不同天氣下景觀生態(tài)林內(nèi)外大氣顆粒物質(zhì)量濃度變化特征

陳博，王小平，劉晶嵐，陳峻崎，朱建剛，李春義

1. 北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)學(xué)院，北京 100083；2. 北京林業(yè)大學(xué)保護(hù)區(qū)學(xué)院，北京 100083；3. 北京市林業(yè)碳匯工作辦公室，北京 100013；4. 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京 100091

不同天氣下景觀生態(tài)林內(nèi)外大氣顆粒物質(zhì)量濃度變化特征

陳博1，王小平1，劉晶嵐2*，陳峻崎3，朱建剛3，李春義4

1. 北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)學(xué)院，北京 100083；2. 北京林業(yè)大學(xué)保護(hù)區(qū)學(xué)院，北京 100083；
3. 北京市林業(yè)碳匯工作辦公室，北京 100013；4. 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京 100091

摘要：為了探討景觀生態(tài)林對(duì)大氣顆粒物的調(diào)控作用，以北京大興區(qū)景觀生態(tài)林為例（主要樹種為旱柳Salix matsudana），研究不同季節(jié)、不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)大氣顆粒物質(zhì)量濃度差異以及林內(nèi)和林外質(zhì)量濃度對(duì)比。于2013年7月至2014 年5月，分四季選擇不同天氣類型，采用水平同步監(jiān)測(cè)法對(duì)林內(nèi)和林外兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)3種粒徑大氣顆粒物（TSP、PM10和PM2.5）質(zhì)量濃度和氣象因子進(jìn)行每日10 h的連續(xù)監(jiān)測(cè)（8:00─18:00）。結(jié)果表明，（1）晴朗天氣景觀生態(tài)林內(nèi)ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)均處于較低水平，分別為（61.53±21.73）～（174.32±36.01）μg·m-3、（28.91±10.34）～（94.87±20.45）μg·m-3和（6.29±3.86）～（23.91±12.29）μg·m-3；多云、揚(yáng)塵、霧霾和霧靄天氣顆粒物質(zhì)量濃度較高，污染明顯加重，霧霾天氣下ρ(PM2.5)的增加效果更為明顯，而揚(yáng)塵天氣下ρ(TSP)顯著增加。（2）霧滴對(duì)于PM2.5與PM10具有一定的濕清除作用，也可以與霾粒子共同作用形成相對(duì)穩(wěn)定的霧靄天氣，其顆粒物污染程度高于其他天氣狀況，此時(shí)以粒徑為2.5～10 μm的顆粒物污染為主。（3）夏、秋和春季晴朗微風(fēng)天氣（風(fēng)速≤3 m·s-1）和揚(yáng)塵天氣林內(nèi)ρ(TSP)和ρ(PM10)顯著低于林外，多云、輕微至輕度霧霾天氣，林內(nèi)ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)均顯著低于林外，晴朗大風(fēng)（風(fēng)速>5 m·s-1）和霧靄天氣林內(nèi)ρ(TSP)和ρ(PM10)不顯著高于林外，霧靄天氣林內(nèi)ρ(PM2.5)顯著高于林外；冬季不同天氣下ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)林內(nèi)和林外對(duì)比沒有明顯規(guī)律。（4）空氣相對(duì)濕度、風(fēng)速和風(fēng)向是觀測(cè)時(shí)段內(nèi)影響顆粒物質(zhì)量濃度的主要因子。ρ(PM2.5)與相對(duì)濕度呈線性正相關(guān)，而與風(fēng)速呈非線性負(fù)相關(guān)，偏南風(fēng)對(duì)顆粒物主要起輸送和積累作用，偏北風(fēng)對(duì)顆粒物起到稀釋和擴(kuò)散作用。相對(duì)于TSP和PM10，PM2.5更易受近地面氣象條件的影響而堆積或擴(kuò)散。

關(guān)鍵詞：不同天氣條件；景觀生態(tài)林；大氣顆粒物；質(zhì)量濃度

引用格式：陳博，王小平，劉晶嵐，陳峻崎，朱建剛，李春義. 不同天氣下景觀生態(tài)林內(nèi)外大氣顆粒物質(zhì)量濃度變化特征[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(7): 1171-1181.

CHEN Bo, WANG Xiaoping, LIU Jinglan, CHEN Junqi, ZHU Jiangang, LI Chunyi. Mass Concentration Variations of Airborne Particulate Matters Inside and Outside of A Landscape Ecological Forest under Different Weather Conditions [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(7): 1171-1181.

大氣顆粒物是大氣中重要的微量成分，以固態(tài)或液態(tài)的形式懸浮于大氣中（Alves et al．，2006；Shi et al．，2012），通過吸收和散射太陽光直接影響全球輻射平衡，且通過形成云凝結(jié)核間接影響氣候（Charlson et al．，1992）。大氣顆粒物（尤其是空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5 μm的細(xì)顆粒物）能夠誘發(fā)心血管和呼吸道等疾病，嚴(yán)重危害人體健康（陶燕等，2014）。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，加之北京3面環(huán)山的地理環(huán)境不利于污染物的擴(kuò)散（Chen et al．，2013），空氣污染日趨明顯，霧霾天氣頻發(fā)，大氣顆粒物已成為北京空氣的首要污染物，引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

目前，大氣顆粒物的研究主要集中于濃度時(shí)空變化（楊復(fù)沫等，2002；Gomi??ek et al．，2004；韓素芹等，2008）、化學(xué)組成分析（Wang et al．，2008；Chou et al．，2010）、來源解析（Sun et al．，2004；Zheng et al．，2005）及其與氣象條件的關(guān)系等（車瑞俊等，2007560-562；蒲維維等，2011；趙晨曦等，2014）。另外，一些學(xué)者開始研究城市森林對(duì)大氣顆粒物的調(diào)控作用，已有研究表明城市森林對(duì)于大氣顆粒物的質(zhì)量濃度具有雙重效應(yīng)，植物通過葉片和枝干吸附大氣中懸浮的顆粒物，可以減少大氣顆粒物質(zhì)量濃度（柴一新等，2002；王蕾等，2006；王會(huì)霞等，2010)，而植物釋放的有機(jī)揮發(fā)物、花粉和孢子等物質(zhì)則可能增加大氣顆粒物的質(zhì)量濃度（Beckett et al．，1998），同時(shí)林分過密可能導(dǎo)致林內(nèi)空氣流通差，不利于污染物的擴(kuò)散和稀釋（Ries et al．，2001）。另有學(xué)者已初步探討了不同林分結(jié)構(gòu)對(duì)林內(nèi)和林外大氣顆粒物質(zhì)量濃度差異的影響（殷杉等，2007；吳志萍等，2007），而關(guān)于天氣因素對(duì)城市森林內(nèi)外大氣顆粒物質(zhì)量濃度差異的對(duì)比影響還缺乏時(shí)間尺度上連續(xù)完整的研究。

