城市住區(qū)空氣負(fù)離子濃度時空變化及空氣質(zhì)量評價
——以合肥市為例

王薇，張之秋

安徽建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院 安徽 合肥 230022

城市住區(qū)空氣負(fù)離子濃度時空變化及空氣質(zhì)量評價
——以合肥市為例

王薇，張之秋

安徽建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院 安徽 合肥 230022

以夏熱冬冷地區(qū)合肥市為研究區(qū)域，從建筑布局、空間形態(tài)、建筑密度、交通路網(wǎng)、植物綠化等方面綜合考慮城市住區(qū)的不同環(huán)境特征，選擇12個樣點進(jìn)行實地觀測，于2013年8至2014年1月進(jìn)行了空氣離子濃度、風(fēng)速、溫度、相對濕度等指標(biāo)的實地測定，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選分析得出結(jié)果，①空氣負(fù)離子濃度隨季節(jié)變化較為明顯，夏季最高，平均濃度約為358/cm3，秋季次之，平均濃度約為338/cm3，冬季最低，平均濃度約為322/cm3?？傮w看來，上午9:00─10:00和下午14:30─15:30區(qū)間空氣負(fù)離子濃度最高，上午10:30和下午16:00─16:30區(qū)間空氣負(fù)離子濃度相對較低。②自由式布局和具有較明顯開敞空間的測試樣點空氣負(fù)離子濃度較高。夏季樣點9空氣負(fù)離子濃度最高，平均濃度為815/cm3；秋季樣點12空氣負(fù)離子濃度最高，平均濃度約為483/cm3；冬季樣點9空氣負(fù)離子濃度最高，平均濃度約為407/cm3。最后運用單極系數(shù)和安培空氣質(zhì)量評價指數(shù)對住區(qū)空氣質(zhì)量進(jìn)行評價，得出住區(qū)環(huán)境的空氣清潔度以允許和清潔為主，等級多分布在D級和B級。根據(jù)這些結(jié)果和分析得出以下結(jié)論：①在不同的季節(jié)，住區(qū)室外環(huán)境的空氣負(fù)離子濃度變化較為明顯，夏季最高，冬季最低。②影響城市住區(qū)空氣負(fù)離子濃度最主要氣象因子是風(fēng)速、溫度和相對濕度，其中風(fēng)速和溫度與空氣負(fù)離子濃度呈現(xiàn)出正相關(guān)，而相對濕度則總體趨勢不明確。③采取層次豐富的植物結(jié)構(gòu)有利于提高環(huán)境的空氣負(fù)離子濃度。④空氣負(fù)離子濃度與空氣清潔度有著密切關(guān)系，不同的環(huán)境特征下空氣清潔度存在差異。⑤以空氣負(fù)離子濃度為參考標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)并優(yōu)化住區(qū)建筑布局，不僅有利于提高住區(qū)人居環(huán)境質(zhì)量評價工作的科學(xué)管理水平，同時對于提高居民的健康水平和營造健康舒適的居住環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。

城市住區(qū)；建筑布局；空間形態(tài)；空氣負(fù)離子；時間序列；空間序列；空氣質(zhì)量

空氣負(fù)離子被譽為“空氣維生素和生長素”，具有殺菌、降塵、清潔空氣、提高免疫力、調(diào)節(jié)機(jī)能平衡的功效（倪軍等，2004；吳志萍等，2007；吳明作等，2011；王薇和余莊，2012）。它利用帶電功能，能將空氣中懸浮污染物、細(xì)菌、微生物等吸附捕獲而使空氣變得清潔?？諝庳?fù)離子含量越高，空氣就越清潔舒適。因此在環(huán)境評價中，空氣負(fù)離子濃度被列為衡量空氣質(zhì)量好壞的一個重要參數(shù)（邵海榮等，2005），又稱為空氣清新程度的指南針。

