南澗縣負(fù)氧離子濃度分布特征及影響因素分析

萬 花,沈營(yíng)珠,陳彩霞,高志偉

[1.南澗彝族自治縣氣象局,云南 南澗 675700;2.大理白族自治州氣象局,云南 大理671000;3.大理國(guó)家氣候觀象臺(tái),云南 大理 671000;4.中國(guó)氣象局橫斷山區(qū)(低緯高原)災(zāi)害性天氣研究中心,云南 昆明 650034]

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)旅游的質(zhì)量要求日益增高,生態(tài)旅游、康養(yǎng)旅游逐漸興起成為大眾關(guān)注的熱點(diǎn)[1-3]。以負(fù)氧離子為代表的一系列環(huán)境指標(biāo)在游客選擇旅游地的過程中扮演著愈發(fā)重要的角色[4]?？諝庵胸?fù)氧離子濃度成為旅游度假區(qū)規(guī)劃中衡量空氣質(zhì)量好壞的重要參數(shù),其濃度是當(dāng)前國(guó)際上表征空氣清新程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

空氣負(fù)氧離子是指帶負(fù)電荷的小粒徑氧分子,其遷移率K≥0.4 cm2/(V.s)[5],自然界中的空氣負(fù)氧離子來源主要有空氣分子在大氣上層的電離現(xiàn)象,水分子的裂解,植物尖端放電和綠色植物光合作用產(chǎn)生的光電效應(yīng),以及雷雨、閃電、火山爆發(fā)等大氣中很多物理過程[6-7]。空氣負(fù)離子被譽(yù)為“空氣維生素”“長(zhǎng)壽素”,具有清潔空氣、殺菌和降塵等功效[8-9]。負(fù)氧離子對(duì)人體具有很好的保健作用,大量醫(yī)學(xué)研究結(jié)果表明,能調(diào)節(jié)人體生理機(jī)能、改善心腦血管疾病、降血壓、增進(jìn)人的食欲、消除疲勞、改善睡眠、預(yù)防呼吸道疾病、防衰老等[10]。

負(fù)氧離子濃度受自然環(huán)境、地理空間位置、植被覆蓋、人類活動(dòng)等多個(gè)方面的影響。近年來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同地區(qū)空氣負(fù)氧離子的分布及變化規(guī)律、影響因子等開展了一些研究,主要包括負(fù)氧離子濃度的年、季、月、日變化特征以及氣象因素、不同植被類型、環(huán)境狀況等對(duì)空氣負(fù)氧離子濃度的影響。因此,在不同條件下空氣負(fù)氧離子的濃度會(huì)有顯著差異,各學(xué)者得出的研究結(jié)論也不盡相同。叢菁等、李偉等研究認(rèn)為影響空氣負(fù)氧離子濃度的氣象因子有風(fēng)速、太陽輻射、相對(duì)濕度等,空氣負(fù)氧離子濃度與日平均風(fēng)速、太陽輻射正相關(guān),與相對(duì)濕度負(fù)相關(guān)[11-12]。鄔昀認(rèn)為風(fēng)速、相對(duì)濕度與負(fù)離子濃度呈正相關(guān),氣溫與負(fù)離子濃度呈負(fù)相關(guān)[13]。唐春燕等認(rèn)為在陣雨、間歇性小雨和雷暴天氣過后,負(fù)離子濃度明顯升高。負(fù)離子濃度與相對(duì)濕度、風(fēng)速、云量、日照、降水量的相關(guān)性均不明顯[14]。葉彩華等提出負(fù)氧離子與風(fēng)速和太陽直接輻射成正比,與非雨日和非雨后相對(duì)濕度成反比[15]。顧小麗等研究得到寧波市空氣負(fù)離子濃度有市中心附近低、郊區(qū)高的地域分布特征,夜晚到清晨高、白天低,夏季高、冬季低的變化規(guī)律[16]。曾曙才等、何博翰等、尚媛媛等分析出有植被地區(qū)或植被覆蓋率高的地區(qū)大氣負(fù)氧離子濃度高于無植被地區(qū)或植被覆蓋率低的地區(qū),且植被群落的生物多樣性越高,大氣負(fù)氧離子濃度越高[17-19]。

