PM2.5質(zhì)量濃度在108.45～341.20 μg·m-3之間，日均187.98 μg·m-3，是晴天的3.05倍，超出國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)150.7%。而雨后陰天時(shí)PM2.5除5：00—7：00濃度較低（分別為111.48和125.09 μg·m-3）外，其余時(shí)刻均超標(biāo)嚴(yán)重，19：00最高值達(dá)到484.29 μg·m-3，超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)545.7%，日均值291.48 μg·m-3，超標(biāo)288.6%。多云和雨后陰天時(shí)，各時(shí)刻PM2.5質(zhì)量濃度均超過(guò)國(guó)家二級(jí)濃度限值。

3.2 3種天氣下綠地內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度水平分布特征

將同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)所有時(shí)刻的PM2.5質(zhì)量濃度加和平均，得到3種天氣下PM2.5的水平分布規(guī)律（表1）?？梢?jiàn)，3種天氣距離道路10～25 m PM2.5質(zhì)量濃度最高，55～70 m最低，只是不同天氣最高和最低值出現(xiàn)的地段略有差異。晴天，0 m開(kāi)始濃度逐漸升高，25 m處達(dá)最高，隨后下降，70 m處最低，55～85 m其濃度均低于路緣。多云時(shí)，10 m處濃度最高，隨后下降，40 m處基本接近本底值，在55 m處降至最低后再緩慢升高，但均低于路緣。雨后陰天時(shí)，路緣PM2.5質(zhì)量濃度最低，10 m處最高，綠地內(nèi)55 m處濃度最低，但綠地內(nèi)任意監(jiān)測(cè)點(diǎn)的濃度均高于路緣。方差分析顯示，無(wú)論哪種天氣，各水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間PM2.5濃度差異均不顯著。

3.3 3種天氣下綠地對(duì)PM2.5的凈化效應(yīng)

3.3.1 綠地對(duì)PM2.5凈化效應(yīng)的日變化規(guī)律

由表2可知，觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，不同天氣各監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)PM2.5的凈化效應(yīng)不同，晴天除17：00和19：00綠地內(nèi)凈化效應(yīng)為負(fù)外，其余時(shí)刻基本為正效應(yīng)，5：00、7：00和13：00凈化效應(yīng)顯著，最高凈化率為12.78%，17：00的凈化效應(yīng)最差。多云時(shí)，除13：00和19：00對(duì)PM2.5的凈化效果為負(fù)外，其余時(shí)刻基本為正效應(yīng)，7：00和15：00凈化效應(yīng)最好，最高達(dá)16.96%；雨后陰天時(shí)，5：00、7：00、11：00和15：00的凈化效率為正，且15：00凈化效果最好，其他時(shí)刻為負(fù)效應(yīng)；多云和雨后陰天均13：00對(duì)PM2.5的凈化效應(yīng)最差。

總體來(lái)講，全天各時(shí)刻，無(wú)論哪種天氣，19：00凈化功能最差，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)一例外均表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)，5：00對(duì)PM2.5的凈化功能最好，83.3%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為正效應(yīng)，其次為7：00和11：00，72.2%為正，其他時(shí)刻依次為15：00（66.7%）＞9：00（50%）＞13：00（33.3%）＞17：00（16.7%）。以上分析反映出城市街頭綠地對(duì)PM2.5凈化效應(yīng)的日變化規(guī)律主要與交通污染和植物生理活動(dòng)有關(guān)，在交通量少、生理活性較好的時(shí)刻對(duì)PM2.5的凈化效應(yīng)較好，而在車(chē)流量較大、生理活動(dòng)弱的時(shí)刻，凈化效應(yīng)最差。

表2 3種天氣不同水平距離的凈化效應(yīng)日變化Table 2 The diurnal changes of purifying effects of horizontal distance in three weather conditions %

表3 典型天氣不同水平距離的凈化效應(yīng)Table 3 The average purifying effects of horizontal distance in three weather conditions %

3.3.2 綠地對(duì)PM2.5的水平凈化效應(yīng)

由于街頭綠地對(duì)PM2.5的凈化效應(yīng)有正有負(fù)，因此，不能簡(jiǎn)單將凈化效應(yīng)值直接平均，本文運(yùn)用3.2小節(jié)各水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均值計(jì)算得到街頭綠地內(nèi)各水平距離的平均凈化效應(yīng)（表3）。