景觀生態(tài)林是以生態(tài)公益林為主體的森林生態(tài)系統(tǒng)（李道軍，2013），強(qiáng)調(diào)景觀效果與生態(tài)功能有機(jī)結(jié)合，具有城市背景的作用（查季清，2011），對(duì)于維護(hù)生態(tài)平衡、促進(jìn)森林旅游、推動(dòng)環(huán)境發(fā)展有著重要的作用。因此，本文以北京大興區(qū)景觀生態(tài)林為例，于2013年7月至2014年5月，選擇不同的天氣條件，對(duì)3種粒徑大氣顆粒物（TSP、PM10和PM2.5）質(zhì)量濃度和氣象因子進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)記錄，旨在了解不同季節(jié)不同天氣條件下，景觀生態(tài)林內(nèi)外大氣顆粒物污染變化特征及質(zhì)量濃度對(duì)比，并為城市大氣污染防治和指導(dǎo)市民合理選擇親近森林的時(shí)間提供參考。

1　研究方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)地大興區(qū)大洼村景觀生態(tài)林是2012年啟動(dòng)的“首都平原百萬畝造林工程”的造林地塊之一。研究區(qū)域?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，年均氣溫11.6 ℃，年均降水量630 mm（田世麗等，2013），土壤為沖擊性砂土，土質(zhì)疏松通透性好，保肥蓄水能力差，土壤pH值為8.44（譚炯銳，2010）。在試驗(yàn)區(qū)設(shè)置林內(nèi)和林外2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為了保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)具有相近的污染源，且避免監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)林緣效應(yīng)，林內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在景觀生態(tài)林中心位置，距林緣50 m，林外監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在林外距林緣50 m的位置且四周空曠無高大喬木和建筑遮擋。林內(nèi)試驗(yàn)樣地主要喬木為旱柳（Salix matsudana），平均樹高6 m、平均胸徑12 cm，林緣伴生榆葉梅（Prunus triloba）和碧桃（Prunus persica）等少量花灌木。

1.2天氣條件選擇

選擇不同季節(jié)出現(xiàn)頻率較高，且對(duì)大氣顆粒物具有明顯集聚、擴(kuò)散等效應(yīng)的天氣類型作為典型天氣開展林內(nèi)和林外同步監(jiān)測(cè)，跟蹤記錄天氣實(shí)況。2013年夏季至2014年春季分別選擇如下天氣類型：夏季“晴朗微風(fēng)”3 d（7月23日、8月18日、8 月19日)，“霧靄轉(zhuǎn)晴”2 d（7月22日、7月28日），“多云”3 d（7月26日、7月31日、8月20日)，“輕微霧霾”3 d（8月10日、8月13日、8月22 日)；秋季“晴朗微風(fēng)”3 d（9月20日、9月21日、10月26日），“晴朗大風(fēng)”2 d（11月10日、11月 17日)，“晴間多云”2 d（10月3日、11月9日)，“霧靄”3 d（9月13日、9月30日、10月4日）；冬季“晴朗微風(fēng)”2 d（1月10日、1月12日)，“輕度霧霾”3 d（1月11日、1月13日、2月23日）；春季“晴朗微風(fēng)”3 d（3月22日、3月29日、3 月30日），“揚(yáng)塵”3 d（4月12日、4月20日、5 月1日），輕度霧霾2 d（3月23日、4月13日）。其中，“晴朗大風(fēng)”定義為風(fēng)速≥5 m·s-1，能見度>10 km的天氣；“霧靄”定義為相對(duì)濕度≥90%，能見度1～10 km的天氣（田謐，2013）8-9；“輕微霧霾”和“輕度霧霾”定義為相對(duì)濕度<90%，風(fēng)速<3 m·s-1，能見度分別為5～10 km和3～5 km的天氣（田謐，2013）10；“揚(yáng)塵”定義為風(fēng)速≥3 m·s-1，能見度1～10 km的較干燥天氣（周祥龍，2010）。

1.3指標(biāo)測(cè)定和數(shù)據(jù)處理

每日8:00─18:00采用英國Turnkey儀器制造公司生產(chǎn)，且符合粉塵監(jiān)測(cè)國家標(biāo)準(zhǔn)的Dustmate粉塵檢測(cè)儀（分辨率：0.1 μg·m-3；測(cè)量范圍：0～6000 μg·m-3；粒徑范圍0.5～15 μm）同步連續(xù)測(cè)定2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)距地面1.5 m處的ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)，同時(shí)使用臺(tái)灣衡欣az8918風(fēng)速氣溫濕度三合一測(cè)試儀及TN-F三杯式風(fēng)速表測(cè)定氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。同一季節(jié)相同的天氣條件下，將每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同日期同一時(shí)段的數(shù)據(jù)取平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

所有數(shù)據(jù)應(yīng)用Microsoft Excel 2003、SPSS 21.0 和SigmaPlot 10.0分析，采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同天氣間的差異，采用配對(duì)樣本T檢驗(yàn)（Paired-Samples T Test）比較景觀生態(tài)林內(nèi)和林外的差異，采用偏相關(guān)分析（Partial Correlations）比較不同氣象因子與顆粒物質(zhì)量濃度之間的關(guān)系強(qiáng)弱；顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2　結(jié)果與分析

2.1夏季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物的變化

夏季，天氣條件對(duì)大氣顆粒物質(zhì)量濃度具有顯著影響，景觀生態(tài)林內(nèi)和林外ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)均表現(xiàn)為晴朗微風(fēng)<霧靄轉(zhuǎn)晴<多云<輕微霧霾（表1）。其中，晴朗微風(fēng)和霧靄轉(zhuǎn)晴的天氣林內(nèi)和林外ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)日均值低于夏季總體平均值，特別是晴朗微風(fēng)天氣林內(nèi)和林外ρ(PM2.5)僅為夏季總體平均值的0.13和0.14。