目前,還未有人對(duì)復(fù)雜地形下立體氣候特征明顯的山區(qū)負(fù)氧離子濃度變化特征及影響因素做過系統(tǒng)研究。本研究擬利用南澗縣3個(gè)負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)資料,研究其基本變化規(guī)律、空氣負(fù)氧離子濃度與氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速等氣象要素的關(guān)系、以及通過衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)研究空氣負(fù)氧離子濃度與植被覆蓋度的關(guān)系,從生態(tài)氣象、旅游氣象的角度進(jìn)一步認(rèn)識(shí)南澗縣負(fù)氧離子變化規(guī)律,拓展氣象服務(wù)領(lǐng)域和服務(wù)內(nèi)容,以期為未來以負(fù)氧離子為代表的“氣象+旅游+康養(yǎng)”生態(tài)氣候資源開發(fā)利用及站點(diǎn)布設(shè)選址提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

南澗縣位于云南省西部、大理白族自治州南端,地處亞熱帶向北溫帶過渡帶,云嶺余脈的無量山、哀牢山結(jié)合部,全縣國(guó)土面積1 738.82 km2,其中山區(qū)面積占99.3%,森林覆蓋率達(dá)66.7%,生態(tài)環(huán)境良好,自然資源豐富、民族風(fēng)情濃郁,是“中國(guó)民間跳菜藝術(shù)之鄉(xiāng)”,也是國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)。年平均降水量 740.4 mm,年平均氣溫 19.3℃,年平均相對(duì)濕度63%。轄區(qū)設(shè)5鎮(zhèn)3鄉(xiāng)、81個(gè)村(居)委會(huì)、1 156個(gè)自然村、1 610個(gè)村(居)民小組。2022年末,全縣戶籍總?cè)丝?26 767人,少數(shù)民族人口124 102人,占總?cè)丝诘?4.73%,其中:彝族人口114 098人,占總?cè)丝诘?0.32%。2022年南澗縣實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值939 512萬元,非公經(jīng)濟(jì)增加值完成487 393萬元。近年來,南澗縣委、縣人民政府認(rèn)真貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想,深入貫徹落實(shí)州委、州政府“綠色茶區(qū)、農(nóng)旅融合發(fā)展示范縣”的發(fā)展定位,大力實(shí)施“生態(tài)立縣”戰(zhàn)略,打造“國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)示范區(qū)”,大力推動(dòng)“6+X”高原特色生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)文化旅游業(yè)、大健康產(chǎn)業(yè)、綠色能源產(chǎn)業(yè)等發(fā)展,不斷擦亮生態(tài)底色,大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì),實(shí)現(xiàn)了“荒山披綠變青山,青山富民變金山”的美麗嬗變,奮力闖出了一條貧困山區(qū)生態(tài)引領(lǐng)的綠色發(fā)展之路,為南澗天然氧吧的成功創(chuàng)建夯實(shí)了生態(tài)基礎(chǔ)。

