基于CiteSpace的城市環(huán)境中細(xì)顆粒物研究進(jìn)展的可視化分析

王薇 ，張蕾

1. 安徽建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，安徽 合肥 230022；2. 安徽建筑大學(xué)建成環(huán)境與健康重點實驗室，安徽 合肥 230022

在快速發(fā)展的工業(yè)化和城市化進(jìn)程中，城市環(huán)境問題逐漸成為現(xiàn)階段的突出熱點，空氣質(zhì)量更是影響了人居環(huán)境和居民健康，成為影響中國城市居住質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展不可忽視的問題。而空氣質(zhì)量的評價及污染防治由于大量化石燃料的燃燒、工礦業(yè)發(fā)展以及機(jī)動車尾氣排放的影響，已成為大氣污染研究和城市氣候領(lǐng)域的主要課題之一（趙晨曦等，2014）。研究表明，相對于PM10、TSP等較大細(xì)顆粒物，PM2.5由于粒徑小，在大氣中的存留時間長，對有毒物質(zhì)的吸附性和呼吸系統(tǒng)對其的吸收率大，因此對人體健康、空氣污染、大氣能量平衡以及大氣能見度的影響嚴(yán)重（胡元潔，2018）。近年來出現(xiàn)的海平面上升、洪水和干旱、極端高溫、熱島效應(yīng)、空氣污染等各類氣候災(zāi)害都是由全球氣候變化導(dǎo)致，對城市居民的健康和生存環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。例如中國長三角區(qū)域在 2013年夏季出現(xiàn)持續(xù)性熱浪，2015年冬季受強(qiáng)厄爾尼諾現(xiàn)象影響在全國范圍出現(xiàn)連續(xù)的霧霾現(xiàn)象（Manfred et al.，2013；郭飛，2017；任思佳，2018），2016—2017年臺風(fēng) 14號“莫蘭蒂”等相繼登陸帶來了大規(guī)模大范圍的沙塵和持續(xù)降雨天氣，災(zāi)情嚴(yán)重；2018年中東部地區(qū)持續(xù)低溫雪災(zāi)，江西大部分地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨，洪澇嚴(yán)重等（趙晨曦等，2014）持續(xù)的自然災(zāi)害。

多數(shù)學(xué)者對細(xì)顆粒物進(jìn)行了總結(jié)和歸納（金嘉恒等，2017；鄒佳樂等，2019），從空間規(guī)劃的角度闡述了城市顆粒物空氣污染的控制策略（戴菲等，2019），從生態(tài)學(xué)領(lǐng)域研究細(xì)顆粒物與植被關(guān)系（趙晨曦等，2013），從化學(xué)領(lǐng)域研究 PM2.5的來源解析方法（鄭玫等，2014），但多局限于對細(xì)顆粒物的控制技術(shù)、檢測方法、相關(guān)性、解析技術(shù)等方面的綜述。本文結(jié)合了文獻(xiàn)計量法、知識可視化圖譜分析法與傳統(tǒng)文獻(xiàn)梳理法，對城市環(huán)境中細(xì)顆粒物研究的整體特征、熱點前沿、路徑演化與發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，旨在推動城市中細(xì)顆粒物研究向多元化、縱深化與國際化方向發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)采集

檢索時間截至2020年9月30日，數(shù)據(jù)來源于Web of Science核心合集（SCI與SSCI來源）和中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版數(shù)據(jù)（CNKI）（核心期刊與CSSCI來源期刊），通過以下方式進(jìn)行文獻(xiàn)檢索（郭琳琳等，2017）。

1.1.1 直接檢索

運用2組專業(yè)術(shù)語“建筑、微環(huán)境、微氣候、綠化”與“霧霾、顆粒物、PM、空氣質(zhì)量、空氣污染”，“building、micro-environment、microclimate、building environment、urban environment”與“PM、haze、air pollution、particulate matter、air quality”，在檢索式中對其進(jìn)行交集運算。

1.1.2 追溯檢索

由于 WOS中英文關(guān)鍵詞與中文關(guān)鍵詞有出入，在上一步檢索到的與城市環(huán)境密切相關(guān)的文獻(xiàn)中，利用相似關(guān)鍵詞“residential areas、urban vegetation、urban park、road-side、green infrastructure、street canyon”等，重復(fù)追溯檢索。

1.1.3 循環(huán)檢索

循環(huán)前2步的檢索，納入相關(guān)度高的文獻(xiàn)，刪除無作者及與城市環(huán)境等不相關(guān)文獻(xiàn)，最終篩選出中、英相關(guān)文獻(xiàn)樣本各 329、558篇，輸出格式為download_*.txt，運行CiteSpaces進(jìn)行去重處理。

