發(fā)布時(shí)間：2023-10-05 10:40:16
序言：寫作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的大氣污染主要因子樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
致病的主要因素
大氣污染和吸煙 流行病學(xué)調(diào)查證實(shí)，呼吸系統(tǒng)疾病的增加與空氣污染、吸煙密切相關(guān)?？諝庵械奈廴疚镔|(zhì)可刺激呼吸系統(tǒng)引起各種肺部疾?。晃鼰熓切…h(huán)境的主要污染源，目前我國(guó)青年人吸煙人數(shù)增多，是慢性阻塞性肺疾病和肺癌發(fā)病率增加的重要因素。
吸入性變應(yīng)原增加 隨著我國(guó)工業(yè)化及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別在都市可引起變應(yīng)性疾病的變應(yīng)原的種類及數(shù)量增多，如地毯、窗簾的廣泛應(yīng)用使室內(nèi)塵螨數(shù)量增多；寵物飼養(yǎng)導(dǎo)致動(dòng)物毛變應(yīng)原增多；還有空調(diào)機(jī)的真菌、都市綠化的某些花粉孢子、有機(jī)或無(wú)機(jī)化工原料、藥物及食物添加劑等，均是哮喘患病率增加的因素。
肺部感染 肺部感染病原體的變異及耐藥性的增加，是呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)生的的重要因素。
外感寒邪 中醫(yī)學(xué)認(rèn)為一旦氣溫驟降或貪涼飲冷超出人體適應(yīng)能力，即可導(dǎo)致人體感寒而病。體質(zhì)與病因、發(fā)病、病機(jī)、辨證、治療及養(yǎng)生預(yù)防都有密切的相關(guān)。所以，中醫(yī)重視人的體質(zhì)及其差異性，這也是中醫(yī)學(xué)的一大特點(diǎn)。飲食不當(dāng)、情志所傷及過(guò)度勞倦也與呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生有一定的關(guān)系。
呼吸病的預(yù)防與調(diào)理
關(guān)鍵詞：塔城市；空氣質(zhì)量；現(xiàn)狀；變化趨勢(shì)
お
1 引言
塔城市是以農(nóng)業(yè)為主的西部城市,從塔城市三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來(lái)分析,經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不盡合理,第二產(chǎn)業(yè)特別是工業(yè)是制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要因素。同時(shí)落后的產(chǎn)能是造成資源過(guò)度消耗,環(huán)境嚴(yán)重污染的主要原因。隨著塔城市各族人民對(duì)環(huán)保意識(shí)的提高,在以科學(xué)發(fā)展觀為統(tǒng)領(lǐng),以保持經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng),加快結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐,轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的時(shí)刻,緊緊抓住經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇,認(rèn)真落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀,大力推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè),堅(jiān)定不移的走“農(nóng)業(yè)穩(wěn)市,工業(yè)富市,邊貿(mào)活市,科教興市,人才強(qiáng)市”的發(fā)展道路,努力建設(shè)“綠色塔城,人文塔城,人居塔城,和諧塔城”的發(fā)展思路,環(huán)境空氣質(zhì)量也發(fā)生了很大變化。2001~2009年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明塔城市區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量逐年改善,TSP污染呈下降趨勢(shì)。
塔城市三面環(huán)山,地勢(shì)北高南低,由東北向西南傾斜。塔爾巴哈臺(tái)山橫亙于北,巴克圖山縱貫于西,額敏河自東向西橫貫于南。地形分為北部山地,中部丘陵、洪積扇平原,中部洪積扇扇緣平原和南部沖積扇平原。有喀浪古爾河、阿不都拉河等河流和山泉。塔城市大氣的常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有SO2、NOX、可吸入顆粒物PM10。監(jiān)測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析表明,塔城市大氣污染以PM10為主（其平均負(fù)荷系數(shù)為20%）。
2 塔城市大氣污染物特征分布
2.1 大氣污染物的季節(jié)變化
由圖1曲線變化可見(jiàn),各污染物TSP(PM10)、SO2、NOX的高濃度值都出現(xiàn)在冬季,夏季濃度最低,春、秋季次之（2006年第3季度由于測(cè)點(diǎn)附近建筑施工造成pm10偏高）。造成污染物濃度季節(jié)性變化的主要原因是：塔城市屬北方典型的煤煙型空氣污染城市,特別是冬季采暖期環(huán)境空氣質(zhì)量較非采暖期有所下降,采暖期煤耗量大,排入大氣中的TSP(PM10)、SO2、NOX等污染物的量增加；塔城市屬中溫帶大陸性干旱氣候,冬季漫長(zhǎng)寒冷,夏季短促炎熱,春季氣溫回升快,秋季降溫迅速。城市全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)。該風(fēng)向決定了塔城市的境外輸入的大氣污染物對(duì)塔城地區(qū)產(chǎn)生一定影響。這些不利的氣象條件使近地面污染物不易稀釋和擴(kuò)散,從而導(dǎo)致采暖期空氣中污染物濃度增加。夏季煤耗降低,污染物排放量相對(duì)減少,大氣的混合層也變厚了,這就有利于各種污染物的稀釋擴(kuò)散。
圖1 2001年~2009年大氣污染物PM10季節(jié)變化おお
2.2 大氣污染物的年度變化趨勢(shì)
近5年來(lái),塔城市PM10年平均濃度在0.039~0.066mg/m3之間,最高值出現(xiàn)于2006年,見(jiàn)圖2。若與GB3095-1996二級(jí)年均值標(biāo)準(zhǔn)（0.10mg/m3）比較,年均值達(dá)標(biāo)率為100%。由于能源結(jié)構(gòu)沒(méi)有徹底改變,土地多,綠化率低,易起風(fēng)沙,加上到處施工,PM10污染始終維持統(tǒng)一水平。
圖2 2001~2009年塔城市大氣污染物年際變化圖おお
NOX年平均濃度為0.01～0.025mg/m3,最高值出現(xiàn)在2009年（見(jiàn)圖2）。低于GB3095-1996二級(jí)年均值標(biāo)準(zhǔn)（0.05mg/m3）,隨著2009年機(jī)動(dòng)車輛的迅速增加,NOX總體呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。
SO2年平均濃度為0.005～0.017mg/m3,最高值出現(xiàn)在2009年（見(jiàn)圖2）。低于GB3095-1996二級(jí)年均值標(biāo)準(zhǔn)（0.06mg/m3）,隨著城市的擴(kuò)大,冬季燃煤量增加,SO2總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。
2.3 大氣污染物平均負(fù)荷系數(shù)
為了反映大氣環(huán)境中各污染物影響的大小,確定各污染因子重要的順序,引進(jìn)污染物負(fù)荷系數(shù)的概念。
Fi=Pi/∑Pi,Pi=Ci/Si.
式中Fi為污染物i的負(fù)荷系數(shù);Ci為污染物i的年平均值；Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；Pi為污染物i的單項(xiàng)質(zhì)量指數(shù)。
SO2、NOX 、TSP(PM10)選用GB3095-1996二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（日平均濃度TSP030mg/m3、NOX 010mg/m3、SO2015mg/m3PM10 01mg/m3）,根據(jù)以上公式,計(jì)算出2001年以來(lái)塔城市逐年的大氣污染物平均負(fù)荷系數(shù),見(jiàn)表1。
表1 大氣污染物平均負(fù)荷系數(shù) %
年份SO2NOXTSPPM10
20018.010.013.8/
20028.010.011.9/
20038.011.510.2/
20048.011.514.0/
20058.010.814.122.9
20068.010.012.126.1
200711.47.77.618.6
200846.99.28.517.0
200927.519.27.815.4
平均14.8711.111.120.0
從表1可知,自2001年以來(lái)塔城市大氣污染負(fù)荷系數(shù)的大小順序依次為： PM10＞SO2＞NOX,PM10的污染負(fù)荷系數(shù)平均達(dá)20%,說(shuō)明影響塔城市大氣環(huán)境質(zhì)量的主要污染物是PM10。這跟近年來(lái)塔城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐步增加,基建施工、道路改造等所引起的地面揚(yáng)塵污染由密切關(guān)系。
3 塔城市大氣污染變化趨勢(shì)分析
3.1 大氣污染變化趨勢(shì)
2001~2009年塔城市環(huán)境空氣污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果列入表2中。
表2 環(huán)境空氣污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果mg/m3