面對逐漸惡化的環(huán)境狀況，旅游規(guī)劃、林業(yè)規(guī)劃、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等方面的專家學(xué)者開展了空氣負(fù)離子與城市森林、公園、綠地等不同功能區(qū)域的研究（陳佳瀛，2006；張凱旋，2009；閆秀婧，2009；潘劍彬，2011；韓明臣，2011），表明空氣清潔度受到空氣負(fù)離子濃度顯著影響。隨著以煤炭為主的能源消耗大幅攀升和機(jī)動車保有量急劇增加，各種污染物居高不下以及城市環(huán)境的逐漸惡化，國內(nèi)外學(xué)者開始關(guān)注空氣負(fù)離子與城市環(huán)境的關(guān)系，Marko Vana（Vana等，2008）研究了愛爾蘭西海岸環(huán)境中的空氣離子濃度，E.R. Jayaratne等（Jayaratne等，2008）和Xuan Ling等（Ling等，2010；Ling等，2013）研究了澳大利亞主要城市環(huán)境中的空氣離子濃度，邵海榮等（邵海榮等，2005）研究了北京地區(qū)空氣負(fù)離子濃度的時空變化，江秀芳等（江秀芳等，2005）研究了福州市空氣負(fù)離子濃度的變化規(guī)律，羅豐等（羅豐等，2009）研究了廣州下半年空氣負(fù)離子分布的時空特征，孟麗紅等（孟麗紅等，2011）研究了2009年天津城區(qū)的空氣負(fù)離子變化規(guī)律，蔣宣斌等（蔣宣斌等，2011）研究了重慶主城典型地段的空氣負(fù)離子動態(tài)變化。伴隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長、城市規(guī)劃建設(shè)以及人們?nèi)找骊P(guān)注自身生活環(huán)境質(zhì)量的大背景下，城市住區(qū)環(huán)境越來越受到重視（王靜，2006；王朝紅，2010；聶梅生等，2011）。因此本課題立足于拓展空氣負(fù)離子在城市住區(qū)規(guī)劃和建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究，根據(jù)不同地域環(huán)境和城市住區(qū)建筑布局研究空氣負(fù)離子濃度的分布情況，旨在優(yōu)化城市住區(qū)規(guī)劃設(shè)計，對于提高城市住區(qū)環(huán)境和人居環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。

1　研究概況和方法

1.1研究對象概況

安徽省合肥市地處中緯度地帶，北緯31°52′，東經(jīng)117°17′，是季風(fēng)氣候最為明顯的區(qū)域之一，屬于典型的夏熱冬冷地區(qū)氣候代表城市，全年氣溫夏熱冬冷，春秋溫和，年平均氣溫在15～16 ℃之間，屬于溫和的氣候型，夏季平均氣溫為27.5～28.5 ℃左右，冬季月平均氣溫在1.5～5.0 ℃之間，平均年較差各地在25～27 ℃之間。相對濕度的年變化與溫度年變化相一致，夏季最大，冬季最小。城市主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，其中夏季東南風(fēng)，冬季偏北風(fēng)，年平均風(fēng)速在1.6～3.3 m/s之間。2013年公布的中國最熱的十大城市，號稱“新十大火爐”，合肥位列其中。近年來，空氣質(zhì)量排名也處于省會城市后位。

1.2測點設(shè)置

圖1　實測居住區(qū)樣點分布圖Fig. 1　Distribution map of observation residential areas

從建筑布局、空間形態(tài)、建筑密度、交通路網(wǎng)、植物綠化等方面綜合考慮城市住區(qū)的不同環(huán)境的特征，選擇12個樣點進(jìn)行實地觀測，見圖1所示。樣點周邊環(huán)境的建筑布局形式多樣，有行列式和自由式布局，其中樣點1、2和3為行列式規(guī)整布局，其余樣點均為自由式布局；建筑密度和高度類型豐富，有低層獨棟別墅、低層聯(lián)排別墅、多層住宅、小高層住宅、高層住宅等多種形式的住宅單體，交錯排列，其中樣點1和6為低層高密度區(qū)域，樣點2、3、4和5為多層高密度區(qū)域，樣點7和8位于中心主廣場，樣點9、10、11和12為高層高密度區(qū)域；交通道路與建筑成不同程度的夾角，下墊面多為水泥或瀝青路面，其中樣點8、10和11與風(fēng)向平行，其余均與風(fēng)向斜交；綠地類型有草地、低矮灌木、高大喬木等類型，其中樣點4、6、11和12的植物綠化以復(fù)層結(jié)構(gòu)為主，其余樣點為簡單植物配置。

