城市道路林内大气颗粒物的时空变化特征——以泰安市为例

摘要

随着城市化进程的加快，大气污染日益加剧，雾霾天气不断增多，不仅影响人们的出行，而且给人们的健康带来严重危害。雾霾主要是大气颗粒物增加造成的，如何消减大气颗粒物已成为美丽城镇建设的技术难题之一。森林植被在消减大气颗粒物方面具有重要的作用，因而创建森林城市日益受到各级地方政府的重视。然而，截至目前，城市森林的防尘抑霾功能有多大，什么样的森林结构作用最佳？等等问题尚无深入细致的研究。本文以泰安市12种典型结构和配置的道路林为研究对象，对林带内外的TSP、PM10、PM2.5、PM1四种颗粒物进行同步监测，分析不同季节、不同时段、不同水平梯度处大气颗粒物的变化趋势，探讨不同配置模式的城市道路林对大气颗粒物的滞尘效益，为城市环境友好型道路林建设提供理论依据。研究结果如下：
　　（1）人类活动影响大气颗粒物日变化趋势
　　TSP、PM10、PM2.5、PM1四种颗粒物日变化趋势大致呈早晚高、中间低的特点，近似“U”形，显现“双峰单谷”趋势。颗粒物峰值出现在人类活动的早高峰和晚高峰时段8:00和18:00，10:00—16:00颗粒物浓度较低。TSP、PM10大部分时间段都能达到环境质量二级标准，8:00两种颗粒物浓度最高，分别为473.49μg/m3和214.39μg/m3，分别超出环境质量二级标准36.6％和30%；其次是18:00，分别超出7.36%、16.53%。PM2.58:00和18:00达到空气质量二级标准，两个时间段分别超出环境空气质量一级标准29.3%与13.4%，其余时间段基本都能达到一级标准。建议城市居民户外活动尽量避开早晚2个时段为宜。
　　（2）不同季节城市道路林对大气颗粒物的消减作用
　　不同季节，大气颗粒物变化趋势一致，浓度最高的为冬季，且明显高于其它季节，其次依次为秋季、春季、夏季。夏季林内 TSP、PM10均值分别为156.91μg/m3、53.73μg/m3，达到环境空气质量二级标准。春、秋、冬季林内TSP均值分别超出空气质量二级标准23.5%、41.65%、86.6%，PM10浓度分别超出空气质量二级标准45.05%、68.59%、94.16%，两种颗粒物冬季污染最重。春季、夏季PM2.5浓度分别为28.81μg/m3、15.62μg/m3，达到环境空气质量二级标准，秋季和冬季PM2.5分别超标72.5%、87.6%。不同季节，道路林对大气颗粒物消减能力不同，春季、夏季对大气颗粒物有消减效果，秋季效果不明显，冬季林内颗粒物浓度明显高于林外，TSP、PM10、PM2.5、PM1分别增加111.56μg/m3、116.99μg/m3、23.88μg/m3、2.53μg/m3，颗粒物浓度增加也是造成雾霾的主要原因，建议秋冬季节减少大排量汽车的数量，以减少汽车尾气的排放；此外道路林内应当增加针叶树种的比例，即使秋冬季节树叶凋落的情况下也能对大气颗粒物有一定的净化效果。
　　（3）大气颗粒物与气象因子的相关性
　　分析发现，气象因子对大气颗粒物的影响较大，空气相对湿度、风速和风向是影响其浓度的主要因子。风速和颗粒物呈线性负相关（R2=0.8524），风力能够有效扩散林带内的大气颗粒物。受不同天气状况的影响，温度与大气颗粒物相关性不显著（P>0.05）；相对湿度与大气颗粒物呈线性正相关（R2=0.911），相对湿度越高，大气颗粒物浓度越高。
　　（4）城市道路林净化大气颗粒物的水平空间变化
　　晴朗微风和雨后晴天天气下，道路林内各监测点大气颗粒物均低于对照，30m处下降最明显，可使TSP、PM10、PM2.5、PM1最大下降21.7%、15.81%、25.53%、27.4%。而阴天和雾霾天气下，道路林对大气颗粒物调控能力较弱，只有在30m处TSP、PM10分别减少2.77%、5.64%，但表现出林带越宽，对大气颗粒物消减能力越强的特点。考虑到实践中道路绿带宽度受道路用地红线等多种因素的限制，建议道路林建设宽度至少为20m。
　　（5）城市道路林消减大气颗粒物的最优配置模式
　　不同配置模式的道路林带对大气颗粒物的滞尘效益差异显著，与植物种类、绿量、组成结构等因素相关。其中针阔混交和乔灌草结构对大气颗粒物的滞尘效益最强，单一结构的道路林效果最差，说明丰富的植物种类、完整的结构层次以及充沛的植物绿量能够发挥更强的滞尘效益。通过对12种不同配置模式的道路林滞尘能力评判，筛选出了4种滞尘效益和观赏效果较好的配置模式，①针阔混交型：以雪松、紫叶李等4～6乔木树种混交，比例为1:1，乡土树种比例80%以上；②针叶片林型：雪松、油松等3～4种针叶树种作为优势树种混交，乡土树种比例90%；③自然式：法桐、国槐等大乔木、紫叶李等小乔木和大叶黄杨等灌木混交，乡土树种比例60%以上。④规则式配置：紫叶小檗、龙柏等灌木及草坪比例占50%左右，大乔木、亚乔木树种以银杏、栾树、紫薇为主，常绿落叶比至少为1:3。

目录

声明

符 号 说 明

1引言

1.1研究背景

1.2研究目的及意义

1.3国内外研究进展

1.4研究中存在的问题

1.5研究内容和技术路线

2.材料与方法

2.1研究区概况

2.2研究方法

3.结果与分析

3.1大气颗粒物浓度的时间变化规律

3.2大气颗粒物水平空间变化规律

3.3气象因子和PM2.5相关性分析

3.4不同配置模式的道路林对大气颗粒物的滞尘效益及典型群落设计

4.讨论

4.1道路林吸滞大气颗粒物的时间变化

4.2道路林内外水平空间的变化规律

4.3不同配置模式的道路林对大气颗粒物的滞尘效益

5.结论与展望

5.1结论

5.2本研究创新点

5.3展望

参考文献

致谢

附录

攻读学位期间发表论文