氣候特征對麥積區負離子時空分布的影響

謝小平　趙彥琴

氣候特征對麥積區負離子時空分布的影響

謝小平趙彥琴

（金塔縣鼎新氣象站甘肅酒泉735305）

文章選取甘泉鎮作為研究區域，采用邏輯算法、數理統計、代數運算等數據方法，對麥積區的位置、分布、形態、空間關系等數據進行分析，探究區域內部負離子的時空分布等參數的變化特征，將負離子濃度與溫度、濕度等相關參數進行相關性分析。結合實地采樣數據，進行空間插值等一系列操作，獲取麥積區負離子濃度等級圖，并分析對各地區空氣質量的影響。

空間插值；負離子；變異分析

空氣負離子被稱為“空氣維生素”，空氣中的負離子是一種有益人類健康的大氣現象，它的形成過程一般與氧氣的電離有關。瀑布、光電效應等都能使空氣中的部分氧氣發生電離，從而產生負離子。負離子會使人產生氣定神閑的作用、還能改善健康環境，負離子對季節性情緒障礙有一定的輔助治療效果，使悶心情癥狀明顯緩解。負離子能夠改善血液，提高免疫力，自發生產活性氧，調理酵母多糖誘導產生活性炭，負離子也具有殺滅病菌和精華空氣的作用，當負離子與細菌結合后會改變細菌的構造導致細菌死亡。

文章通過GIS空間分析的方法，利用負離子濃度、溫度、濕度等參數與各因子的數據，通過建模進行相關性分析，建立麥積區的負離子濃度預測等級圖，為更好的城市居住環境改善和城市生態環境建設提供指導建議。

1 研究區概況

甘泉鎮位于麥積區南部，距城區15 km。面積211 km2，人口8 670 戶。為北溫帶之南沿，屬典型的大陸性季風氣候類型，年平均氣溫在11 ℃，最高氣溫38 ℃，極端最低氣溫-19.2℃。年降水最多達800 mm，日照充足，無霜日年平均179 d，最長22 d，最短146 d。鎮域內氣候冬冷但不甚寒，雨稀少、氣候干燥，雨熱同步，降水集中。

2 研究方法

2.1 數據檢驗

異常值也稱為特征值，對變異函數的影響很大。所以在進行變異之前要使用補償值對數據進行對數轉換，剔除離群值，使數據更加趨近于正態分布，再用空間插值預測，這樣生成的預測面效果最佳。

2.2 空間變異分析

負離子樣點空間分析以區域化變量理論為基礎，借助于變異函數，可進行空間數據的結構性和隨機性、空間相關性和依賴性、空間分布與變異研究，并對這些數據進行最優無偏內插估計。借助于變異函數，對它進行了最優無偏內插估計[1]。半變異函數可得到4個重要的參數, 即塊金值（Nugget）、基臺值（Sill）、偏基臺值（partialsill）、變程（Range）。變程是空間相關性的作用范圍, 樣點間的距離越小, 變成內的相似性就越大，空間相關性越大。塊金值與基臺值的比稱為基底效應, 它的比例反映系統量空間相關的程度, 比值小于25 %, 表明系統具有強烈的空間自相關性;比值在25 %~75 %之間, 表明系統具有中等空間自相關性;大于75 %說明系統空間自相關性很弱[2]。

3 結果與分析

負離子數據具有很高的空間自相關性，數據平穩且正態分布，滿足地統計中的克里格插值條件。在半變異函數的選擇中遵循以下原則：均值接近0，均方根誤差最小，均方根差最接近于均方根，標準均方根差最接近于1。經過各值的對比，可以得出指數函數最符合原則。故選擇指數函數為半變函數模型的進行空間插值。通過指數函數進行空間插值后，其產生的塊金值是0.350 15，偏基態指是0.661 5，偏基態指與基態值的比是34.611 %，說明空間相關性中等。基底效應即塊金值與基太值的比是65.86 %，說明樣本的變異受隨機因隨的影響較大。

建立的回歸函數為：y＝0.658 6 x＋1 019.948

將插值結果根據負離子濃度與空氣質量的對應表準，分成5個等級進行重分類（見表1）。

表1　負離子濃度與空氣質量的對應表

負離子分類結果

從預測結果可以看出：甘泉鎮東部及中部有三分之二的地域負離子的濃度在2 000 cm3以上，空氣質量屬于一級，非常清新；東北部有小部分地區的負離子濃度在1 500 ~ 2 000 個/cm3。空氣質量屬于二級，清新；西部有較大的區域的負離子濃度在1 000 個/cm3，空氣質量為三級，較清新；總的來說，由于經濟林和農田的影響，甘泉鎮的負離子濃度是相當高的，空氣質量為優。

4 小結

（1）進行了甘泉鎮空氣負離子空間特征研究和空氣質量評價[3]。首先對數據檢驗、特征值的篩選和建立空間預測面，然后進行空間插值。最后建立空氣質量評價指標，對麥積區的空氣質量進行評價，總體上研究區域的空氣質量是清新的，濃度都基本達到了1 000個/cm3以上。

（2）通過對甘泉鎮負離子的分布特征可以看出不同綠地類型和覆蓋率下,負離子濃度是不同的。其中，溫度、NOx濃度、SO2濃度、大氣懸浮物濃度和海拔對甘泉鎮負離子濃度有很大影響。

（3）負離子是一個受諸多因素影響的復雜過程，在選擇半變異函數和空間插值的過程中還需要考慮諸多的因素，如考慮插值高程點的因素，植被的疏密程度，溫度和濕度的高低等。因此，空間插值的方法和取值精度，有待今后深入的研究。

[1]閆秀婧.基于SO2的麥積區城市綠地植被模式配置[J]?林業科技通訊,2017(4):60-62.

[2]石強,舒惠芳,鐘林生.等.森林游憩區空氣負離子評價研究[J].林業科學,2004,40(1):78-80.

[3]馬俊吉,閏秀蜻,汪浩然等天水市環境空氣質量分析與評價發展,2018(5):126-128.

謝小平(1989- )，男，漢族，甘肅金塔縣人，本科，工程師，研究方向：地面氣象觀測。

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2095-1205(2020)03-16-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.03.09