氣候特征對麥積區(qū)負離子時空分布的影響

謝小平　趙彥琴

氣候特征對麥積區(qū)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(zhèn)作為研究區(qū)域，采用邏輯算法、數(shù)理統(tǒng)計、代數(shù)運算等數(shù)據(jù)方法，對麥積區(qū)的位置、分布、形態(tài)、空間關(guān)系等數(shù)據(jù)進行分析，探究區(qū)域內(nèi)部負離子的時空分布等參數(shù)的變化特征，將負離子濃度與溫度、濕度等相關(guān)參數(shù)進行相關(guān)性分析。結(jié)合實地采樣數(shù)據(jù)，進行空間插值等一系列操作，獲取麥積區(qū)負離子濃度等級圖，并分析對各地區(qū)空氣質(zhì)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(xiàn)象，它的形成過程一般與氧氣的電離有關(guān)。瀑布、光電效應(yīng)等都能使空氣中的部分氧氣發(fā)生電離，從而產(chǎn)生負離子。負離子會使人產(chǎn)生氣定神閑的作用、還能改善健康環(huán)境，負離子對季節(jié)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(fā)生產(chǎn)活性氧，調(diào)理酵母多糖誘導(dǎo)產(chǎn)生活性炭，負離子也具有殺滅病菌和精華空氣的作用，當(dāng)負離子與細菌結(jié)合后會改變細菌的構(gòu)造導(dǎo)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(shù)與各因子的數(shù)據(jù)，通過建模進行相關(guān)性分析，建立麥積區(qū)的負離子濃度預(yù)測等級圖，為更好的城市居住環(huán)境改善和城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供指導(dǎo)建議。

1 研究區(qū)概況

甘泉鎮(zhèn)位于麥積區(qū)南部，距城區(qū)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(fēng)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(zhèn)域內(nèi)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(shù)據(jù)檢驗

異常值也稱為特征值，對變異函數(shù)的影響很大。所以在進行變異之前要使用補償值對數(shù)據(jù)進行對數(shù)轉(zhuǎn)換，剔除離群值，使數(shù)據(jù)更加趨近于正態(tài)分布，再用空間插值預(yù)測，這樣生成的預(yù)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(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，借助于變異函數(shù)，可進行空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性和隨機性、空間相關(guān)性和依賴性、空間分布與變異研究，并對這些數(shù)據(jù)進行最優(yōu)無偏內(nèi)插估計。借助于變異函數(shù)，對它進行了最優(yōu)無偏內(nèi)插估計[1]。半變異函數(shù)可得到4個重要的參數(shù), 即塊金值（Nugget）、基臺值（Sill）、偏基臺值（partialsill）、變程（Range）。變程是空間相關(guān)性的作用范圍, 樣點間的距離越小, 變成內(nèi)的相似性就越大，空間相關(guān)性越大。塊金值與基臺值的比稱為基底效應(yīng), 它的比例反映系統(tǒng)量空間相關(guān)的程度, 比值小于25 %, 表明系統(tǒng)具有強烈的空間自相關(guān)性;比值在25 %~75 %之間, 表明系統(tǒng)具有中等空間自相關(guān)性;大于75 %說明系統(tǒng)空間自相關(guān)性很弱[2]。

3 結(jié)果與分析

負離子數(shù)據(jù)具有很高的空間自相關(guān)性，數(shù)據(jù)平穩(wěn)且正態(tài)分布，滿足地統(tǒng)計中的克里格插值條件。在半變異函數(shù)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(biāo)準(zhǔn)均方根差最接近于1。經(jīng)過各值的對比，可以得出指數(shù)函數(shù)最符合原則。故選擇指數(shù)函數(shù)為半變函數(shù)模型的進行空間插值。通過指數(shù)函數(shù)進行空間插值后，其產(chǎn)生的塊金值是0.350 15，偏基態(tài)指是0.661 5，偏基態(tài)指與基態(tài)值的比是34.611 %，說明空間相關(guān)性中等。基底效應(yīng)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(shù)為：y＝0.658 6 x＋1 019.948

將插值結(jié)果根據(jù)負離子濃度與空氣質(zhì)量的對應(yīng)表準(zhǔn)，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(zhì)量的對應(yīng)表

負離子分類結(jié)果

從預(yù)測結(jié)果可以看出：甘泉鎮(zhèn)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(zhì)量屬于一級，非常清新；東北部有小部分地區(qū)的負離子濃度在1 500 ~ 2 000 個/cm3。空氣質(zhì)量屬于二級，清新；西部有較大的區(qū)域的負離子濃度在1 000 個/cm3，空氣質(zhì)量為三級，較清新；總的來說，由于經(jīng)濟林和農(nóng)田的影響，甘泉鎮(zhèn)的負離子濃度是相當(dāng)高的，空氣質(zhì)量為優(yōu)。

4 小結(jié)

（1）進行了甘泉鎮(zhèn)空氣負離子空間特征研究和空氣質(zhì)量評價[3]。首先對數(shù)據(jù)檢驗、特征值的篩選和建立空間預(yù)測面，然后進行空間插值。最后建立空氣質(zhì)量評價指標(biāo)，對麥積區(qū)的空氣質(zhì)量進行評價，總體上研究區(qū)域的空氣質(zhì)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(zhèn)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(zhèn)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(fù)雜過程，在選擇半變異函數(shù)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(qū)城市綠地植被模式配置[J]?林業(yè)科技通訊,2017(4):60-62.

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

[3]馬俊吉,閏秀蜻,汪浩然等天水市環(huán)境空氣質(zhì)量分析與評價發(fā)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