不同類型建筑用地上空污染物濃度變化特征研究

摘要：為研究不同類型建筑用地上空污染物濃度變化特征，選擇某典型高原大陸性氣候的城市開展研究，利用決策樹分類法獲取該市的土地利用信息。應用靜態與動態采樣方法，調查1年間各類建筑用地上空二氧化碳濃度。結果顯示，距市中心越遠，CO2濃度越低；綠地用地CO2排放量最低，商業、住宅、工業用地最高。溫度與污染物濃度呈正相關。結論指出：土地利用類型造成溫度差異，進而影響污染物濃度變化。高溫環境對污染物濃度變化有著顯著影響。研究為城市規劃和環境保護提供了重要的參考和借鑒。

關鍵詞：二氧化碳濃度；動態移動采樣方法；濃度變化特征；生態環境

中圖分類號：X831 文獻標志碼：B

前言

自然生態環境中的土壤具有吸附和分解用地上空的污染物的能力。土壤中的微生物和土壤顆粒可以吸附和轉化許多空氣污染物，同時，土壤中的植物根系可以促進污染物在土壤中的降解和遷移。而城市化會導致土地大規模轉變為建筑用地和城市基礎設施。在此過程中，土壤受到人類活動和建筑物覆蓋的影響。城市化通常會改變土壤的水分循環、質地、含水量和氣候特征，進而影響土壤的生物多樣性和生態功能。

溫室氣體主要包括甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、水汽（H2O）等，其中水汽受到的主要影響來自于自然環境而非人類活動，而在不同類型建筑用地上空，人類排放的溫室氣體大幅增加，早已超過生態系統的吸收量，基于該背景對污染物濃度變化特征進行分析。

對于該問題的研究，學者們主要對二氧化碳濃度的時空變化情況與精確量化問題進行了分析，并對氣候變化帶來的環境影響進行預測，對碳匯、碳源的貢獻情況進行定量分析，對CO2的源和匯進行定量分析等。早期探測方式主要局限于基于地基的傳統探測方法，現如今探測方法已經十分多樣化。現基于以往取得的研究成果，對不同類型建筑用地上空污染物濃度變化特征進行深入地分析，從而探究對氣候變化帶來的環境影響。

1研究數據與方法

1.1研究區域概況與土地利用信息獲取

在某城市開展本次研究，其為典型高原大陸性氣候，該市夏季平均氣溫17℃-19℃，最高海拔4 394米，市區中心海拔2 275米，總面積約為7.5千平方公里，常住人口為約320萬人，綠化率為40％。

污染物濃度受多種因素影響，利用決策樹分類法獲取該市的土地利用信息。所獲取的土地利用信息有著重視生態系統基本相互關系的優勢，能夠避免傳統土地分類方法過于重視土地分類本身的缺陷。由于該市裸土面積較小，將研究重點聚焦于水體、植被以及不透水層。

具體來說，以L andsat80LI遙感影像為基礎數據源，并基于高分辨率Googe Ezuth影像對其實施精校正，最終以多種歸一化指數為決策樹依據提取土地利用信息。

其中不透水層主要利用歸一化插值不透水層指數來提取，水體主要利用改進的歸一化插值水體指數來提取，植被主要利用歸一化插值植被指數來提取。完成提取后，計算分類精度，發現總體分類精度較高。

1.2污染物濃度監測

污染物濃度具有時空特性，有明顯的時段性和區域性。結合動態移動采樣方法與靜態定點采樣方法研究該市不同類型建筑用地上空污染物濃度變化特征。因此，通過兩種方法監測污染物濃度數據，首先應用靜態采樣方法實施1年的不同建筑用地上空的定點采樣調查，同時使用動態移動采樣方法調查該市不同建筑用地上空的二氧化碳濃度的空間異質性。

在靜態定點采樣中，應用密度分層抽樣方法來確定采樣點，并結合該市不同土地利用以及城市化程度，在全境范圍內布設樣點對不同建筑用地上空的二氧化碳濃度進行監測。具體步驟如下：

（1）使用規則的5 km x5 km的網格對該市實施劃分；

（2）依據該市的城市化水平劃分情況，應用多密度分層抽樣方法對該市實施選樣，具體選樣密度如下：

郊外：近郊外=1：2；

中心城區：近中心城區：外部城區=3：2：1；

近郊外：市區=1：4。

這種布點方式，充分考慮了城鄉差異，共采集了173個樣點，樣點分布情況見表1。

在研究污染物濃度變化特性時，需要特別注意保證監測數據的質量，包括數據的準確性、連續性和覆蓋范圍，因此在動態移動采樣方法的應用中，共構建四條樣帶，總長度達到285 km，樣帶由該市中心向該市邊緣輻射性展開，覆蓋不同類型建筑用地與城市化水平區域。