1.3觀測儀器和項目

空氣正、負(fù)離子濃度（n/cm3，其中n代表正、負(fù)離子個數(shù)）用日本原產(chǎn)的KEC-990負(fù)氧離子測試儀，距地面1.5 m處，與成人呼吸高度基本一致。日本KEC-990型有效離子濃度監(jiān)測范圍為10～19.9×106/cm3，離子濃度誤差≤±10%，最高分辨率為10/cm3。用KEC-R2型高智能記錄儀使之與PC相連，實時顯示空氣正、負(fù)離子濃度與溫度并記錄，每個觀測點采氣10 min，間隔1秒讀數(shù)一次。風(fēng)速使用AR856A風(fēng)速風(fēng)量計測定，與PC相連，實時顯示風(fēng)速和溫度，間隔1秒讀數(shù)一次。相對濕度用AZ8912型風(fēng)速儀測定，每次采集5次數(shù)據(jù)，間隔30秒讀數(shù)一次。

1.4觀測時間

實測選擇在2013年8月─2014年1月進(jìn)行，每季選擇氣象穩(wěn)定和天氣晴朗的天數(shù)各4 d，取其有效均值作為相應(yīng)季度的空氣離子含量。每天8:00─17:30對各觀測樣點間隔半個小時進(jìn)行測定，各樣點測定時間在一天內(nèi)盡量分布均勻。

1.5空氣質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外專家學(xué)者提出了多種負(fù)離子的評價方法，目前單極系數(shù)和安培空氣質(zhì)量評價指數(shù)這兩個評價指標(biāo)在國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛。

1.5.1單極系數(shù)（q）

大氣分子中正負(fù)離子濃度是不均勻的，這種特征稱為大氣的單極性，常常用單極系數(shù)來表示，即空氣中正離子與負(fù)離子的比值，即q=n+/n-。單極系數(shù)越小，對人體越有利。當(dāng)q值小于1時，且負(fù)離子超過1000/cm3，對人體健康最為有益（邵海榮等，2005）。

由于空氣清潔度不僅與q值相關(guān)，同時還與負(fù)離子濃度的絕對值有關(guān)。因此，單極系數(shù)不能真實全面地反映空氣清潔情況。

1.5.2安培空氣質(zhì)量評價指數(shù)（CI）

安培空氣質(zhì)量評價指數(shù)由日本學(xué)者安培提出，通過對城市居民生活區(qū)空氣離子的研究，反映了居住區(qū)空氣中離子濃度接近自然界空氣離子化水平的程度，即CI=（n-/1000×q）（邵海榮等，2005）。其中1000表示滿足人體生物學(xué)效應(yīng)最低需求的空氣負(fù)離子濃度，單位為n/cm3，其中n代表負(fù)離子個數(shù)，q為單極系數(shù)。由于考慮了正負(fù)離子的構(gòu)成比，因此空氣質(zhì)量評價指數(shù)較為全面和客觀（吳楚材和黃繩紀(jì)，1995）。評價標(biāo)準(zhǔn)見表1所示。

表1　空氣清潔度與空氣質(zhì)量評價指數(shù)（CI）的關(guān)系Table 1　The relationship of air cleanliness and air quality assessment index (CI)

2　結(jié)果與分析

2.1城市住區(qū)環(huán)境的空氣負(fù)離子隨時間變化的序列分析

時間序列指的是描述現(xiàn)象指標(biāo)隨時間變化的直觀圖形，利用它觀察現(xiàn)象演變的狀況（閆秀婧，2009）。各實測樣點由于所處的區(qū)位環(huán)境特征不同，其環(huán)境的空氣負(fù)離子濃度也不盡相同。根據(jù)不同季節(jié)，對實測期間空氣負(fù)離子濃度隨時間變化的趨勢進(jìn)行統(tǒng)計分析。為了保證分析數(shù)據(jù)的精確，首先建立數(shù)據(jù)庫對各實測樣點的空氣負(fù)離子、風(fēng)速、溫度和相對濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一，再進(jìn)行篩選最終得到的有效數(shù)據(jù)取平均值，最終結(jié)果見圖2至圖4所示。