1.2 研究工具與方法

CiteSpace軟件通過分析信息知識單元的測度和相似性，采用不同技術(shù)形成多途徑的可視化知識網(wǎng)絡(luò)，對學(xué)科的研究熱點、發(fā)展前沿和演化路徑進(jìn)行梳理（Chen，2006；Chen et al.，2010）。數(shù)據(jù)源為1971—2020年WOS和CNKI數(shù)據(jù)庫中的文獻(xiàn)樣本，使用Citespace軟件計算、統(tǒng)計并繪制出關(guān)鍵詞、區(qū)域分布、突現(xiàn)詞探測、作者共被引等可視化圖譜，以分析結(jié)果作為城市環(huán)境視角下顆粒物研究的知識基礎(chǔ)、前沿?zé)狳c、發(fā)展趨勢探測的重要參考依據(jù)，結(jié)合傳統(tǒng)文獻(xiàn)梳理法，對研究價值較高文獻(xiàn)的內(nèi)容及觀點進(jìn)行剖析，從發(fā)展趨勢、研究性質(zhì)、對象演變等方面揭示城市環(huán)境中顆粒物研究的前沿動態(tài)和發(fā)展趨勢，為探索研究動態(tài)與發(fā)展趨勢提供建議與參考。

1.3 國內(nèi)外研究整體特征分析

1.3.1 發(fā)文量

由圖1可知，基于城市環(huán)境視角的顆粒物研究于1971年初現(xiàn)，1971—1995年間總體文獻(xiàn)數(shù)量偏少，1995—2005年間增幅較平緩，2005年后總體呈現(xiàn)出持續(xù)增長的態(tài)勢，表明國內(nèi)外對建筑環(huán)境中顆粒物的關(guān)注度逐漸增加。2017—2018年后，國內(nèi)外發(fā)表論文均有一定程度的減少。國內(nèi)研究從1993—2013年間論文數(shù)量與增幅均較小，2013年后呈井噴式增長，說明在顆粒物污染加重的環(huán)境下，社會和學(xué)者們提高了關(guān)注度，并研究相應(yīng)的解決方法與措施。

圖1 文獻(xiàn)數(shù)量年度分布圖Fig. 1 Annual distribution map of literature quantity

對比圖1中數(shù)量和發(fā)展趨勢上的異同，可知以下3點，其一，國外最早開始城市環(huán)境中的顆粒物研究，經(jīng)歷了近 50年的發(fā)展，影響力日趨增大，吸引了越來越多專家學(xué)者。其二，國內(nèi)外細(xì)顆粒物文獻(xiàn)在發(fā)展過程中早期增幅較小，可能是前期對于細(xì)顆粒物的研究尚未廣泛觸及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，隨著學(xué)科的交叉與發(fā)展，在城市環(huán)境中解決空氣質(zhì)量問題逐漸獲得學(xué)者們的重視。其三，早期國內(nèi)對細(xì)顆粒物的研究來自國外相關(guān)研究與實踐，并得到了持續(xù)關(guān)注；隨著城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展，并伴隨著空氣質(zhì)量的污染，在 2003年后掀起研究浪潮，近年研究數(shù)量增長率逐漸加快，說明該領(lǐng)域的國內(nèi)研究趨勢與社會需求緊密相關(guān)。

1.3.2 區(qū)域分布的特征

由圖2可知，中國對該領(lǐng)域研究關(guān)注度極高，是在此領(lǐng)域發(fā)文量最大的國家；國外細(xì)顆粒物研究的對象主要集中在美國、德國、英國和意大利。但對比聚類可知中國雖與多國進(jìn)行合作交流，但合作數(shù)量較少，英國則是進(jìn)行國際合作最多的國家。

圖2 英文文獻(xiàn)區(qū)域分布知識圖譜Fig. 2 Knowledge map of regional distribution of English literature

德國對顆粒物的研究多集中于 20世紀(jì)，是該領(lǐng)域的前期探索者，可能是由于 19世紀(jì)末工業(yè)革命后，煙囪工業(yè)帶來的污染在歐洲尤以德國與比利時最盛。美國賓夕法尼亞州及俄亥俄州受其影響巨大，20世紀(jì)40年代后美國發(fā)生多次大型煙霧事件，更加引起了學(xué)者的重視。英國作為世界上第一個工業(yè)化國家，面對嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，開始研究空氣質(zhì)量的改善，推動了世界上首部空氣污染防治法《清潔空氣法》的誕生（王越，2018）。1918年，英國化學(xué)物理學(xué)家唐南（Frederick George Donnan）發(fā)現(xiàn)膠體化學(xué)過程和有云的大氣過程有許多相似之處，因此依據(jù)“Hydrosol（水溶膠）”引入了“Aerosol（氣溶膠）”術(shù)語。中國對于顆粒物研究集中于近20年，上世紀(jì)80年代后中國學(xué)者開始了對大氣顆粒物的研究工作，對細(xì)顆粒物的關(guān)注較晚，因此研究成果相對較少（謝心慶等，2015）。