通過導人約十五分鐘的高純干燥氮氣，實現二氧化碳的零點，其中氮氣的純度需要達到99.9％以上。

通過導入二氧化碳標準氣體并使用露點發生儀，實現二氧化碳的跨度點，其中二氧化碳標準氣體的導人量為490 ppm。在動態移動采樣方法的應用中，采樣時段為10：00 -12：00 am。試驗中的檢測時間跨度為2022年7月25日-8月15日。

1.3數據質量控制與研究方法

為控制采集數據的質量，按照下列步驟對數據進行處理：

（1）存儲原始數據并備份。

（2）檢查參數數據的時間序列完整性。對原始數據實施時序上的去重、查缺與補漏。

（3）修訂原始數據。對時間序列檢查后的參數數據實施檢查和異常判斷，包括濃度、流量、溫度、輸出壓力等。

（4）定量計算空氣樣品濃度。首先對臺站工作氣的有效性進行判斷，包括目標氣、低濃度工作標氣以及高濃度工作標氣。將標準氣體濃度與目標氣標稱濃度比較，判斷儀器是否正常工作。應用外標法定量，通過對低濃度工作標氣與高濃度工作標氣實施線性擬合對用地上空的樣品濃度進行計算。

（5）由觀測員實施級質量控制標記。由于外界因素的干擾，觀測數據可能受到影響。為判斷數據有效性，需要對觀測時間段發生的事件進行調研與追溯。將影響因素歸納為四類：自然因素、人為活動因素、儀器故障與其他。通過觀測員對以上四類要素為依據標記觀測數據。

（6）通過專家依據標記結果判斷數據質量。

通過上述流程，獲得觀測期間該市的二氧化碳小時濃度數據。將空間插值以及時空變化特征作為主要分析方法，對不同類型建筑用地下的C02在時間和空間上的濃度變化特征進行分析。其中通過空間插值能夠實現空氣二氧化碳濃度的可視化，通過時空變化特征能夠實現濃度變化特征分析。

2二氧化碳濃度變化特征分析結果

2.1二氧化碳濃度變化空間特征分析

不同地區的電器使用情況不同，會對CO2濃度變化造成很大影響。因此對城鄉CO2濃度變化空間特征進行分析。針對靜態定點采樣方法與動態移動采樣方法構建線性方程對距離市中心距離和用地上空CO2濃度之間的關系進行模擬，模擬結果見圖1。

根據圖1模擬可知，不論是靜態定點采樣方法，還是動態移動采樣方法，二者均呈現顯著的負相關關系。這是由于市區空調、冰箱等電器的持續使用比較集中、數量較多，而郊外空調、冰箱等電器的持續使用則比較分散同時數量較少，造成此類差異。

分析不同類型建筑用地上空CO2濃度數據，具體見表2。

根據表2數據可知，在各種土地利用類型中，綠地用地的采樣最大與采樣最小值均最低，說明綠地用地處的二氧化碳排放量明顯更低，而交通用地的二氧化碳排放量較高，商業用地、住宅用地、工業用地在不同類型建筑用地下的二氧化碳排放量最高。

2.2二氧化碳濃度變化時間特征分析

不同類型建筑用地對環境產生的影響可能是正面的、負面的或復雜的。土地利用變化可能導致生態污染、土壤貧瘠化等問題。因此，應重視環境保護、科學規劃和合理利用，即分析不同類型建筑用地整體試驗期間CO2濃度的變化特征，以小見大，提高環境可持續利用的能力。在不同類型建筑用地下的，CO2濃度在整體試驗期間的變化較大，因此對其變化特征進行探究。在靜態定點采樣方法下獲得整體試驗期間CO2濃度變化數據，具體見表3。

根據表3數據可知，7月末的氣溫普遍低于8月份。這種溫度差異導致7月末的二氧化碳濃度略低于8月份。這一趨勢表明，溫度與二氧化碳濃度之間存在正相關關系。隨著溫度的升高，整體二氧化碳濃度也呈現出上升的趨勢。這一發現進一步強調了溫度對二氧化碳濃度變化的影響。

3結束語

實施污染物濃度的時空變化監測不僅是掌握和了解碳循環規律的關鍵環節，而且是應對全球氣候變化的必要手段。研究通過深入分析不同類型建筑用地上空二氧化碳濃度的變化特征，揭示了區域CO2濃度的變化規律，距市中心越遠，CO2濃度越低；綠地用地Co2排放量最低，商業、住宅、工業用地最高。溫度與污染物濃度呈正相關。同時，還深如探究了引發其變化的驅動因子，為理解碳循環的復雜性提供了新視角。這些發現不僅為城市規劃和環境保護提供了重要的參考，也為全球碳循環和氣候變化研究提供了寶貴的數據支持。因此，加強建筑用地上空污染物濃度的監測與分析，對于深刻理解碳循環和氣候變化，以及制定科學有效的應對策略，都具有非常重要的意義。