圖2　夏季住區(qū)室外環(huán)境空氣負(fù)離子濃度變化時間序列圖Fig. 2　NAI concentration of settlements outdoor environment change time sequence diagram in summer

2.1.1夏季數(shù)據(jù)

由圖2可以看出，夏季上午9:00─9:30和下午14:30─15:30區(qū)間的空氣負(fù)離子濃度相對前后時間段較高，上午高峰釋放負(fù)離子平均濃度為528/cm3，最高值為1034/cm3；下午高峰釋放負(fù)離子平均濃度約476/cm3，最高值為946/cm3。上午10:30和下午16:30左右負(fù)離子濃度相對前后時間段較低，平均濃度為215/cm3和261/cm3。

2.1.2冬季數(shù)據(jù)

由圖3可以看出，冬季上午9:00─10:00和下午14:30─15:30區(qū)間的空氣負(fù)離子濃度相對前后時間段較高，上午高峰釋放負(fù)離子平均濃度為385/cm3，最高值為620/cm3，下午高峰釋放負(fù)離子平均濃度為401/cm3，最高值為622/cm3。上午8:00和下午14:00左右負(fù)離子濃度相對前后時間段較低，平均濃度為214/cm3和253/cm3。

圖3　冬季住區(qū)室外環(huán)境空氣負(fù)離子濃度變化時間序列圖Fig. 3　NAI concentration of settlements outdoor environment change time sequence diagram in winter

2.1.3過渡季節(jié)（秋季）數(shù)據(jù)

圖4　秋季住區(qū)室外環(huán)境空氣負(fù)離子濃度變化時間序列圖Fig. 4　NAI concentration of settlements outdoor environment change time sequence diagram in autumn

由圖4可以看出，秋季上午9:00─10:00和下午14:00─15:30區(qū)間的空氣負(fù)離子濃度相對前后時間段較高，上午高峰釋放負(fù)離子平均濃度為329/cm3，最高值為364/cm3；下午高峰釋放負(fù)離子平均濃度為405/cm3，最高值為565/cm3。上午10:30和下午16:00左右負(fù)離子濃度相對前后時間段較低，平均濃度為266/cm3和282/cm3。

2.1.4結(jié)果分析

由圖2至圖4可以看出，空氣負(fù)離子濃度隨季節(jié)變化較為明顯，夏季最高，秋季次之，冬季最低。夏季負(fù)離子濃度隨時間變化大，實測期間最高值與最低值平均濃度差異為313/cm3，其中一天之中最高值與最低值達(dá)874/cm3。秋季負(fù)離子濃度隨時間變化較大，最高值與最低值平均濃度差異為258/cm3，其中一天之中最高值與最低值達(dá)746/cm3。冬季負(fù)離子濃度隨時間變化不大，最高值與最低值平均濃度差異為186/cm3，其中一天之中最高值與最低值達(dá)522/cm3?？傮w看來，上午9:00─10:00和下午14:30─15:30區(qū)間空氣負(fù)離子濃度最高，上午10:30和下午16:00─16:30區(qū)間空氣負(fù)離子濃度相對較低。

在同一季節(jié)，空氣負(fù)離子濃度隨時間變化差異很大，因此進(jìn)一步對空氣負(fù)離子主要環(huán)境影響因子進(jìn)行分析。

（1）夏季數(shù)據(jù)分析

由圖5可以看出，上午9:00─9:30和下午15:00─15:30區(qū)間風(fēng)速相對較高，而這一時間段的負(fù)離子濃度也偏高，上午11:00和下午16:00前后時間段風(fēng)速相對較低，相應(yīng)的負(fù)離子濃度也偏低，兩者呈現(xiàn)出較明顯的相關(guān)性。上午9:00─10:00和下午15:30─16:30區(qū)間溫度相對較高，在此區(qū)間段的空氣負(fù)離子濃度較高，而上午8:00─8:30和下午17:00─17:30區(qū)間溫度相對較低，與負(fù)離子沒有明顯關(guān)系，因此兩者有一定的相關(guān)性，但總體趨勢關(guān)系不明確。上午8:00─8:30和下午17:00─17:30區(qū)間相對濕度相對較大，與負(fù)離子沒有明顯關(guān)系，上午9:00─9:30和下午14:30─15:00區(qū)間相對濕度相對較低，在此區(qū)間段的空氣負(fù)離子濃度較高，因此兩者有一定的相關(guān)性，但總體趨勢關(guān)系不明確。