表2方差分析顯示，多云和輕微霧霾天氣下，林內(nèi)和林外3種粒徑顆粒物質(zhì)量濃度均顯著高于晴朗微風(fēng)天氣；輕微霧霾天氣下，林內(nèi)和林外3種粒徑顆粒物質(zhì)量濃度也顯著高于霧靄轉(zhuǎn)晴天氣；而霧靄轉(zhuǎn)晴與晴朗微風(fēng)及多云天氣相比，林內(nèi)和林外3種粒徑顆粒物質(zhì)量濃度差異均不顯著。輕微霧霾天氣下，林內(nèi)和林外ρ(PM2.5)顯著高于多云天氣，而ρ(TSP)和ρ(PM10)與多云天氣相比則沒有顯著差異，說明細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度明顯增高是形成霧霾天氣的主要條件。

表1　夏季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物日均質(zhì)量濃度對(duì)比Table 1 Diurnal average mass concentration comparison of particulate matters inside and outside of a landscape ecological forest under different weather conditions in summer　μg·m-3

表2　夏季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物日均質(zhì)量濃度及小粒徑顆粒物所占比例的方差分析Table 2 Variance analysis results of particulate matters mass concentrations and ratios of finer particles inside and outside of a landscape ecological forest under different weather conditions in summer

出現(xiàn)以上情況的主要原因?yàn)椋合募厩缋饰L(fēng)天氣，測(cè)定日平均能見度24.5 km，日均氣壓100.6 kPa（數(shù)據(jù)來源于氣象資料記錄），氣溫較高，空氣相對(duì)濕度最小，風(fēng)速在1～3 m·s-1的微風(fēng)范圍內(nèi)，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)（秦艷等，2005），湍流較強(qiáng)，對(duì)流充分，有利于污染物擴(kuò)散；多云天氣，輻射減弱，湍流不強(qiáng)，相對(duì)濕度高于60%，有利于氣體污染物轉(zhuǎn)化為粒子；輕微霧霾天氣，測(cè)定日平均能見度5.17 km，日均氣壓100.58 kPa，空氣相對(duì)濕度較大，風(fēng)速最小（<2 m·s-1），大氣處于靜穩(wěn)狀態(tài)，導(dǎo)致污染物積聚不易擴(kuò)散；霧靄轉(zhuǎn)晴的天氣，測(cè)定日平均能見度為7 km，日均氣壓100.17 kPa，雖然日均相對(duì)濕度較高，且日均風(fēng)速較低，但隨著天氣的變化，空氣相對(duì)濕度由高轉(zhuǎn)低，部分霧滴因重力沉降和湍流輸送作用到達(dá)地面，對(duì)顆粒物起到一定清除作用，因此，林內(nèi)和林外ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)均顯著低于輕微霧霾天氣。

對(duì)不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外3種粒徑大氣顆粒物質(zhì)量濃度對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)（表1），晴朗微風(fēng)天氣下，林內(nèi)ρ(TSP)和ρ(PM10)顯著低于林外，林內(nèi)ρ(PM2.5)也低于林外，但差異不顯著。多云和輕微霧霾天氣下，林內(nèi)和林外3種粒徑大氣顆粒物質(zhì)量濃度均顯著低于林外。霧靄轉(zhuǎn)晴天氣下，林內(nèi)和林外3種粒徑大氣顆粒物質(zhì)量濃度均沒有明顯差異。以上現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋合募竞盗纳砘顒?dòng)比較旺盛，對(duì)大氣顆粒物的吸附和滯納作用明顯，枝葉繁茂使得林內(nèi)大氣湍流和渦流運(yùn)動(dòng)顯著強(qiáng)于林外，有利于顆粒物沉降（楊阿強(qiáng)等，2011），同時(shí)，監(jiān)測(cè)林地53.5%的郁閉度不會(huì)明顯影響林內(nèi)空氣流通及顆粒物擴(kuò)散。晴朗微風(fēng)天氣林內(nèi)和林外ρ(PM2.5)差異不顯著可能與ρ(PM2.5)處于極低的水平，植被對(duì)其吸附和沉降作用不明顯有關(guān)。一般來說，大氣顆粒物質(zhì)量濃度水平越高（不超過一定的閾值范圍)，植被葉片的滯塵量和林冠層的沉降量越大（邱媛等，2008；趙晨曦等，2013）。

從小粒徑顆粒物所占比例的日均值來看（表2），4種天氣情況下，林內(nèi)和林外PM10/TSP均高于PM2.5/PM10。方差分析表明，小粒徑大氣顆粒物所占比例的差異不如大氣顆粒物質(zhì)量濃度的差異顯著，雖然晴朗微風(fēng)天氣下林內(nèi)和林外小粒徑顆粒物所占比例顯著低于其他3種天氣情況，但霧靄轉(zhuǎn)晴、多云和輕微霧霾天氣下林內(nèi)和林外PM10/TSP和PM2.5/PM10均處于較高水平，差異不顯著。輕微霧霾天氣下，林內(nèi)和林外PM2.5/PM10分別為（58.33%±13.65%）和（56.67%±12.58%），說明霧霾天氣下可吸入顆粒物（PM10）中細(xì)粒子（PM2.5）的含量大于粗粒子（PM2.5～10）的含量，這與之前關(guān)于北京PM2.5/PM10的平均值為56.6%的研究結(jié)果相吻合（于建華等，2004）47，而其他天氣情況下林內(nèi)和林外PM2.5/PM10則低于50%，這可能與監(jiān)測(cè)地土壤砂性易起塵，粗顆粒物貢獻(xiàn)比例相對(duì)較高有關(guān)。

對(duì)小粒徑顆粒物所占比例林內(nèi)和林外對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，PM10/TSP在不同天氣條件下均表現(xiàn)為林內(nèi)值高于林外，PM2.5/PM10則表現(xiàn)為多云和輕微霧霾天氣林內(nèi)值高于林外，晴朗微風(fēng)和霧靄轉(zhuǎn)晴天氣林內(nèi)值低于林外。這是因?yàn)橹脖粚?duì)不同粒徑的顆粒物沉降速率不同，小于2 μm的顆粒物與粗顆粒物相比需要更長的沉降時(shí)間（Gao et al．，2001），這種差異在粒子濃度較高時(shí)尤為明顯。