1.3.3 代表人物、觀點

由于國外文獻(xiàn)作者數(shù)較多，因此將時間切片設(shè)為每兩年，并通過尋徑算法修剪切片網(wǎng)絡(luò)，得到作者共被引知識圖譜（圖3）。由圖3可以看出，在英文文獻(xiàn)中，該研究領(lǐng)域的研究學(xué)者之間形成了相互影響的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。Vardoulakis對該領(lǐng)域影響最大，他曾發(fā)表多篇該領(lǐng)域的綜述；2003年他發(fā)表的《街道峽谷的空氣質(zhì)量模擬：綜述》（謝心慶等，2015）對研究評估空氣質(zhì)量的不同擴(kuò)散建模方法，包括數(shù)學(xué)模型、物理模型和化學(xué)算法模型，以及監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了整理和比較；此外，他還發(fā)表了多篇高頻被引文章。影響力為第二的是Gromke，他通過風(fēng)洞和數(shù)值調(diào)查方法獲得實驗數(shù)據(jù)，對樹木種植的街道峽谷中進(jìn)行擴(kuò)散研究，并對CFD數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行評估（Gromke et al.，2008）。Oke（1988）則在1988年通過回顧當(dāng)時城市峽谷實地研究的成果，結(jié)合尺度和數(shù)學(xué)模型對街道設(shè)計與城市冠層氣候的影響進(jìn)行了探討（Gromke et al.，2008），在城市氣候研究領(lǐng)域奠定了知識基礎(chǔ)。

圖3 英文文獻(xiàn)作者共被引知識圖譜Fig. 3 Knowledge map of co-cited authors in English literature

中文文獻(xiàn)作者之間的合作關(guān)系并不復(fù)雜，可以看出幾個明顯的集聚關(guān)系。由圖4可以看出，影響力較大的作者間存在合作關(guān)系，高被引文獻(xiàn)重復(fù)較高，因此以團(tuán)體為單位進(jìn)行分析。其中影響力最大的是以趙力、陳超、王清勤為核心的科研團(tuán)隊，該團(tuán)隊合作研究了不同結(jié)構(gòu)類型的建筑中，窗隙通風(fēng)對室內(nèi)細(xì)顆粒物（PM2.5）濃度的影響（陳超等，2016），并對北京市某辦公建筑夏冬季室內(nèi)外PM2.5濃度變化特征進(jìn)行實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析（趙力等，2015）。其次是馮銀廠和吳建會的課題團(tuán)隊所進(jìn)行的PM2.5和PM10污染特征及來源解析研究（王敬等，2014），該團(tuán)隊在杭州、寧波、天津、濟(jì)南、烏魯木齊等地均進(jìn)行了采樣及解析（馮銀廠等，2004；吳琳等，2009；包貞等，2010；肖致美等，2012）。馮銀廠的研究成果被其他研究者實踐于多數(shù)城市。魯紹偉、李少寧、陳波等主要研究城市綠化空間在不同時段或不同天氣下的PM2.5濃度變化（陳波等，2016c；陳波等，2016b），并對該地區(qū)常見綠化樹種的PM2.5吸滯能力進(jìn)行定量分析（陳波等，2016a）。由圖4可知，課題團(tuán)隊僅在本課題深入研究，而鮮少與其他領(lǐng)域有知識交叉，主要是由于國內(nèi)研究多來自現(xiàn)實需求，缺乏長期、全面的研究，以及缺乏與國外深度研究的交流互動，因此各課題團(tuán)隊的關(guān)聯(lián)性較少，無法形成復(fù)雜的知識網(wǎng)絡(luò)。

圖4 中文文獻(xiàn)作者合作知識圖譜Fig. 4 Collaborative relationship knowledge graph of Chinese literature authors

2 國際研究前沿與熱點分析

2.1 研究前沿與知識基礎(chǔ)

本文梳理了 1971—2020年國際上對城市環(huán)境中顆粒物研究的前沿演化特征與知識基礎(chǔ)，見圖5。該網(wǎng)絡(luò)分為17個聚類，本文選擇最大的6個主要聚類進(jìn)行分析。

圖5 1971—2020年基于WOS的文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)聚類圖譜Fig. 5 Clustering map of the articles' co-citation network based on Web of Science (WOS), 1971-2020