（2）冬季數(shù)據(jù)分析

由圖6可以看出，上午9:30和下午14:30─15:30區(qū)間風(fēng)速相對較高，而這一時間段的負(fù)離子濃度也是高峰值，上午8:00和下午14:00時間段風(fēng)速相對較低，這一時間段的負(fù)離子濃度也偏低，因此兩者的相關(guān)性較為明確。上午10:30─11:30和下午14:00─15:00區(qū)間溫度相對較高，與負(fù)離子關(guān)系不明顯，而上午8:30─9:00和下午17:00─17:30區(qū)間溫度相對較低，與負(fù)離子關(guān)系不明顯，因此兩者關(guān)系不明確。上午9:30─9:30和下午15:30─16:30區(qū)間相對濕度相對較大，在此區(qū)間段負(fù)離子濃度較高，上午10:00─10:30和下午14:00─15:00區(qū)間相對濕度較低，與負(fù)離子關(guān)系不明顯，因此兩者有一定的相關(guān)性，但總體趨勢關(guān)系不明確。

（3）過渡季節(jié)（秋季）數(shù)據(jù)

圖5　夏季住區(qū)室外環(huán)境風(fēng)速、溫度和相對濕度變化時間序列圖Fig. 5　Wind speed, temperature and relative humidity of settlements outdoor environment change time sequence diagram in summer

圖6　冬季住區(qū)室外環(huán)境風(fēng)速、溫度和相對濕度變化時間序列圖Fig. 6　Wind speed, temperature and relative humidity of settlements outdoor environment change time sequence diagram in winter

圖7　秋季住區(qū)室外環(huán)境風(fēng)速、溫度和相對濕度變化時間序列圖Fig. 7　Wind speed, temperature and relative humidity of settlements outdoor environment change time sequence diagram in autumn

由圖7可以看出，上午9:30和下午14:30─15:30區(qū)間風(fēng)速相對較高，而這一時間段的負(fù)離子濃度也偏高，上午11:00─11:30和下午17:00─17:30前后時間段風(fēng)速相對較低，與負(fù)離子濃度變化關(guān)系不明顯，因此兩者有一定的相關(guān)性。上午10:30─11:00和下午14:30─15:00區(qū)間溫度相對較高，在此區(qū)間段的下午空氣負(fù)離子濃度較高，而上午8:00─8:30和下午17:00─17:30區(qū)間溫度相對較低，與負(fù)離子沒有明確關(guān)系，因此兩者關(guān)系不明確。上午8:00─8:30和下午17:00─17:30區(qū)間相對濕度較大，與負(fù)離子沒有明顯關(guān)系，上午10:00─10:30和下午15:30區(qū)間相對濕度較低，在此區(qū)間段的空氣負(fù)離子濃度較高，因此兩者有一定的相關(guān)性，但總體趨勢關(guān)系不明確。

綜上所述，空氣負(fù)離子濃度主要受風(fēng)速、溫度和相對濕度等環(huán)境因子的影響，高峰時期負(fù)離子濃度平均值大，相應(yīng)的時間點風(fēng)速也大，負(fù)離子濃度小的時間段風(fēng)速也較小。而溫度和相對濕度與負(fù)離子的關(guān)系有時呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系，有時關(guān)系不明顯。當(dāng)然也受到其他隨機(jī)因素的影響，例如在夏季氣溫隨時間變化越來越高，相對濕度越來越小的影響，人類戶外活動減少等隨機(jī)因素的影響，但是這些影響不是非常關(guān)鍵的。

2.2城市住區(qū)環(huán)境的空氣負(fù)離子隨空間變動的序列分析

空間序列圖指的是描述現(xiàn)象指標(biāo)隨空間變化的直觀圖形，利用它觀察現(xiàn)象演變的狀況。城市居住區(qū)室外環(huán)境的空氣負(fù)離子濃度受到環(huán)境因子的影響較大，為了進(jìn)一步分析這些影響因素對負(fù)離子濃度的影響，應(yīng)保證分析數(shù)據(jù)的精確，首先建立數(shù)據(jù)庫對各實測樣點的空氣負(fù)離子、風(fēng)速、溫度和相對濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一，再進(jìn)行篩選最終得到的有效數(shù)據(jù)取平均值，最終結(jié)果見圖8至圖10所示。