不同天氣條件下顆粒物日均質(zhì)量濃度的差異及小粒徑顆粒物所占比例的差異與大氣顆粒物日變化趨勢(shì)有很大關(guān)系。由圖1可見，輕微霧霾天氣除外，其他天氣情況下林內(nèi)3種顆粒物質(zhì)量濃度日變化趨勢(shì)為：9:00之后顆粒物質(zhì)量濃度逐漸下降，至13:00─15:00達(dá)最低值，隨后逐漸回升。晴朗微風(fēng)天氣顆粒物質(zhì)量濃度一直處于較低水平?jīng)]有明顯的波動(dòng)；多云和輕微霧霾天氣條件不利于林內(nèi)污染物的擴(kuò)散，顆粒物質(zhì)量濃度一直處于較高的水平，ρ(PM2.5)上升的幅度更為明顯，3種粒徑顆粒物在各個(gè)時(shí)間段的質(zhì)量濃度均顯著高于晴朗微風(fēng)天氣；霧靄轉(zhuǎn)晴天氣顆粒物質(zhì)量濃度日變化比較劇烈，早晨8:00─9:00，3種顆粒物質(zhì)量濃度均較高，隨著天氣條件的改善，霧靄逐漸驅(qū)散，10:00后顆粒物質(zhì)量濃度驟降，13:00以后顆粒物質(zhì)量濃度一直處于極低水平接近晴朗微風(fēng)天氣，與表2方差分析的結(jié)果一致。

2.2秋季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物的變化

表3顯示，林內(nèi)和林外3種粒徑大氣顆粒物日均質(zhì)量濃度在不同天氣下的對(duì)比情況為：晴朗大風(fēng)<晴朗微風(fēng)<晴間多云<霧靄，其中霧靄天氣顆粒物質(zhì)量濃度高達(dá)晴朗大風(fēng)天氣的20倍，秋季整體水平的3倍。方差分析顯示，霧靄天氣林內(nèi)和林外3種粒徑的顆粒物質(zhì)量濃度均與其他天氣情況下差異顯著（表4）。主要原因如下：2013年北京秋季從9月份開始多數(shù)為陰天、多云及雷陣雨天氣，相對(duì)濕度較高，測(cè)定日9月13日、9月30日和10月 4日林內(nèi)相對(duì)濕度均高于90%，日均風(fēng)速均低于1 m·s-1，能見度分別為3.4、4.5和4.9 km，這種持續(xù)的靜風(fēng)、陰濕天氣使得大氣逆溫層增厚，有利于顆粒物的積聚。晴天林內(nèi)和林外各粒徑顆粒物質(zhì)量濃度明顯降低，尤其在11月中旬開始刮較強(qiáng)的偏北風(fēng)（風(fēng)速>5 m·s-1），偏北風(fēng)所攜帶的較清潔空氣對(duì)北京地區(qū)大氣中顆粒物污染起到明顯的擴(kuò)散和稀釋作用。

不同天氣條件下林內(nèi)和林外各粒徑顆粒物質(zhì)量濃度對(duì)比結(jié)果見表3：晴間多云天氣，林內(nèi)和林外3種粒徑顆粒物質(zhì)量濃度均不具有顯著差異；晴朗微風(fēng)天氣，林內(nèi)ρ(TSP)和ρ(PM10)日均值顯著低于林外，而ρ(PM2.5)林內(nèi)和林外差異不顯著（與夏季晴朗微風(fēng)天氣下林內(nèi)和林外對(duì)比結(jié)果一致）。晴朗大風(fēng)天氣，林內(nèi)ρ(TSP)和ρ(PM10)不顯著高于林外，ρ(PM2.5)不顯著低于林外，從林內(nèi)和林外3種粒徑顆粒物日變化情況可以看出（圖2），從8:00起在較強(qiáng)偏北風(fēng)的作用下，各粒徑顆粒物質(zhì)量濃度均顯著下降，11:00─12:00降到極低水平，之后波動(dòng)比較平穩(wěn)，11:00前3種粒徑顆粒物質(zhì)量濃度均為林外較高，隨后ρ(TSP)和ρ(PM10)表現(xiàn)為林內(nèi)顯著高于林外，而林內(nèi)和林外ρ(PM2.5)則沒有顯著差異。導(dǎo)致以上結(jié)果的可能原因?yàn)椋毫滞獗O(jiān)測(cè)點(diǎn)為硬質(zhì)鋪裝，沙塵相對(duì)較少，而林內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)缺少地被植物覆蓋，砂質(zhì)土壤大面積裸落，在風(fēng)速較大且空氣干燥時(shí)容易出現(xiàn)局地起塵，對(duì)粗粒子ρ(TSP)和ρ(PM10)上升貢獻(xiàn)較大（于建華等，2004）46。霧靄天氣，林內(nèi)ρ(PM2.5)顯著高于林外，而林內(nèi)和林外ρ(TSP) 和ρ(PM10)差異不顯著。這說明環(huán)境相對(duì)封閉的林地，在高濕、靜風(fēng)的霧靄天氣條件下對(duì)小粒徑顆粒物（PM2.5）的積聚效果明顯。

從表4可以看出，PM2.5/PM10在4種天氣情況下差異均不顯著，PM10/TSP只有在霧靄天氣下顯著高于其他天氣，說明秋季4種天氣條件對(duì)小粒徑大氣顆粒物所占比例影響不顯著。除了晴朗大風(fēng)天氣，其他3種天氣條件下林內(nèi)小粒徑顆粒物所占比例均高于林外。霧靄天氣林內(nèi)和林外PM10/TSP的比值最高，分別達(dá)（89.33%±7.39%）和（86.99%± 11.5%），而PM2.5/PM10的比值卻降低與晴朗微風(fēng)條件下的比值接近，出現(xiàn)這種情況的主要原因?yàn)榭諝庀鄬?duì)濕度較大，小粒徑顆粒物通過吸濕作用使本身所含液量增加，粒子漲大，大粒子數(shù)量增多（車瑞俊等，2007）560，導(dǎo)致空氣中ρ(TSP)和ρ(PM10)顯著增加，PM2.5含量降低。

圖2　秋季晴朗大風(fēng)天氣下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物日變化比較Fig. 2 Diurnal variations of particulate matters in sunny-windy days inside and outside of a landscape ecological forest in autumn

表4　秋季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物日均質(zhì)量濃度及小粒徑顆粒物所占比例的方差分析Table 4 Variance analysis results of particulate matters mass concentrations and ratios of finer particles inside and outside of a landscape ecological forest under different weather conditions in autumn