2 資料與方法

2.1 資料來源

本研究觀測(cè)儀器采用北京東創(chuàng)旭新測(cè)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高精度空氣離子測(cè)量?jī)x,型號(hào)為IM800,全自動(dòng)、全智能、免干擾觀測(cè)傳輸,完全免去人工觀測(cè)所帶來的誤差。3個(gè)負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)站分別是南澗縣土林公園(25.03°N,100.52°E),所屬區(qū)域類型為居住區(qū),無量藥谷(24.85°N,100.60°E)、無量山櫻花谷(24.77°N,100.52°E),所屬區(qū)域類型為景區(qū)。資料來源于3個(gè)負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)儀對(duì)負(fù)氧離子濃度和氣象要素2022年5月-2023年4月的實(shí)時(shí)觀測(cè)資料,監(jiān)測(cè)結(jié)果已對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,負(fù)氧離子數(shù)據(jù)剔除異常值后,采用算術(shù)平均值方法對(duì)各站小時(shí)均值、月均值等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,氣象資料使用同時(shí)、同一地點(diǎn)的氣象觀測(cè)資料。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)來源于云南省大理州祥云氣象衛(wèi)星省級(jí)利用站所接收的TERRA衛(wèi)星數(shù)據(jù)—EOS/MODIS波段1(0.620～0.670 μm)、波段2(0.841～0.876 μm),時(shí)間為2016—2019年。對(duì)研究時(shí)段內(nèi)所有可獲取的衛(wèi)星資料進(jìn)行初步篩選,剔除無效及損壞的數(shù)據(jù)文件,再根據(jù)通道1、2太陽反射率分布狀況,以及大理國(guó)家氣候觀象臺(tái)的云量資料進(jìn)一步篩選,共選出晴空少云條件36幅250 m分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù),影像清晰、質(zhì)量好,影像中植被覆蓋信息具有代表性。

2.2 方法

2.2.1 負(fù)氧離子等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)世界衛(wèi)生組織規(guī)定及參照《中國(guó)天然氧吧評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(2022年修訂)》文件規(guī)定等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),負(fù)氧離子濃度與空氣清新等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。

表1 負(fù)氧離子濃度與空氣清新等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.2.2 利用歸一化植被指數(shù)NDVI估算植被覆蓋度(FVC)

許多學(xué)者對(duì)不同地方的研究表明,歸一化植被指數(shù)(NDVI)是植被覆蓋度遙感估算方法中最常見、最經(jīng)典的植被指數(shù)。計(jì)算公式為:

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

(1)

式中:NIR為近紅外波段;R為紅波段。

目前已經(jīng)發(fā)展了很多利用遙感測(cè)量植被覆蓋度的方法,較為實(shí)用的方法是利用植被指數(shù)近似估算植被覆蓋度,常用的植被指數(shù)為NDVI,本研究植被覆蓋度(FVC)采用李苗苗[20]等在像元二分模型的基礎(chǔ)上研究的模型,適用性好。計(jì)算公式為:

FVC=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

(2)

式中:NDVIsoil為完全是裸土或無植被覆蓋區(qū)域的NDVI值;NDVIveg則代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值,即純植被像元的NDVI值。兩個(gè)值的計(jì)算公式為:

NDVIsoil=(FVCmax×NDVImin-FVCmin×NDVImax)/

(FVCmax-FVCmin)

(3)

NDVIveg=((1-FVCmin)×NDVImax-(1-FVCmax)×

NDVImin)/(FVCmax-FVCmin)

(4)

NDVImax和NDVImin分別為區(qū)域內(nèi)最大和最小的NDVI值。由于不可避免存在噪聲,NDVIveg和NDVIsoil一般取一定置信度范圍內(nèi)的最大值與最小值,置信度的取值分別取為5%～95%。

植被覆蓋度(FVC)計(jì)算的結(jié)果,劃分為5個(gè)等級(jí),分別記為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ,依次表示低覆蓋度、較低覆蓋度、中等覆蓋度、較高覆蓋度和高等覆蓋度(表2)。

表2 植被覆蓋度(FVC)等級(jí)劃分

3 結(jié)果與分析

3.1 空氣負(fù)氧離子濃度的時(shí)間分布特征

3.1.1 日變化特征

為了研究南澗空氣負(fù)氧離子濃度的日變化特征,分別計(jì)算3個(gè)站點(diǎn)資料統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)的逐小時(shí)平均值。從圖1(a)、(b)、(c)可以看出,3個(gè)站點(diǎn)負(fù)氧離子濃度都有較明顯的日變化特征,變化趨勢(shì)較為一致,大體上呈現(xiàn)一個(gè)峰值和一個(gè)谷值,即夜間的負(fù)氧離子濃度要小于白天,但不同的站點(diǎn)峰谷值出現(xiàn)時(shí)間略有區(qū)別,大致集中在12∶00-16∶00之間。南澗土林公園峰值出現(xiàn)在13∶00左右,無量藥谷和無量山櫻花谷峰值出現(xiàn)在的15∶00附近。南澗土林公園負(fù)氧離子濃度最小值出現(xiàn)在22∶00左右,無量藥谷和無量山櫻花負(fù)氧離子濃度最小值分別出現(xiàn)在00∶00和04∶00時(shí)左右。