2.2.1夏季數(shù)據(jù)分析

圖8　夏季住區(qū)室外環(huán)境各樣點空氣負(fù)離子濃度分布圖Fig. 8　Every point NAI concentration of settlements outdoor environment distribution in summer

圖9　冬季住區(qū)室外環(huán)境各樣點空氣負(fù)離子濃度分布圖Fig. 9　Every point NAI concentration of settlements outdoor environment distribution in winter

圖10　秋季住區(qū)室外環(huán)境各樣點空氣負(fù)離子濃度分布圖Fig. 10　Every point NAI concentration of settlements outdoor environment distribution in autumn

由圖8可以看出，負(fù)離子濃度在夏季變化較為明顯，平均濃度最高值與最低值相差較大，其中樣點9的負(fù)離子平均濃度最高，夏季上午平均濃度為697/cm3，下午平均濃度為596/cm3；樣點10則次之，夏季上午平均濃度為539/cm3，下午平均濃度為462/cm3。

2.2.2冬季數(shù)據(jù)分析

由圖9可以得知，負(fù)離子濃度在冬季變化比夏季平緩，但比秋季明顯，整體變化趨勢較為平緩。冬季上午樣點3的負(fù)離子濃度最高，平均為濃度為392/cm3，樣點4則次之，冬季上午平均濃度為332/cm3，樣點5的負(fù)離子濃度最低，平均濃度為210/cm3。冬季下午樣點9的負(fù)離子濃度最高，平均濃度為511/cm3，樣點6和樣點12的空氣負(fù)離子濃度最低，平均濃度為283/cm3。

2.2.3過渡季節(jié)（秋季）數(shù)據(jù)分析

由圖10可以看出，負(fù)離子濃度在秋季變化沒有夏季明顯，整體變化趨勢較為平緩。秋季上午樣點6的負(fù)離子濃度最高，平均濃度為475/cm3，樣點4則次之，秋季上午平均濃度為377/cm3，樣點2的負(fù)離子濃度最低，平均濃度為167/cm3。秋季下午樣點12的負(fù)離子濃度最高，平均濃度為686/cm3，樣點1則次之，平均濃度為517/cm3，樣點7的負(fù)離子濃度最低，平均濃度為267/cm3。

2.2.4結(jié)果分析

綜上所述，住區(qū)夏季空氣負(fù)離子濃度的空間分布從大到小的排序依次為：樣點9＞樣點10＞樣點1＞樣點2＞樣點6＞樣點7＞樣點12＞樣點3＞樣點11＞樣點4＞樣點8＞樣點5，住區(qū)秋季空氣負(fù)離子濃度的空間分布從大到小的依次排序為：樣點4＞樣點1＞樣點5＞樣點12＞樣點3＞樣點9＞樣點10＞樣點8＞樣點6＞樣點11＞樣點7＞樣點2，住區(qū)冬季空氣負(fù)離子濃度的空間分布從大到小的排序依次為：樣點4＞樣點9＞樣點7＞樣點8＞樣點10＞樣點1＞樣點2＞樣點11＞樣點6＞樣點5＞樣點12＞樣點3，見圖11所示。

圖11　夏秋冬季住區(qū)室外環(huán)境風(fēng)速、溫度和相對濕度變化時間序列圖Fig. 11　Wind speed, temperature and relative humidity of settlements outdoor environment change time sequence diagram in summer, autumn and winter

樣點1位于聯(lián)排別墅與多層建筑之間，雖處于背風(fēng)區(qū)域，但布局較為自由靈活且周圍具有較明顯的開敞空間，能夠保證氣流的通暢，有利于空氣負(fù)離子濃度的產(chǎn)生，另外周圍高大喬木較多，對環(huán)境的空氣負(fù)離子濃度也產(chǎn)生了影響。