項(xiàng)目2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年2009年
總懸浮
顆粒物0.2120.1820.1570.2150.2160.1860.1160.130.12
可吸入
顆粒物////0.0580.0660.0470.0430.039
二氧
化硫0.0050.0050.0050.0050.0050.0050.0070.0080.017
氮氧
化物0.0130.0130.0150.0150.0140.0130.010.0120.025
采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法,對(duì)塔城市空氣污染物2001-2009年年均值進(jìn)行了定量分析,檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 主要大氣污染物的Spearman檢驗(yàn)結(jié)果
項(xiàng)目年rs值
總懸浮顆粒物-0.57
可吸入顆粒物-0.9
二氧化硫0.99
氮氧化物0.05
將計(jì)算出的秩相關(guān)系數(shù)rs 的絕對(duì)值同臨界值進(jìn)行比較,如果rs ≥WP,則表示變化趨勢(shì)有顯著意義；如果rs≤WP,則表示變化趨勢(shì)沒(méi)有顯著意義,說(shuō)明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)變化穩(wěn)定或平穩(wěn)；如果rs是負(fù)值,則表示有下降趨勢(shì)或好轉(zhuǎn)趨勢(shì)；如果rs是正值,則表示有上升趨勢(shì)或加重趨勢(shì)（當(dāng)N=9時(shí),WP=0.600）。Spearman檢驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論。
3.1.1 總懸浮顆粒物（可吸入顆粒物）
2001~2009年塔城市總懸浮顆粒物相關(guān)檢驗(yàn)rs值為-0.57,可吸入顆粒物相關(guān)檢驗(yàn)rs值為-0.9,表明變化趨勢(shì)有顯著意義,說(shuō)明近幾年總懸浮顆粒物（可吸入顆粒物）呈顯著下降趨勢(shì)。
3.1.2 二氧化硫
2001~2009年塔城市二氧化硫相關(guān)檢驗(yàn)rs值為0.99,rs >WP,表明變化趨勢(shì)有顯著意義,說(shuō)明近幾年二氧化硫的污染有明顯加重,呈顯著上升趨勢(shì)。
3.1.3 氮氧化物
2001~2009年塔城市氮氧化物相關(guān)檢驗(yàn)rs值為0.05,rs ≤WP,說(shuō)明近幾年來(lái)塔城市氮氧化物的污染變化不大,仍維持在同一個(gè)水平上。
3.2 NOX濃度與車輛數(shù)的關(guān)系
近幾年,隨著塔城市城市規(guī)模的擴(kuò)大和人口的增加,塔城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,運(yùn)輸行業(yè)迅速發(fā)展,機(jī)動(dòng)車數(shù)量急劇增加。機(jī)動(dòng)車在運(yùn)行中產(chǎn)生許多有害物質(zhì),機(jī)動(dòng)車尾氣污染日趨嚴(yán)重。機(jī)動(dòng)車尾氣對(duì)大氣中NOX的貢獻(xiàn)增大,最終導(dǎo)致大氣中NOX逐漸上升,嚴(yán)重影響環(huán)境空氣質(zhì)量。
4 大氣環(huán)境質(zhì)量控制措施
據(jù)統(tǒng)計(jì)塔城市2005~2009年,塔城市SO2年平均濃度控制在0.020mg/m3以下,NOX年平均濃度控制在0.030mg/m3以下。到2015年,SO2、NOX年平均濃度將繼續(xù)控制在環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。為使達(dá)到環(huán)境質(zhì)量控制目標(biāo),積極開(kāi)展大氣環(huán)境綜合整治工作,擬采取的措施包括以下幾個(gè)方面。
（1）工業(yè)污染源防治。加強(qiáng)源頭控制,拓展減排空間。嚴(yán)格實(shí)行總量控制,合理利用環(huán)境容量。加強(qiáng)廢氣污染治理,節(jié)能減排,大力發(fā)展清潔生產(chǎn),循環(huán)經(jīng)濟(jì),堅(jiān)持走可持續(xù)道路。
（2）機(jī)動(dòng)車污染防治。控制機(jī)動(dòng)車尾氣污染?？刂栖囕v數(shù)量,對(duì)車輛能源進(jìn)行改造,限制進(jìn)入市區(qū)的機(jī)動(dòng)車車流量和類型以及行駛路線。逐步推廣無(wú)鉛汽油,環(huán)保類車,采用加氣裝置,使用尾氣凈化裝置。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度,利用對(duì)大氣無(wú)污染的新能源車輛,如太陽(yáng)能、電能車輛等,從根本上解決車輛尾氣污染問(wèn)題。
（4）揚(yáng)塵污染防治。施工工地必須達(dá)到規(guī)定的環(huán)保要求,改善道路狀況,減少地面揚(yáng)塵的發(fā)生量。加強(qiáng)建筑工地的環(huán)境管理,減少建筑粉塵的發(fā)生量。
（5）煤煙型污染防治。提高優(yōu)質(zhì)能源比重,大幅度減少市區(qū)燃煤量,集中供熱,降低面源污染。開(kāi)發(fā)利用新能源。
（6）增加環(huán)境保護(hù)投入。緊緊抓住國(guó)家對(duì)口援疆,從改善民生、創(chuàng)造優(yōu)美生活環(huán)境的角度,加大環(huán)境保護(hù)投入力度。積極推進(jìn)城市綠化美化,提高綠化覆蓋率。
5 結(jié)語(yǔ)
根據(jù)以上分析表明,2001~2009年塔城市環(huán)境空氣中,大氣主要污染物可吸入顆粒物、二氧化硫、氮氧化物濃度均達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其中可吸入顆粒物呈明顯下降趨勢(shì),二氧化硫呈上升趨勢(shì),氮氧化物變化趨勢(shì)不明顯。塔城市屬北方典型的煤煙型空氣污染城市,生活污染對(duì)塔城市大氣環(huán)境質(zhì)量有一定的影響。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市機(jī)動(dòng)車輛的增加,交通污染源增加將逐步成為影響塔城市大氣環(huán)境質(zhì)量的重要因素之一。
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參考文獻(xiàn)：
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楊 彬.沈陽(yáng)市環(huán)境空氣質(zhì)量近10年變化趨勢(shì)與污染控制對(duì)策.環(huán)境保護(hù)科學(xué),2009（1）：67~68.
工業(yè)化，城市化，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和能源需求增加導(dǎo)致城市空氣質(zhì)量深刻惡化[1]。經(jīng)過(guò)多年對(duì)大氣顆粒物進(jìn)行的深入研究表明，其對(duì)環(huán)境的影響很大，比如能夠改變太陽(yáng)輻射的平衡并且降低能見(jiàn)度等，由于地區(qū)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展存在著差異，大氣顆粒物的化學(xué)成分、組成具有很大變化[2]?？諝庵械膽腋☆w粒物通常分為總懸浮顆粒物（TSP）和可吸入顆粒物[3]?？晌腩w粒物是指空氣動(dòng)力學(xué)粒徑小于10μm的分散在大氣中呈固態(tài)或液態(tài)的顆粒狀物質(zhì)，是目前大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的一個(gè)通用的重要污染指標(biāo)。在PM10中，小于2.5μm的顆粒物（PM2.5）稱為細(xì)顆粒物，介于2.5~10μm之間的顆粒物（PM2.5~10）稱為粗顆粒物[4]。這些細(xì)顆粒物粒徑小，在大氣中滯留時(shí)間長(zhǎng)，通過(guò)呼吸作用進(jìn)入人體后可以沉積在肺泡內(nèi)，從而危及人類健康。PM2.5由于其比表面積較大，攜帶有大量重金屬、PAHs、誘變劑以及病菌等有毒有害物質(zhì)，比起粗顆粒物更容易對(duì)人體健康構(gòu)成威脅。研究表明，PM2.5與人類呼吸道疾病、心肺疾病引起的死亡率呈正相關(guān)關(guān)系[5]。
大氣顆粒物中的重金屬進(jìn)入人體的途徑主要有呼吸作用[6]、吞食作用[7]和皮膚接觸。大氣氣溶膠是影響輻射傳輸?shù)囊粋€(gè)重要因素，它不但吸收和散射太陽(yáng)輻射，影響大氣的光學(xué)性質(zhì)，改變大氣能見(jiàn)度，而且對(duì)地氣系統(tǒng)的輻射能量平衡也有重要影響。PM2.5細(xì)粒子污染對(duì)城市灰霾的形成及能見(jiàn)度的惡化有極大貢獻(xiàn)。氣溶膠粒子數(shù)濃度日際變化，主要受降水、風(fēng)速、風(fēng)向及相對(duì)濕度等氣象條件的影響。偏東風(fēng)有助于氣溶膠濃度的增加[8]。能見(jiàn)度和細(xì)粒子質(zhì)量濃度呈現(xiàn)較好的負(fù)相關(guān)，而與PM10質(zhì)量濃度的相關(guān)性就差一些。細(xì)粒子質(zhì)量濃度的高低是決定能見(jiàn)度好壞的主要因子。可以嘗試?yán)眉?xì)粒子質(zhì)量濃度的觀測(cè)結(jié)果來(lái)估算大氣能見(jiàn)度。1999年6月持續(xù)高溫期間即使細(xì)粒子質(zhì)量濃度很高，能見(jiàn)度并不很低，而2000年1月細(xì)粒子質(zhì)量濃度在并不高的情況下，能見(jiàn)度卻較低。這可能是因?yàn)榧?xì)粒子中的成分不同的緣故，因?yàn)槟芤?jiàn)度的細(xì)粒子中主要的化學(xué)組分具有密切關(guān)系。活躍的光化學(xué)可能是前者的主要來(lái)源，燃煤可能是后者的主要來(lái)源，二者在化學(xué)成分上具有很明顯的差別[9]。有研究表明：全球變暖會(huì)導(dǎo)致地表水分蒸發(fā)的增加，從而引發(fā)全球干旱化的發(fā)展和加劇，干旱半干旱區(qū)問(wèn)題將變得更為嚴(yán)重。對(duì)1970－1990年中國(guó)大氣水分的變化研究表明：大氣水分在20年中是增長(zhǎng)的，其中增長(zhǎng)多在對(duì)流層低層，主要增長(zhǎng)地區(qū)在東北、西南和南部沿海地區(qū)，在華北和中南部分地區(qū)卻呈下降趨勢(shì)。大氣水分與地面氣溫的關(guān)系取決于地區(qū)與季節(jié)。在東北地區(qū)，大氣水分的增長(zhǎng)與地面氣溫增暖相一致，華北地區(qū)則不然；在西南地區(qū)只有秋、冬兩季的大氣水分與地面氣溫有明顯的相關(guān)關(guān)系。大氣水分與降水具有密切的正相關(guān)關(guān)系。美國(guó)的相對(duì)濕度也呈下降趨勢(shì)，與水滴蒸發(fā)成負(fù)相關(guān)關(guān)系。蒸發(fā)增加40%，相對(duì)濕度減少25%~45%，濕度減少是造成干旱的原因之一[10]。