2.3冬季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物的變化

由表5和表6可見，無論是晴朗微風(fēng)天氣還是輕度霧霾天氣，3種粒徑顆粒物質(zhì)量濃度及小粒徑顆粒物所占的比例在林內(nèi)和林外均沒有顯著差異。主要原因?yàn)椋憾竞盗謽淙~完全脫落，樹體新陳代謝變緩且處于休眠狀態(tài)，枝葉對(duì)顆粒物的吸附作用以及對(duì)前體污染物（SO2和NOx）的吸收作用皆明顯減弱，此時(shí)林木植株對(duì)顆粒物凈化作用不顯著。

表5　冬季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物日均質(zhì)量濃度對(duì)比Table 5 Diurnal average mass concentration comparison of particulate matters inside and outside of a landscape ecological forest under different weather conditions in winter　μg·m-3

表6　冬季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外小粒徑顆粒物比例日均值比較Table 6 Diurnal average ratios of finer particles inside and outside of a landscape ecological forest under different weather conditions in winter

從表5可以看出輕度霧霾天氣下，ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)極顯著高于晴朗微風(fēng)的天氣。晴朗微風(fēng)天氣，ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)日均值均低于我國環(huán)境空氣一類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)（TSP為120 μg·m-3，PM10為50 μg·m-3，PM2.5為35 μg·m-3）；而輕度霧霾天氣，ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)日均值遠(yuǎn)超出我國環(huán)境空氣二類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)（TSP為300 μg·m-3，PM10為150 μg·m-3，PM2.5為75 μg·m-3）。冬季不同天氣條件下顆粒物質(zhì)量濃度的顯著差異可以由兩方面原因來解釋：冬季采暖期工業(yè)鍋爐和采暖鍋爐向大氣中排放大量煤煙污染物，遇到大氣層穩(wěn)定、風(fēng)速小、逆溫強(qiáng)度高的氣象條件，稀釋擴(kuò)散困難，增強(qiáng)的污染排放及不利的氣象條件共同導(dǎo)致污染物質(zhì)量濃度出現(xiàn)高值；而冬季降雪和較強(qiáng)的偏北風(fēng)卻可以使顆粒物得到有效的擴(kuò)散和稀釋（于建華等，2004）46，2014年1月份的氣象記錄數(shù)據(jù)顯示，1月1日─1月17日無降雪天氣，因而測(cè)定日1月10日和1月12日出現(xiàn)較低的污染物水平主要是受外來冷空氣的影響，逆溫層被破壞，同時(shí)偏北方向較強(qiáng)的干潔空氣將大氣污染物稀釋。

表7　春季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物日均質(zhì)量濃度對(duì)比Table 7 Diurnal average mass concentration comparison of particulate matters inside and outside of a landscape ecological forest under different weather conditions in spring　μg·m-3

表6顯示，輕度霧霾天氣林內(nèi)和林外細(xì)顆粒物所占比例（PM2.5/PM10）均較高（>60%），說明冬季大量增加的采暖燃燒源對(duì)細(xì)顆粒物的貢獻(xiàn)更大；晴朗微風(fēng)天氣林內(nèi)和林外PM2.5/PM10則沒有表現(xiàn)出較高水平，與夏季和秋季晴朗微風(fēng)條件下的比值接近，這說明氣象條件的改善對(duì)小粒徑顆粒物的擴(kuò)散作用更為明顯。

2.4春季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物的變化

春季林內(nèi)和林外3種粒徑顆粒物質(zhì)量濃度均為晴朗微風(fēng)<揚(yáng)塵<輕度霧霾（見表7）。表8方差分析顯示：輕度霧霾時(shí)ρ(PM10)和ρ(PM2.5)顯著高于晴朗微風(fēng)和揚(yáng)塵天氣，揚(yáng)塵和輕度霧霾天氣下ρ(TSP)差異不顯著；晴朗微風(fēng)與揚(yáng)塵天氣下顆粒物質(zhì)量濃度相比，ρ(TSP)差異顯著，而ρ(PM10)和ρ(PM2.5)在兩種天氣下則沒有顯著差異。以上情況表明，春季粗顆粒物對(duì)揚(yáng)塵和霧霾天氣均具有較大貢獻(xiàn)，而可吸入顆粒物和細(xì)顆粒物僅對(duì)霧霾天氣具有突出貢獻(xiàn)。春季測(cè)定日，晴朗微風(fēng)天氣平均能見度為15 km，揚(yáng)塵天氣平均能見度為7.3 km，輕度霧霾天氣平均能見度為4.7 km（數(shù)據(jù)來源于氣象資料記錄），揚(yáng)塵天氣下ρ(PM10)和ρ(PM2.5)沒有顯著高于晴朗微風(fēng)天氣，但能見度卻明顯降低，可見，非沙塵天氣下的能見度水平一般由細(xì)粒子濃度決定，而揚(yáng)塵天氣下大量的粗粒子也可能造成太陽輻射的消弱以及大氣能見度的衰減。

表8　春季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外大氣顆粒物日均質(zhì)量濃度及小粒徑顆粒物所占比例的方差分析Table 8 Variance analysis results of particulate matters mass concentrations and ratios of finer particles inside and outside of a landscape ecological forest under different weather conditions in spring

從表7可以看出，不同天氣條件下林內(nèi)ρ(TSP) 和ρ(PM10)均顯著低于林外，輕度霧霾的天氣林內(nèi)ρ(PM2.5)顯著低于林外，其他天氣條件下林內(nèi)ρ(PM2.5)不顯著低于林外。以上結(jié)果說明，春季旱柳林對(duì)不同粒徑的顆粒物均具有明顯的凈化作用，可能與植株葉量增加、蒸騰作用增強(qiáng)，林內(nèi)風(fēng)速顯著降低有關(guān)。分析小粒徑顆粒物所占的比例發(fā)現(xiàn)（表8），3種天氣條件下，林內(nèi)和林外PM2.5/PM10均低于50%，輕度霧霾天氣下PM10在TSP中的比值明顯低于夏季和冬季霧霾天氣下的比值，粗粒子的優(yōu)勢(shì)地位反映出北京春季干燥多風(fēng)的典型污染特征，同時(shí)春季監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近頻繁的建筑活動(dòng)，導(dǎo)致建筑揚(yáng)塵增多，對(duì)大氣較粗顆粒物質(zhì)量濃度的增加也具有重要影響。