樣點2和樣點3位于多層住宅之間，行列式規(guī)整布局，而且西側(cè)有建筑圍合，不能保證氣流的通暢并伴隨著氣流的衰減，同時南向的多層行列式建筑也相應(yīng)地阻擋了南向氣流的流動。同時植被配置簡單，以灌草為主，其產(chǎn)生的空氣負(fù)離子濃度不如喬灌草復(fù)層結(jié)構(gòu)，因此總體上環(huán)境空氣負(fù)離子濃度低。

樣點4位于獨棟別墅南側(cè)，錯落式布局較為靈活，具有明顯的開敞空間，且與冬季主導(dǎo)風(fēng)向平行，周圍綠化以低矮的灌草為主，因此能保證氣流的暢通以及風(fēng)速的穩(wěn)定，從而不斷激發(fā)并保持空氣負(fù)離子的濃度。

樣點5和樣點7雖為自由式靈活布局且具有明顯的開敞空間，但南向行列規(guī)整式布局形成的高密度也相應(yīng)地阻擋了氣流的運動，而且樣點7屬于中心廣場健身區(qū)域，周圍活動人群較多，附近有幼兒園建筑和以高大喬木為主復(fù)層結(jié)構(gòu)的植物綠化遮擋，一定程度上阻礙了空氣的流動，降低了風(fēng)速，因此空氣負(fù)離子濃度偏低。樣點6和樣點7同屬于中心廣場區(qū)域，但空氣負(fù)離子濃度卻有明顯改善，主要是由于樣點6緊鄰幼兒園，幼兒園周邊綠化植物層次結(jié)構(gòu)非常豐富，雖然阻擋了空氣的流動，但是植物的尖端放電效應(yīng)以及滯塵的巨大作用，再加上周邊水體不定時地開放，這些因素都極大地影響了環(huán)境周圍的空氣負(fù)離子濃度。

樣點9和10屬于自由式靈活布局，且具有較明顯的開敞空間，周邊遮擋物較少，尤其樣點10所在道路區(qū)域與夏季主導(dǎo)風(fēng)向平行，周邊環(huán)境的植物綠化較為簡單，沒有高大喬木，對于風(fēng)速的阻礙小，因此能保證氣流的暢通從而有效地激發(fā)并保持空氣負(fù)離子的濃度。

樣點12位于高層建筑背風(fēng)面，近地面處有較強(qiáng)烈的渦旋氣流，且布局較為自由靈活，周圍具有較明顯的開敞空間，因此有利于氣流的暢通并不斷激發(fā)保持空氣負(fù)離子的產(chǎn)生。

3　城市住區(qū)室外環(huán)境空氣清潔度評價

對各實測樣點的空氣正負(fù)離子濃度有效值進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見圖12所示。

運用單極系數(shù)和安培空氣質(zhì)量評價指數(shù)對圖12數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，得出圖13。由圖13可以看出整個住區(qū)環(huán)境的空氣清潔度以允許和清潔為主，等級多分布在D級和B級。其中樣點12的空氣清潔度最清潔比例最高，占到31.6%，樣點11和樣點10次之，占到26.3%；樣點2、樣點3、樣點5和樣點7的空氣清潔度最清潔比例最低，占到5.3%。

圖12　各實測樣點空氣正負(fù)離子濃度分布圖Fig. 12　Every measured sample NAI concentration and PAI concentration distribution

圖13　各實測樣點環(huán)境的空氣清潔度分布圖Fig. 13　Every measured sample environment air cleanliness distribution

4　結(jié)論

（1）在不同的季節(jié)，住區(qū)室外環(huán)境的空氣負(fù)離子濃度變化較為明顯，夏季最高，冬季最低?？傮w看來，上午9:00─10:00和下午14:30─15:30區(qū)間空氣負(fù)離子濃度最高，上午10:30和下午16:00─16:30區(qū)間空氣負(fù)離子濃度相對較低。夏季中空氣負(fù)離子與風(fēng)速有明顯相關(guān)性，秋冬季節(jié)則不明顯。

（2）在不同的空間，住區(qū)室外環(huán)境空氣負(fù)離子濃度的變化與風(fēng)速的變化趨勢有一定相關(guān)性，有利于風(fēng)與風(fēng)之間摩擦并通暢流動的空間負(fù)離子濃度偏高，不能保證氣流的通暢并伴隨著氣流速率衰減的空間空氣負(fù)離子濃度偏低。