烏魯木齊市由于其特殊的地理位置、氣象因素等條件使得其冬季采暖期風(fēng)速變?yōu)槿曜钚?，極易出現(xiàn)陰?kù)F天氣。此種氣象現(xiàn)象經(jīng)常持續(xù)數(shù)天使得大氣污染物不易水平運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散稀釋，隨大氣污染物不斷累積，陰?kù)F范圍也隨之?dāng)U大，導(dǎo)致采暖期內(nèi)的烏魯木齊市經(jīng)常籠罩在煙霧之中[11]?？晌腩w粒物又是烏魯木齊市最為嚴(yán)重的大氣污染物。過(guò)去幾年，政府采取了一系列污染治理措施，但是到后期可吸入顆粒物濃度變化不明顯。到目前為止，關(guān)于烏魯木齊市大氣顆粒物中可吸入顆粒物的污染特征和源解析研究較少，而對(duì)于與人體健康和大氣能見(jiàn)度密切相關(guān)的細(xì)粒子（PM2.5）的研究則更少。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)采集烏魯木齊市一年的可吸入顆粒物并對(duì)其進(jìn)行分析研究，探討了大氣可吸入顆粒物中重金屬在采暖期和非采暖期的變化規(guī)律，并對(duì)不同的重金屬的來(lái)源進(jìn)行了解析，同時(shí)還對(duì)其污染水平進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
1材料和方法
1.1樣品采集
本研究從2009年7月－2010年4月，在新疆大學(xué)5號(hào)樓樓頂（北緯43°77′、東經(jīng)87°61′）采集大氣可吸入顆粒物樣品。采樣設(shè)備有日本產(chǎn)NL20型撞擊式大氣顆粒物采樣頭、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、真空泵組成。采樣頭設(shè)定流量為20L/min，樣品的采集時(shí)間設(shè)定為24h，總共81個(gè)樣品。該采樣頭共有3層構(gòu)成，第一層放有2500QAT-UP型環(huán)形濾膜可以截留dp>10μm的顆粒；第二層放有2500QAT-UP型環(huán)形濾膜可以截留2.5~10μm的顆粒（PM2.5~10）；最底一層放有QR-100型濾膜，可以截留dp<2.5μm的顆粒，采樣介質(zhì)為玻璃纖維膜，采樣前后濾膜均恒溫恒濕48h（溫度25℃，濕度50%）并稱重以確定可吸入顆粒物的質(zhì)量濃度。
1.2樣品的前處理
將1/2的樣品濾膜剪碎，放入消解瓶?jī)?nèi)，加人6mLHNO3，3mLHClO4。瓶口放置小玻璃漏斗，放置過(guò)夜后在電板上加熱至近干，取下小玻璃漏斗。電板上再加熱至HClO4耗盡，取下樣品冷卻。用10mL左右的1%HNO3淋洗瓶壁，繼續(xù)于電板上加熱，保持微沸10min，取下冷卻，微孔濾紙過(guò)濾，用1%HNO3定容至25mL容量瓶中，搖勻待測(cè)。取同批號(hào)，等面積空白濾膜按樣品超聲波提取及消解過(guò)程消解，測(cè)定空白值[12]。
1.3重金屬測(cè)定
待測(cè)樣品中Mn、Cr、Pb、Ni和Cu，F(xiàn)e采用原子吸收分光光度法測(cè)定；Hg、As檢測(cè)用雙道原子熒光光譜法檢測(cè)定。
2結(jié)果與討論
2.1PM2.5~10和PM2.5質(zhì)量濃度的分析
PM2.5和PM2.5~10樣品的質(zhì)量濃度變化如圖1所示，PM2.5-10質(zhì)量濃度范圍為12.3~138.9μg/m3平均值為79.85μg/m3，PM2.5質(zhì)量濃度的變化范圍為36.6~406.6μg/m3，平均值為222.40μg/m3，超過(guò)美國(guó)EPA1997年頒布的PM2.5日平均值35μg/m3的6.4倍[13]。由2010年7月-2011年4月采樣的可吸入顆粒物的日平均值可知，烏魯木齊市PM2.5的月平均濃度最高的是2011年1月為406.25μg/m3；最低是2010年9月為36.7μg/m3。PM2.5~10的月平均濃度最高的是2011年1月為138.9μg/m3；最低是2010年9月為12.3μg/m3。由于烏魯木齊市霧天氣集中出現(xiàn)在冬季，從而導(dǎo)致顆粒物濃度較高，特別是由于可吸入顆粒的富集作用，導(dǎo)致1月的濃度最高。烏魯木齊從12月開(kāi)始進(jìn)入深冬季節(jié)，光照較弱、日照時(shí)間短、逆溫出現(xiàn)頻率增大及大氣對(duì)流不活躍等不利于空氣中污染物質(zhì)擴(kuò)散的因素較多，因此空氣質(zhì)量維持在嚴(yán)重污染的水平。烏魯木齊市的6、7、8月是較典型的夏季季節(jié)，溫暖、濕潤(rùn)雨量充，雨水的沖刷及其他氣象因素使得大多時(shí)候的空氣質(zhì)量較好[14]。
2.2PM2.5~10和PM2.5季節(jié)性變化
圖2表示的是不同季節(jié)的PM2.5~10、PM2.5的濃度和氣象因素的關(guān)系，從圖2中可以看出在冬季濃度較大，這可能是由于在冬季風(fēng)速低和濕度高于其他的季節(jié)（易發(fā)生相際反應(yīng)）；夏季可吸入顆粒物濃度較小，這可能是夏季的溫度高、濕度低、風(fēng)速較高，粒子干燥。環(huán)境對(duì)粗顆粒的貢獻(xiàn)比在其他的兩個(gè)季節(jié)中的要高[1]。
2.3PM2.5和PM2.5~10中重金屬的濃度分布特征
2.3.1采樣期間PM2.5和PM2.5~10中重金屬的總濃度分布特征
圖3給出了PM2.5~10、PM2.5中重金屬在采樣期內(nèi)的總平均含量。由圖3可知：烏魯木齊市PM2.5~10和PM2.5中7種金屬元素的濃度順序排列為Cr>Pb>Mn>Cu>Ni>As>Hg。Cr、Pb和Mn的含量也較高，平均濃度分別為195.43、120.15、100.03ng/m3和327.57、295.89、145.31ng/m3；Ni、Cu、As和Hg的含量較低，平均濃度分別為57.74、47.96、35.22、0.99ng/m3和59.55、81.88、30.78、2.03ng/m3，而且重金屬在PM2.5中的含量均高于PM2.5~10中的含量，特別Mn、Cr、Pb、Hg、Cu和As。說(shuō)明對(duì)人體危害較大的金屬元素主要富集在小于2.5μm的細(xì)顆粒上，即重金屬在細(xì)離子中易于富集。
2.3.2采暖期、非采暖期PM2.5和PM2.5~10中重金屬的總濃度分布特征
由表1、2可知，除Ni之外其他重金屬的濃度采暖期均高于非采暖期。
2.4重金屬污染水平的評(píng)價(jià)
為了進(jìn)一步了解烏魯木齊市采暖期可吸入顆粒物中重金屬污染水平及其對(duì)人體的危害，本研究采用評(píng)價(jià)沉積物重金屬污染常用的地積累指數(shù)法，對(duì)重金屬污染進(jìn)行了評(píng)價(jià)。Mull污染指數(shù)Igeo的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Igeo=log2（Cn/1.5Bn）式中，Cn表示元素n在沉積物中的含量（mg/kg）；本研究中為各重金屬元素在顆粒物中的含量；Bn表示沉積物中該元素的地球化學(xué)背景值。這幾種重金屬取其在烏魯木齊市土壤背景平均值，其值分別為Mn688.00、Cr47.40、Ni28.95、Pb11.20、Ni28.95、Cu26.70、Hg0.06、As10.78mg/kg，F(xiàn)e3.60（百分?jǐn)?shù)）為中國(guó)土壤背景平均值[15]。Igeo≤0被列為無(wú)污染，0≤Igeo≤1為無(wú)污染到中等污染，1≤Igeo≤2為中等污染，2≤Igeo≤3為中等至重污染，3≤Igeo≤4為重污染，4≤Igeo≤5為重污染至嚴(yán)重污染，Igeo≥5為嚴(yán)重污染[16]。
2.4.1采暖期、非采暖期PM2.5~10中重金屬污染水平的評(píng)價(jià)
由圖4污染指數(shù)可以看出，無(wú)論是采暖期還是非采暖期，污染指數(shù)的最高點(diǎn)及最高平均值都落在了Pb、Hg上，兩者采暖期的污染指數(shù)均高于非采暖期且為嚴(yán)重污染；Cr、Ni、As、Cu在非采暖期污染指數(shù)分別為5.42、4.64、4.5、4.48，在采暖期分別為5.48和4.06、4.89，4.08為重污染至嚴(yán)重污染，其中Cr采暖期及非采暖期的污染指數(shù)相當(dāng)，Ni、Cu在非采暖期的污染指數(shù)高于采暖期，而As與Pb、Hg相同采暖期高于非采暖期；Mn的最小為非采暖期時(shí)的0.5，在采暖期時(shí)的0.90為無(wú)污染。
2.4.2采暖期、非采暖期PM2.5中重金屬污染水平的評(píng)價(jià)
在PM2.5中Hg和Pb的最大值仍出現(xiàn)在采暖期，在非采暖期污染指數(shù)分別為6.36和6.44，采暖期分別為8.41和6.61并為嚴(yán)重污染；Cr和Ni、As在非采暖期的Igeo值分別為5.31和5.20、4.80，在采暖期分別為4.64和3.62、3.65判斷為重污染至嚴(yán)重污染，并且這3種金屬在非采暖期的污染水平高于采暖期；Cu在非采暖期的Igeo值為4.54判定為重污染至嚴(yán)重污染，而在采暖期為3.15，為重污染；Mn的污染指數(shù)最小，非采暖期為0.15，采暖期為-0.29，無(wú)污染（圖5）。
2.5PM2.5~10和PM2.5中重金屬的來(lái)源分析