(a)南澗縣土林公園負(fù)氧離子濃度日變化

總的來說,3個(gè)站點(diǎn)負(fù)氧離子濃度日變化整體上白天高于夜間,這與胡猛等對(duì)揭西縣空氣負(fù)氧離子濃度的時(shí)空特征分析研究結(jié)果基本一致[8]。無量藥谷負(fù)氧離子濃度日較差較大,這應(yīng)該與站點(diǎn)布設(shè)在海拔較高的區(qū)域有很大的關(guān)系,土林公園次之,無量山櫻花谷最小。負(fù)氧離子含量超過空氣清新度5級(jí)標(biāo)準(zhǔn),非常清新,對(duì)人體健康極為有利。白天大氣中紫外輻射、植物光合作用不斷增強(qiáng),電離產(chǎn)生大量的自由電子,促使負(fù)氧離子濃度逐漸增大,在12∶00-16∶00時(shí)會(huì)達(dá)到最高值;但到光強(qiáng)最強(qiáng)的午后,負(fù)氧離子反而會(huì)逐漸下降。

3.1.2 月變化特征

從圖2可以看出,南澗土林公園各月負(fù)氧離子濃度變化較大,有明顯的月際變化波動(dòng),月平均濃度2 494個(gè)/cm3,全年低值出現(xiàn)在4月;無量藥谷負(fù)氧離子濃度具有明顯的月際變化特征,最高值出現(xiàn)在9月,為2 960個(gè)/cm3,最小值出現(xiàn)在2月,為1 881個(gè)/cm3,全年有10個(gè)月負(fù)氧離子濃度高于2 000個(gè)/cm3;無量山櫻花谷月變化負(fù)氧離子濃度整體較高,月平均濃度2 730個(gè)/cm3,全年各月負(fù)氧離子濃度均大于2 000個(gè)/cm3,空氣非常清晰,有利于人體健康,負(fù)氧離子濃度峰值出現(xiàn)在6月,為3 373個(gè)/cm3。

圖2 南澗縣3個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)負(fù)氧離子濃度月變化

3.1.3 季節(jié)變化

從圖3可以看出,南澗縣空氣負(fù)氧離子濃度夏季最高,平均達(dá)2 668個(gè)/cm3,秋季次之,平均為2 569個(gè)/cm3;冬季高于春季,平均為2 522個(gè)/cm3;春季最低,平均為2 273個(gè)/cm3。夏、秋季負(fù)氧離子濃度高,是由于南澗夏、秋季強(qiáng)降水、雷雨天氣出現(xiàn)頻繁,植物生長(zhǎng)旺盛,光合作用強(qiáng),大氣紫外線照射強(qiáng)烈;冬、春季天氣寒冷干燥,多霧,植物凋零,植物光合作用弱,空氣污染相對(duì)嚴(yán)重,空氣中的懸浮顆粒物較多,使得負(fù)氧離子濃度較低。其中,南澗土林公園和無量山櫻花谷負(fù)氧離子濃度季變化與全縣趨勢(shì)一致,無量藥谷略有不同,表現(xiàn)為冬季>春季>秋季>夏季,但濃度相差不大。

圖3 南澗縣3個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)負(fù)氧離子濃度季變化

3.2 空氣負(fù)氧離子濃度與氣象要素

3.2.1 負(fù)氧離子濃度與溫度

從圖4(a)可以看出南澗土林公園在07時(shí)氣溫達(dá)14℃左右后,負(fù)氧離子開始增加,變化趨勢(shì)與溫度變化趨勢(shì)大體一致呈單峰型,在中午13時(shí)達(dá)到最高值后負(fù)氧離子濃度逐漸減小;從圖4(b)得知無量藥谷從08時(shí)氣溫達(dá)9℃左右起溫度與負(fù)氧離子濃度同步增加,最大值出現(xiàn)在13時(shí);從圖4(c)看出無量山櫻花谷在01時(shí)氣溫達(dá)13℃左右負(fù)氧離子開始增加,日出后負(fù)氧離子濃度迅速增大,在15時(shí)達(dá)到最大值,之后同步減小。