2.1.1 聚類#0（dispersion modelling）

聚類#0主要致力于研究城市環(huán)境中顆粒物的擴(kuò)散模式和規(guī)律。該聚類的知識基礎(chǔ)源于Kim et al.（2004）通過建立具有重整化群k-epsilon湍流格式的三維流體動力學(xué)計算模型，開展環(huán)境風(fēng)向?qū)Τ鞘薪值缻{谷流動和擴(kuò)散影響的數(shù)值研究。例如Kumar et al.（2011）對城市道路交通中細(xì)顆粒物的動力學(xué)和擴(kuò)散模型的研究進(jìn)行了綜述；Salmond et al.（2010）研究了街道峽谷與城市邊界層堆積模式粒子的垂直輸運；Mazzeo et al.（2011）根據(jù)來自 4個街道峽谷的全尺度數(shù)據(jù)，分析了自然以及交通產(chǎn)生的氣體流動。

2.1.2 聚類#1（idealized street canyon）

聚類#1主要依據(jù)建立理想化的街道峽谷模型，研究城市植被、大氣環(huán)境與交通等影響因素對空氣污染的消減作用。該聚類的知識基礎(chǔ)源于Gromke et al.（2008）在城市街道峽谷對街道式綠化的交通流和交通尾氣擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行的研究，并提出了一種新的方法來模擬多孔植物結(jié)構(gòu)，如樹冠小規(guī)模風(fēng)洞應(yīng)用（Gromke et al.，2009）。例如Badach et al.（2020）綜述了近年來有關(guān)城市綠化因沉積和空氣動力作用而減輕空氣污染的研究，并嘗試通過合理設(shè)計和保護(hù)植被系統(tǒng)，提出空間規(guī)劃策略以改善城市空氣質(zhì)量；Salim et al.（2011）運用兩種方法rans（標(biāo)準(zhǔn)k-epsilon模型和RSM模型）和les（大型渦流模擬）比較城市街道峽谷中樹木種植的污染物擴(kuò)散數(shù)值模擬；Janhall（2015）以城市街道峽谷或交叉路口的植被屏障為重點，依據(jù)模型與實驗得出城市植被對微?？諝馕廴境练e與擴(kuò)散的作用。

2.1.3 聚類#2（urban environment）

聚類#2主要強(qiáng)調(diào)了細(xì)顆粒物污染在城市環(huán)境中的表現(xiàn)。該聚類的知識基礎(chǔ)源于Li et al.（2006）在街道峽谷風(fēng)場與污染物輸運 CFD模擬研究上的進(jìn)展，以及Sabatino et al.（2007）在2007年通過CFD和積分模型對城市理想幾何形狀內(nèi)的污染物擴(kuò)散模擬。例如Tominaga et al.（2013）綜述了目前CFD模擬城市環(huán)境近場污染物擴(kuò)散的建模技術(shù)，對以往研究中近場污染物在建筑物周圍擴(kuò)散的主要特征進(jìn)行了識別和討論；Ramponi et al.（2015）對不同城市密度、相同和不同街道寬度下一般城市布局室外通風(fēng)進(jìn)行了 CFD模擬；Buccolieri et al.（2010）主要研究了城市空氣的可呼吸性及其與模擬城市幾何形狀內(nèi)污染物濃度分布的關(guān)系。

2.1.4 聚類#3（scale emission）

聚類#3主要研究城市大氣細(xì)顆粒物污染的擴(kuò)散和排放程度。該聚類的知識基礎(chǔ)源于Vardoulakis et al.（2003）在 2003年對街道峽谷空氣質(zhì)量模型的研究綜述，包括對不同擴(kuò)散建模方法以及監(jiān)測技術(shù)的整理和比較。例如Assimakopoulos et al.（2003）研究了不同二維街道峽谷配置下大氣污染物擴(kuò)散的數(shù)值；Tay et al.（2010）將街道峽谷中的城市氣溶膠通量與更大規(guī)模的排放關(guān)聯(lián)起來；Britter et al.（2003）從區(qū)域、城市、鄰里和街道 4個不同的尺度研究城市區(qū)域的污染物流動與擴(kuò)散問題。