2.5氣象因子與顆粒物質(zhì)量濃度的相關(guān)性分析

通過對(duì)四季不同天氣條件下景觀生態(tài)林內(nèi)和林外顆粒物質(zhì)量濃度變化差異的分析，發(fā)現(xiàn)氣象因子對(duì)顆粒物質(zhì)量濃度變化具有重要影響。圖3顯示，林內(nèi)和林外氣象因子的變化具有一致性，只是變化幅度存在差異，總體來說，林內(nèi)相比于林外具有較高的相對(duì)濕度、較低的氣溫（冬季除外）和風(fēng)速以及更為復(fù)雜的風(fēng)向變化。故本文以林外監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，分不同季節(jié)（冬季樣本量少，未做偏相關(guān)分析）將觀測(cè)的各粒徑顆粒物質(zhì)量濃度日均值與氣象因子（相對(duì)濕度、氣溫、風(fēng)速）數(shù)據(jù)進(jìn)行偏相關(guān)分析，以期了解每一個(gè)氣象因子與顆粒物質(zhì)量濃度的相關(guān)性，如表9所示。偏相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值大小能夠體現(xiàn)因子間相關(guān)性的強(qiáng)弱，通過全年對(duì)比發(fā)現(xiàn)，3個(gè)氣象因子與ρ(PM2.5)的相關(guān)性最強(qiáng)，說明細(xì)顆粒物更容易受到近地面氣象條件的影響而積聚或擴(kuò)散，這與之前的研究結(jié)果一致（史宇等，2013）。從表9可以看出，在所選取的3個(gè)氣象因子中，顆粒物質(zhì)量濃度與相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而與氣溫和風(fēng)速偏相關(guān)性不顯著。

圖3　景觀生態(tài)林內(nèi)和林外相對(duì)濕度、溫度、風(fēng)速對(duì)比Fig. 3 Diurnal average value comparison of relative humidity, temperature and wind speed inside and outside of a landscape ecological forest

為進(jìn)一步分析氣象因子對(duì)顆粒物質(zhì)量濃度的影響規(guī)律，選取ρ(PM2.5)日均值分別與日均相對(duì)濕度、氣溫和風(fēng)速數(shù)據(jù)在二維坐標(biāo)系上繪制成散點(diǎn)圖，并進(jìn)行擬合（見圖4）。擬合結(jié)果顯示：ρ(PM2.5)與相對(duì)濕度呈明顯的線性正相關(guān)，與氣溫沒有明顯的擬合關(guān)系，與風(fēng)速呈明顯的指數(shù)負(fù)相關(guān)、擬合性較高。以上結(jié)果表明，相對(duì)濕度和風(fēng)速對(duì)顆粒物質(zhì)量濃度具有顯著影響，在一定范圍內(nèi)，顆粒物質(zhì)量濃度隨相對(duì)濕度的增加呈線性升高、隨著風(fēng)速的增大呈指數(shù)遞減。溫度對(duì)顆粒物濃度變化具有雙重作用，隨著溫度的升高大氣穩(wěn)定性降低、對(duì)流運(yùn)動(dòng)和湍流交換加強(qiáng)、有利于顆粒物的擴(kuò)散和輸出；然而高溫天氣也會(huì)加快大氣光化學(xué)反應(yīng)的速率，利于二次氣溶膠的生成，從而使細(xì)粒子質(zhì)量濃度增加（林俊等，2009）。從表9也可以看出溫度的復(fù)雜影響，夏季高溫天氣顆粒物質(zhì)量濃度與氣溫呈不顯著正相關(guān)，而春秋季節(jié)則呈現(xiàn)不顯著負(fù)相關(guān)。

表9　氣象因子與大氣顆粒物的偏相關(guān)系數(shù)Table 9 Partial correlation coefficients of particulate matters and meteorological factors

圖4　PM2.5日均質(zhì)量濃度與相對(duì)濕度、溫度、風(fēng)速相關(guān)性Fig. 4 Correlations between daily mean mass concentrations of particulate matters and relative humidity, temperature and wind speed

圖5　林外監(jiān)測(cè)點(diǎn)全年晴朗和霧霾天氣風(fēng)向的概率分布（%）Fig. 5 The probability distribution of wind direction frequency of sunny and hazy days outside the forest in a whole year (%)

已有研究表明顆粒物污染具有區(qū)域性，北京與周邊地區(qū)的大氣污染物存在相互輸送和交換的關(guān)系（蒲維維等，2011）717，而影響污染物輸送量和擴(kuò)散效果的主要因子除了風(fēng)速還有風(fēng)向，因此本文對(duì)不同天氣條件下8個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的頻率及對(duì)應(yīng)的顆粒物質(zhì)量濃度水平進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，以風(fēng)向玫瑰圖展示分析結(jié)果。從圖5可以看出，全年晴朗的天氣下偏北風(fēng)向占主導(dǎo)，西北風(fēng)向頻率最高，東北風(fēng)向次之；霧霾天氣下盛行偏南風(fēng)，西南和東南風(fēng)向頻率最高。分析對(duì)應(yīng)顆粒物質(zhì)量濃度風(fēng)玫圖（圖6）發(fā)現(xiàn)，偏北風(fēng)向上，ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)均出現(xiàn)最低水平；TSP和PM10在西南風(fēng)向上的質(zhì)量濃度遠(yuǎn)高于其他風(fēng)向，而ρ(PM2.5)在不同風(fēng)向上并沒有與二者表現(xiàn)出一致的變化趨勢(shì)。出現(xiàn)以上差異的主要原因?yàn)?，秋季所觀測(cè)的霧靄天氣的風(fēng)向?yàn)槲髂戏较?，此時(shí)的ρ(TSP)和ρ(PM10)遠(yuǎn)高于其他天氣條件下的質(zhì)量濃度，而霧靄天氣對(duì)ρ(PM2.5)沒有顯著增加，因而ρ(PM2.5)在西、西南、南、東南和東幾個(gè)風(fēng)向上分布比較均勻，集中在100～170 μg·m-3。通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，北京地區(qū)盛行偏南風(fēng)時(shí)易形成顆粒物污染，可能由于天津、河北省南部及山西省部分城市產(chǎn)生的污染物隨風(fēng)向輸送至北京并被北部山區(qū)阻擋而積聚；盛行偏北風(fēng)時(shí)，北風(fēng)所攜帶的較清潔的空氣對(duì)北京地區(qū)大氣中顆粒物污染具有明顯的擴(kuò)散和稀釋作用。有研究顯示，偏北風(fēng)向時(shí)，顆粒物質(zhì)量濃度會(huì)隨著風(fēng)速的增大顯著降低，此時(shí)風(fēng)速對(duì)顆粒物起到擴(kuò)散作用；而偏南風(fēng)向時(shí)，顆粒物質(zhì)量濃度可能隨著風(fēng)速的增大而增加，此時(shí)風(fēng)速對(duì)顆粒物起到了輸送和積累的作用（蒲維維等，2011）718-719，因而在分析風(fēng)對(duì)顆粒物質(zhì)量濃度影響時(shí)需要將風(fēng)速和風(fēng)向結(jié)合考慮。