(a)南澗縣土林公園負(fù)氧離子濃度與溫度的關(guān)系

通過對(duì)小時(shí)平均負(fù)氧離子濃度與小時(shí)平均氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),南澗縣3個(gè)站點(diǎn)負(fù)氧離子濃度與溫度總體呈正相關(guān)變化特征,即隨著氣溫的升高,空氣負(fù)離子濃度增多,反之減少。與彭燦等對(duì)衡陽市負(fù)氧離子研究結(jié)論一致,在光合作用下氣溫較高時(shí)植物會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的尖端放電,負(fù)氧離子濃度也相應(yīng)的增加[21]。日照時(shí)數(shù)長(zhǎng),紫外輻射強(qiáng)烈、植被光合作用時(shí)間長(zhǎng),有助于空氣分子電離產(chǎn)生自由電子,增加負(fù)離子濃度。

3.2.2 負(fù)氧離子濃度與相對(duì)濕度

從圖5(a、c)可以看出南澗土林公園、無量山櫻花谷負(fù)氧離子濃度變化與濕度變化趨勢(shì)呈現(xiàn)夜間和白天兩個(gè)不同變化特征,在夜間(主要集中在凌晨)負(fù)氧離子濃度隨著濕度的增加而增加,但負(fù)氧離子濃度較白天低。在白天(主要是日出后)3個(gè)站點(diǎn)負(fù)氧離子濃度隨著濕度的降低而增加到最大值,無量山櫻花谷和無量藥谷負(fù)氧離子濃度最大值出現(xiàn)時(shí)間較南澗土林公園推遲2-3小時(shí)。受諸多因素影響,白天溫度高太陽輻射強(qiáng),植物光合作用強(qiáng),負(fù)氧離子濃度升高;夜間太陽輻射減弱,濕度升高,空氣負(fù)氧離子多為負(fù)電子依附在分子或者原子上,當(dāng)相對(duì)濕度增加時(shí)空氣中的水分子也相應(yīng)增加,從而導(dǎo)致帶電負(fù)電荷的分子與水分子結(jié)合效率提高使得空氣負(fù)離子濃度相應(yīng)地增加。

(a)南澗縣土林公園負(fù)氧離子濃度與濕度的關(guān)系

通過對(duì)小時(shí)平均負(fù)氧離子濃度與小時(shí)平均相對(duì)濕度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),南澗縣3個(gè)站點(diǎn)負(fù)氧離子濃度與相對(duì)濕度白天總體呈負(fù)相關(guān)變化特征。即隨著濕度的降低,空氣負(fù)離子濃度增大,反之減少。這與邵海榮和德國(guó)Reiter的研究結(jié)論一致[22-23]。夜間,南澗土林公園、無量山櫻花谷負(fù)氧離子濃度與相對(duì)濕度呈正相關(guān)變化特征,這與眾多學(xué)者研究結(jié)果一致。

