邵陽市負氧離子濃度變化與氣象要素相關分析

戴俊 謝美蘭 戴華林

摘要：文章采用2013年1月1日至2014年12月31日邵陽市同期氣象資料以及逐日負氧離子實況數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計分析方法，得到了城市負氧離子濃度的三種典型機理，即稀釋吸附、擴散吸附和沉淀吸附。分析三種機制相互作用下負氧離子濃度的季節(jié)變化及其與相關氣象因子的關系，城市負氧離子極端濃度的氣象成因，負氧離子濃度與相關氣象因子的關系。為邵陽市生態(tài)環(huán)境發(fā)展提供參考，對科學開展健康生態(tài)旅游、指導戶外大氣環(huán)境資源開發(fā)，尤其是負離子資源開發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：負氧離子;濃度變化;氣象要素分析

空氣中的負離子指帶負電荷的氧離子，無色無味，又稱為“負氧離子”。[1]空氣中的負氧離子有改善大腦功能，促進人體新陳代謝，去除空氣中的煙霧﹑粉塵起到凈化空氣的作用，又被稱之為“空氣中的維生素”。[2]空氣負離子濃度測定和評價作為近年來衡量城市環(huán)境的重要指標，是評價生態(tài)效益的重要方法之一。[3]本文對2013年和2014年的負氧離子觀測資料及相關氣象要素進行分析，揭示邵陽市區(qū)春夏秋冬四季負氧離子濃度的變化規(guī)律及與相對濕度﹑降水等氣象要素的相關關系。

1資料和方法

1.1分析地概況

邵陽市位于湖南省西南部，地形主要以丘陵、山地為主，屬中亞熱帶季風濕潤氣候。本文數(shù)據(jù)來源的負氧離子試驗觀測儀器安裝在邵陽市大祥區(qū)孫家山邵陽市氣象局院內，海拔高度為260m，感應部分距地面高度1.5m，觀測四周無大型遮擋物和工廠，儀器直線距離市區(qū)火車站和汽車站僅1.5千米，能較直觀的反應邵陽市區(qū)空氣負氧離子變化。

1.2實驗設計

（1）實驗設備。負氧離子濃度測量采用美國EPEX股份有限公司的Epex200系列大氣負氧離子自動測報系統(tǒng)，（滿足國家標準：GBT18809-2002，工作環(huán)境：溫度-20～+60°C，濕度0-100%，分辨率：1個離子cm3，取樣空氣流速：2ms，遷移率≥1.0）。

（2）實驗方法。負氧離子分析數(shù)據(jù)從2013年1月1日00：00時至2014年12月31日23：00時逐小時觀測資料，日平均負氧離子濃度值為24小時的算術平均值，氣象資料使用同時、同一地點的氣象觀測資料，冬春夏秋定義分別為冬季11月至次年1月、春2～4月、夏5～7月、秋8～10月。對數(shù)據(jù)采用列表﹑做曲線圖來分析日、月的變化規(guī)律、變化范圍及波動性，并對負氧離子與各氣象要素之間的關系進行分析。

1.3負氧離子濃度評級標準

世界衛(wèi)生組織（WorldHealthOrganization）已將新鮮空氣中負氧離子標準濃度設定為1000～1500個cm3。本文利用六級評價標準對邵陽市負離子濃度進行評價，表明空氣負離子含量與空氣的關系，分別見表1、表2。

2負氧離子濃度分析

2.1負氧離子濃度季節(jié)變化和月變化

相關研究表明。[4，5]溫度、濕度等環(huán)境因素對負氧離子濃度有很大影響。因此，有必要對邵陽市負氧離子濃度與溫度、濕度的關系進行研究。統(tǒng)計結果表明，邵陽市負氧離子濃度在春季、夏季、秋季、冬季具有明顯的變化特征，夏季和秋季濃度高，春季和冬季濃度較低，這符合空氣負氧離子的含量與空氣溫度成正相關。資料分析表明邵陽市冬季11月至次年1月負氧離子濃度平均為504個cm3;春季2-4月負氧離子濃度平均為971個cm3;夏季5-7月平均濃度值為1646個cm3;秋8-10月平均濃度值為1455個cm3，這是因為夏秋季節(jié)邵陽市溫度變化不大導致空氣中負氧離子濃度高，而冬春季由于天氣變冷以及大氣污染加重等影響，使得負氧離子急劇減少。邵陽市負氧離子濃度月平均最小濃度值為334個cm3出現(xiàn)在12月;月平均最大濃度值為2489個cm3，出現(xiàn)在6月。2013年和2014年10月至次年1月負氧離子濃度逐月下降，下降比較緩慢降幅不大，3-6月逐月上升，其中7-8月上升迅速，該時段為主汛期，降水急劇增多。