圖6　林外監(jiān)測(cè)點(diǎn)全年顆粒物質(zhì)量濃度的風(fēng)向玫瑰圖（μg·m-3）Fig. 6 The wind-rose diagram of particulate matters mass concentrations outside the forest in a whole year (μg·m-3)

3　結(jié)論與討論

3.1討論

3.1.1相對(duì)濕度對(duì)景觀生態(tài)林內(nèi)大氣顆粒物的影響

研究期內(nèi)大氣顆粒物特別是PM2.5日均質(zhì)量濃度與日均相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān)，這種相關(guān)性在特有的氣候條件下才得以成立。監(jiān)測(cè)期均避開了降水天氣，相對(duì)濕度高往往反映了大氣層結(jié)穩(wěn)定，顆粒物易聚積。而降水天氣相對(duì)濕度高則對(duì)應(yīng)著降雨或降雪過程，顆粒物的質(zhì)量濃度會(huì)在降水的濕清除作用下明顯下降。日本廣島市曾用干濕沉降研究發(fā)現(xiàn)空氣中多環(huán)芳香烴質(zhì)量濃度在雨天低于晴天（Ozaki et al．，2006）。另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)雨水對(duì)粗粒子的沖刷效果更明顯，雨后粗顆粒迅速減少，可吸入顆粒物比重可能增大（郭二果等，2013）。本文研究發(fā)現(xiàn)，霧滴對(duì)于PM2.5與PM10也具有一定的濕清除作用。但如果大氣相對(duì)濕度持續(xù)上升且未達(dá)到飽和狀態(tài)，霧滴可與霾粒子共同作用形成相對(duì)穩(wěn)定的霧靄天氣，其顆粒物污染程度遠(yuǎn)高于其他天氣狀況。霧靄天氣下，由于部分霾粒子吸濕膨脹，使得粒子半徑增大，PM10中PM2.5的比例明顯下降，而TSP中PM10的比例卻明顯上升，高達(dá)（89.33%±7.39%），此時(shí)粒徑為2.5～10 μm的顆粒物所占的比重最高。

3.1.2風(fēng)對(duì)景觀生態(tài)林內(nèi)大氣顆粒物的影響

風(fēng)對(duì)大氣顆粒物的影響存在一定的復(fù)雜性和不確定性。本研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)速能使污染物擴(kuò)散而減少，大氣顆粒物質(zhì)量濃度隨風(fēng)速增加呈指數(shù)下降。但是，當(dāng)風(fēng)速超過閥值時(shí)，地表的沙塵會(huì)被風(fēng)帶入空中，使得顆粒物質(zhì)量濃度增大（車瑞俊等，2007）561。天氣干燥時(shí)刮風(fēng)會(huì)引起林內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度增加，尤其是地表相對(duì)裸露的林地，因而晴朗大風(fēng)天氣景觀生態(tài)林內(nèi)ρ(TSP)和ρ(PM10)不顯著高于林外。另有研究顯示，偏北風(fēng)向時(shí)，顆粒物質(zhì)量濃度會(huì)隨著風(fēng)速的增大顯著降低；而偏南風(fēng)向時(shí)，顆粒物質(zhì)量濃度可能隨著風(fēng)速的增大而增加（蒲維維等，2011），因而在分析風(fēng)對(duì)顆粒物質(zhì)量濃度影響時(shí)需要將風(fēng)速和風(fēng)向結(jié)合考慮。

3.1.3天氣條件與植被對(duì)大氣顆粒物的復(fù)合影響

天氣條件與植被的生長節(jié)律復(fù)合影響林內(nèi)和林外顆粒物的濃度差異，夏秋季節(jié)旱柳植株生理活動(dòng)旺盛、枝繁葉茂，對(duì)大氣顆粒物及前體污染物（SO2和NOx）的阻滯和吸收作用明顯；春季旱柳萌動(dòng)較早，在北京3月中旬已開始發(fā)芽展葉，雖然葉量沒有夏秋時(shí)節(jié)多，但生理活性已開始增強(qiáng)，蒸騰作用使得樹冠周圍濕度較林外顯著增加，有利于促進(jìn)粗顆粒物的沉降；冬季旱柳等闊葉樹已完全落葉、處于休眠狀態(tài)，對(duì)顆粒物的消減作用很弱，如若遇刮風(fēng)天氣裸露的林地極易起塵，導(dǎo)致林內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度高于林外。森林植被處于同一生長季時(shí)，植被葉片的滯塵量和林冠層的沉降量隨顆粒物質(zhì)量濃度的升高而增大，當(dāng)顆粒物質(zhì)量濃度達(dá)到閾值后，植被對(duì)顆粒物的消減作用減弱，此時(shí)林內(nèi)相對(duì)封閉的空間則不利于顆粒物的擴(kuò)散。

森林植被對(duì)顆粒物具有不同程度的阻滯、吸附和沉降效果，可以有效地降低大氣顆粒物的質(zhì)量濃度。但是林地環(huán)境顆粒物的來源比較復(fù)雜，包括植物釋放有機(jī)揮發(fā)物所形成的二次氣溶膠、花粉、孢子等物質(zhì)（Beckett et al．，1998），可能引起大氣顆粒物質(zhì)量濃度增加。另外，不同的林分結(jié)構(gòu)包括郁閉度、針闊比、喬灌草比等指標(biāo)對(duì)森林調(diào)控大氣顆粒物的效果具有重要影響。郁閉度為0.70～0.85時(shí)，林帶對(duì)TSP的凈化效果最佳，凈化率為50%～60%（殷杉等，2007）；針闊混交林具有一定的滯塵優(yōu)勢(shì)，可彌補(bǔ)落葉樹冬季對(duì)顆粒物凈化效果顯著減弱的缺陷；提高灌木或草本地被的覆蓋率可以有效地抑制地表揚(yáng)塵，減小粗顆粒物質(zhì)量濃度。因而在探討森林對(duì)顆粒物凈化能力時(shí)要將選擇高滯塵低排放的樹種與林分結(jié)構(gòu)和氣象因子綜合考慮以最大程度的發(fā)揮森林對(duì)顆粒物消減的積極作用，降低對(duì)顆粒物質(zhì)量濃度增加的消極影響。

