城區空氣負氧離子日變化及其與環境、氣象因子的相關性研究

何張齊 劉其闖 林玲春等

摘要[目的]研究城區空氣負氧離子的日變化及其與環境、氣象因子的相關性。[方法]以浙江省麗水城區為研究地，使用KEC-900負氧離子測試儀連續測試空氣負氧離子濃度，并與環境、氣象因子進行相關性分析。[結果]城區空氣負氧離子濃度日變化呈雙峰型，峰值出現在05：00和20：00；負氧離子濃度（Y）與環境因子AQI（X1）、PM2.5、PM10、SO2極顯著相關，與氣象因子的氣壓（X2）極顯著相關；預測模型Y=-0.729 1X1-30.396 3X2+31 624.92。[結論]該研究可為城市環境建設和居民生活提供科學依據。

關鍵詞城區；空氣負氧離子；日變化；影響因子

中圖分類號S181.3文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）28-260-03

Research on the Aero Anion Concentrations Diurnal Variation and Its Correlation with Environmental Factors and Meteorological Factors of Urban Areas

HE Zhangqi，LIU Qichuang*，LIN Lingchun et al （The Affiliated High School to Hangzhou Normal University，Hangzhou，Zhejiang 310030）

Abstract [Objective] To research the diurnal variation of aero anion concentration and its correlation with environment and meteorological factors of urban areas.[Method]The aero anion concentration of urban areas was measured by KEC900 aero anion tester in Lishui City of Zhejiang Province，and its correlation with environment and meteorological factors was analyzed.[Result] The diurnal variation curve of aero anion concentration has two peaks，appeared at 05：00 in the morning and 20：00 at night.The aero anion concentration （Y） is significantly correlated with AQI （X1），PM10，SO2，PM2.5，and atmospheric pressure （X2）.The model is Y =-0.729 1X1-30.396 3X2+31 624.92. [Conclusion] The study can provide scientific basis for urban environmental construction and residents life.

Key words Urban areas； Aero anion； Diurnal variation； Influence factors

作者簡介何張齊（1998- ），男，浙江麗水人，研究方向：生態環境。*通訊作者，中學一級教師，碩士，從事數學教學工作。

收稿日期20150812

由于城市人口、工業以及交通等行業和社會資源過度集中，城市病的防控已經成了無法回避的議題[1-3]，特別是隨著霧霾天氣的不斷出現，空氣質量和居住環境越來越引起人們的關注。負氧離子是帶負電荷的單個氣體分子和輕離子團的總稱，對人的生命活動和健康有著重要的影響。目前，國外對負氧離子的研究較多關注空氣負氧離子對空氣質量的影響與評價，國內主要側重空氣負氧離子的含量水平[4-5]及其醫療保健作用與旅游資源開發[6-7]，對城市環境特別是城市居住區的空氣負氧離子時空變化特征及其與周邊影響關系的相關研究甚少[8]。該研究重點通過儀器觀察，分析城區空氣負氧離子的日變化規律及其與環境、氣象因子的相關性，以期為如何充分利用空氣負氧離子資源，改善城市居住環境，合理布局城市空間提供科學依據。

1研究材料和方法

1.1研究地概況研究地麗水市位于浙江省西南浙閩兩省結合部，境內“九山半水半分田”，森林覆蓋率達到80.8%。麗水市生態環境質量浙江省第一、全國前列，是國家級生態示范區，素有“天然氧吧”、“中國生態第一市”之稱。早在2008年，麗水市有關部門率先出臺了空氣負離子濃度質量等級標準，2013年全市以森林公園為主的各觀測點平均空氣負氧離子濃度為2 926 ion/cm3。麗水中心城市城區面積37 270 hm2，中心城市城區范圍的城市森林覆蓋率保持在73%，建成區綠地率達到35%，綠化覆蓋率達到40%。市區（含開發區）常住人口為30.33萬人。

1.2觀測內容和方法

2014年1月27日～2月5日，選擇麗水市區蔚藍水岸居住區，在13樓陽臺使用KEC-900負氧離子測試儀連續測試空氣負氧離子濃度。記錄器每20 s記錄一次數據，按小時進行平均計算1 h前的空氣負氧離子濃度，分析其日變化規律。同時，從“浙江省環境空氣質量指數（AQI）發布平臺”（http：//115.236.164.226：8099/gis/index.html）上查詢就近觀測點蓮都區小學的實時環境空氣質量，從“中國天氣網→浙江→現在天氣”（http：//zj.weather.com.cn/xztq/index.shtml）查詢麗水整點天氣實時情況，分析空氣負氧離子濃度與環境、氣象因子的相關性，并建立回歸模型。

