利用大數(shù)據(jù)分析方法研究城市綠化對空氣質(zhì)量的影響

文章編號：1674-6139（2025）08-0162-05

中圖分類號：X171文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Effect of Urban Greening on Air Quality by Big Data Analysis Method

Liu Zengcai

（Guizhou Ecological Environment Monitoring Center，Xingyi 5624Oo，China）

Abstract：Thisarticleusesbigdataanalysismethodstoanalyzetherelationshipbetweenurbangreeningandairquality.Thegreen coveragerateofifeentereasinecitassudedndcoledndeocetrationofigaieosndieal indexweremeasuredtocalculatethechangesinteseindicatorswithindiferentgrenareas.Bycombiningothergreeningindicatosand usingbigdataanalysismethods，thecorelationbetweenurbangreeningandirqualityasanalyzed.Teimpactofurbangreeningonair qualitywasstudiedItwasfoundthaturbagreninghasasignificantpositiveimpactoairquality，andthegrnareaispositivelyor relatedwithairqualityTheeectivenessofdiferentplantspeiesinimprovingairualityvariesOptimizingurbangreeningandplant selection can effectively improve air quality.

Key Words：big data analysis；urban greening；air quality；influence factor；environmental governance

前言

城市綠化是改善城市環(huán)境質(zhì)量的重要手段之一，綠化不僅可以凈化空氣、吸收噪音，還可以提高大氣環(huán)境的穩(wěn)定性，提高城市景觀質(zhì)量，緩解城市熱島效應(yīng)[1]。城市是人類的家園，隨著人口的不斷增加，環(huán)境問題也日益嚴(yán)峻，作為一種緩解和解決環(huán)境問題的有效途徑之一，城市綠化在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用[2]

關(guān)于城市綠化對空氣質(zhì)量影響的研究始于20世紀(jì)60年代。在過去幾十年里，盡管研究人員從多角度探索了綠化對空氣質(zhì)量的影響機(jī)制，結(jié)果卻存在不確定性[3]。這主要?dú)w因于數(shù)據(jù)有限和缺乏有效的方法量化綠化對空氣質(zhì)量影響大小及范圍的方法。當(dāng)前，隨著城市規(guī)模和結(jié)構(gòu)的不斷變化，遙感技術(shù)在獲取大規(guī)模、多源、多尺度的城市綠化數(shù)據(jù)方面發(fā)揮著重要作用，尤其是LandscapeMap（LM）衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)[4]。該數(shù)據(jù)具有全球覆蓋、高分辨率、時間連續(xù)等優(yōu)勢，能提供準(zhǔn)確可靠的城市綠地覆蓋面積、分布及景觀格局信息，為研究城市綠化對空氣質(zhì)量的影響提供有力支持。因此，可將城市綠化遙感數(shù)據(jù)作為研究城市綠化對空氣質(zhì)量的影響，同時利用大數(shù)據(jù)分析方法對城市空氣質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計分析，分析城市綠化與空氣質(zhì)量的相關(guān)性，為城市綠化建設(shè)提供理論支持。

1材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

城市綠化影響空氣質(zhì)量的研究，主要關(guān)注城市綠化對大氣環(huán)境及綠化面積與空氣質(zhì)量關(guān)系[5]研究選取擁有完整街景數(shù)據(jù)的城市，利用LM數(shù)據(jù)（含LandscapeMap、衛(wèi)星照片、大氣環(huán)境數(shù)據(jù)）設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)[6]，采集空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，監(jiān)測點(diǎn)依據(jù)綠地面積和綠地覆蓋率選定。由于城市高大建筑可能干擾遙感圖像，信息提取中增加了幾何校正步驟，確保準(zhǔn)確性。通過這些方法，研究城市綠化對空氣質(zhì)量的具體影響，為未來城市規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

后續(xù)研究所需的監(jiān)測點(diǎn)具體情況見圖1。

圖1城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)布置情況

1.2 獲取綠化信息

在根據(jù)研究區(qū)概況確定監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量后，利用LandscapeMap獲取城市綠化信息。在研究中，主要數(shù)據(jù)包括城市綠化數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)。由于城市綠地景觀在不同季節(jié)具有不同的季相特征，而一般圖像只能反映瞬間的城市街景實(shí)況，在信息獲取時需要考慮季節(jié)變化對城市綠化的影響。因此，城市綠化信息的獲取時間段選擇4－10月份。在此時間段內(nèi)，城市各個類型綠地植被長勢都比較好，光譜信息明顯，對于綠化信息的讀取十分有利。

然而，灌草和喬灌草之間光譜信息存在相似性，在特定波段上可能存在“異物同譜”的現(xiàn)象，很難區(qū)分出來。因此，在實(shí)際監(jiān)測過程中，將采樣數(shù)據(jù)與園林綠化部門的數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過分析確定具體的綠化信息。