3.2結(jié)論

（1）不同天氣條件顯著影響景觀生態(tài)林內(nèi)大氣顆粒物的質(zhì)量濃度。晴朗天氣下景觀生態(tài)林內(nèi)ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)均處于最低水平；多云、揚(yáng)塵、霧霾和霧靄天氣顆粒物質(zhì)量濃度較高，污染明顯加重，霧霾天氣下ρ(PM2.5)的增加效果更為明顯，而揚(yáng)塵天氣下ρ(TSP)顯著增加；霧靄轉(zhuǎn)晴的天氣，各粒徑顆粒物的質(zhì)量濃度較低，與晴朗微風(fēng)天氣差異不顯著。

（2）不同天氣條件顯著影響景觀生態(tài)林內(nèi)和林外顆粒物濃度對(duì)比。夏季、秋季和春季，晴朗微風(fēng)天氣和揚(yáng)塵天氣林內(nèi)ρ(TSP)和ρ(PM10)顯著低于林外，ρ(PM2.5)不顯著低于林外；多云、輕微至輕度霧霾天氣林內(nèi)ρ(TSP)、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)均顯著低于林外；晴朗大風(fēng)和霧靄天氣林內(nèi)ρ(TSP)和ρ(PM10)不顯著高于林外，霧靄天氣林內(nèi)ρ(PM2.5)顯著高于林外；冬季晴朗微風(fēng)和輕度霧霾天氣林內(nèi)和林外3種粒徑顆粒物質(zhì)量濃度對(duì)比沒有明顯規(guī)律。

（3）不同氣象因子與顆粒物質(zhì)量濃度的相關(guān)性不同，空氣相對(duì)濕度、風(fēng)速和風(fēng)向是觀測(cè)時(shí)段內(nèi)影響其質(zhì)量濃度的主要因子。ρ(PM2.5)與相對(duì)濕度呈線性正相關(guān)，而與風(fēng)速呈非線性負(fù)相關(guān)，偏南風(fēng)對(duì)顆粒物主要起輸送和積累作用，偏北風(fēng)對(duì)顆粒物起到稀釋和擴(kuò)散的作用。相對(duì)于TSP和PM10，PM2.5更易受近地面氣象條件的影響而堆積或擴(kuò)散。夏、秋、春3個(gè)季節(jié)林內(nèi)相對(duì)濕度高于林外，冬季林內(nèi)和林外相對(duì)濕度沒有明顯差異；冬季林內(nèi)氣溫高于林外，其他3個(gè)季節(jié)林內(nèi)氣溫低于林外；風(fēng)速在四季均表現(xiàn)為林內(nèi)低于林外；林內(nèi)風(fēng)向較林外不穩(wěn)定。

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Mass Concentration Variations of Airborne Particulate Matters Inside and Outside of A Landscape Ecological Forest under Different Weather Conditions

CHEN Bo1, WANG Xiaoping1, LIU Jinglan2, CHEN Junqi3, ZHU Jiangang3, LI Chunyi4
1. College of Forestry, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 2. The school of Nature Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 3. Beijing Forestry Carbon Administration, Beijing 100013, China; 4. Institute of Wetland Research, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China.

Abstract:To investigate the role of landscape ecological forests in controlling airborne particulate matters, this paper took a landscape ecological forest with dominating tree species of Salix matsudan in Daxing District of Beijing as an example to research the mass concentration variations of airborne particulate matters inside the landscape ecological forest and the mass concentration comparisons inside and outside the forest in different seasons and different weather conditions. The daily mass concentrations of TSP, PM10and PM2.5as well as meteorological factors (8:00─18:00) were measured using horizontal synchronous monitoring method inside and outside the forest during one year period (July, 2013 to May, 2014). The results indicated that: (1) Daily mean ρ(TSP), ρ(PM10) and ρ(PM2.5) inside the forest were lower in sunny days than those under other weather conditions. These concentrations were (61.53±21.73)～(174.32±36.01) μg·m-3, (28.91±10.34)～(94.87±20.45) μg·m-3and (6.29±3.86)～(23.91±12.29) μg·m-3, respectively; cloud, dust, haze and fog aggravated the pollution of particulate matters; increased amplitudes of finer particulate matters were larger in hazy days, while those of coarser particulate matters were larger in dry windy days. (2) Fog droplets could reduce ρ(PM10) and ρ(PM2.5), but these droplets with haze nuclei could also cause serious air pollution, when 2.5～10 μm particles were the main pollutant of airborne particulate matters. (3) During summer, autumn and spring, ρ(TSP) and ρ(PM10) were significantly lower inside the forest than those outside the forest in sunny days (wind speed ≤ 3 m·s-1) or dusty days, ρ(TSP), ρ(PM10) and ρ(PM2.5) were all significantly lower inside the forest in cloudy and slight hazy days, while the comparison results in sunny days (wind speed > 5 m·s-1) and foggy days were contrary. During winter, ρ(TSP), ρ(PM10) and ρ(PM2.5) inside the forest had no significant difference with those outside the forest. And (4) air relative humidity, wind speed and wind direction were the main meteorological factors affecting particles concentrations in this study. The daily average ρ(PM2.5) had significant linear positive correlation with relative humidity and nonlinear negative correlation with wind speed; southerly wind had a major role in exacerbating the air pollution of particulate matters, while northerly flow played important role of effective dilution and diffusion of these matters in monitoring sites. ρ(PM2.5) was more likely to be affected by meteorological factors than ρ(TSP) and ρ(PM10).

Key words:different weather condition; landscape ecological forest; airborne particulate matter; mass concentration

收稿日期：2015-04-16

*通訊作者：劉晶嵐（1966），女，副教授，主要從事城市森林與城市生態(tài)研究。E-mail: Liujl66@hotmail.com

作者簡介：陳博（1983年生），女，博士研究生，研究方向?yàn)樯稚鷳B(tài)。E-mail: 335859230@qq.com

基金項(xiàng)目：國家林業(yè)公益性行業(yè)科研項(xiàng)目（201304301）；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（CAFINT2015C12）

中圖分類號(hào)：X16

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-5906（2015）07-1171-11

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.07.015