廊坊市城區氣傳花粉變化特征及其與氣象要素的關系

管 林， 高清源， 李紅星， 李敬海， 高清泉*

(1.廊坊市氣象局， 河北 廊坊 065000；2.鞍山市氣象局， 遼寧 鞍山 114000； 3.大廠回族自治縣氣象局， 河北 大廠 065361)

城市綠化是改善城市生態環境、降低大氣環境污染、提高社區人居環境的重要措施，園林植物在凈化空氣與水質、保護水土、改善城市小氣候等方面有著至關重要的作用。但部分園林植物的種子-花粉飄散在近地面的空氣中，致敏性高，易引起花粉過敏反應(或花粉過敏癥)[1]。花粉作為一種有機顆粒物，其體積微小、量大易擴散，人體吸入會造成不同程度的打噴嚏、流鼻涕甚至誘發哮喘、氣管炎等而危害人體健康[2]?？諝庵械闹旅艋ǚ凼菍е录竟澬院粑兰膊〉闹匾T因，花粉過敏癥已經成為一種季節性的常見疾病，引起國內外專家的關注[3-5]。STANLEY等[6]提出“致敏性花粉是空氣污染物”的觀點；廖鳳林[7]提出“致敏性花粉空氣含量達到危害人類健康的程度，致使花粉癥類疾病達到0.05%或以上的大氣環境，成為花粉污染”觀點。

近年來，花粉引起的過敏性疾病的概率持續升高。據資料統計，我國因花粉致敏引起的疾病發病率為0.5%～1.0%，在人口較為密集的高發區達到5%左右[8]，且過敏癥具有地域性、多發性及季節性的特點[9]。如過敏性呼吸道病人中，北京地區花粉過敏患者占25%～33%[10-11]，天津地區占32.3%，貴陽地區占3.16%[12]，花粉造成的空氣污染已經十分明顯。為揭示氣傳花粉的種類、分布特點以及濃度變化規律等特征，國內外專家對氣傳花粉做了大量的調查與研究[13-35]。不同地區，因為其地理位置差異、植物覆蓋面積及種類不同以及南北氣候因素不同等影響，空氣中花粉的種類、含量、濃度變化規律也會有差異[36]。但對于一個地區來說，地理位置、植物種類與氣候是相對穩定的，當地的氣象條件是不穩定的，因而氣象要素的變化就成為影響不同地區氣傳花粉濃度變化的最大因素。為指導廊坊地區更加有效地防治花粉污染以及敏感人群合理出行提供參考，依托廊坊市氣象局花粉自動監測系統，利用廊坊市空氣中氣傳花粉監測數據，研究廊坊市城區氣傳花粉濃度變化規律以及花粉與基本氣象要素的關系。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

花粉數據來源于北京朗凈時代環境科技有限公司LJHF3000全自動花粉監測儀(圖1)?；ǚ郾O測地點位于廊坊市氣象局國家氣象觀測站觀測場內(東經116.70°、北緯39.50°)，海拔13.7 m。觀測環境周圍開闊，無高大建建筑及樹木等障礙物遮擋，符合氣象觀測業務標準規范，數據具有代表性。

圖1 LJHF3000全自動花粉監測儀

氣象要素數據來源于觀測場內氣象自動觀測站，觀測要素包括降水、溫度、風向、風速、濕度、氣壓、能見度、地面溫度、草面溫度、凍土深度、積雪深度以及天氣現象等。

1.2 花粉監測方法

花粉監測系統于2019年4月16日正式上線運行，觀測時間為2019年4月16日至10月31日。LJHF3000全自動花粉監測儀以半導體激光器為光源的實時光散射式花粉計數裝置，采用半導體激光器的前向散射和側向散射法，內置除砂容器能夠只針對花粉進行有效捕獲，區分花粉和纖維狀粉塵從而提高測量精度，完成空氣中花粉個數的實時監測與存儲[37-38]。

1.3 評價分析

依據花粉濃度等級劃分與花粉過敏氣象指數級別(表1)分析廊坊市及致敏情況。利用降水、溫度、風速、濕度數據，分析其與氣傳花粉的關系。

表1 花粉濃度等級劃分與花粉過敏氣象指數級別

2 結果與分析

2.1 氣傳花粉逐時濃度變化

從圖2可知，2019年4月15日至5月16日廊坊城區花粉濃度值出現的極值最多，春季花粉含量大于秋季。4月花粉濃度≥250粒/cm3的時間共計80 h，101粒/cm3<花粉濃度≤250粒/cm3的時間共計357 h；5月花粉濃度≥250粒/cm3的時間共計96 h，101粒/cm3<花粉濃度≤250粒/cm3的時間共計524 h；其余月份的花粉濃度較低。根據中國氣傳致敏花粉調查結果，華北地區春季花粉主要以松屬、榆屬以及楊柳科等木本植物為主[9]。結合花粉濃度等級劃分表和花粉過敏氣象指數級別可知，廊坊城區4月和5月份花粉濃度等級為中、低等，氣象條件可誘發花粉過敏癥狀。因此，對于過敏性人群，在4月、5月出行時一定做好個人花粉污染防護措施。

圖2 2019年4—10月花粉濃度的逐時曲線

2.2 氣傳花粉日平均濃度變化

從圖3可知，廊坊城區4—5月為花粉高峰期，花粉日平均濃度最高值出現在5月15日，達277粒/cm3；6—7月花粉濃度最低；8月下旬至9月下旬又出現花粉小高峰期，續到10月底。整體看，廊坊城區花粉濃度呈雙峰變化趨勢，與北京、華北地區相關研究基本一致[39-41]。

