城市森林公園空氣負離子濃度與氣象因子的相關性1)

王非　李冰　周蘊薇

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

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城市森林公園空氣負離子濃度與氣象因子的相關性1)

王非李冰周蘊薇

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

在位于哈爾濱市市區(qū)的黑龍江省森林植物園內(nèi)，于2014年7、10月份選擇晴朗的天氣定位、同步測定距地面0.8 m處的空氣負離子濃度、風速、溫度、相對濕度、氣壓、風寒、露點溫度、濕球溫度、PM2.5、光照強度，分析不同月份負離子濃度和各氣象因素的相關性、負離子濃度和相關性顯著的各因素之間的關系，并對和負離子有顯著相關性的因子與負離子進行多元回歸分析。結(jié)果表明：研究區(qū)內(nèi)，空氣負離子濃度和各氣象因子的相關關系會隨著時間發(fā)生變化。7月份，負離子濃度和露點溫度呈極顯著正相關、和PM2.5呈極顯著負相關、和濕球溫度呈顯著正相關，負離子濃度和風速、溫度、風寒、相對濕度、壓強、光照強度無明顯相關關系。10月份，負離子濃度和相對濕度、露點溫度、濕球溫度呈極顯著負相關關系，負離子濃度和壓強呈極顯著正相關關系，負離子濃度和溫度、風寒呈顯著負相關關系，負離子濃度和風速、PM2.5、光照強度無明顯相關關系。7月份負離子濃度和PM2.5相關性最強，10月份負離子濃度和壓強的相關性最強。

黑龍江省森林植物園；空氣負離子；氣象因子；城市環(huán)境

In the Heilongjiang Forest Botanical Garden of urban area of Harbin, in July and October 2014, we chose the sunny weather and the range of ground 0.8 m place to measure the negative air ion concentration, wind speed, temperature, relative humidity, air pressure, wind and cold, dew point temperature, wet ball temperature, PM2.5, and light intensity. We analyzed the relationship between different season anion concentrations and meteorological factors of relevance, and the relationship between anion concentrations and the factor with significant correlation. We used multiple regression analysis with negative ions and the anion with significant correlation factor. The concentration in the study area and the correlation various meteorol-ogical factors changed with seasons. In July, the negative air ion concentration was correlated significantly and positively with dew point temperature and wet bulb temperature, while negatively with dust PM2.5, but was not correlated with wind speed, temperature, wind chill, relative humidity, pressure and light intensity. In October, the negative ion concentration had extremely significant negative correlation with relative humidity, dew point temperature and wet bulb temperature, and it had extremely significant positive correlation with pressure. It was significantly correlated with temperature and wind chill, and it had no obvious correlation with wind speed, dust PM2.5and light intensity. The concentration of negative ions and PM2.5were most relevant in July, and the concentration of negative ions and the pressure were the most relevant in October.

當今社會環(huán)境問題日益引起人們關注，作為評價空氣清潔度的重要指標，被譽為“環(huán)境警察”的空氣負離子濃度(Negative Air Ion Concentration，NAIC以下簡稱為負離子)更是備受重視。許多研究者在探索負離子和各因素的關系，如：風速、溫度、相對濕度、光照、粉塵等對負離子濃度的影響和相關關系，但各自的觀點卻有所不同[1-14]。關于各因素和負離子相關關系的研究結(jié)果也都類似，這是因為各研究對象所處地域不同，所以測得各因素和負離子濃度的相關關系的結(jié)論也有所不同。目前，對城市內(nèi)部的森林植物園的這方面的研究較少，本研究選取位于哈爾濱市內(nèi)的黑龍江省森林植物園為研究區(qū)，探索該環(huán)境下各個環(huán)境因素與負離子濃度的相關關系，旨在為今后城市環(huán)境特征的進一步研究提供參考。