富集因子（EFs）是一個(gè)反映人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境擾動(dòng)程度的重要指標(biāo)。它是通過(guò)樣品中元素的實(shí)測(cè)值與元素的背景含量進(jìn)行對(duì)比來(lái)判斷表生環(huán)境介質(zhì)中元素的人為影響狀況。富集因子計(jì)算公式為：EF=（Ci/Cn）樣品（/Ci/Cn）土壤背景式中，Ci表示重金屬元素i的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（W/W）；Cn表示標(biāo)準(zhǔn)化元素Fe的濃度（W/W）。如果元素富集因子接近于1，可以認(rèn)為該元素相對(duì)于土壤來(lái)源基本沒(méi)有富集，主要來(lái)自于土壤顆粒；如果元素富集因子大于10，則表明元素除土壤來(lái)源外還受人類活動(dòng)影響[17]。由圖6、7可知在PM2.5~10還是PM2.5中不論是采暖期還是非采暖期，除Mn之外，所測(cè)金屬的EF值均大于1，均受出土壤之外的外部環(huán)境的影響。對(duì)于Cr、Ni、Cu、As而言非采暖期和非采暖期的EF值相當(dāng)，既有相同的污染源；而Pb、Hg采暖期的富集因子遠(yuǎn)高于非采暖期，即烏魯木齊市冬季的環(huán)境條件有利于2種金屬的富集。
3結(jié)論
（1）烏魯木齊市冬季大氣顆粒物PM2.5~10的平均質(zhì)量濃度超過(guò)了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的1.07倍，PM2.5污染比較嚴(yán)重超過(guò)美國(guó)EPA1997年頒布的PM2.5日平均值的6.4倍。
（2）重金屬在PM2.5中的含量均高于PM2.5~10中的含量，特別Mn、Cr、Pb、Hg、Cu和As。說(shuō)明對(duì)人體危害較大的金屬元素主要富集在小于2.5μm的細(xì)顆粒上，即重金屬在細(xì)離子中易于富集。
（3）除Ni之外其他重金屬的濃度采暖期均高于非采暖期。
1.1城市下墊面形成的獨(dú)特氣候環(huán)境效應(yīng)
城市下墊面主要包括城市不透水面、城市綠地、水體三大類，它們對(duì)城市的能量平衡、局地環(huán)流等大氣過(guò)程產(chǎn)生不同的影響，從而形成了不同的氣候環(huán)境效應(yīng)。城市不透水面主要包括建筑、道路、混凝土下墊面等等，它們改變了下墊面的熱屬性，具有較強(qiáng)的增溫效應(yīng)，是產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)的主要原因之一。綠地是城市景觀生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，具有降溫增濕、降低地表風(fēng)速、形成局部小氣候的功能，并形成了對(duì)城市熱島效應(yīng)具有緩解作用的城市“綠島效應(yīng)”。植被種類、綠地類型、綠地面積及其空間結(jié)構(gòu)不同，對(duì)城市熱島的緩解效應(yīng)明顯不同。城市水體主要包括河流、湖泊、濕地等水面類型，它具有降溫、增濕的生態(tài)作用，并能形成一定程度的“湖泊效應(yīng)”。
1.2城市風(fēng)環(huán)境
城市風(fēng)環(huán)境對(duì)城市大氣污染物質(zhì)的擴(kuò)散、城市的自然通風(fēng)狀況具有重要的作用，它是影響城市人居環(huán)境舒適度的一個(gè)重要因素。城市中，在不同的建筑密度、建筑長(zhǎng)寬比、街道走向等因素的影響下，城市內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生不同的風(fēng)向風(fēng)速，從而產(chǎn)生了變化復(fù)雜的城市風(fēng)環(huán)境。近年來(lái)，許多學(xué)者關(guān)注運(yùn)用各種數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)城市不同尺度下的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行研究，它對(duì)氣候環(huán)境影響下的景觀格局規(guī)劃具有重要的研究意義。
1.3城市熱環(huán)境
影響城市熱環(huán)境的因素主要包括城市氣候狀況、城市下墊面環(huán)境等。城市熱島效應(yīng)是熱環(huán)境的一個(gè)典型特征，各種人為熱量的集中排放、下墊面性質(zhì)的改變等加劇了城市熱島效應(yīng)，它對(duì)城市污染物質(zhì)的擴(kuò)散、對(duì)人居環(huán)境產(chǎn)生了諸多不利的影響。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)城市熱島效應(yīng)的特征進(jìn)行了大量的研究，主要包括城市熱島效應(yīng)與城市人口、建筑面積、建筑密度、風(fēng)速等因素的關(guān)系等。
1.4城市空氣污染
隨著城市的加速發(fā)展，化石燃料的大量使用以及車輛的急劇增長(zhǎng)導(dǎo)致城市空氣污染嚴(yán)重。城市中的空氣污染物質(zhì)主要包括顆粒污染物、碳氧化合物、氮氧化合物、硫化物等。城市空氣污染物的濃度除了取決于污染源排放的總量外，還與排放源高度、通風(fēng)情況、氣象和地形等因素有關(guān)。影響空氣污染物擴(kuò)散的因子主要包括風(fēng)和湍流、氣溫與大氣穩(wěn)定度、天氣形勢(shì)以及下墊面空間環(huán)境等。例如污染物濃度與風(fēng)速呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，風(fēng)速對(duì)污染物的擴(kuò)散起主要作用，溫度、濕度對(duì)污染物的擴(kuò)散也有影響。
2城市氣候環(huán)境特征對(duì)綠地景觀格局的影響
城市氣候環(huán)境特征是影響綠地景觀格局的重要因素，最典型的城市氣候環(huán)境特征主要包括城市熱島、風(fēng)環(huán)境與大氣污染。在綠地系統(tǒng)規(guī)劃中，可以根據(jù)城市氣候環(huán)境特征所反映的環(huán)境問(wèn)題，確定減緩城市熱島效應(yīng)的綠地空間布局方式及合理的綠地種植結(jié)構(gòu)，以形成合理有效的改善城市生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的綠地景觀格局。
2.1城市熱島效應(yīng)與綠地景觀格局
各國(guó)學(xué)者對(duì)城市熱島效應(yīng)與植被覆蓋關(guān)系做了大量的研究。綠地面積的變化直接造成了熱島效應(yīng)范圍的變化，綠地景觀格局是影響城市熱島效應(yīng)分布和強(qiáng)度的關(guān)鍵因子。在城市綠地空間格局規(guī)劃中，可以根據(jù)城市熱島的溫度效應(yīng)，構(gòu)建與城市整體發(fā)展相協(xié)調(diào)的景觀集中綠地；確定城市綠地分布的位置、面積以及綠地空間布局方式；采用集中與分散相結(jié)合的景觀布局方式，有針對(duì)、有重點(diǎn)地進(jìn)行綠地景觀的建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)綠地景觀規(guī)劃由“見(jiàn)縫插綠”向“合理建綠”的轉(zhuǎn)變，同時(shí)注重綠地景觀格局分布的合理性，建立適宜的綠地景觀分布距離，以此緩解城市熱島效應(yīng)。
2.2城市風(fēng)環(huán)境與綠地景觀格局
規(guī)劃中，應(yīng)該從不同的尺度對(duì)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)的研究分析，以引導(dǎo)合理的綠地景觀空間格局。在城市尺度上，李敏、王紹增提出在微風(fēng)條件下，城市需要建立微風(fēng)通道，注意城市的氧源基地和微風(fēng)通道的設(shè)置以及與風(fēng)向的關(guān)系，在城市上風(fēng)方向營(yíng)造或保留大片森林與農(nóng)田作為城市的氧源。在城市組團(tuán)尺度上，組團(tuán)內(nèi)部也應(yīng)該根據(jù)城市內(nèi)部的風(fēng)環(huán)境特點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的綠地作為城市內(nèi)部通風(fēng)、排氣的綠地斑塊及廊道，以減緩城市熱島效應(yīng)，控制污染物質(zhì)的擴(kuò)散。在進(jìn)行城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)該對(duì)風(fēng)在城市內(nèi)部的變化方式進(jìn)行分析，了解局部場(chǎng)地條件對(duì)風(fēng)環(huán)境的影響，并將其應(yīng)用到城市綠地景觀空間布局規(guī)劃中，而不是直接利用城市主導(dǎo)風(fēng)向和風(fēng)速等參數(shù)對(duì)城市綠地進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。
2.3城市大氣污染與綠地景觀格局
如何有效地就地處理污染物、阻止污染物的擴(kuò)散，是城市綠地空間格局規(guī)劃中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。在研究大氣污染對(duì)綠地格局影響的過(guò)程中，首先應(yīng)該找到真正的空氣污染源，對(duì)污染源物質(zhì)的空間擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行深入的分析研究，了解其空間擴(kuò)散規(guī)律，有針對(duì)性的采取積極對(duì)策，最大程度地降低城市污染。其次在綠地景觀格局規(guī)劃中，應(yīng)該根據(jù)植物的生理特性，有針對(duì)性的選擇抗污染能力和吸收凈化能力較強(qiáng)的植物，并根據(jù)污染物質(zhì)的空間擴(kuò)散規(guī)律規(guī)劃適宜的綠地景觀空間格局，以起到保護(hù)和凈化城市空氣的作用。
3研究的關(guān)鍵技術(shù)方法
3.1計(jì)算流體力學(xué)(CFD)仿真技術(shù)對(duì)城市大氣數(shù)值模擬研究的應(yīng)用
