長沙市負(fù)氧離子濃度變化特征與氣象因子相關(guān)初探

馬晶昊等

摘要

利用2013年1～12月長沙市負(fù)氧離子觀測資料，分析了長沙市空氣負(fù)氧離子的季、月和日變化特征，以及空氣負(fù)氧離子與氣象因子的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，長沙市年平均負(fù)氧離子濃度為806個/cm3，其中秋季平均負(fù)氧離子濃度最大，為1 072 個/cm3，春季平均負(fù)氧離子濃度最小，為551個/cm3。四季中負(fù)氧離子的日變化特征存在明顯差異，冬季1月和秋季9月，負(fù)氧離子濃度日變化均基本呈現(xiàn)雙峰分布，只是冬季1月極大值出現(xiàn)在04：00和15：00，而秋季9月極大值出現(xiàn)在05：00和17：00；春季4月，負(fù)氧離子濃度日變化基本呈現(xiàn)三峰分布，極大值出現(xiàn)在03：00、12：00和15：00；夏季7月，負(fù)氧離子濃度日變化呈現(xiàn)單峰型，極大值出現(xiàn)在06：00。負(fù)氧離子濃度與氣象因子密切相關(guān)，其中與溫度、濕度均呈正相關(guān)系。

關(guān)鍵詞負(fù)氧離子；濃度變化；氣象因子；相關(guān)關(guān)系

中圖分類號S161文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）28-09872-03

Variation Features of Negative Ion Concentration and Its Correlation with Meteorological Factors in Changsha

MA Jinghao1， DONG Zizhou1， YANG Yunyun2 et al

（1. Meteorological Service Center in Hunan Province， Changsha， Hunan 410118； 2. Meteorological Bureau of Hunan， Changsha， Hunan 410118）

AbstractUsing observation data of negative oxygen ions in Changsha from January to December in 2013， the seasonal， monthly and daily variation characteristics of negative oxygen ions in Changesha were analyzed， as well as the correlation between air negative oxygen ion and meteorological factors. The results showed that the annual average concentration of negative oxygen ions is 806/cm3 in Changsha City， the average autumn of negative oxygen ions concentration is 1 072 /cm3， the maximum， minimum the average concentration of negative oxygen ions in the spring is 551/cm3. There are obvious differences in the diurnal variation of negative oxygen ions in the four seasons， January in winter and September in autumn negative oxygen ions concentration changes are basically shows two peak distribution， just January in winter maximum value appeared 04：00 and 15：00. September in autumn maximum value appeared in 05：00 and 17：00； spring April， negative oxygen ions concentration day changes basic rendering three peak distribution， maximum value appeared in 03：00， 12：00 and 15：00； summer July， negative oxygen ions concentration day changes one peak distribution， maximum value appeared in 06：00. Negative oxygen ions concentrations and meteorological factors are closely related， which was positively correlated with temperature and humidity.

Key wordsNegative oxygen ion； Concentration variation； Meteorological factors； Correlation

負(fù)氧離子是空氣中一種帶負(fù)電荷的氣體離子，常被人們稱之為“長壽素”或“空氣維生素”[1]。目前，我國中東部地區(qū)霧霾越來越嚴(yán)重，空氣質(zhì)量隨之越來越受到人們的關(guān)注，空氣負(fù)氧離子在一定濃度以上有利于人體健康，促進(jìn)新陳代謝，增強(qiáng)人體免疫力，此外還具有降塵、抑菌功能，在凈化空氣、調(diào)節(jié)城市小氣候、衛(wèi)生保健等方面效果顯著[2]。因此，在環(huán)境評價中空氣負(fù)氧離子濃度是衡量空氣質(zhì)量的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)學(xué)者目前關(guān)于空氣負(fù)氧離子的研究主要包括不同生態(tài)結(jié)構(gòu)、不同植被類型、不同綠地結(jié)構(gòu)、城市森林結(jié)構(gòu)等不同生態(tài)環(huán)境對空氣負(fù)氧離子濃度的影響[3-6]。近幾年，我國各地氣象部門陸續(xù)開展了負(fù)氧離子濃度的監(jiān)測工作，如叢菁等研究了大連市負(fù)氧離子濃度分布及預(yù)測模型的建立[7]，孟麗紅等研究了2009年天津城區(qū)空氣負(fù)離子變化規(guī)律[8]，蔣翠花等研究了宿遷市區(qū)負(fù)氧離子濃度變化與氣象要素相關(guān)關(guān)系[9]。湖南省氣象服務(wù)中心于2011年10月開始實(shí)施負(fù)氧離子濃度試驗(yàn)觀測，由于前期儀器的不穩(wěn)定造成數(shù)據(jù)的不完整。筆者采用2013年1～12月較為完整的空氣負(fù)氧離子濃度觀測資料進(jìn)行分析，揭示長沙市負(fù)氧離子濃度的變化規(guī)律及其與溫度、濕度等氣象因子的相關(guān)關(guān)系，為日后長沙市負(fù)氧離子進(jìn)一步研究和濃度預(yù)報的開展提供一定的參考作用。