與PM2.5的水平分布規(guī)律類(lèi)似，晴天時(shí)PM2.5凈化效應(yīng)從10 m開(kāi)始逐漸下降，25 m處凈化效應(yīng)最低，隨后凈化效應(yīng)增強(qiáng)，70 m處最強(qiáng)?？傮w上，40 m以?xún)?nèi)為負(fù)效應(yīng)，55～85 m為正效應(yīng)。分析原因，晴天時(shí)大氣相對(duì)不穩(wěn)定，汽車(chē)行駛過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生垂直于樣帶的風(fēng)，路緣0 m處的PM2.5能夠隨汽車(chē)尾部較強(qiáng)氣流上升或迅速擴(kuò)散至綠地內(nèi)，濃度較低，而樣帶內(nèi)靠近污染源的監(jiān)測(cè)點(diǎn)濃度則相對(duì)會(huì)升高，凈化效應(yīng)減小，之后受樹(shù)木的阻擋、截留和附著、吸附作用影響，PM2.5動(dòng)力減小，濃度降低，至55 m處不再受污染源影響，直至85 m街頭綠地內(nèi)的PM2.5一直維持低于路緣的水平。

多云天氣，距離道路10 m處凈化效應(yīng)最差，其次是25 m，55 m處凈化效果最好，且40～85 m均呈正效應(yīng)。與晴天相比，負(fù)效應(yīng)的范圍縮短，正效應(yīng)范圍擴(kuò)大。這是由于相比晴天，多云天氣風(fēng)速小，大氣相對(duì)穩(wěn)定，PM2.5擴(kuò)散慢，傳播距離短，因此，10 m處PM2.5質(zhì)量濃度最低，25 m范圍內(nèi)的濃度高于路緣，凈化效應(yīng)差，而40 m以外濃度均呈正凈化效應(yīng)。

雨后陰天時(shí)PM2.5凈化效應(yīng)在綠地內(nèi)10 m處最差，55 m處最好，但各監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)PM2.5的凈化效應(yīng)均為負(fù)。這是由于雨后陰天大氣層結(jié)最穩(wěn)定，路緣處于空曠地且汽車(chē)行駛共同使得其空氣流動(dòng)大，PM2.5易于擴(kuò)散，而受植物冠層枝葉阻擋，綠地內(nèi)風(fēng)速降低，濕度大，空氣流動(dòng)性很差，抑制PM2.5的擴(kuò)散卻容易促進(jìn)其持續(xù)積累，因此林帶內(nèi)的PM2.5濃度大于路緣，凈化效應(yīng)均為負(fù)值。

另外，1 d內(nèi)各水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)正凈化效應(yīng)的比例有所差異，晴天，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)呈正效應(yīng)的比例分別為70 m=80 m（75%）＞ 10 m（62.5%）＞55 m（50%）＞ 25 m（37.5%）＞40 m（25%）；多云天氣分別為40 m=55 m（75%）＞ 70 m（62.5%）＞85 m（50%）＞ 25 m（37.5%）＞10 m（25%）；雨后陰天為40 m=55 m=70 m=85 m（50%）＞ 25 m（37.5%）＞10 m（12.5%）?？傮w上，各水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)在全天表現(xiàn)為正效應(yīng)的比例依次為70m（81.3%）＞55 m（79.2%）＞85 m（77.1%）＞40 m（75%）＞ 25 m（68.8%）＞10 m（66.7%）（表2）。

綜上分析，距離污染源55 m時(shí)，城市街頭綠地對(duì)PM2.5的凈化效應(yīng)最好，且55 m以上基本可以維持正凈化效應(yīng)，緩解PM2.5污染。

3.4 影響綠地內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度的相關(guān)要素分析

PM2.5質(zhì)量濃度不僅與交通、工業(yè)和生活排放源有關(guān)，還受氣象和天氣因素的影響，考慮到數(shù)據(jù)的可取性和城市街頭綠地受交通污染嚴(yán)重的特點(diǎn)，本研究主要探討了氣象因素和車(chē)流量對(duì)PM2.5的影響。