CFD技術(shù)具有流體分析的優(yōu)勢(shì)，它可以對(duì)不同時(shí)、空尺度的綠地景觀格局影響下的城市風(fēng)環(huán)境、大氣污染物質(zhì)擴(kuò)散以及熱環(huán)境運(yùn)行狀況進(jìn)行模擬研究，分析綠地景觀格局現(xiàn)狀，并對(duì)綠地優(yōu)化方案進(jìn)行評(píng)估。目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者利用CFD對(duì)城市大氣環(huán)境與城市規(guī)劃之間的關(guān)系進(jìn)行數(shù)值模擬，利用CFD模擬氣候環(huán)境特征影響下的綠地景觀格局生態(tài)效應(yīng)的研究則較少涉及?？ㄅ謇?Capeluto)利用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，將城市氣候因素如光照、風(fēng)等因子運(yùn)用到城市設(shè)計(jì)中。汪光燾等應(yīng)用CFD等數(shù)值模擬方法，對(duì)佛山城鎮(zhèn)規(guī)劃案例進(jìn)行了大氣環(huán)境影響模擬分析。余莊等人利用CFD對(duì)城市熱環(huán)境進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，最終得出有科學(xué)依據(jù)的城市規(guī)劃布局與城市氣候之間的關(guān)系。通過(guò)上述研究發(fā)現(xiàn)，利用CFD來(lái)分析城市的風(fēng)環(huán)境狀況，空氣污染物擴(kuò)散狀況、熱環(huán)境狀況以及綠地景觀格局的響應(yīng)等問(wèn)題，是一種非常新穎而有效的研究方式，結(jié)合數(shù)值模擬的方法來(lái)指導(dǎo)氣候環(huán)境影響下的景觀格局規(guī)劃具有重要的研究意義。
3.2遙感(RS)-地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)在城市氣候環(huán)境特征的應(yīng)用
3.2.1RS-GIS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
衛(wèi)星遙感資料具有觀測(cè)空間范圍廣、能快速獲取分辨率較高、時(shí)效性較好的城市下墊面空間信息等優(yōu)點(diǎn)。地理信息系統(tǒng)技術(shù)具有對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行圖象處理、空間綜合分析等功能。遙感和地理信息系統(tǒng)一體化用于研究城市氣候特征具有快速、準(zhǔn)確、宏觀性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。隨著遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，各種遙感數(shù)據(jù)能夠?yàn)槌鞘写髿庀聣|面的大氣環(huán)境及空間信息提供全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)源，通過(guò)遙感數(shù)據(jù)獲得的城市綠地信息能與具有時(shí)、空尺度的城市氣候、污染物分布等數(shù)據(jù)相匹配，從而提高了研究的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。
3.2.2RS-GIS技術(shù)的綜合應(yīng)用
目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者運(yùn)用遙感應(yīng)用技術(shù)方法，圍繞城市熱環(huán)境、風(fēng)環(huán)境以及大氣污染等大氣環(huán)境特征進(jìn)行了多方面的研究，并取得了不少進(jìn)展。李延明等人采用遙感技術(shù)結(jié)合實(shí)地測(cè)定的研究方法，全面分析城市發(fā)展及城市綠地對(duì)熱島效應(yīng)的影響。王偉武等人應(yīng)用GIS空間數(shù)據(jù)相關(guān)分析和空間疊加方法，定量評(píng)價(jià)了空氣污染物質(zhì)的空間分布與城市人口密度、建設(shè)用地比重、道路用地比例、地表溫度等影響因子的空間相關(guān)程度和總體污染水平的分布特征。目前，人們主要關(guān)注運(yùn)用RS-GIS技術(shù)手段對(duì)城市熱島、城市綠地景觀格局進(jìn)行分析，但對(duì)城市氣候環(huán)境特征與綠地景觀格局之間的“格局-效應(yīng)”機(jī)制的研究卻較少涉及。由于RS-GIS技術(shù)不具備流場(chǎng)分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的功能，不能較好的反饋景觀格局與環(huán)境效應(yīng)之間的相互適宜機(jī)制。因此，為了更好的研究“格局-效應(yīng)”機(jī)制，可以將RS-GIS技術(shù)與CFD數(shù)值模擬技術(shù)相藕合，對(duì)不同時(shí)、空尺度下的綠地景觀空間格局及氣候環(huán)境特征進(jìn)行定量三維模擬分析，并最終建立優(yōu)化的城市綠地景觀格局。
4基于氣候環(huán)境特征的沈陽(yáng)城市綠地景觀格局優(yōu)化研究
沈陽(yáng)是典型的北方老工業(yè)城市，隨著城市的高速發(fā)展，化石能源的大量消耗以及機(jī)動(dòng)車數(shù)量的急劇增加，空氣環(huán)境質(zhì)量面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了能有效地緩解城市大氣環(huán)境問(wèn)題，研究結(jié)合沈陽(yáng)城市性質(zhì)及城市氣候特點(diǎn)，利用CFD數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)沈陽(yáng)市氣候環(huán)境特征進(jìn)行模擬分析，以尋找城市風(fēng)環(huán)境、空氣污染擴(kuò)散、熱環(huán)境存在的生態(tài)問(wèn)題，并提出基于氣候環(huán)境特征影響下的沈陽(yáng)城市綠地景觀格局優(yōu)化策略。
4.1基于RS-GIS-CFD的城市氣候環(huán)境數(shù)值模擬方法
城市是一個(gè)復(fù)雜的物質(zhì)實(shí)體，城市風(fēng)速、地表溫度、濕度、建筑密度、容積率、人口密度、植被覆蓋程度等因素對(duì)城市的氣候環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生不同的影響。為了能準(zhǔn)確反映城市基本狀況，首先可以利用RS-GIS技術(shù)有效、準(zhǔn)確、快速地獲取城市下墊面三維空間信息，以及建筑密度、植被覆蓋程度、容積率、地表溫度、SO2污染程度、人口密度等城市生態(tài)環(huán)境信息。然后根據(jù)城市基礎(chǔ)信息建立數(shù)字模型，同時(shí)根據(jù)城市氣候要素等基礎(chǔ)資料進(jìn)行模型的邊界條件設(shè)置。應(yīng)用CFD的方法來(lái)處理城市的大氣流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，計(jì)算城市中的風(fēng)環(huán)境運(yùn)行狀況、污染物空間擴(kuò)散情況以及地表溫度分布情況等問(wèn)題，并考慮采取相應(yīng)的措施，以改善城市的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。CFD模擬分析主要包括建立數(shù)字模型、設(shè)置邊界條件、模型計(jì)算、結(jié)果分析等幾個(gè)過(guò)程。研究采用1∶1的模型進(jìn)行模擬，其模擬的城市空間zoom尺度為50000×50000×200m3。在CFD中完成模型創(chuàng)建后，需要輸入沈陽(yáng)市的基本氣象數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，并選擇設(shè)置混合層流模型來(lái)模擬大氣的流動(dòng)。模型地塊選用熱輻射模型以及污染物擴(kuò)散模型，對(duì)于不同等級(jí)的模塊，需要根據(jù)現(xiàn)狀設(shè)置不同的溫度以及污染源濃度。其次，在模型邊界相應(yīng)的位置建立進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，以模擬城市風(fēng)向及風(fēng)速。以沈陽(yáng)市為例，考慮到沈陽(yáng)市的氣候環(huán)境特點(diǎn)即春、秋季節(jié)歷時(shí)較短，夏季是植物生長(zhǎng)最旺盛的季節(jié)，其吸收SO2的能力也最強(qiáng)。因此，模擬的氣候條件則設(shè)定為夏季。夏季3個(gè)月的平均風(fēng)速為3m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)，模擬時(shí)將具體的風(fēng)速風(fēng)向值設(shè)為模型進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的初始參數(shù)。
4.2結(jié)果與分析
當(dāng)城市平均風(fēng)速為3m/s、主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)的時(shí)候，城市內(nèi)部空間的風(fēng)速小于3m/s，城市風(fēng)速明顯受到城市建筑布局以及城市風(fēng)的流動(dòng)的影響。在城市建筑密度低的渾南新區(qū)、于洪區(qū)等區(qū)域，城市風(fēng)速相對(duì)較大，沿著渾河形成了一定的城市風(fēng)廊，利于周邊污染物質(zhì)的擴(kuò)散并在一定程度上緩解城市熱島效應(yīng)；在城市建筑密度較高的沈河區(qū)、和平區(qū)、鐵西區(qū)、皇姑區(qū)等區(qū)域，城市風(fēng)速相對(duì)較低，由于城市建筑物的影響，城市風(fēng)速明顯降低。水平空間擴(kuò)散格局。SO2的濃度在城市主導(dǎo)風(fēng)向的影響下，隨著風(fēng)速的增加濃度逐漸降低，城市建筑物及城市綠地對(duì)城市風(fēng)速、風(fēng)向以及污染物質(zhì)的擴(kuò)散具有重要的影響。在大東區(qū)、鐵西區(qū)、于洪區(qū)，工業(yè)污染源較多，城市綠地較少，其污染物濃度最高，且不易向外擴(kuò)散，而沈河區(qū)、和平區(qū)的污染濃度也相對(duì)較高，其主要原因是由于沈河區(qū)及和平區(qū)位于城市中心區(qū)，人口密度高，建筑密度高，其污染物不易擴(kuò)散。