此外，LandscapeMap還提供了每公頃綠地面積、平均高度、平均葉面積指數(shù)等信息，這為研究城市綠化對空氣質(zhì)量的影響提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[7]

1.3 空氣質(zhì)量測定與評價

根據(jù)獲取到的城市綠化信息，以空氣負(fù)離子濃度和空氣清潔度指數(shù)作為變量進(jìn)行測定與分析。

為更好地分析城市綠化對空氣質(zhì)量的影響，在使用LandscapeMap數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析之前，需對數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，以確保數(shù)據(jù)集能夠準(zhǔn)確反映城市綠化的覆蓋范圍、特征和分布情況。

對于空氣負(fù)離子的測定，使用空氣離子測量儀測量出空氣中的正負(fù)離子濃度。通過空氣負(fù)離子的測定可以分析研究區(qū)域內(nèi)空氣清潔度，以空氣中正負(fù)離子濃度作為參數(shù)，計算單極系數(shù)，用于評價空氣質(zhì)量的好壞。計算公式如式（1）：

式（1）中， k 表示單極系數(shù)， n⁺ 表示空氣正離子濃度， n^- 表示空氣負(fù)離子濃度。一般情況下，單極系數(shù)越小，說明空氣質(zhì)量越好，當(dāng)單極系數(shù) ?1.0 時，能使人感到舒適，如果單極系數(shù)升高到大于3.0，此時人處在空氣中會感到煩躁和不安。大量研究資料表明，綠化好的區(qū)域空氣中的單極系數(shù)一般在1.0以下。

利用空氣離子濃度和單極系數(shù)可以進(jìn)一步計算出空氣清潔度指數(shù)，公式如式（2）：

式（2）中， c 表示空氣清潔度指數(shù)。

結(jié)合空氣負(fù)離子濃度和空氣清潔度指數(shù)可對城市空氣質(zhì)量進(jìn)行評價。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)上述空氣質(zhì)量測定與評價過程，分析不同綠化區(qū)域空氣負(fù)離子濃度的差異和空氣清潔度指數(shù)的變化，從而判斷城市綠化對空氣質(zhì)量的影響。

2.1 不同綠化區(qū)域空氣負(fù)離子濃度的差異

為評估綠化區(qū)域的空氣質(zhì)量，研究通過分析空氣負(fù)離子濃度，來反映綠化對空氣質(zhì)量的影響。在所選的監(jiān)測區(qū)域測量空氣負(fù)離子濃度，取平均值分析不同綠化區(qū)域空氣負(fù)離子濃度的差異性，結(jié)果見表1。

表1綠化區(qū)域空氣負(fù)離子測量結(jié)果 個·cm-3

由表1可知，在區(qū)域2空氣中負(fù)離子含量達(dá)到最大，與之相對的綠地覆蓋率為 53% ，其中喬灌木面積比例較大，對空氣質(zhì)量有好的影響。而在區(qū)域7中，雖然綠地覆蓋率比較高，但是草地面積較大，導(dǎo)致該區(qū)域的空氣負(fù)離子濃度在研究區(qū)域中最低。

由此可知，在城市綠化區(qū)域，不同類型的綠化植物對空氣質(zhì)量有不同的影響，高大樹木可以遮擋陽光，從而降低城市熱島效應(yīng);而灌木和草類植物可以吸收二氧化碳并釋放氧氣。另外，研究發(fā)現(xiàn)植物高度較高、密度較小、冠幅較大和枝葉稀疏的植物對空氣質(zhì)量有更好的影響。

2.2 不同綠化區(qū)空氣清潔度指數(shù)的變化

研究城市對空氣質(zhì)量的影響，還需要結(jié)合空氣清潔度的指數(shù)，不同綠化區(qū)空氣清潔度指數(shù)見表2。

由表2可知，大部分綠化區(qū)域的空氣清潔度指數(shù)均在1.0以上，即使在不同的季節(jié)也保持較穩(wěn)定的指數(shù)。僅綠化區(qū)域1在12月到第二年5月期間，空氣清潔度指數(shù)下降到了1.0以下，但是數(shù)值仍高于0.7，說明該區(qū)域的空氣質(zhì)量處于清潔水平。由此可以看出，城市綠地覆蓋率與空氣清潔度指數(shù)存在明顯的相關(guān)性，城市綠地覆蓋率越大，空氣清潔度指數(shù)越高。

表2不同綠化區(qū)域空氣清潔度指數(shù)

3 分析與討論

3.1 城市綠化與空氣質(zhì)量之間的相關(guān)性分析

為驗(yàn)證城市綠化對空氣質(zhì)量的影響，利用大數(shù)據(jù)分析方法測定城市綠化對空氣質(zhì)量的影響指標(biāo)，將各影響因子作為變量，利用大數(shù)據(jù)分析方法統(tǒng)計各個變量之間的相關(guān)性，結(jié)果見表3。

