道路防护林内大气颗粒物时空变化规律研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 5次 | 上传用户:xjjuser1
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以发挥道路防护林带调控大气颗粒物功能为目标,本文以城市典型道路防护林带—北京市城市主干道安立路林带和北五环环城高速林带为研究对象,采用小尺度定量测定的技术方法,对林带水平和垂直方向上的大气颗粒物质量浓度、小气候因素、车流量等指标进行持续、实时观测,研究了道路防护林内大气颗粒物的时空分布规律、林带结构对大气颗粒物扩散的影响及不同功能区林带对大气颗粒物的净化作用,并对大气颗粒物浓度的影响因素进行了分析,得到以下结论:1、道路防护林内大气颗粒物浓度具有明显的时间变化规律。(1)季节变化总体上粗颗粒物TSP和PM10浓度春季和冬季明显高于夏季和秋季,细颗粒物PM2.5和PM1冬季最高,其他三个季节相差不大。(2)4种粒径大气颗粒物浓度不同季节的日变化均夜晚高于白天,白天在7:00和19:00出现峰值,13:00出现低谷,夜间出现峰谷的时间有所差异。(3)不同天气条件大气颗粒物日变化规律存在差异,但同种天气4种粒径的日变化曲线基本一致。2、城市主干道林带内大气颗粒物浓度空间分布规律:(1)水平方向上:(1)样带内TSP和PM10基本呈中央隔离带或同向分车带隶属度最高,路侧林带内最低的大致趋势。样带Y1同向分车带最高,中央隔离带次之,向外侧呈波动变化。样带Y2从道路中央向外侧逐渐递减,林内15m达最低值后维持平稳状态。(2)样带Y1内PM2.5和PM1由中央隔离带向外侧林带整体呈下降趋势;样带Y2由中央隔离带至林缘隶属度逐渐降低,但进入林带后又有所升高。(2)垂直方向上:中央隔离带4种粒径颗粒物的日均隶属度均1.5m>4m>6m,其他监测点多数在4m或6m出现最高值,1.5m最低。中央隔离带-非机动车带全天多数时刻1.5m或4m处浓度最高,6m处最低;而从林缘-林内35m,多数白天1.5m处浓度最高,6m处最低,而夜间6m处最高,1.5m处最低的变化趋势。3、同一环城高速林带五种群落类型内大气颗粒物浓度空间分布规律:(1)水平分布:林带两端的香山路和北五环是两个线性污染源,其边缘大气颗粒物的浓度相对最高,随远离路基距离的增大,大气颗粒物浓度越低,并在林内3045m维持相对平稳的浓度。(2)垂直分布:7:00交通高峰时期,多数样带1.5m处污染最严重,随着时间推进,污染层逐渐上升,夜间多数时刻污染集中在树冠顶部。就不同测点而言,香山路的隶属度最大值多集中在1.5m处,最小值在树冠中部或树冠顶部;北五环隶属度最大值多出现在树冠顶部,最小值在1.5m;其他测点多数树冠中部或树冠顶部最高,1.5m处最低。4、不同环城高速林带内大气颗粒物浓度具有一定空间差异,路路并行(交通干道区)林带内大气颗粒物浓度最高,生活区与路并行时浓度次之,水路并行和绿路并行时大气颗粒物浓度较低。不同林带对大气颗粒物扩散的影响不一致,绿化区(绿路并行)林带内随距北五环距离的增加4种粒径颗粒物浓度呈递减状态,4060m以外能够维持较稳定的浓度;而其他林带内大气颗粒物浓度均呈现波动状态。不同环城高速林带对大气颗粒物的净化效应:绿化区>水域区>生活区>交通干道区。5、林带结构对大气颗粒物扩散的影响:(1)大气颗粒物的扩散有三种途径,一是直接向上垂直扩散;二是从树冠的孔隙或下层树干之间直接穿过进入林内;三是由树冠上绕过扩散进入林内。粗颗粒物粒径大,输送距离短;细颗粒物粒径小,输送距离远。(2)紧密结构比稀疏结构林带滞尘能力强,在一定的污染范围内,植物调控颗粒物作用强,但也存在一定的承受阈值,当污染源强度过大时,紧密结构林带不利于颗粒物的扩散,主要发挥阻滞大气颗粒物的作用。(3)行道树的影响:行道树树冠会阻止上下气流的交换,使大气颗粒物的扩散运动在一定程度上被限制在地面和树冠冠层之间,造成树冠下层颗粒物浓度积累,污染加剧。且郁闭度越大,对大气颗粒物垂直扩散的抑制越强。6、道路防护林内三种小粒径所占比例在不同季节、不同时刻、不同天气和不同功能区均存在差异。道路防护林内的TSP污染总体以粒径10μm以下的污染为主,PM10污染以2.510μm范围内的污染为主,PM2.5则主要为12.5μm的污染。4种粒径大气颗粒物之间呈线性相关关系,PM2.5和PM1的线性相关性最高,夏季各粒径间的相关关系最强。7、大气颗粒物浓度受多种因素综合影响:(1)气象因素:夏季,林内大气颗粒物与光照强度、空气温度呈正相关或无明显相关,其他三个季节和全年与光照强度、风速、大气温度均呈极显著或显著负相关,与相对湿度呈显著正相关。(2)大气混合层高度与4种粒径大气颗粒物均呈线性负相关,且随粒径减小相关性增大。(3)车流量和4种大气污染物(SO2、NO2、O3和CO)与PM10和PM2.5均达极显著正相关。(4)从植物群落净化大气颗粒物的效应来讲,林带宽度与净化率呈正相关,4050m宽即可发挥林带的最大净化效应;郁闭度与净化率呈显著正相关,最佳范围在0.700.85;疏透度与净化率呈显著负相关,最佳范围在0.150.30。最后,结合本文研究结果和其他学者的相关研究,简要提出增强道路防护林降低大气颗粒物危害能力的调控技术,以便为道路防护林带和城市绿地规划建设及现有群落结构优化提供技术支持。
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