長沙市負氧離子濃度變化特征與氣象因子相關初探

馬晶昊等

摘要

利用2013年1～12月長沙市負氧離子觀測資料，分析了長沙市空氣負氧離子的季、月和日變化特征，以及空氣負氧離子與氣象因子的相關關系。結果表明，長沙市年平均負氧離子濃度為806個/cm3，其中秋季平均負氧離子濃度最大，為1 072 個/cm3，春季平均負氧離子濃度最小，為551個/cm3。四季中負氧離子的日變化特征存在明顯差異，冬季1月和秋季9月，負氧離子濃度日變化均基本呈現雙峰分布，只是冬季1月極大值出現在04：00和15：00，而秋季9月極大值出現在05：00和17：00；春季4月，負氧離子濃度日變化基本呈現三峰分布，極大值出現在03：00、12：00和15：00；夏季7月，負氧離子濃度日變化呈現單峰型，極大值出現在06：00。負氧離子濃度與氣象因子密切相關，其中與溫度、濕度均呈正相關系。

關鍵詞負氧離子；濃度變化；氣象因子；相關關系

中圖分類號S161文獻標識碼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

負氧離子是空氣中一種帶負電荷的氣體離子，常被人們稱之為“長壽素”或“空氣維生素”[1]。目前，我國中東部地區霧霾越來越嚴重，空氣質量隨之越來越受到人們的關注，空氣負氧離子在一定濃度以上有利于人體健康，促進新陳代謝，增強人體免疫力，此外還具有降塵、抑菌功能，在凈化空氣、調節城市小氣候、衛生保健等方面效果顯著[2]。因此，在環境評價中空氣負氧離子濃度是衡量空氣質量的一個重要標準。

國內學者目前關于空氣負氧離子的研究主要包括不同生態結構、不同植被類型、不同綠地結構、城市森林結構等不同生態環境對空氣負氧離子濃度的影響[3-6]。近幾年，我國各地氣象部門陸續開展了負氧離子濃度的監測工作，如叢菁等研究了大連市負氧離子濃度分布及預測模型的建立[7]，孟麗紅等研究了2009年天津城區空氣負離子變化規律[8]，蔣翠花等研究了宿遷市區負氧離子濃度變化與氣象要素相關關系[9]。湖南省氣象服務中心于2011年10月開始實施負氧離子濃度試驗觀測，由于前期儀器的不穩定造成數據的不完整。筆者采用2013年1～12月較為完整的空氣負氧離子濃度觀測資料進行分析，揭示長沙市負氧離子濃度的變化規律及其與溫度、濕度等氣象因子的相關關系，為日后長沙市負氧離子進一步研究和濃度預報的開展提供一定的參考作用。

1 資料與方法

長沙市負氧離子觀測點位于湖南省氣象預警中心內，地理位置為112°99′E、28°03′N。觀測儀器采用美國EPEX100-B型負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日湖南省氣象服務中心觀測的較完整的逐日負氧離子濃度實況資料，日平均負氧離子濃度值為24 h算術平均值，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，比較不同季節負氧離子濃度的日變化規律。

2結果與分析

2.1 負氧離子濃度變化分析

2.1.1

月變化。由圖1可見，長沙市年平均負氧離子濃度為806個/cm3。其中，秋季（9～11月）負氧離子濃度最高，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，出現在9月，月平均最小濃度值為416個/cm3，出現在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，根據觀測數據研究負氧離子濃度不同季節的日變化特征。從圖2和表1可以看出，四季負氧離子的日變化特

征存在明顯差異。冬季1月，負氧離子濃度為390～443個/cm3，日變化基本呈現雙峰分布，峰值分別出現在04：00和15：00，谷值分別出現在10：00和20：00、21：00；春季4月與1月負氧離子濃度相當，負氧離子濃度為452～542個/cm3，但日變化特征存在一定變化，負氧離子濃度基本呈現三峰分布，最高值出現在03：00、12：00和15：00；夏季7月，負氧離子濃度呈現上升趨勢，最高值出現在06：00，為1 508個/cm3，其他時間負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，負氧離子濃度整體為全年最高時段，呈現雙峰型分布，最高值出現在05：00，達1 275個/cm3，次峰值出現在17：00，為1 222個/cm3，其他時間負氧離子濃度在1 100～1 150個/cm3浮動。

2.2 負氧離子濃度變化與氣象要素的相關分析

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

2.2.1

與溫度的相關關系。選取2013年1、4、7和9月作為冬、春、夏、秋不同季節的負氧離子數據與同步測量的溫度進行回歸分析，得出不同季節負氧離子濃度與溫度的回歸方程。由圖3可見，1、4、7和9月負氧離子濃度與溫度均呈正相關系，溫度越高，負氧離子濃度越大，只是在不同的月份負氧離子濃度與溫度正相關的程度不一樣，溫度上升越高的月份負氧離子濃度與溫度的正相關越大。這主要是因為在同一時間段氣溫與太陽光強有很大關系，太陽光強度大，氣溫就高，植物光合作用產生的尖端放電就強，負氧離子濃度也隨之增大，反之溫度低，植物光合作用產生的尖端放電弱，負氧離子濃度便隨之減小。且氣溫對大氣的穩定有很大影響，特別是3～8月，溫度越高，大氣越不穩定，空氣分子運動也越劇烈，空氣分子間、空氣植物間摩擦也就越強，負氧離子濃度也就越大。

2.2.2

與相對濕度的相關關系。從圖4可以看出，負氧離子濃度與相對濕度呈正相關，濕度越大，負氧離子濃度越大。這主要是因為在空氣中，負氧離子主要是以O-2（H2O）n形式相對穩定存在[11]， 濕度增大時， 空氣中的水分子增多，O-2結合水分子的機會就增大，負氧離子濃度也隨之增大。

3 結論與討論

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

（2）四季中負氧離子的日變化特征存在明顯差異。冬季1月，負氧離子濃度日變化基本呈現雙峰分布，日平均最高值為443個/cm3；春季4月，負氧離子濃度基本呈現三峰分布，日平均最高值為542個/cm3；夏季7月，負氧離子濃度呈現單峰型，日平均最高值為1 508個/cm3；秋季9月，負氧離子濃度整體偏高，呈現雙峰型分布，日平均最高值為1 275個/cm3。

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

（4）由于觀測資料年份短、樣本量小，又是單點觀測，分析得出的結論較粗略，有待進一步改進。隨著觀測數據量足夠大及研究的不斷深入，對負氧離子濃度的分析結論將會更加完善。

安徽農業科學2014年

參考文獻

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