在建筑密度相對(duì)較高的商業(yè)區(qū)和居住區(qū)、工業(yè)區(qū)等地表溫度較高，城市地表溫度高達(dá)40℃以上，而學(xué)校、城市綠地、水體等地域，城市地表溫度較低，它們對(duì)緩解城市熱島效應(yīng)具有重要的意義。渾河對(duì)城市的有益影響和調(diào)溫作用比較明顯。同時(shí)，還可以明顯看到在風(fēng)環(huán)境的影響下，城市中的熱環(huán)境分布呈現(xiàn)由中心向邊緣逐漸發(fā)散的特征，城市風(fēng)向，植被、水體對(duì)城市最熱區(qū)域的改善作用都有限，在現(xiàn)有的綠地布局模式下，水體、植被等要素的生態(tài)功能并未得到較好的發(fā)揮。如果選擇不同方向的典型的斷面來(lái)反映城市風(fēng)速、SO2濃度、地表溫度在不同高度上的垂直擴(kuò)散狀況，那么從不同的斷面可以看出，城市風(fēng)速隨著高度的增加也逐漸增加。城市建筑物對(duì)風(fēng)的擴(kuò)散阻力逐漸減弱。SO2以污染源為中心向四周擴(kuò)散，隨著高度的增加，在200m的高度范圍內(nèi)，SO2的濃度有一定程度的降低。城市的地表溫度以熱源為中心向四周擴(kuò)散，并且隨著高度的增加，溫度也出現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。通過(guò)綜合分析可以看出，影響城市大氣環(huán)境效應(yīng)的主要因素包括城市綠地的結(jié)構(gòu)、城市建筑物的高度、建筑密度、人口密度等。沈陽(yáng)市并未形成具有一定導(dǎo)向性的風(fēng)廊，同時(shí)熱環(huán)境運(yùn)行狀況較差，SO2空氣污染嚴(yán)重，尤其是在鐵西區(qū)、大東區(qū)以及皇姑區(qū)，在其他區(qū)域，城市的熱島效應(yīng)相對(duì)不是很明顯，主要是因?yàn)檫@些區(qū)域的綠地空間布局合理、大面積的渾河水系有效地改善了城市環(huán)境問(wèn)題。因此，利用CFD軟件可以有效地從流場(chǎng)的角度分析城市景觀格局與熱環(huán)境、風(fēng)環(huán)境以及污染物質(zhì)的空間擴(kuò)散之間的內(nèi)在機(jī)制關(guān)系，并能根據(jù)城市問(wèn)題提出一定的優(yōu)化措施，它為解決城市大氣環(huán)境問(wèn)題提供了新的思路。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)CFD模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證，本研究中主要對(duì)CFD仿真模擬結(jié)果與實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明CFD仿真模擬的結(jié)果與實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差較小，均滿足城市尺度模型模擬的精度，因此證明CFD模型對(duì)城市氣候環(huán)境因子的模擬是有效和可行的。
4.3綠地景觀格局優(yōu)化策略
通過(guò)對(duì)城市大氣環(huán)境效應(yīng)的數(shù)值模擬分析可以看出：而沈陽(yáng)市的熱環(huán)境較差，空氣污染嚴(yán)重?；跉夂颦h(huán)境特征考慮的城市風(fēng)廊的建立、合理的綠地空間布局對(duì)改善城市空氣環(huán)境質(zhì)量具有重要作用。因此，可以結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)的原理對(duì)城市綠地景觀格局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。在市域尺度上，在沈陽(yáng)市不同區(qū)域建立多條“通風(fēng)廊道”，以緩解城市熱環(huán)境問(wèn)題。同時(shí)，為了確保城市通風(fēng)的順暢，第一，不能在此區(qū)域進(jìn)行城市建設(shè)(尤其是在風(fēng)的主導(dǎo)方向上建立高樓)；第二，在通風(fēng)廊道的軸線上不應(yīng)該種植高密度的植物。在城市尺度上，通過(guò)模擬分析可以看到在城市的高建筑密度區(qū)域，城市風(fēng)速降低的速率較大，同時(shí)建筑物的高度及建筑表面的粗糙度對(duì)城市風(fēng)速的影響也比較大。因此，在城市高建筑密度的區(qū)域也應(yīng)建設(shè)相應(yīng)的通風(fēng)廊道。為了防止城市的無(wú)限蔓延及擴(kuò)張，同時(shí)防止工業(yè)污染對(duì)中心城區(qū)的影響，將圍繞著沈陽(yáng)3條主環(huán)路建設(shè)環(huán)城綠帶，綠帶的寬度建議為1～4km不等，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)沈陽(yáng)市各環(huán)城水系的綠帶建設(shè)。雖然，沈陽(yáng)大部分的工業(yè)區(qū)都已搬至城市的三環(huán)外，但鐵西區(qū)、大東區(qū)以及皇姑區(qū)的工業(yè)區(qū)還在城市三環(huán)內(nèi)，這些區(qū)域?qū)Τ鞘械目諝馕廴驹斐闪藝?yán)重的影響。因此，建立內(nèi)部的環(huán)城綠帶對(duì)提高城市的空氣環(huán)境質(zhì)量具有重要的意義。在鄰里尺度上，也應(yīng)該建設(shè)城市內(nèi)部通風(fēng)廊道。對(duì)于城市內(nèi)部通風(fēng)廊道而言，采用的策略主要包括擴(kuò)寬街道、綠地與街道布局有機(jī)組合、連通不同的生態(tài)綠地、降低建筑密度等，它們將有利于城市通風(fēng)廊道的形成。同時(shí)，優(yōu)化附屬綠地、道路綠化、水體綠化的空間布局。綜上，結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)原理以及沈陽(yáng)城市未來(lái)發(fā)展形態(tài)共同構(gòu)建了城市綠地景觀格局優(yōu)化方案，形成了“四帶、三環(huán)、七楔、網(wǎng)絡(luò)連接”的綠地網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)。“四帶”即渾河、新開(kāi)河、南運(yùn)河、衛(wèi)工明渠的濱水景觀帶?！叭h(huán)”即城市3條環(huán)路兩側(cè)的生態(tài)綠環(huán)。“七楔”則是根據(jù)城市氣候、周邊自然生態(tài)環(huán)境、城市布局結(jié)構(gòu)等因素的綜合分析來(lái)確定的7條生態(tài)廊道；對(duì)于城市其他類型綠地的空間優(yōu)化，則根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理以及城市綠地的生態(tài)功能，采用“集中與分散”相結(jié)合的空間布局模式，協(xié)調(diào)與城市布局結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，最終構(gòu)建一個(gè)完善的城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。
5討論
1數(shù)據(jù)來(lái)源
本文數(shù)據(jù)來(lái)源于廣州中山大學(xué)力學(xué)樓大氣環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)能自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水平能見(jiàn)度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、各種污染物濃度等參數(shù)。其中，產(chǎn)自芬蘭的PWD10/20型能見(jiàn)度儀用于監(jiān)測(cè)能見(jiàn)度，該設(shè)備是在調(diào)制光學(xué)反射技術(shù)(MOR)的基礎(chǔ)上，利用粒子散射光的波長(zhǎng)量級(jí)與粒子直徑相似、散射量與光束的衰減成正比的原理進(jìn)行前測(cè)量，用風(fēng)速風(fēng)向儀、濕度計(jì)、雨量計(jì)等儀器自動(dòng)監(jiān)測(cè)氣象參數(shù)。本文分析以2009年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為主，包括以5min為采集間隔的能見(jiàn)度數(shù)值、風(fēng)速風(fēng)向值、降雨量值、相對(duì)濕度值、氣溫值、氣壓值、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度值等。另外還收集了廣州氣象網(wǎng)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，包括每日的氣溫值、降雨值、云量值、風(fēng)速值等，用于輔助分析。
2能見(jiàn)度基本特征
2.1能見(jiàn)度整體情況統(tǒng)計(jì)2009年全年能見(jiàn)度均值為9248m，且整體水平較2008年有所提高，結(jié)果如圖1所示。分析圖1可知，2009年能見(jiàn)度月均值波動(dòng)較大，主要分布在5000～16000m之間，且呈單峰型分布。其中，7月能見(jiàn)度最高，達(dá)到了15303m;2月最低，僅為5715m;2008年則不同，最低月均值出現(xiàn)在3月。原因可能是2009年同時(shí)期廣州大部分地區(qū)受高空槽影響，氣溫回升緩慢，降水豐富，雨水沖刷空氣作用明顯，使能見(jiàn)度比往年情況略好。2009年7月降水頻率較高，8月則降水量較2008年減少20%左右，所以能見(jiàn)度的最好月份出現(xiàn)在7月，而2008年出現(xiàn)在8月份。根據(jù)廣州的地理位置、氣象條件等因素，廣州的四季時(shí)間為春季2～3月、夏季4～9月、秋季10～11月、冬季12月～次年1月［11］。從圖1可看出，廣州夏季的能見(jiàn)度最高，秋季略低于夏季，春季顯著下降至最低，季度能見(jiàn)度僅為6366m。