表3城市綠化與空氣質(zhì)量之間的相關(guān)關(guān)系

由表3可知，空氣負(fù)離子濃度與綠地面積、植物種類均有較強(qiáng)的相關(guān)性，與群落高度、常綠數(shù)量也有強(qiáng)相關(guān)性，說明城市內(nèi)綠地面積的增加、植物種類的多樣化會極大地增加空氣負(fù)離子濃度，有助于改善空氣質(zhì)量。另外，群落高度和常綠數(shù)量的增加也會促進(jìn)空氣負(fù)離子濃度的增加，但是效果有限。空氣清潔度指數(shù)與綠地面積、植物種類也有較強(qiáng)的相關(guān)性，綠地面積的增加和植物種類的增加會提高空氣清潔度，群落高度和常綠數(shù)量的增加也會保證空氣清潔干凈，這幾個變量之間存在強(qiáng)相關(guān)性。

值得注意的是，在實(shí)際的城市規(guī)劃中，城市綠化面積對空氣質(zhì)量的影響并不是線性關(guān)系，而是非線性的。當(dāng)城市綠化面積增加時，可能會導(dǎo)致空氣污染加重，但隨著城市綠化面積增加到一定程度后，對空氣質(zhì)量的影響將減弱。因此，在未來城市規(guī)劃中，應(yīng)充分考慮到城市綠化對城市空氣質(zhì)量的影響，以優(yōu)化城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

3.2城市綠化對空氣質(zhì)量的影響

城市綠化面積增加可以改善空氣質(zhì)量，提高清潔度，說明城市綠化對空氣中的污染物有削弱作用。根據(jù)LandscapeMap數(shù)據(jù)量化顯示，城市綠化可提高空氣負(fù)離子濃度，降低熱島效應(yīng)。不同綠化區(qū)域草、喬木、灌木比例各異，對空氣質(zhì)量影響不同。當(dāng)喬木比例大時，空氣負(fù)離子濃度顯著增加，對空氣質(zhì)量正面影響大；草地占比大時，對空氣質(zhì)量的改善效果有限。因此，城市綠化不僅能提升空氣質(zhì)量，還能美化城市景觀。這些發(fā)現(xiàn)為未來城市規(guī)劃提供了改善空氣質(zhì)量的新思路和方法。

4結(jié)束語

通過大數(shù)據(jù)分析方法，深人研究了城市綠化與空氣質(zhì)量之間的關(guān)系，得出以下結(jié)論：城市內(nèi)不同綠化區(qū)域?qū)諝赓|(zhì)量的影響有所不同，但總體而言，綠化面積越大，空氣質(zhì)量越優(yōu)。然而，也發(fā)現(xiàn)部分綠化區(qū)域間空氣質(zhì)量差異并不顯著。城市綠化確實(shí)能夠改善空氣質(zhì)量，但需要采取措施以避免由于過度的綠化帶來的負(fù)面影響。此外，城市綠化的具體配置和植物種類對空氣質(zhì)量的影響存在差異。不同種類的植物對污染物的吸收能力、生長狀況以及生態(tài)效益等方面存在差異。因此，在規(guī)劃城市綠化時，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件、污染物種類和濃度等因素，選擇適宜的綠化植物種類和配置方式，以最大限度地發(fā)揮城市綠化的生態(tài)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]張波，宋國君.大規(guī)模空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失處理方法實(shí)證研究[J].中國環(huán)境科學(xué)，2022，42（5）：2078-2087.

[2]陳啟洲，羅霜，陳錦睿，等.垂直綠化對城市居民身心健康的影響[J].世界林業(yè)研究，2023，36（5）：56-62.

[3]符冰芬，吳海堂，趙立華.基于城市微氣候模擬軟件的城市道路綠化帶對 PM_2.5 消減作用的研究[J].生態(tài)學(xué)報，2023，43（15）：6293-6306

[4]劉亦文.碳減排約束政策對中國城市空氣質(zhì)量的影響研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2022，36（2）：73-81.

[5]李喜妍，葡雪芹，王岱.中國城市空氣質(zhì)量的時空演化特征及影響因素[J].西安理工大學(xué)學(xué)報，2022，38（4）：487-499

[6]陳曉紅，周明輝，唐湘博.城市空氣質(zhì)量目標(biāo)約束下冬季污染物減排最優(yōu)控制策略研究[J].中國管理科學(xué)，2023，31（3）：1-9.

[7]趙妤希，任家豪，陳義珍，等.氣象要素變化對城市空氣質(zhì)量影響的評估方法與應(yīng)用一一以 PM_2.5 為例[J].中國環(huán)境科學(xué)，2022，42（12）：5610-5616.