1 資料與方法

長沙市負(fù)氧離子觀測點(diǎn)位于湖南省氣象預(yù)警中心內(nèi)，地理位置為112°99′E、28°03′N。觀測儀器采用美國EPEX100-B型負(fù)離子濃度自動測量儀，儀器的測量誤差分別為離子濃度≤±8%、遷移率≤±8%、測量分辨率10個/cm3。

負(fù)氧離子分析資料取自2013年1月1日～12月31日湖南省氣象服務(wù)中心觀測的較完整的逐日負(fù)氧離子濃度實(shí)況資料，日平均負(fù)氧離子濃度值為24 h算術(shù)平均值，氣象資料使用同期的氣溫、相對濕度等氣象要素的逐日資料。該研究將1、4、7月和9月分別作為冬、春、夏和秋季的代表月份，比較不同季節(jié)負(fù)氧離子濃度的日變化規(guī)律。

2結(jié)果與分析

2.1 負(fù)氧離子濃度變化分析

2.1.1

月變化。由圖1可見，長沙市年平均負(fù)氧離子濃度為806個/cm3。其中，秋季（9～11月）負(fù)氧離子濃度最高，平均為1 072 個/cm3；夏季（6～8月）次之，為1 011 個/cm3；冬季（12月～次年2月）為592個/cm3；春季（3～5月）最小，為551個/cm3。月平均最大濃度值為1 173 個/cm3，出現(xiàn)在9月，月平均最小濃度值為416個/cm3，出現(xiàn)在1月；3～9月逐月上升，其中3～5月上升緩慢，6～9月上升迅速；9月～次年3月逐月下降。一年中有6 個月（6～11月）負(fù)氧離子濃度大于平均值，有6 個月（12月～次年5月）小于平均值。

圖1長沙市負(fù)氧離子逐月變化

2.1.2

日變化。 選取1、4、7月和9月作為冬、春、夏、秋季的代表月份，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)研究負(fù)氧離子濃度不同季節(jié)的日變化特征。從圖2和表1可以看出，四季負(fù)氧離子的日變化特

征存在明顯差異。冬季1月，負(fù)氧離子濃度為390～443個/cm3，日變化基本呈現(xiàn)雙峰分布，峰值分別出現(xiàn)在04：00和15：00，谷值分別出現(xiàn)在10：00和20：00、21：00；春季4月與1月負(fù)氧離子濃度相當(dāng)，負(fù)氧離子濃度為452～542個/cm3，但日變化特征存在一定變化，負(fù)氧離子濃度基本呈現(xiàn)三峰分布，最高值出現(xiàn)在03：00、12：00和15：00；夏季7月，負(fù)氧離子濃度呈現(xiàn)上升趨勢，最高值出現(xiàn)在06：00，為1 508個/cm3，其他時間負(fù)氧離子濃度逐漸下降，在920～1 100個/cm3之間變化，波動較小；秋季9月，負(fù)氧離子濃度整體為全年最高時段，呈現(xiàn)雙峰型分布，最高值出現(xiàn)在05：00，達(dá)1 275個/cm3，次峰值出現(xiàn)在17：00，為1 222個/cm3，其他時間負(fù)氧離子濃度在1 100～1 150個/cm3浮動。