3.2.3 負(fù)氧離子濃度與風(fēng)速

風(fēng)速的大小是決定空氣清潔度的關(guān)鍵因子,而空氣清潔度與空氣負(fù)離子的存活關(guān)系密切。對(duì)3個(gè)站點(diǎn)小時(shí)平均負(fù)氧離子濃度與小時(shí)平均風(fēng)速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從圖6可以看出,南澗縣3個(gè)站點(diǎn)負(fù)氧離子濃度與風(fēng)速總體呈正相關(guān)變化特征。負(fù)氧離子濃度隨著風(fēng)速的增大而增大,在風(fēng)速達(dá)到一定大小時(shí)負(fù)氧離子濃度會(huì)逐漸下降。南澗縣土林公園9∶00-16∶00風(fēng)速增大,白天負(fù)氧離子濃度隨著風(fēng)速的增加而增加,13∶00負(fù)氧離子濃度達(dá)到最高。13∶00-16∶00風(fēng)速有增加,但負(fù)氧離子濃度變化不大,之后負(fù)氧離子濃度和風(fēng)速都減小。無量藥谷白天負(fù)氧離子濃度隨著風(fēng)速的增加而增加,風(fēng)速從07∶00開始變大負(fù)氧離子濃度開始增長(zhǎng)。無量山櫻花谷負(fù)氧離子濃度與風(fēng)速變化特征沒有其他站點(diǎn)明顯,但總體上是隨著風(fēng)速的增加而增加。這與葉彩華等、吳志湘等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同,由于空氣的持續(xù)流動(dòng),增多了空氣分子彼此之間的摩擦,加速了空氣分子的正負(fù)電離,從而增加了負(fù)氧離子的產(chǎn)生[15,24]。

(a)南澗縣土林公園負(fù)氧離子濃度與風(fēng)速的關(guān)系

3.3 負(fù)氧離子濃度與植被覆蓋度(FVC)

通過遙感軟件分別對(duì)南澗縣2016—2019年衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行NDVI計(jì)算、NDVI最大合成值計(jì)算,最終估算植被覆蓋度FVC,將南澗縣植被覆蓋情況由高到低劃分為5個(gè)等級(jí)。從圖7(a、b、c、d)可以看出,4年里南澗縣植被分布情況變化不大,植被分布作為基態(tài)(常態(tài))因子,近幾年并無大的林地開采征用,因此2019年的植被分布情況能一定程度上代表2022—2023年的植被分布情況,結(jié)果顯示:無量山櫻花谷植被覆蓋度最好為Ⅴ級(jí)、無量藥谷次之為Ⅳ級(jí)、土林公園最差為Ⅰ級(jí)。即植被覆蓋度(FVC)為無量山櫻花谷(0.7～1)>無量藥谷(0.5～0.7)>南澗縣土林公園(0～0.1)。3個(gè)站點(diǎn)負(fù)氧離子濃度大小為:無量山櫻花谷最高,南澗土林公園略高于無量藥谷。結(jié)果表明:負(fù)氧離子濃度分布與植被覆蓋度密切相關(guān),植被覆蓋度高的區(qū)域一般負(fù)氧離子濃度高于植被覆蓋度低的區(qū)域,同時(shí)也受該區(qū)域植被類型等其他因素的影響。

(a)2016年南澗縣植被覆蓋度

無量山櫻花谷和無量藥谷位于南澗無量山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),獨(dú)特的自然山水景觀和豐富的野生動(dòng)植物資源,是“地球原貌的再現(xiàn)”化身。其森林覆蓋率分別達(dá)到96.2%和91%。無量山櫻花谷站附近植被類型以原始林、云南松等針闊混交林為主,無量藥谷站附近以密灌叢及草甸植被類型為主。大量研究表明,通過植物的尖端放電、光合作用等光電效應(yīng)產(chǎn)生空氣負(fù)氧離子,因此森林空氣中含有大量的空氣負(fù)氧離子[17,25-27]。植物還具有滯留、附著大氣懸浮顆粒物的作用,增加了自由電子附著氣體分子的幾率[28]。南澗土林公園站位于居住區(qū)附近,森林覆蓋率相對(duì)低且多為人工林,植被類型以云南松及灌木叢為主,該區(qū)域人類活動(dòng)頻繁,煙霧、粉塵、噪聲等數(shù)量多,增加了大氣中懸浮顆粒物含量,這些物質(zhì)可吸附負(fù)離子并沉降;另外,路面多為水泥、瀝青等,阻斷了來自土壤的自由電子使負(fù)氧離子產(chǎn)生源銳減[29]。同時(shí)眾多研究發(fā)現(xiàn),植被類型對(duì)負(fù)氧離子濃度也存在影響,不同樹種群落中,負(fù)氧離子濃度差異明顯。一般來說,樹葉呈針狀等曲率半徑較小的樹種,具有尖端放電的功能,針闊混交林或針葉林負(fù)氧離子濃度高于灌叢、草甸[30]。因此無量藥谷植被覆蓋度雖比南澗土林公園稍高,但植被類型屬于產(chǎn)生負(fù)氧離子稍少類型。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)南澗縣負(fù)氧離子濃度有明顯的日變化特征,整體上白天高于夜間。南澗負(fù)氧離子濃度夏季最高,秋季次之,冬季略高于春季。各類氣象要素對(duì)負(fù)氧離子濃度的影響不同。整體上負(fù)氧離子濃度與氣溫、風(fēng)速呈正相關(guān)特征;白天與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)特征,夜間與相對(duì)濕度呈正相關(guān)特征。