1　研究區(qū)概況

研究點位于黑龍江省森林植物園內(nèi)(見表1)。黑龍江省森林植物園，是位于黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)內(nèi)部的森林公園，哈爾濱市(125°42′～130°10′E，44°04′～46°40′N)位于中國東北地區(qū)。受季風輻合帶季風環(huán)流系統(tǒng)影響，屬于中溫帶大陸性季風氣候，四季分明，年平均氣溫為2.5～4.3 ℃，年均降水量400～650 mm。黑龍江省森林植物園始建于1958年，占地面積136 km2。黑龍江省森林植物園由苗圃演變而來，因而樹木種植規(guī)整，除個別補植樹木外樹齡基本為58 a，且植物園內(nèi)養(yǎng)護管理得當，使這里的林帶皆長勢良好，生活力良好。

表1　樣地基本特征

2　研究方法

在黑龍江省森林植物園內(nèi)，檢測時間為2014年7、10月份，選擇晴朗的天氣測量。從上午8:00—18:00，每隔2 h定點、同步測定距地面0.8 m處的空氣負離子濃度、風速、溫度、相對濕度、氣壓、風寒、露點溫度、濕球溫度、PM2.5、光照強度，每月測定9 d。用經(jīng)過統(tǒng)一校正過的美國ALPHALAB INC空氣負離子檢測儀(AIR ION COUNTER AIC-2M(AIC-1000))，又稱AIC-2M空氣負離子檢測儀(測量范圍10～2×106個/cm3)對環(huán)境內(nèi)空氣負離子進行測量，每次觀測待儀器穩(wěn)定后按東、南、西、北4個方向讀數(shù)，每個方向取1 min數(shù)據(jù)為該方向負離子濃度，取4個方向的平均值為此觀測點的觀測值。同時用keterl4500手持式風速風向氣象儀同步測定風速、溫度、相對濕度、氣壓、風寒、露點溫度、濕球溫度。用美國TSI AM 510便捷式防爆粉塵儀同步檢測PM2.5質(zhì)量濃度、用照度計TES 1339同步測定光強。運用Excel2003進行數(shù)據(jù)初步整理和處理，再導入SPSS19.0，首先做相關性分析，得出不同月份負離子濃度和各氣象因素的相關性；然后將和負離子濃度相關性顯著的因素與負離子濃度做一元回歸，求得負離子濃度和相關性顯著的各因素兩者之間的線性關系；最后做多元回歸，得出和負離子濃度最為相關的因素并形成方程。

3　結(jié)果與分析

3.1負離子濃度和各氣象因素的相關關系

由表2可見：7月份，負離子濃度和PM2.5呈極顯著的負相關、和露點溫度呈極顯著正相關；負離子濃度和濕球溫度呈顯著正相關；負離子濃度和風速、溫度、風寒、相對濕度、壓強、光照強度相關性不顯著。10月份，負離子濃度和相對濕度、露點溫度、濕球溫度均呈極顯著負相關，負離子濃度和壓強呈極顯著正相關；負離子濃度和溫度、風寒呈顯著負相關；負離子濃度和風速、PM2.5、光照強度相關性不顯著。10月份的氣象因素對負離子濃度的影響比7月份的強，這是因為隨著植物園從7月份到10月份，植物的生命力減弱，對環(huán)境的作用減弱，環(huán)境內(nèi)各氣象因素變化作用變強，所以氣象因子對負離子濃度影響作用加強。

表2　空氣負離子濃度和各氣象因素的相關性

注：*表示在置信度(雙側(cè))為0.05時相關性顯著；** 表示在置信度(雙側(cè))為0.01時相關性顯著；-表示負相。

3.2負離子濃度和與其相關性顯著氣象因素的一元回歸

將表2中7月份的各個和負離子濃度顯著相關的因素，分別與負離子濃度做一元回歸分析，結(jié)果表明：

負離子濃度(n)和PM2.5質(zhì)量濃度(ρP)的回歸方程為n=220.721-146.654ρP(R2=0.095、F=11.114、p=0.001)，這是因為負離子會撞擊攔截、靜電吸引PM2.5，促使其沉降，所以負離子濃度和PM2.5有顯著的負相關。