2.2能見(jiàn)度每小時(shí)變化規(guī)律特征全年能見(jiàn)度平均水平為下午高于上午;高峰基本出現(xiàn)在14:00～16:00，與每日的濕度值低谷相對(duì)應(yīng);因大氣結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定、缺乏空氣垂直對(duì)流等原因，夜間能見(jiàn)度低于白天。統(tǒng)計(jì)2009年各月24h內(nèi)的平均能見(jiàn)度波動(dòng)情況可知，2、5、6、7月波動(dòng)幅度較大，超過(guò)1000m。根據(jù)對(duì)氣象因子波動(dòng)值的計(jì)算，這4個(gè)月平均日氣溫差值在7℃以下，低于年均值，5、6、7月均有10天以上有降水現(xiàn)象，且多發(fā)驟降大雨情況，可見(jiàn)日均能見(jiàn)度波動(dòng)與雨量波動(dòng)呈較顯著的正相關(guān)性，與氣溫的波動(dòng)呈負(fù)相關(guān)性。此外，僅有4月的能見(jiàn)度峰值出現(xiàn)在上午11∶00左右，該月處于冷暖氣流交替、對(duì)流多發(fā)時(shí)期，短時(shí)小雨頻繁出現(xiàn)，日均濕度值在12:00小低谷后快速上升，明顯高于年均濕度水平，使該月能見(jiàn)度峰值前移。
3氣象因素對(duì)能見(jiàn)度的影響分析
3.1全年氣象因素的特征濕度、風(fēng)速、降水量等氣象因子均受到區(qū)域宏觀氣候的運(yùn)行狀況影響，具備年際循環(huán)的特征，且日均值有較大變化，制約著大氣污染物的稀釋、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化過(guò)程［12］。2009年氣象因素統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)圖2。全年的降水量分布不均，夏季和冬季較多，6月總量最大，20天有降水記錄。雨水有沉降沖刷空氣中顆粒物的作用，但由于污染物的積累、消散有一定的物理、化學(xué)時(shí)間過(guò)程，能見(jiàn)度的變化曲線略滯后于降雨量的變化。由于廣州上空是全年受多個(gè)氣團(tuán)交替控制，各氣團(tuán)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)軌跡不同，風(fēng)速全年呈震蕩變化，在2、7、9、11月略高，其變化趨勢(shì)與能見(jiàn)度基本相同。濕度的月均值變化不明顯，在30%的范圍內(nèi)波動(dòng)，但可看出在相對(duì)濕度較高的2月，風(fēng)力的凈化空氣作用不能顯著發(fā)揮。
3.2中尺度(24h)能見(jiàn)度與氣象因素的相關(guān)性為進(jìn)一步探討氣象因素對(duì)能見(jiàn)度的影響程度，以每日(24h)為時(shí)間單位研究能見(jiàn)度與氣象因子的相關(guān)性。選取日變化較顯著的因素(相對(duì)濕度、雨量、風(fēng)速、氣溫)，采用SPSS17.0對(duì)2009年全年樣本做簡(jiǎn)單相關(guān)和偏相關(guān)分析，得出其相關(guān)系數(shù)。pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù):兩個(gè)變量均服從二元正態(tài)分布，直接或間接相互影響，不排除受第三變量影響。偏相關(guān)系數(shù):控制其他因子在恒定情況下，僅單獨(dú)考察兩個(gè)變量的相關(guān)程度，可用于確定多元回歸分析的數(shù)據(jù)項(xiàng)。結(jié)果如表1所示。由pearson相關(guān)系數(shù)可看出，能見(jiàn)度與風(fēng)速呈顯著正相關(guān)關(guān)系，系數(shù)為0.477，風(fēng)的疏散作用明顯;與濕度呈負(fù)相關(guān)(－0.301)，空氣中的水蒸氣會(huì)促使顆粒物的體積增大，進(jìn)而吸收、散射光線;與氣溫呈正相關(guān)(0.288)，說(shuō)明在夏秋等氣溫較高的時(shí)期，空氣的流動(dòng)交換作用較強(qiáng);與雨量的相關(guān)性不顯著，只有－0.042。由偏相關(guān)系數(shù)可知，在排除其他因素的影響下，能見(jiàn)度與相對(duì)濕度的負(fù)相關(guān)性更加明顯，達(dá)到－0.651;與風(fēng)速的直接影響變小(0.25)，說(shuō)明風(fēng)速與其他因子共同作用的效果更明顯;與雨量的相關(guān)程度略有增加(－0.186)，說(shuō)明降水單獨(dú)作用下改善能見(jiàn)度情況更明顯。
3.3小尺度(1h、5min)能見(jiàn)度與降雨量的相關(guān)性由表1可知，降雨量對(duì)能見(jiàn)度日均值影響并不明顯，因此需細(xì)化分析尺度來(lái)研究具體的作用過(guò)程，以1h做中尺度分析，中雨、大雨、暴雨后能見(jiàn)度平均值改善較大，滯后降雨達(dá)1～2h，而微量小雨后能見(jiàn)度變化滯后時(shí)間較長(zhǎng)，主要是因?yàn)樾∮甑臎_刷作用不明顯，但可以使空氣濕度累積增加，氣溶膠粒子半徑增加并穩(wěn)定在較飽和狀態(tài)，影響可見(jiàn)光的傳播，因此以1h作為單位時(shí)間進(jìn)行生產(chǎn)、生活安排的部門和居民應(yīng)注意該特征，掌握安全合理的外出時(shí)間段。降雨對(duì)能見(jiàn)度的影響不僅與雨量大小有關(guān)，還與降水的分布情況有關(guān)，所以應(yīng)關(guān)注更小尺度中的能見(jiàn)度變化規(guī)律，特別在交通組織方面，快速做出判斷并調(diào)整運(yùn)行策略［13］。本文選取了2009年5月20日和5月23日的5min降雨量對(duì)能見(jiàn)度的影響情況作為典型進(jìn)行分析，兩日的宏觀大氣環(huán)境相似，溫度、風(fēng)速等數(shù)值接近，且總降雨量都在45mm左右，排除了特殊狀況對(duì)能見(jiàn)度的影響。5月20日的降水是短時(shí)驟降型，集中在12:00、15:00，5月23日是均勻分散型(如圖3、圖4)。由圖3可見(jiàn)，在降雨突發(fā)的5min內(nèi)能見(jiàn)度降至極低，呈明顯反比關(guān)系，且能見(jiàn)度波動(dòng)幅度很大;當(dāng)5min雨水量達(dá)到了10mm時(shí)，能見(jiàn)度迅速下降12km，降雨驟停期間又迅速回升，說(shuō)明短時(shí)強(qiáng)降雨會(huì)迅速降低能見(jiàn)度水平，但對(duì)低能見(jiàn)度的維持時(shí)間是短暫的，駕乘人員可以根據(jù)該規(guī)律做一定的準(zhǔn)備調(diào)整工作。圖4中降水在4:00～20:00分布較均勻，5min的雨量大致相同，使得能見(jiàn)度在降水時(shí)間段內(nèi)一直維持在10km以下的較低水平，雨量稍多時(shí)能見(jiàn)度出現(xiàn)小低谷，整體波動(dòng)幅度較小，在5km左右。綜合分析2009年全年的數(shù)據(jù)，出現(xiàn)暴雨的4天均屬于雨水驟降型，使能見(jiàn)度出現(xiàn)了較大范圍的快速波動(dòng)，而其他雨量分布較均勻的情況下低能見(jiàn)度持續(xù)的時(shí)間一般都較長(zhǎng)。
3.4小尺度(1h)能見(jiàn)度與其他因素的相關(guān)性太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和大氣氣壓每小時(shí)數(shù)值波動(dòng)明顯，濕度、溫度、風(fēng)速變化程度也較大。本文以1h作為時(shí)間尺度計(jì)算與能見(jiàn)度的相關(guān)性，得出1h太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與能見(jiàn)度沒(méi)有顯著的相關(guān)性，但氣壓與氣溫的相關(guān)性達(dá)到－0.838，與濕度達(dá)到0.512，說(shuō)明上午太陽(yáng)輻射逐漸增強(qiáng)時(shí)，空氣濕度很快減小，氣溫較快升高，導(dǎo)致氣壓迅速下降，大氣逆溫層被破壞，空氣的垂直運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，風(fēng)速小幅度增加。太陽(yáng)輻射對(duì)濕度、氣溫的作用在1～2h內(nèi)出現(xiàn)明顯成效，然后氣溫再經(jīng)過(guò)1～2h使氣壓、濕度進(jìn)一步變化，所以太陽(yáng)輻射增強(qiáng)改善能見(jiàn)度滯后4h左右。而1h能見(jiàn)度與濕度、風(fēng)速的相關(guān)性數(shù)值均低于24h相關(guān)性數(shù)值，說(shuō)明二者作用過(guò)程較緩慢，充分發(fā)揮其影響力需要較長(zhǎng)的時(shí)間。而氣溫1h作用效果較明顯，適用于小尺度計(jì)量分析。
3.5相對(duì)濕度與風(fēng)速的相互作用表1顯示，24h相對(duì)濕度和風(fēng)速的pearson相關(guān)系數(shù)較偏相關(guān)系數(shù)均有一定改變，說(shuō)明二者相互影響較大。以24h作為時(shí)間尺度，統(tǒng)計(jì)分析2009年中除去降雨等特殊氣象的317份數(shù)值樣本，得出散點(diǎn)圖5。圖5中將風(fēng)速的作用情況分為濕度較大和濕度較小兩種類型，濕度較小的情況下，風(fēng)速對(duì)能見(jiàn)度的改善作用明顯，隨著風(fēng)速數(shù)值的增大，日均能見(jiàn)度水平上移，超過(guò)15km的點(diǎn)均是在相對(duì)濕度較低的區(qū)間內(nèi)。但在相對(duì)濕度大于70%時(shí)，風(fēng)速對(duì)能見(jiàn)度的影響力降低，大部分都處于低能見(jiàn)度(小于10km)范圍內(nèi)，說(shuō)明較高的濕度能制約風(fēng)速對(duì)能見(jiàn)度的改善作用，是形成低能見(jiàn)度的主要原因。
4其他現(xiàn)象對(duì)能見(jiàn)度的影響
4.1灰霾現(xiàn)象與能見(jiàn)度的關(guān)系在《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中，定義灰霾為大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見(jiàn)度小于10km的空氣普遍有混濁現(xiàn)象。珠三角城市群是灰霾現(xiàn)象的多發(fā)地區(qū)，它與大氣能見(jiàn)度水平有密切關(guān)系。如圖6所示，2009年月均能見(jiàn)度曲線與該月灰霾日的比例曲線呈明顯的鏡像相關(guān)，即灰霾出現(xiàn)越頻繁，能見(jiàn)度的整體水平就越差。根據(jù)最新灰霾等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將能見(jiàn)度低于5km的情況判定為中度、重度灰霾，各月灰霾期的能見(jiàn)度曲線則與中、重度灰霾的比例曲線大致互為鏡像，說(shuō)明灰霾的嚴(yán)重程度直接影響低能見(jiàn)度的持續(xù)時(shí)間，如春、冬兩季多次出現(xiàn)3天以上的灰霾現(xiàn)象，空氣中氣溶膠濃度偏高，在高濕度大氣中不斷吸收水分，粒徑增長(zhǎng)且缺乏氣流疏導(dǎo)擴(kuò)散，吸收反射可見(jiàn)光線，使能見(jiàn)度情況不能好轉(zhuǎn)。