2.2負氧離子日變化規(guī)律分析

已有相關研究普遍表明：[6]晚上19：00～20：00時刻空氣負氧離子濃度達到最大極值，最小值則出現(xiàn)在中午12：00到13：00之間，但是由于多種復雜原因影響，邵陽市負氧離子濃度規(guī)律和研究有細小變化。選取邵陽市區(qū)2013年7月1日至2013年8月31日的晴朗天氣10天負氧離子濃度和濕度觀測數(shù)據(jù)，按小時取得平均值，得出邵陽市區(qū)負氧離子濃度和相對濕度日變化曲線。圖2顯示最大值為2800個，出現(xiàn)在6：00時，最小值為1003個，出現(xiàn)在11：00時，凌晨5點時負氧離子濃度達到最高，而后開始下降，到11：00時負氧離子濃度偏小，17：00時以后負氧離子濃度逐漸增加，直至第二天清晨，在14：30時中略有波動，波動幅度并不大。從圖2可以看出，濕度越大，負氧離子濃度越大。這主要是因為在空氣中以O-2（H2O）n形式存在的負氧離子相對穩(wěn)定。[7]濕度增加時，空氣中的水分子增加，O-2結合水分子的機會就增大，負氧離子濃度也隨之增大。

2.3逐日負氧離子濃度與雷電日、降水日

分析2013年和2014年邵陽市各月降水數(shù)據(jù)，2013年4月和5月降水量正常，6月和8月降水減少，1月、2月和10月降水顯著偏少，7月降水異常偏少，11、12月偏多，3月顯著偏多，9月異常偏多。2014年1月、10月、12月降水明顯偏少，5月降水明顯偏多，11月異常偏多，其他月份降水正常。分析得出，2013年和2014年月降水量變化趨勢和負氧離子濃度變化基本一致。2013年和2014年5-8月負氧離子月差異明顯主要是由于2013年6-8月邵陽市發(fā)生重大旱情，降水偏少導致。

如表3所示：有雷電日和有降水日負氧離子濃度明顯較高，其日平均負氧離子濃度分別達到1670個cm3和1480個cm3，出現(xiàn)對人體健康相當有利的4級空氣清新度的百分比分別達到63%和42%，而出現(xiàn)對人體健康不利的百分比分別為零。在無雷電和無降水的日子里，負氧離子的濃度要小得多，其日平均負氧離子濃度只有597個cm3和760個cm3。

2.4負氧離子濃度與霧霾

謝志祥[8]等深刻解析了基于PM2.5的中國霧霾災害風險評價，邵陽市處于霧霾災害風險中度威脅等級。邵陽市霧霾月主要集中在冬半年，霧主要以輻射霧為主，多集中在02-10時刻，加之冬季上游北方沙塵暴等污染源擴散的影響，浮塵和霧霾雙管齊下導致冬季成為大氣污染物濃度最高，兩年中第12月份出現(xiàn)霧霾次數(shù)較多。分析2013年和2014年霧霾數(shù)據(jù)結合負氧離子數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：2013年和2014年1月-3月和12月邵陽市負氧離子濃度呈現(xiàn)全年低值，此時邵陽市霧霾出現(xiàn)均在10月、11月、12月和1月，兩者普遍呈現(xiàn)正相關性。

3結論

邵陽市負氧離子濃度全年總體達到世界衛(wèi)生組織規(guī)定的三級標準，年平均負氧離子濃度為1168個cm3。邵陽全年負離子濃度的最大值高達13000個/cm3，出現(xiàn)在6月;而最小值僅為210個/cm3，出現(xiàn)在1月。不同天氣條件下空氣濃度存在顯著差異，不同季節(jié)的空氣負離子濃度如下：夏季>秋季>春季>冬季。邵陽市負氧離子濃度的季節(jié)和日變化明顯，和沿海﹑山區(qū)等城市有著顯著地不同。邵陽全年空氣負離子濃度的月度變化：2012年10月至次年1月負氧離子濃度逐月下降，下降比較緩慢降幅不大，3-6月逐月上升，其中7-8月上升迅速。一日中，最高空氣濃度出現(xiàn)在晚上5時，最小出現(xiàn)在9時和下午16時。一日內負離子濃度的變化規(guī)律在上午和傍晚較高，下午較低。通過日變化規(guī)律，人們可以科學調整出行和鍛煉的時間。負氧離子濃度的變化與氣象因子密切相關，濃度與相對濕度和降水量呈正相關，濃度變化趨勢與月平均相對濕度變化趨勢相同。最大和最低濃度比最大和最小降水值晚一個月。空氣飽和水量是負氧離子濃度變化的主要原因，大氣污染物霧霾則是冬季負氧離子濃度最低值的主要原因。

參考文獻：

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[2]郭圣茂，杜天真，賴勝男，等.城市綠地對空氣負離子的影響[J].河北師范大學學報（自然科學版），2006，30（4）：478-482.

[3]蔡春菊，王成，陶康華.城市綠地對空氣負離子水平的影響研究[C].彭鎮(zhèn)華.城市森林建設理論與實踐，北京：中國林業(yè)出版社，2006：193-196.

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[8]謝志祥，秦耀辰，李亞男，等.2017.基于PM2.5的中國霧霾災害風險評價[J].環(huán)境科學學報，37（12）：4503-4510.