3.4.1 綠地內(nèi)PM2.5與氣象因素

統(tǒng)計(jì)分析（表4）表明：晴天時(shí)，氣象因素對(duì)PM2.5質(zhì)量濃度影響最顯著，與風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度均達(dá)到顯著相關(guān)水平，與相對(duì)濕度極顯著正相關(guān)，與溫度極顯著負(fù)相關(guān)，與風(fēng)速顯著負(fù)相關(guān)，與光照、氣壓相關(guān)性不顯著，這說(shuō)明高溫、低濕、有一定氣流的晴天有利于PM2.5的擴(kuò)散。多云時(shí)PM2.5質(zhì)量濃度除了與相對(duì)濕度顯著正相關(guān)外，與其他因子均未達(dá)到顯著相關(guān)水平。雨后陰天天氣PM2.5質(zhì)量濃度與氣象因素的相關(guān)性較差，均未達(dá)到顯著相關(guān)，與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)最大（-0.799），與氣壓、溫度、風(fēng)速、光照強(qiáng)度正相關(guān)。由于多云和雨后陰天時(shí)日均風(fēng)速僅為0.2 m·s-1，處于無(wú)風(fēng)狀態(tài)，因此風(fēng)速對(duì)PM2.5濃度影響不顯著；多云時(shí)，相對(duì)濕度增加（相對(duì)濕度為57.8%～81.7%，日均68.5%），空氣中的超細(xì)粒子極易形成PM2.5，因此，相對(duì)濕度與PM2.5質(zhì)量濃度呈正相關(guān)關(guān)系；而雨后陰天，由于濕度過(guò)大（75.4%～87.9%，平均81.5%），易導(dǎo)致細(xì)顆粒物吸濕膨脹，變成粗顆粒物，甚至發(fā)生重力沉降，因此二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。胡敏等（2006）、鄧?yán)旱龋?012）研究也表明在一定濕度范圍內(nèi)，相對(duì)濕度越大越有利于顆粒物的形成，但超過(guò)一定閾值，會(huì)導(dǎo)致顆粒物濃度的增加，尤其高溫高濕度容易造成細(xì)顆粒物濃度升高。

3.4.2 綠地內(nèi)PM2.5與周邊交通因素

汽車(chē)尾氣不僅能夠直接排放一部分PM2.5，還會(huì)排放氣態(tài)污染物，如氮氧化物、一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)物等PM2.5前體物，這些成分在大氣中經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理和光化學(xué)過(guò)程形成PM2.5（楊復(fù)沫等，2000；王躍思等，2013）。本文通過(guò)PM2.5小時(shí)平均濃度與車(chē)流量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，二者之間有一定關(guān)系，但相關(guān)性不顯著。晴天和多云天氣PM2.5與車(chē)流量呈正相，相關(guān)系數(shù)分別為0.69和0.63，而雨后陰天時(shí)，二者相關(guān)系數(shù)很小，僅為-0.028。

表4 氣象因素與PM2.5質(zhì)量濃度的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients of PM2.5concentration and meteorological factor

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

1）不同天氣PM2.5質(zhì)量濃度日變化存在差異，晴天和多云天氣呈“N”型曲線(xiàn)，且上午濃度高于下午；雨后陰天基本呈線(xiàn)性遞增趨勢(shì)。從日均濃度來(lái)看，晴天（61.67 μg·m-3）＜多云（187.98 μg·m-3）＜雨后陰天（291.48 μg·m-3），晴天達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，多云和雨后陰天分別超出國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)150.7%和288.6%。

2）3種天氣距離道路10～25 m PM2.5質(zhì)量濃度最高，55～70 m最低并保持相對(duì)平穩(wěn)狀態(tài)，只是不同天氣最高和最低值出現(xiàn)的地段略有差異。晴天25 m處最高，70 m處最低，55～85 m范圍內(nèi)其濃度均低于路緣；多云天氣10 m處最高，40 m處基本接近本底值，55 m處最低；雨后陰天時(shí)，10 m處最高，55 m處濃度最低，但綠地內(nèi)全部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5質(zhì)量濃度均高于路緣。

3）距離污染源55 m時(shí)城市街頭綠地對(duì)PM2.5的凈化效應(yīng)最好，55 m以上基本可以維持正凈化效應(yīng)，緩解PM2.5污染。從規(guī)劃的角度來(lái)看，若要達(dá)到調(diào)控PM2.5的作用，城市街頭綠地或城市公園規(guī)劃半徑以不小于55 m為宜；在休閑鍛煉時(shí)，宜選擇距離污染源55 m以上的地段。