2.1.5 聚類#4（viaduct setting）

聚類#4聚焦于高架橋或建筑造成的不同峽谷空間對氣流及污染物擴(kuò)散的影響。該聚類的知識基礎(chǔ)源于 Hang et al.（2012）和 Baik et al.（1999）的不同研究。Hang等研究建筑物高度差異性對城市理想高層建筑區(qū)域污染物擴(kuò)散和行人通風(fēng)的影響，闡明了建筑布局、高度差異性和高層城市幾何體中地面污染物去除潛力之間的關(guān)系；Baik et al.（1999）通過城市街道峽谷氣流和污染物擴(kuò)散特性的數(shù)值研究，得出了街道峽谷污染物濃度在連續(xù)排放和非排放階段的分布結(jié)論。例如Hang et al.（2019）研究了高寬比和墻體加熱條件對二維典型街道峽谷氣流和被動污染物暴露的影響；He et al.（2017）研究了不同街道高寬比和高架橋下的高層深街峽谷氣流和被動污染物暴露數(shù)值；Duan et al.（2020）研究了高架走道內(nèi)外的湍流和擴(kuò)散。

2.1.6 聚類#5（gas emission factor）

聚類#5重視分析不同城市環(huán)境下的細(xì)顆粒物排放因子分析。Wallace（2012）在1996年對室內(nèi)顆粒物的綜述，以及Wehner et al.（2002）在2002年通過實測和簡單模型研究街道峽谷中粒子數(shù)大小分布及其對城市空氣環(huán)境的轉(zhuǎn)化，構(gòu)成了該領(lǐng)域的知識基礎(chǔ)。例如Ketzel et al.（2003）基于街道和屋頂?shù)乃接^測，分析了哥本哈根交通源附近的顆粒物和微量氣體排放因子；Monn（2001）描述了空氣污染物的小尺度空間變化以及室內(nèi)外和個人實測的數(shù)據(jù)庫，研究聚焦在懸浮顆粒物、較小程度的二氧化氮和光化學(xué)污染物；Longley et al.（2003）以英國曼徹斯特為例，實測研究了繁忙街道峽谷內(nèi)氣溶膠（4.6 nm d-p 10 mu m）的數(shù)量和質(zhì)量大小分布。

從近 50年聚類的時間分布可見，最初對城市中顆粒物的分析局限于氣體排放因子（1997）和排放規(guī)模（2000）等微觀角度，2000年后逐漸走向?qū)Τ鞘酗L(fēng)況到氣流流向規(guī)律的研究，2009年起大量使用CFD研究城市中細(xì)顆粒物的論文成為熱門話題；對城市的客體研究也從單個個體，如城市植樹（2002）、上游建筑物（2007）、綠色屋頂（2010）等對顆粒物的影響或改善作用，擴(kuò)大到街道峽谷（2012）、城市綠色空間（2016）等城市規(guī)劃宏觀角度的研究。

2.2 研究熱點與發(fā)展趨勢

本文利用 CiteSpace軟件引文的突現(xiàn)詞探測算法，對其同義詞和相近詞進(jìn)行歸攏，得出城市環(huán)境中細(xì)顆粒物研究領(lǐng)域的突現(xiàn)詞圖譜，見圖6。

圖6 基于WOS的城市環(huán)境中顆粒物研究中的突現(xiàn)詞圖譜Fig. 6 Burst terms in the study of the particulate matter in urban environment based on Web of Science

1998—1999年的突現(xiàn)詞為PM10和氣象學(xué)與大氣科學(xué)。該時期重點關(guān)注氣象學(xué)角度PM2.5和PM10的污染狀況。如 Putaud et al.（2009）研究了歐洲60個農(nóng)村、城市和道路顆粒物的物理和化學(xué)特征；Chan et al.（2007）介紹了中國特大城市空氣污染的現(xiàn)狀。

2003—2009年的突現(xiàn)詞為場域、湍流、散布、交通運輸和CFD模擬。該時期常以CFD模擬來探索某場域內(nèi)顆粒物的運動規(guī)律和交通排放的空間分析。如計算無限長街谷中街道內(nèi)與屋頂上方大氣層界面處污染物的流動和垂直交換（Sini et al.，1996），以及交通排放空間格局模擬（Requia et al.，2017），或是研究氣象因素對大氣生物氣溶膠（花粉、真菌孢子、細(xì)菌、病毒或動植物碎片）濃度釋放、擴(kuò)散的影響（Jones et al.，2004）。

2011—2014年的突現(xiàn)詞為粒徑分布和污染物。重點關(guān)注對城市中污染物氣體的數(shù)量檢測、成分分析和變化預(yù)測。例如收集大量數(shù)據(jù)研究 PM2.5在北京、天津、承德和石家莊的時空變化及其化學(xué)成分（Zhao et al.，2013），或結(jié)合衛(wèi)星遙感等新技術(shù)對區(qū)域表面的PM2.5進(jìn)行估算（Ma et al.，2014）。