1.3數據分析所有查詢和觀測獲得的數據采用Excel2013進行統計回歸分析，制作圖表。

2結果與分析

2.1負氧離子濃度日變化情況研究對2014年1月27日～2月5日觀測到的各個整點時刻前1 h的空氣負氧離子濃度進行統計分析。每天01：00～24：00整點前1 h內的負氧離子濃度平均值如圖1。從圖1可知，不同時段空氣中的負氧離子濃度是不一樣的，總體上看空氣負氧離子濃度日變化呈雙峰曲線。每天05：00空氣負氧離子的濃度達到一天中的第1個高峰831 ion/cm3（整點時刻濃度均為前1 h平均測試濃度，下同），其后逐漸下降，到15：00為一天中的最低點（609 ion/cm3），然后總體上又逐漸上升到20：00達到第2個高峰（822 ion/cm3），其后逐漸下降，到01：00達到夜間的低谷（681 ion/cm3）。

2.2負氧離子濃度與環境、氣象因子的相關性

研究以2014年1月29日01：00～2月1日22：00連續觀測到的94個整點時刻前1 h的空氣負氧離子濃度和查詢獲得的環境因子、氣象因子為基礎，采用Excel2013數據分析功能逐一計算了負氧離子濃度（y）與SO2、NO2、O3、PM10、PM2.5、AQI環境因子和溫度、相對濕度、氣壓、風速氣象因子（x）的相關性（圖2）。

經查表計算，負氧離子濃度與AQI相關方程y=-1.090 2x+938.35，R2=0.233 4，極顯著相關；與環境因子PM2.5相關方程y=-1.182x+918.73，R2=0.222 7，極顯著相關；與PM10相關方程y=-0.970 7x+906.78，R2= 0.162 4，極顯著相關；與SO2相關方程y=-4.991 8x+861.8，R2=0.154 4，極顯著相關；與NO2相關方程y=-4.342 4x+883.56，R2= 0.055 2，顯著相關；與其他環境因子沒有相關。負氧離子濃度只與氣象因子中氣壓極顯著相關，相關方程y=-42.7x+43 968，R2 = 0.252 1；與其他氣象因子沒有相關性。

2.3負氧離子濃度預測模型的建立

研究選取與負氧離子顯著相關的環境氣象因子用Excel2013進行多元分析，通過逐步回歸獲得理想的模型方程。雖然一元回歸分析表明AQI、PM2.5、PM10、SO2 、NO2等與空氣負氧離子濃度極顯著或顯著相關，但是由于PM2.5、PM10 、SO2 、NO2等均與AQI關系密切，AQI是它們的綜合指標，選取AQI（X1）作為環境因子；選取與空氣負氧離子唯一相關的氣壓（X2）作為氣象因子，建立模型方程，預測空氣負氧離子濃度（Y）。經計算，Y=-0.729 1X1-30.396 3X2+31 624.92，決定系數R2=0.335 5，F=22.975 9，極顯著負相關。擬合模型詳見圖3，從圖中可見1月29日到2月1日各個時刻的擬合效果。擬合與實際觀測的曲線基本一致。

3結論與討論

（1）城區空氣負氧離子濃度日變化是呈雙峰型的，每天05：00、20：00出現峰值。峰值出現的時間與譚東等[9]觀測的重慶永川茶山竹海國家森林公園的日變化規律是不一樣的，而與尹淑嫻等[10]觀測的位于城區的東莞市植物園一致。譚東等觀測到的峰值出現在10：00和15：00，這主要是由于譚東等的觀測地為森林公園，可產生大量的負氧離子[9]，而該研究觀測的麗水城區的負氧離子主要是輸入型的，白天隨著人們活動的增加，行駛車輛的增多，負氧離子減少。齊冰等觀測到的杭州市區（饅頭山）和西溪濕地空氣負離子濃度日變化最大值也出現在06：00[11]。

（2）城區夜間負氧離子濃度明顯大于白天，最大值出現在凌晨。因此，對晨練呼吸新鮮空氣有利，建議市民鍛煉可選擇凌晨，或者白天到植物豐富的森林公園等地方。同時，AQI大的時段，空氣質量差，空氣負氧離子也少，不宜外出鍛煉。

（3）城市中心由于人口多綠地少，車輛多植物少，環境空氣質量相對較差已經成為事實。與其相對應的，城市中心由于人為活動的不斷加劇，人為干擾所致的氣溶膠增加，再加上其他城市環境因子（如城市熱島、下墊面性質）的影響，形成了城市“負氧離子空洞”，將產生一系列環境和生態問題，應當引起有關部門的高度重視。建議小城市市民可以擇邊而居，大城市應當建立城市綠色走廊，保證空氣可以形成一定的負氧離子，讓生活在城市中心的居民也可以呼吸到清新的空氣。

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