4）氣象因素對(duì)PM2.5質(zhì)量濃度的影響在晴天天氣最顯著，與風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度均達(dá)到顯著相關(guān)水平，與光照、氣壓相關(guān)性不顯著；多云時(shí)只與相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān)，與其他因子未達(dá)到顯著相關(guān)；而雨后陰天時(shí)PM2.5質(zhì)量濃度與各氣象因素均未達(dá)到顯著相關(guān)。

4.2 討論

1）受多種因素綜合影響，不同天氣條件PM2.5質(zhì)量濃度存在顯著差異，高溫、低濕、微風(fēng)的晴天，空氣湍流作用大，有利于PM2.5的快速擴(kuò)散（李軍等，2009），因此晴天街頭綠地內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度最低，適合居民進(jìn)入街頭綠地內(nèi)休閑健身。而多云和雨后陰天時(shí)，大氣相對(duì)穩(wěn)定，PM2.5濃度較高，尤其低溫高濕的雨后陰天時(shí)，超細(xì)粒子極易與污染氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或吸濕增長(zhǎng)變成PM2.5（王躍思等，2013），造成頭綠地內(nèi)PM2.5持續(xù)積累，污染嚴(yán)重。

2）關(guān)于大氣顆粒物擴(kuò)散的研究，先前有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，道路粉塵飄落隨著距離污染源由近及遠(yuǎn)呈現(xiàn)遞減的現(xiàn)象（劉青等，2009），Cavanagh等（2009）也發(fā)現(xiàn)冬季常綠闊葉綠地內(nèi)PM10濃度由林緣向綠地內(nèi)呈衰減趨勢(shì)。本研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5水平分布規(guī)律均先增加后減少，在55～70 m出現(xiàn)最低值，這可能與研究對(duì)象不同有關(guān)，劉青等（2009）、Cavanagh等（2009）主要研究粒徑較大的灰塵（燃燒完全的蜂窩煤粉末+黃土粉）、PM10等粗顆粒，而本文主要研究粒徑較小的PM2.5，一方面受顆粒物自身特性的影響，即在同等動(dòng)力下，不同粒徑的顆粒物由于自身重力的關(guān)系，在空中擴(kuò)散的距離存在較大差異，粗顆粒物主要依靠重力或慣性作用沉降，沉降速度快，傳輸距離短，而細(xì)顆粒物受氣流運(yùn)動(dòng)的影響大于重力，沉降較慢，傳輸距離遠(yuǎn)（Grantz等，2003）；另一方面，受行駛機(jī)動(dòng)車(chē)引起的機(jī)械湍流影響，路緣處風(fēng)速加大，PM2.5濃度迅速擴(kuò)散或進(jìn)入綠地內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致綠地內(nèi)一定范圍內(nèi)濃度高于林外，因此，相比較而言細(xì)顆粒物的傳播距離要遠(yuǎn)，且受汽車(chē)尾部氣流湍流影響，最大值出現(xiàn)的地段后延。

3）通過(guò)分析街頭綠地對(duì)PM2.5的凈化作用發(fā)現(xiàn)，晴天和多云時(shí)，街頭綠地內(nèi)多數(shù)時(shí)刻表現(xiàn)為正凈化效應(yīng)，但在雨后陰天PM2.5質(zhì)量濃度較高時(shí)，街頭綠地對(duì)PM2.5的凈化效應(yīng)均為負(fù)。這表明樹(shù)木調(diào)控PM2.5的能力存在一定閾值，當(dāng)PM2.5污染在植物的耐受范圍內(nèi)時(shí)，街頭綠地能夠通過(guò)吸附、粘附等途徑減輕PM2.5污染，但當(dāng)城市PM2.5污染嚴(yán)重超過(guò)植物的調(diào)控作用時(shí)，城市街頭綠地PM2.5濃度高于林外，綠地發(fā)揮了暫時(shí)“塵匯”的作用。

4）氣象、交通等多種因素共同作用影響PM2.5濃度（李軍等，2009；郭二果等，2013；王躍思等，2013），本文分析發(fā)現(xiàn)，眾多因子中，PM2.5質(zhì)量濃度與相對(duì)濕度的相關(guān)關(guān)系最強(qiáng)，說(shuō)明在南方高濕環(huán)境下，空氣相對(duì)濕度是影響PM2.5污染的一個(gè)較重要的因素。另外，本文發(fā)現(xiàn)PM2.5濃度與車(chē)流量之間呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著，且雨后陰天時(shí)，相關(guān)系數(shù)為-0.028，這在一定程度上說(shuō)明雨后陰天時(shí)氣象因素對(duì)PM2.5濃度的影響貢獻(xiàn)要大于車(chē)流、人為活動(dòng)等其他因素。