2014—2017年的突現(xiàn)詞為植被、影響、干沉降、土地利用和質(zhì)量。該時期基于干沉降原理的植物除塵以及人為或自然現(xiàn)況對 PM2.5濃度的影響研究成為研究熱點。如利用 CFD方法評估路邊樹木對街道峽谷空氣動力學(xué)和沉積的影響（Xue et al.，2017），從城市規(guī)劃的角度評價土地利用和景觀格局與PM2.5濃度之間的相關(guān)性（Feng et al.，2017），研究不同氣象參數(shù)與大氣污染物濃度的影響等（Zhang et al.，2015）。

2018年后的突現(xiàn)詞為綠色可持續(xù)科技、人體熱舒適、室內(nèi)空氣質(zhì)量、環(huán)境研究，逐漸傾向于從可持續(xù)發(fā)展、人類健康以及改善人居環(huán)境角度研究細(xì)顆粒物對人體的影響，技術(shù)上也不再局限于單一分析手段。Pettit et al.（2018）開展了實用性植物對室內(nèi)空氣修復(fù)作用的綜述研究；Ghaffarianhoseini et al.（2018）研究分析了 SBS（病態(tài)建筑綜合癥）的癥狀和負(fù)面影響，強(qiáng)調(diào)了建筑環(huán)境的作用，針對健康室內(nèi)環(huán)境的研究提出了可行的解決方案；Weerasuriya et al.（2019）集成了計算流體動力學(xué)模擬、多區(qū)域空氣流動模型和建筑能量模擬來計算風(fēng)、浮力以及風(fēng)和浮力驅(qū)動通風(fēng)機(jī)制下的通風(fēng)率，利用自然通風(fēng)優(yōu)化高層住宅的能源性能。

3 國內(nèi)研究熱點與路徑演化

研究主題的分布和演變可以直觀地反映不同時段中的分析視角、研究方法、熱點領(lǐng)域的變化。而研究主題可以通過中心度較高的關(guān)鍵詞展現(xiàn)，關(guān)鍵詞間的相關(guān)性一定范圍內(nèi)能夠表達(dá)學(xué)科領(lǐng)域中知識的相互關(guān)聯(lián)（秦曉楠等，2014）。本文利用關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析梳理了國內(nèi)對于城市環(huán)境中顆粒物研究的主要熱點、研究傾向和結(jié)構(gòu)發(fā)展變化，使用尋徑算法對片狀網(wǎng)絡(luò)與合并網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修剪，繪制出研究主題演化路徑及關(guān)鍵詞中心性排序列表，見圖7和表1?？梢暫蟮膱D譜共包含關(guān)鍵詞節(jié)點59個，連線49條。

圖7 國內(nèi)城市環(huán)境中細(xì)顆粒物研究領(lǐng)域研究主題演化路徑Fig. 7 The research themes evolution path of field of fine particulate matter in domestic urban environment

3.1 研究主題與熱點分析

本文以中心度為指標(biāo)，對關(guān)鍵路徑圖譜中的關(guān)鍵詞排序得出表 1，以此識別并整理不同時段的城市環(huán)境中顆粒物的研究主題。

表1 城市環(huán)境中細(xì)顆粒物研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵詞中心性排序列表Table 1 The keyword centre index rank of study on fine particulate matter in urban environment co-occurrence network

1993—2010年間具有中心性的關(guān)鍵詞較少，說明該時段處于城市環(huán)境中細(xì)顆粒物研究的起步階段，核心關(guān)鍵詞為 PM2.5、PM10、源解析和可吸入性顆粒物等基礎(chǔ)性詞匯。大多集中于對某地區(qū)污染程度的評估與顆粒物的濃度與成分分析，如朱易等（2004）對南寧市大氣顆粒物（TSP、PM10、PM2.5）的污染程度進(jìn)行了監(jiān)測；華蕾等（2006）利用源解析技術(shù)對北京市 PM10的主要排放源進(jìn)行了成分分析；董雪玲等（2009）研究了北京市大氣 PM10和PM2.5中有機(jī)物的時空變化。

2011—2014年間對細(xì)顆粒物的研究逐漸發(fā)展，在短期內(nèi)熱點詞迅速增多，該時段的核心關(guān)鍵詞為粒徑分布、空氣污染、相關(guān)性和功能區(qū)，除了對不同區(qū)域細(xì)顆粒物濃度、粒徑分布、排放因子和化學(xué)成分的分析外，細(xì)顆粒物與氣象要素（李綏等，2014）、土地利用類型以及功能區(qū)規(guī)劃之間的相關(guān)性的研究也成為了研究熱點，并常使用模型作為相關(guān)性分析的技術(shù)方法（陽海鷗等，2017）。