圖3 2019年4—10月花粉濃度日平均值曲線

2.3 基本氣象要素與空氣中花粉濃度的關系

2.3.1 溫度與花粉濃度的關系 從圖4看出，2019年廊坊市城區春季空氣中花粉濃度高于秋季。春秋季平均溫度為22℃，春秋季花粉含量占全年的85%。4—5月空氣中花粉濃度日平均值存在3個峰值，分別為150粒/cm3、201粒/cm3、285粒/cm3；溫度有3個偏低的谷值，與花粉濃度呈負相關關系。9月15日與10月30日，空氣中花粉濃度與溫度呈負相關。從圖5看出，空氣中的花粉濃度含量隨著溫度(大于5℃)升高逐漸增加，當升高至一定溫度后花粉含量逐漸減少。綜合看，當溫度在10～20℃時，花粉數量達到最大值，隨著溫度繼續升高花粉濃度逐漸降低。5月中旬后雖然溫度偏高，但是花粉濃度逐漸偏低，可能是溫度對物候產生了影響，從而影響花期[42-43]。因為華北地區5月中旬后，大部分木本植物相繼處于開花末期，花粉濃度迅速減少，因此溫度對空氣中花粉濃度影響較大。

圖5 溫度與空氣中花粉濃度的散點關系

2.3.2 濕度與花粉濃度的關系 從圖6看出，2019年廊坊市城區空氣中花粉濃度在春季、秋季與空氣濕度呈負相關關系。4—5月當空氣濕度從20%增加到70%時，空氣中花粉濃度延遲波動存在，但也隨濕度增大花粉濃度逐漸降低，并且同時出現花粉濃度波谷/濕度波峰延遲出現的現象，主要是空氣濕度逐漸增加后，花粉經過吸水凝結沉降等作用而出現濃度變化[2]。5月中旬后花粉濃度降低，主要原因可能與木本植物花期處于末期有關。8—9月出現小高峰，主要原因是田間農作物與草本植物處于開花結籽期[2]。

圖6 濕度與空氣中花粉濃度的關系

2.3.3 風速與花粉濃度的關系 從圖7看出，風速大小對空氣中花粉濃度具有一定的影響，當風速<0.5 m/s時空氣流動較差，空氣中花粉含量較小，隨著風速逐漸增大，空氣中花粉含量呈增加趨勢；當風速>0.5 m/s時空氣中花粉含量迅速增加，主要風速增加到一定程度后，更有利于木本植物花枝搖動促進花粉降落；風速>1.5 m/s時花粉流動加快，空氣中花粉因飄散加快而含量降低。表明，風速大小對空氣中花粉的飄散運動影響很大，從而影響花粉濃度的變化。

圖7 風速與空氣中花粉濃度的關系

2.3.4 降水與花粉濃度的關系 從圖8看出，降水發生時或降水后一段時間內，空氣中花粉濃度會出現不同程度的下降。如2019年5月中旬左右，廊坊城區出現連續性降水過程，且降水強度較大，從而導致空氣中花粉濃度從270粒/cm3驟降至50粒/cm3，隨著降雨過程持續，花粉濃度持續降低幾乎為零。原因可能是持續性降水對空氣中的花粉產生沖刷作用而造成濃度含量下降，降水一般還會導致空氣濕度持續增加，花粉產生吸水沉降而導致濃度下降，散落至附近，花粉傳播距離受到影響，此外，相比較于晴天，降水會不利于植物花囊的開裂，影響植物開花[2，19，22，34，44]。

圖8 降水量與空氣中花粉濃度的關系

3 結論

1) 廊坊城區空氣中花粉濃度日平均數據峰值基本上出現在春季(4—5月)和秋季(9—10月)，且春季大于秋季，與北方部分地區的研究基本一致[23，45-50]。但花粉濃度在季節內變化有所差異，北方地區城市大氣環流基本一致，但地理位置、植物種類以及人為因素有差異，可能是這些因素導致[34]。

2) 廊坊城區氣傳花粉的濃度受基本氣象要素的影響明顯。溫度是影響植物物候以及花粉傳播的主要因素，適宜的溫度條件有利于花期中花囊的開裂以及花粉晾干飄散；一定程度的高溫也會引起大氣環境氣流的快速流動，進一步促進花粉的傳播[51]。廊坊市城區2019年春秋季平均溫度為22℃，春秋季花粉含量占全年的85%。因此，春秋季溫度是影響廊坊城區氣傳花粉重要因素。降雨量也是影響空氣中花粉含量及濃度變化不可忽視的因素，持續降雨會對空氣中花粉產生沖刷作用，導致空氣中花粉粒數驟降[32，52]，并且導致溫度下降、空氣濕度增加，花粉吸水沉降。此外，相比較于晴天，降水會不利于植物花囊的開裂，影響植物開花[2，42]。風速大小對氣傳花粉的傳播具有一定影響?；ǚ墼诖髿庵酗h散運動的理想條件是存在穩定的風速，在一定強度的風力作用下，風的流動、震蕩作用對花粉起稀釋傳播作用，有利于花朵接收、控制花粉粒授粉[53]。

3) 本研究初步探明了廊坊市城區氣傳花粉濃度的變化情況以及與主要氣象要素的關系，對進一步加強廊坊地區人們對空氣致敏花粉的認識，指導敏感人群合理出行，加快花粉濃度精細化預報，促進廊坊氣象服務社會化建設發展，為醫療氣象、農業生態氣象等提供數據支撐以及有效防治花粉污染提供參考。但有關廊坊城區氣傳花粉種類識別與統計，廊坊市花粉預報模型以及花粉致敏性有待進一步深入研究。