5）需要注意的是，PM2.5除了與環(huán)境因子有關(guān)外，還受樹(shù)種組成、種植密度、疏透度、綠化覆蓋率、綠化模式等因子的影響（孫淑萍等，2004；殷彬等，2007；藺銀鼎等，2011），而本研究?jī)H對(duì)無(wú)錫市街頭綠地現(xiàn)有典型配置調(diào)控PM2.5的作用進(jìn)行了嘗試性研究，今后應(yīng)加強(qiáng)不同植物配置、不同結(jié)構(gòu)的街頭綠地凈化PM2.5作用的研究，以便為建設(shè)結(jié)構(gòu)合理、功能高效街頭綠地提供科學(xué)依據(jù)。另外，本研究只監(jiān)測(cè)了不同天氣條件下白天的空氣顆粒物，未開(kāi)展夜間和全年的監(jiān)測(cè)；僅對(duì)水平距離進(jìn)行了觀測(cè)研究，未涉及垂直高度上顆粒物濃度的監(jiān)測(cè)，今后有待于進(jìn)一步深入和完善。

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Distribution characteristics of PM2.5concentration in different weather conditions in city street greenbelt in spring.

WANG Xiaolei, WANG Cheng*, GU Lin, WANG Qian, WANG Yanying
Research Institute of Forestry of the CAF, Research Center of Urban Forest of the SFA, Key Laboratory of Forest Silviculture of the SFA, Beijing 100091, China

As one part of urban forests, the street greenbelt not only provides a relatively clean recreation space for residents in the city under the polluted environment, but also plays an important role in purifying the pollution of PM2.5. In this paper, diurnal variation, horizontal distribution of PM2.5and purifying effects was observed using horizontal profiling method under different weather conditions in the street greenbelt in spring in order to provide theoretical basis for the construction of urban green street, city park and the reasonable choice of leisure time and place for public to exercise. The results showed that: 1) It presented a parallel diurnal variation of PM2.5concentration in sunny and cloudy which was higher in morning than in afternoon with one peak at 7:00 and one valley at 15:00, an increasing trend over time in overcast. 2) Concentration of PM2.5was in the order of sunny (61.67 μg·m-3)＜cloudy (187.98 μg·m-3)＜ overcast (291.48 μg·m-3). Concentration of PM2.5in all hours (excluding 5:00 and 7:00) and daily mean reached the national secondary standard in sunny day, even in 13:00—15:00 reached the national standard, while it was exceeded for 150.6% in cloudy and 289.6% in overcast day. 3) Within the observation period, no matter what the weather, the purification was powerful in 5:00, 7:00, 11:00 and 15:00, while worst in 19:00 all showed negative effects. 4) There was a peak between 10 m to 25 m away from the road with poor purifying effects while 55 m away from vehicle pollution could form a stable environment within the forest. 5) In the southern humidity environment, air relative humidity was the main factor affecting the concentration of PM2.5. It showed a significant positive correlation between PM2.5concentration and relative humidity under sunny and cloudy while negative correlation in overcast day. 6) According to the analysis above, street greenbelt alleviated PM2.5pollution and provided with good leisure environment for residents within a certain threshold. Sunny day all day (except 5:00—7:00) in 55 m away from vehicle pollution was suitable for recreation whereas cloudy and overcast day was unsuited in street greenbelt space for exercise. From the perspective of the planning area, the radius of street greenbelt should no less than 55 m.

PM2.5concentration; horizontal distribution; purifying effects; typical weather condition; street greenbelt

S725.1

A

1674-5906（2014）06-0972-07

王曉磊，王成，古琳，王茜，王艷英. 春季不同天氣城市街頭綠地內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度分布特征研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(6): 972-978.

WANG Xiaolei, WANG Cheng, GU Lin, WANG Qian, WANG Yanying. Distribution characteristics of PM2.5concentration in different weather conditions in city street greenbelt in spring. [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(6): 972-978.

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)（201304301-05）

王曉磊（1985年生），女，博士研究生，主要從事城市林業(yè)研究。E-mail: wangxl.1010@163.com

*通信作者：王成（1967年生），男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事城市森林與城市生態(tài)方面的研究工作。E-mail: wch8361@163.com

2014-03-10