負離子濃度(n)和露點溫度(tl)的回歸方程為n=-43.707+12.275tl(R2=0.072、F=8.196、p=0.005)，這是隨著露點溫度的升高，水分越難凝結(jié)，無法吸附負離子使其沉降，所以當露點溫度越高，負離子濃度越高。

負離子濃度(n)和濕球溫度(ts)的回歸方程n=-69.408+12.233ts(R2=0.051、F=5.706、P=0.019)，負離子濃度和濕球溫度呈顯著正相關，這主要是由于7月份隨著溫度濕度同步增加，空氣中負離子的動能逐步增加、且其壽命延長，促使負離子濃度逐步升高。

將表2中10月份的各個和負離子濃度顯著相關的因素，分別與負離子濃度做一元回歸分析，結(jié)果表明：

負離子濃度(n)和相對濕度(Hr)的回歸方程為n=282.551-1.479Hr(R2=0.116、F=13.915、p=0)，這是由于濕度變大相應的污染物隨之進入空氣的變多，和負離子發(fā)生沉降的變多，導致負離子濃度降低。

負離子濃度(n)和露點溫度(tl)的回歸方程為n=225.286-2.974tl(R2=0.120、F=14.435、P=0)，這是當露點溫度越低，空氣中水汽越容易凝結(jié)出來，可以沉降更多的污染物，空氣負離子濃度越高。

負離子濃度(n)和濕球溫度(ts)的回歸方程為n=242.757-3.317ts(R2=0.085、F=9.834、P=0.002)，這主要是由于濕球溫度越高，水分越難凝結(jié)，污染物越難隨水分子凝結(jié)沉降，負離子濃度越低。

負離子濃度(n)和壓強(p)的回歸為n=4.688p-4 484.114(R2=0.162、F=20.557、P=0)，這是由于隨著氣壓的升高，空氣湍流運動變強，空氣中污染物散去速度加快，空氣中粒子摩擦加強，使空氣負離子濃度變大。

負離子濃度(n)和溫度(t)的回歸方程為n=242.257-2.296t(R2=0.044、F=4.860、P=0.030)，說明在城市內(nèi)部，因為秋季污染加劇，溫度升高將促使更多的污染物的運動，致使負離子更多的和污染物吸附、沉降，導致負離子濃度降低。

負離子濃度(n)和風寒(tf)的回歸方程為n=234.890-1.982tf(R2=0.047、F=5.183、P=0.025)，這是因為當溫度越低風速越大的時候，污染物越不容易被蒸發(fā)到空氣中，且空氣中已有的污染物散去的較快，負離子濃度越大。

3.3負離子濃度和相關性顯著氣象因素的多元回歸

將7月份和負離子濃度相關性顯著的氣象因素(PM2.5、露點溫度、濕球溫度)與負離子濃度進行多元回歸分析，經(jīng)回歸擬合優(yōu)度檢驗、回歸方程的顯著性檢驗表明：露點溫度、濕球溫度2個氣象因素不能進入方程，只有PM2.5這一變量被引入，多元回歸的結(jié)果與上述一元回歸結(jié)果一致，且成立。

將10月份和負離子濃度有顯著相關性的氣象因素(溫度、風寒、相對濕度、露點溫度、濕球溫度、壓強)與負離子濃度進行多元回歸分析，經(jīng)回歸擬合優(yōu)度檢驗、回歸方程的顯著性檢驗表明：溫度、風寒、相對濕度、露點溫度、濕球溫度5個氣象因素不能進入方程，僅有壓強這一變量被引入，多元回歸結(jié)果與上述一元回歸結(jié)果完全一致，且成立。

7、10月份的空氣負離子濃度的主要影響因素不同，在7月份主要的影響因素是PM2.5，在10月份則主要是由氣壓影響。這是因為在7月份植物生命較旺盛，植物園內(nèi)各氣象因素相對較為穩(wěn)定，PM2.5的變化對負離子濃度的影響較為明顯；進入10月份，植物生命力減弱，霧霾情況加重，污染物的消散程度、氣壓的強度成為對負離子濃度產(chǎn)生主要影響的因素。