2.2 負(fù)氧離子濃度變化與氣象要素的相關(guān)分析

相關(guān)研究表明，溫度、濕度等氣象要素對負(fù)氧離子濃度有很大影響[10]。因此，有必要對長沙市負(fù)氧離子濃度與溫度、濕度的關(guān)系進(jìn)行研究。

2.2.1

與溫度的相關(guān)關(guān)系。選取2013年1、4、7和9月作為冬、春、夏、秋不同季節(jié)的負(fù)氧離子數(shù)據(jù)與同步測量的溫度進(jìn)行回歸分析，得出不同季節(jié)負(fù)氧離子濃度與溫度的回歸方程。由圖3可見，1、4、7和9月負(fù)氧離子濃度與溫度均呈正相關(guān)系，溫度越高，負(fù)氧離子濃度越大，只是在不同的月份負(fù)氧離子濃度與溫度正相關(guān)的程度不一樣，溫度上升越高的月份負(fù)氧離子濃度與溫度的正相關(guān)越大。這主要是因?yàn)樵谕粫r間段氣溫與太陽光強(qiáng)有很大關(guān)系，太陽光強(qiáng)度大，氣溫就高，植物光合作用產(chǎn)生的尖端放電就強(qiáng)，負(fù)氧離子濃度也隨之增大，反之溫度低，植物光合作用產(chǎn)生的尖端放電弱，負(fù)氧離子濃度便隨之減小。且氣溫對大氣的穩(wěn)定有很大影響，特別是3～8月，溫度越高，大氣越不穩(wěn)定，空氣分子運(yùn)動也越劇烈，空氣分子間、空氣植物間摩擦也就越強(qiáng)，負(fù)氧離子濃度也就越大。

2.2.2

與相對濕度的相關(guān)關(guān)系。從圖4可以看出，負(fù)氧離子濃度與相對濕度呈正相關(guān)，濕度越大，負(fù)氧離子濃度越大。這主要是因?yàn)樵诳諝庵校?fù)氧離子主要是以O(shè)-2（H2O）n形式相對穩(wěn)定存在[11]， 濕度增大時， 空氣中的水分子增多，O-2結(jié)合水分子的機(jī)會就增大，負(fù)氧離子濃度也隨之增大。

3 結(jié)論與討論

（1）長沙市年平均負(fù)氧離子濃度為806個/cm3，對人體健康較有利。秋季平均負(fù)氧離子濃度最大，為1 072 個/cm3，最大月出現(xiàn)在9月，為1 173 個/cm3；春季平均負(fù)氧離子濃度最小，為551個/cm3；最小月出現(xiàn)在1月，為416個/cm3； 6～11月負(fù)氧離子濃度大于平均值，12月～次年5月小于平均值。

（2）四季中負(fù)氧離子的日變化特征存在明顯差異。冬季1月，負(fù)氧離子濃度日變化基本呈現(xiàn)雙峰分布，日平均最高值為443個/cm3；春季4月，負(fù)氧離子濃度基本呈現(xiàn)三峰分布，日平均最高值為542個/cm3；夏季7月，負(fù)氧離子濃度呈現(xiàn)單峰型，日平均最高值為1 508個/cm3；秋季9月，負(fù)氧離子濃度整體偏高，呈現(xiàn)雙峰型分布，日平均最高值為1 275個/cm3。

（3）四季中負(fù)氧離子濃度與溫度、濕度均呈正相關(guān)系。溫度越高，負(fù)氧離子濃度越大，只是在不同的月份負(fù)氧離子濃度與溫度正相關(guān)的程度不一樣，溫度上升越高的月份負(fù)氧離子濃度與溫度的正相關(guān)越大。濕度越大，負(fù)氧離子濃度越大。

（4）由于觀測資料年份短、樣本量小，又是單點(diǎn)觀測，分析得出的結(jié)論較粗略，有待進(jìn)一步改進(jìn)。隨著觀測數(shù)據(jù)量足夠大及研究的不斷深入，對負(fù)氧離子濃度的分析結(jié)論將會更加完善。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2014年

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