（3）建筑布局自由靈活且具有較明顯開敞空間的區(qū)域，以及空間與風(fēng)向平行或斜交，能夠激發(fā)了空氣負(fù)離子不斷產(chǎn)生。

（4）空氣負(fù)離子濃度與風(fēng)速存在明顯的相關(guān)性，風(fēng)速低于1 m/s時，對負(fù)離子的影響不明顯，風(fēng)速高于1 m/s時，風(fēng)速產(chǎn)生的摩擦對負(fù)離子濃度顯著增大的效果。

（5）溫度和相對濕度與空氣負(fù)離子濃度有一定的相關(guān)性，但總體趨勢關(guān)系不明確。

（6）植物層次結(jié)構(gòu)豐富，能提高環(huán)境的空氣負(fù)離子濃度。

（7）空氣負(fù)離子濃度與空氣清潔度有著密切關(guān)系，不同的環(huán)境特征下空氣清潔度存在差異。

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Spatio-temporal Change of Negative Air Ion Concentration of Urban Residential Area and Air Quality Assessment——Case Study of Hefei City

WANG Wei, ZHANG Zhiqiu

School of Architecture and Urban Planning, Anhui Jianzhu University, Hefei 230022, China

The chosen area for experiments is Hefei city which is in Hot-Summer and Cold-Winter area, from the building layout, space form, building density, road network, green plants and other aspects of comprehensive consideration of different environmental characteristics of urban residential areas, twelve test samples are selected to field observations. During August 2013 to January 2014, air ions concentration, wind speed, temperature and relative humidity were measured, and screened and analyzed the data. It is concluded that, ①NAI concentration changes more obvious with the seasons, the highest in summer, the average concentration is about 358/cm3, autumn, the average concentration is about 338/cm3, the lowest in winter, the average concentration is about and 322/cm3. Overall, NAI concentration at 9:00-10:00 and 14:30-15:30 are the highest, at 10:30 and 16:00-16:30 are relatively low. ②NAI concentration of measured samples which have freestyle layout and the obvious open space are higher than others. In summer, the NAI concentration of measured sample 9 is the highest, the average concentration is about 815/cm-3, in autumn the NAI concentration of measured sample 12 is the highest, the average concentration is about 483/cm-3, in winter the NAI concentration of measured sample 9 is the highest, the average concentration is about 407/cm3. At last using monopole coefficient and Anbei air ion index of assessment to assess the air quality of the residential area environment, it is concluded that air cleanliness of the residential areas environment performance to allow and clean mainly, and distributed in the D and B grade level. Based on these results and analyzes the following conclusions show that: ①in different seasons, NAI concentration in residential outdoor environment changes more obviously, the highest in summer and lowest in winter. ②The most important meteorological factor affecting the NAI concentration are wind speed, temperature, relative humidity, where wind speed and temperature with NAI concentration showed a positive correlation, while the relative humidity is the overall trend is not clear.③Rich in plant hierarchy can improve NAI concentration in the air environment. ④NAI concentration and air cleanliness are closely related, there are differences under different environmental characteristics of air cleanliness. ⑤Taking NAI concentration as a reference standard to optimize the residential building layout, it has a important practical significance that not only improving the scientific management level of quality of the residential area living environmental quality assessment, also improving the health of residents and create a healthy and comfortable living environment.

urban residential area; building layout; space form; negative air ion(NAI) concentration; time series; spatial sequence; air quality

X16

A

1674-5906（2014）11-1783-09

王薇，張之秋. 城市住區(qū)空氣負(fù)離子濃度時空變化及空氣質(zhì)量評價——以合肥市為例[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2014, 23(11): 1783-1791.

WANG Wei, ZHANG Zhiqiu. Spatio-temporal Change of Negative Air Ion Concentration of Urban Residential Area and Air Quality Assessment——Case Study of Hefei City [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(11): 1783-1791.

2013安徽省教育廳自然科學(xué)項目（KJ2013A069）；2014年安徽省高校優(yōu)秀青年人才支持計劃

王薇（1975年生），女，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，國家一級注冊建筑師，研究方向建筑技術(shù)和人居環(huán)境。E-mail: vivi.gan@126.com

2014-09-24