2015—2016年間該領(lǐng)域研究進(jìn)展迅速，兩年內(nèi)出現(xiàn)大量的核心熱點詞，分別為城市綠地、園林植物、霧霾、滯塵能力、大氣污染、水溶性離子、因子分析、PM2.5濃度以及城市森林，研究集中在城市綠化對大氣污染滯塵能力的分析，其中包括大尺度的環(huán)城綠地（肖玉等，2015）、綠化設(shè)施（韓曄等，2015）、城市森林（陳波等，2016）以及小尺度的園林植物（張桐等，2017），此外對細(xì)顆粒物中水溶性離子的污染特征研究也得到了關(guān)注（陳金媛等，2016）。

2017年后的核心熱點詞為污染特征、主成分分析、無機(jī)元素、春季、影響因素和穿透系數(shù)，除往年關(guān)注過的熱點話題外，對顆粒物的基礎(chǔ)研究開始傾向于季節(jié)性的變化特征（杜萬光等，2017）以及不同季節(jié)的特征對比（王的等，2017）。另外由于室內(nèi)空氣質(zhì)量受到不斷關(guān)注，對可吸入顆粒物圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲透機(jī)理的研究（張輝輝等，2017），以及基于建筑漏風(fēng)量與圍護(hù)結(jié)構(gòu)穿透系數(shù)的室內(nèi)細(xì)顆粒物防控設(shè)計研究（李景廣等，2017）取得了進(jìn)展。

3.2 研究方向與路徑演化

由圖7可知，根據(jù)主題詞的節(jié)點分布與聯(lián)系，梳理出國內(nèi)該領(lǐng)域研究3條重要的演化路徑。

3.2.1 “細(xì)顆粒物（PM10/PM2.5）-大氣污染-因子分析-濃度-空間分布”研究路徑

該路徑主要對細(xì)顆粒物進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，從城市空氣質(zhì)量監(jiān)測的需求出發(fā)，逐漸發(fā)展為對細(xì)顆粒物的產(chǎn)生原因及表現(xiàn)特征的分析，主要集中以下 4個方面的研究：（1）濃度監(jiān)測：主要采取實測-數(shù)據(jù)分析（毛慧倫等，2019）的方式；（2）空間格局：主要采取遙感影像數(shù)據(jù)收集（PM2.5濃度反演影像和DMSP-OLS夜間燈光數(shù)據(jù)集）（吳健生等，2016）、模型分析（重力模型、ESDA模型（楊帆等，2016）、Fluent）、數(shù)值分析（GIS空間統(tǒng)計分析、克里金插值法（戴昭鑫等，2016））等方法；（3）產(chǎn)生因子：一般采取源解析法分析其因，如離子色譜法從其化學(xué)成分分析（陳金媛等，2016）、化學(xué)質(zhì)量平衡模型（CMB model）和二重源解析（馮銀廠等，2005）的方式；（4）影響因子：主要集中在地理位置、氣象因素（空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速）（劉晴等，2019）、人文因素（魯紹偉等，2017）的相關(guān)性分析，采取因子分析、聚類分析及空間相關(guān)性分析（吳健生等，2016）等主要技術(shù)手段。

3.2.2 “細(xì)顆粒物（PM10/PM2.5）-空氣顆粒物-城市綠地/城市森林-園林植物-滯塵能力”研究路徑

該路徑更傾向于研究植物在人類活動高度影響下對顆粒物的消減作用，分為城市森林、景觀綠化和植物葉片3個尺度的研究。對城市森林植被區(qū)的研究主要集中在不同生境類型下城市森林大氣顆粒物的變化特征及其影響因素（段文軍等，2017）；對景觀綠化的研究包括綠地植物滯塵作用的機(jī)理、植物個體和群落的滯塵能力以及綠地滯塵的影響因素（孫曉丹等2015），以及不同綠地結(jié)構(gòu)對大氣顆粒物的消減能力（孫曉丹等，2015）；對植物葉片的研究大多為分析綠化植物葉片表面特征對滯塵效應(yīng)的影響（柴一新等，2002）。

3.2.3 “細(xì)顆粒物（PM10/PM2.5）-污染特征-粒徑分析-可吸入性顆粒物-街道峽谷/揚(yáng)塵/穿透系數(shù)-漏風(fēng)量”研究路徑