4　結(jié)論與討論

在黑龍江省森林植物園內(nèi)，空氣負離子濃度與各個氣象因素的相關性，在不同月份有差異，其中：負離子濃度和風速、光照強度，在7、10月份的相關性均不顯著。7月份，負離子濃度和PM2.5呈極顯著的負相關；10月份，負離子濃度和PM2.5的相關性則不顯著。7月份，負離子濃度和露點溫度呈極顯著正相關；10月份，負離子濃度和露點溫度則呈極顯著負相關。7月份，負離子濃度和濕球溫度呈現(xiàn)顯著正相關；10月份，負離子濃度和濕球溫度則為極顯著負相關。7月份，負離子濃度和溫度、風寒相關性不顯著；但10月份，負離子濃度和溫度、風寒卻顯著負相關。7月份時，負離子濃度和相對濕度、壓強相關性不顯著；但10月份，負離子濃度和相對濕度、壓強卻呈極顯著負相關。7月份，PM2.5與負離子濃度相關性最強；10月份，氣壓與負離子濃度相關性最強。

在黑龍省森林植物園內(nèi)，空氣負離子濃度與各氣象因素的相關關系，在7月份和10月份會具有較大差異，這與朱春陽等[11]的研究結(jié)論類似。這是因為植物對環(huán)境的作用，會隨著季節(jié)的變化而變化，從7月份到10月份，植物生命活動減弱，加之伴隨秋季的到來，燒荒、供暖等人類活動加劇，導致空氣污染較為嚴重，植物所產(chǎn)生的作用由強至弱，各環(huán)境因素對負離子濃度的影響由弱到強，所以導致很多氣象因素在7、10月份與負離子濃度的影響作用不同，產(chǎn)生不同的相關關系。在7月份，植物的生命活動較強，對環(huán)境的作用較強，使空間內(nèi)各氣象因素相對較穩(wěn)定，變化較小，對負離子變化產(chǎn)生的影響作用較小，相關性不顯著；而進入10月份，植物生命活動變?nèi)?，對空間內(nèi)各氣象因素的穩(wěn)定作用減小，因而空間內(nèi)各氣象因素變化增強，使其對負離子濃度的影響加強，相關性逐步顯著。且由于空氣負離子的壽命非常短暫，在林區(qū)、海濱等地壽命會有所延長，長達幾分鐘；但是，在人口相對集中的城市內(nèi)部，可能僅僅有幾秒鐘的時間。在人口密集，廢氣、塵埃、各種微粒組成的氣溶膠等污染物含量較高的城市內(nèi)部，空氣中的小離子附加到污染物上，小離子濃度迅速降低，負離子濃度相對減小[15]。朱春陽[11]的研究是在北京西四環(huán)的帶狀綠地研究小尺度的樣地進行，而本研究是在城市內(nèi)部的森林植物園進行，研究環(huán)境存在巨大差異，負離子受到周邊環(huán)境影響，更替速度很快，所以本研究與朱春陽[11]在夏、秋季節(jié)研究的溫度、濕度和負離子具體的相關關系有所不同；本研究觀測的相關環(huán)境因子更為全面，分析上采取從相關關系到一元回歸再到多元回歸的方法，能更為準確的反應其相關關系。各研究者，關于空氣負離子濃度和各個氣象因素相關性的研究結(jié)果有不同，其原因有三個：第一，各學者所用的

Relationship between the Negative Air Ion Concentration and the Meteorological Factors in the Urban Forest Park//

Wang Fei, Li Bing, Zhou Yunwei

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(2)：18-20,38.

Heilongjiang Forest Botanical Garden; Negative air ion; Meteorological factors; Urban environment

王非，女，1975年3月生，東北林業(yè)大學園林學院，副教授。E-mail：shuijing7539@163.com。

周蘊薇，東北林業(yè)大學園林學院，教授。E-mail：dlzhyw@126.com。

2015年10月13日。

S731.2；S716.2

1)中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金(2572014CA26)，林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201404202)。

責任編輯：張玉。