(2)南澗土林公園各月負(fù)氧離子濃度變化較大,月平均濃度2 494個(gè)/cm3,全年低值出現(xiàn)在4月;無量藥谷負(fù)氧離子濃度具有明顯的月變化特征,最高值出現(xiàn)在9月,為2 960個(gè)/cm3,最小值出現(xiàn)在2月,為1 881個(gè)/cm3;無量山櫻花谷月變化負(fù)氧離子濃度整體較高,月平均濃度2 730個(gè)/cm3,全年各月負(fù)氧離子濃度均大于2 000個(gè)/cm3,負(fù)氧離子濃度峰值出現(xiàn)在6月,為3 373個(gè)/cm3。

(3)負(fù)氧離子濃度主要由基態(tài)和動(dòng)態(tài)兩者共同決定。基態(tài)由生態(tài)決定,負(fù)氧離子濃度是表征生態(tài)質(zhì)量好壞的重要手段。對(duì)南澗縣而言,植被覆蓋度是南澗縣負(fù)氧離子濃度的主要影響因素之一。植被覆蓋度高的區(qū)域一般負(fù)氧離子濃度高于植被覆蓋度低的區(qū)域?；谶b感衛(wèi)星的植被覆蓋度可為負(fù)氧離子站點(diǎn)布設(shè)選址提供更便捷、準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

(4)南澗縣有著豐富的負(fù)氧離子資源,3個(gè)站點(diǎn)年平均負(fù)氧離子含量均高于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的清新空氣負(fù)氧離子標(biāo)準(zhǔn)濃度(不低于1 000～1 500個(gè)/cm3),并對(duì)應(yīng)空氣清新等級(jí)為5級(jí),處于空氣非常清新的等級(jí)中,對(duì)人體健康很有利,說明南澗是一個(gè)真正的“天然氧吧”。

4.2 討論

(1)本研究進(jìn)一步了解了南澗縣空氣負(fù)氧離子資源分布特征,有助于下一步更好地為南澗以負(fù)氧離子為代表的“氣象+旅游+康養(yǎng)”生態(tài)氣候資源開發(fā)利用及利用衛(wèi)星遙感開展站點(diǎn)布設(shè)選址提供科學(xué)依據(jù);同時(shí)對(duì)拓展氣象與文旅、環(huán)保、林草等行業(yè)間服務(wù)合作領(lǐng)域具有重要的意義。

(2)負(fù)氧離子濃度受自然環(huán)境、地理空間位置、植被覆蓋、人類活動(dòng)和儀器自身性能等多個(gè)方面的影響。在不同條件下空氣負(fù)氧離子的濃度會(huì)有顯著差異,得出的研究結(jié)論也不盡相同。由于研究時(shí)間、人力有限,本研究?jī)H針對(duì)南澗空氣負(fù)氧離子日、月、季濃度的變化、與氣象要素溫度、濕度、風(fēng)速及其與植被覆蓋度的關(guān)系進(jìn)行初步探討。然而,影響空氣負(fù)氧離子濃度的可能因素還有很多,如雷電、降雨、水體、光照強(qiáng)度、植物、海拔高度等,需進(jìn)一步深入探索。