該路徑從細(xì)顆粒物的污染特征細(xì)化至粒徑分布（王申博等，2017），關(guān)注了城市中顆粒物分布不均衡問題（吳正旺等，2014），主要包括，（1）街道峽谷：主要關(guān)注街區(qū)尺度的顆粒物污染的空間分布，通過模型模擬和評估街道空氣質(zhì)量，4種常用模型包括 ENVI-met、FLUENT、MISKAM 和OSPM（周姝雯等，2017），研究變量常為建筑物間隔（即建筑間距與街道總長之比）、街道峽谷高寬比和風(fēng)（劉建峰等，2017）。（2）揚(yáng)塵：主要關(guān)注建筑施工揚(yáng)塵對城市環(huán)境的影響，可以通過高斯面源反演法計算揚(yáng)塵污染源，建立開放源可吸入顆粒物污染源強(qiáng)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步分析城市揚(yáng)塵污染（劉彩霞，2006）。（3）穿透系數(shù)-漏風(fēng)量：主要從室內(nèi)空氣質(zhì)量出發(fā)，通過質(zhì)量平衡方程分析室內(nèi)顆粒物濃度的主要影響因素，研究顆粒滲透研究中穿透系數(shù)、滲透因子和室內(nèi)外顆粒物濃度比的關(guān)系，以及打印復(fù)印設(shè)備集中局部排風(fēng)、人體活動影響的室內(nèi)污染物分布變化（李景廣等，2017），研究手段包括現(xiàn)場測試、實驗室研究、模型研究（張輝輝等，2017）。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

（1）在研究整體特征方面，國內(nèi)外對于城市環(huán)境中的細(xì)顆粒物研究內(nèi)容稍有差異，但總體趨勢相近，在發(fā)展過程中的增幅都呈現(xiàn)緩步上升、井噴增長和相對減少 3個階段。起步階段國內(nèi)對細(xì)顆粒物的基礎(chǔ)性研究較少，自2004年后關(guān)注點緊跟前沿，研究重心的趨同與中國學(xué)者近年來在國際上發(fā)表論文的占比逐年遞增有顯著關(guān)系。相較國外，國內(nèi)對該領(lǐng)域研究是由于現(xiàn)實需求而出發(fā)的，缺乏長期、全面的研究，缺少與國外深度研究的交流互動，因此各課題間的關(guān)聯(lián)性較少，未形成復(fù)雜的知識網(wǎng)絡(luò)。

（2）在研究性質(zhì)方面，國內(nèi)研究側(cè)重細(xì)顆粒物的產(chǎn)生原因及表現(xiàn)特征方面，在對空間分布和時空變化的研究中，多數(shù)為基于實測與模型分析得出數(shù)據(jù)結(jié)論與環(huán)境評價的定量分析；國外則多定量分析，運用動力學(xué)和沉積原理，研究場域中細(xì)顆粒物的運動規(guī)律。

（3）在研究對象方面，國內(nèi)的源解析案例較多，而國外對交通排放空間格局的研究居于前沿。在人為影響因素的分析中，國內(nèi)較關(guān)注建筑施工揚(yáng)塵對居民生活的影響，而國外則更多聚焦于研究個體暴露對細(xì)顆粒物的影響。

（4）在研究前沿趨勢方面，對細(xì)顆粒物的濃度、因子、空間分布、源解析等基礎(chǔ)性研究，城市綠地對細(xì)顆粒物的消減作用，以及人居環(huán)境和室內(nèi)空氣質(zhì)量的改善是近20年的主要研究內(nèi)容。2017年后國內(nèi)外前沿話題出現(xiàn)異端，國內(nèi)研究在主成分分析的基礎(chǔ)上對不同成分的細(xì)顆粒物做細(xì)化研究，室內(nèi)空氣質(zhì)量的優(yōu)化得到了關(guān)注；國外研究則從更傾向于可持續(xù)發(fā)展、人類健康以及改善人居環(huán)境角度研究細(xì)顆粒對人體的影響。

4.2 展望

（1）城市環(huán)境中細(xì)顆粒物的研究涉及到環(huán)境科學(xué)、城市規(guī)劃、建筑學(xué)、化學(xué)、力學(xué)、生態(tài)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等眾多學(xué)科，需要數(shù)據(jù)處理、源解析、計算流體動力學(xué)、遙感等多項技術(shù)支撐，因此需要加強(qiáng)多學(xué)科交叉與合作，以拓展人居環(huán)境視角下細(xì)顆粒物的系統(tǒng)性研究。

（2）可持續(xù)發(fā)展和人類健康學(xué)視角下的細(xì)顆粒物研究已成為國際研究關(guān)注的熱點，應(yīng)當(dāng)綜合關(guān)注其在不同城市和功能區(qū)的水平運動和垂直擴(kuò)散規(guī)律。同時有效優(yōu)化綠色基礎(chǔ)設(shè)施的空間配置，準(zhǔn)確地從源頭控制環(huán)境污染，從而改善城市空氣質(zhì)量及維護(hù)城市生態(tài)平衡。