4.2空氣質(zhì)量與能見(jiàn)度的關(guān)系根據(jù)廣州市環(huán)保局的《2009年廣州空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)》，年均空氣質(zhì)量較前兩年有所提高，其中1、11月的輕微空氣污染比例超過(guò)20%，2、4、12月超過(guò)10%，與低能見(jiàn)度的時(shí)間段較一致。特別是4月出現(xiàn)了中度污染的現(xiàn)象，可吸入顆粒物濃度超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致該月能見(jiàn)度呈降低趨勢(shì)。大氣中SO2、NO2、PM2.5等污染物的濃度值與能見(jiàn)度數(shù)值相關(guān)性較強(qiáng)，在污染物數(shù)值均達(dá)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間段，能見(jiàn)度均可達(dá)到1km左右的優(yōu)良水平。但城市中污染物的水平受排放源、地形、氣象等多類因素的綜合影響，只有根據(jù)地形地勢(shì)合理布局排污點(diǎn)位，依據(jù)風(fēng)向等氣象因素的運(yùn)行規(guī)律疏導(dǎo)消散，控制難降解污染的產(chǎn)生，才能從根本上提高大氣能見(jiàn)度的整體水平。
關(guān)鍵詞：皖北地區(qū)； 大氣環(huán)境質(zhì)量； 灰色聚類； 評(píng)價(jià)
中圖分類號(hào)： P185 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
用于環(huán)境質(zhì)量評(píng)定的方法很多, 常用的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法有綜合指數(shù)方法、分級(jí)評(píng)分法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法等。灰色系統(tǒng)理論的方法是鄧聚龍教授在80 年代初提出并發(fā)展的. 它是把一般系統(tǒng)論、信息論、控制論的觀點(diǎn)和方法延伸到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等抽象系統(tǒng), 結(jié)合數(shù)學(xué)方法發(fā)展的一套關(guān)于解決信息不完備系統(tǒng)(即所謂的灰色系統(tǒng)) 的理論和方法, 具有模型簡(jiǎn)單明了、概念清晰、宜于應(yīng)用且結(jié)論可靠的特點(diǎn)。[9]本文在調(diào)查和分析皖北地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，利用灰色系統(tǒng)相關(guān)理論對(duì)皖北地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，為后期治理皖北地區(qū)大氣環(huán)境提供依據(jù)。
1.研究區(qū)概況
皖北地區(qū)包括安徽省淮河以北的縣市以及跨淮的縣市，包括安徽省的宿州、淮北、亳州、阜陽(yáng)、蚌埠、淮南六市的全部行政區(qū)域以及沿淮的滁洲市所轄的鳳陽(yáng)縣和六安市所轄的壽縣。面積3914900公頃；人口2880萬(wàn)。
2006年，安徽省工業(yè)增加值比2005年增長(zhǎng)了27.1％，高于同期全國(guó)平均水平，低于同期中部6省29.3% 的平均水平；與2005年相比，工業(yè)COD排放量增加了4.4％，工業(yè)SO2排放量增加了0.8%，其中，工業(yè)COD排放量增加幅度在中部6省中最高?！笆濉逼陂g，安徽省環(huán)保系統(tǒng)將以改善空氣質(zhì)量為目標(biāo)，把皖北地區(qū)的淮南、淮北、蚌埠等出現(xiàn)酸雨污染的地區(qū)作為重點(diǎn)區(qū)域，把二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、揮發(fā)性有機(jī)物等作為重點(diǎn)防控污染物，把火電、鋼鐵、有色、石化、水泥、化工等作為重點(diǎn)監(jiān)管行業(yè)，建立統(tǒng)一監(jiān)測(cè)、統(tǒng)一監(jiān)管、統(tǒng)一評(píng)估、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控工作機(jī)制。
2．灰色聚類評(píng)價(jià)法原理
灰色聚類是將聚類對(duì)象對(duì)不同聚類指標(biāo)所擁有的白化數(shù)，按n 個(gè)灰類進(jìn)行歸納整理, 從而決定或判斷聚類對(duì)象屬于哪一類灰色統(tǒng)計(jì)方法。 聚類對(duì)象為所研究的對(duì)象, 是要進(jìn)行分析的所有研究對(duì)象的集合。[2]
本研究中大氣環(huán)境質(zhì)量灰色聚類分析的基本步驟可分為以下五步:
(1) 確定聚類白化數(shù)dij；
記i=1，2，…，n為聚類對(duì)象；j=1，2，…，m為聚類指標(biāo)；k=1，2，…，K為聚類灰數(shù)，即灰類。dij為第i個(gè)聚類對(duì)象對(duì)于第j個(gè)聚類指標(biāo)的樣本值，D是以dij為元素的樣本矩陣。
(2) 確定灰色類的白化函數(shù)fik：參照國(guó)家規(guī)定的大氣環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)本文將大氣環(huán)境質(zhì)量分為三級(jí)，即有三個(gè)灰類。為使每一級(jí)別的白化函數(shù)與所有級(jí)別都存在隸屬關(guān)系，對(duì)灰色聚類法中的白化函數(shù)的“降半梯形”的結(jié)構(gòu)改進(jìn)后可采用下列三種基本圖形（見(jiàn)圖1）[3]。
圖1 白化權(quán)函數(shù)fjk
(3) 標(biāo)定聚類權(quán)：采用超標(biāo)加權(quán)法確定每個(gè)測(cè)點(diǎn)中各污染物的權(quán)重，即利用區(qū)域大氣環(huán)境中污染物指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度與其標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間的比值來(lái)計(jì)算，以突出各測(cè)點(diǎn)中主
要污染物在評(píng)價(jià)中的影響程度，計(jì)算公式為：
= /且 =1=
其中，為第k個(gè)測(cè)點(diǎn)中第j個(gè)污染物的歸一化權(quán)重。為第j種污染物并將其取為第j種污染物各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的平均值。
(4) 確定聚類系數(shù)：=，表示第i個(gè)聚類對(duì)象對(duì)于第j個(gè)灰類的聚類系數(shù)，它反映了聚類樣本對(duì)灰類的關(guān)聯(lián)程度。構(gòu)造聚類向量。
(5) 聚類評(píng)價(jià)：灰色聚類是根據(jù)聚類系數(shù)的大小來(lái)判斷所屬的類別。在聚類系數(shù)矩陣A的行向量中,聚類系數(shù)最大者所對(duì)應(yīng)的灰類即是該評(píng)價(jià)對(duì)象所屬的類別。將各個(gè)對(duì)象同屬的灰類進(jìn)行歸類,便是灰色聚類的結(jié)果,也是評(píng)價(jià)的結(jié)果。
3．皖北地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)
為了認(rèn)識(shí)皖北地區(qū)主要城市大氣污染現(xiàn)狀，本文利用灰色聚類方法對(duì)宿州、淮北、亳州、阜陽(yáng)、蚌埠和淮南等六個(gè)地級(jí)市的大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。
3.1聚類樣本、聚類指標(biāo)的確定及灰類的劃分
對(duì)皖北地區(qū)六個(gè)地級(jí)市的三項(xiàng)污染指標(biāo)的監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行收集，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)列于表1所
示，為皖北地區(qū)各類大氣污染物年平均濃度。
表1 皖北地區(qū)的大氣污染物年平均濃度(mg/m3)
地區(qū) 可吸入顆粒物
(PM10) 二氧化硫
(SO2) 二氧化氮
(NO2) 空氣質(zhì)量達(dá)到及
好于二級(jí)的天數(shù)
淮 北 市 0.068 0.027 0.021 363
亳 州 市 0.062 0.034 0.046 365
宿 州 市 0.091 0.038 0.033 338
蚌 埠 市 0.092 0.02 0.022 332
阜 陽(yáng) 市 0.089 0.028 0.028 354
淮 南 市 0.095 0.078 0.035 318
注：數(shù)據(jù)來(lái)源于《2007年安徽統(tǒng)計(jì)年鑒》
以皖北地區(qū)的宿州、淮北、亳州、阜陽(yáng)、蚌埠和淮南為聚類對(duì)象，2008年監(jiān)測(cè)的PM10、SO2、NO2三個(gè)評(píng)價(jià)因子為聚類指標(biāo)，采用GB3095-96國(guó)家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)灰類為聚類灰數(shù)。表2為大氣環(huán)境灰類的劃分標(biāo)準(zhǔn)。
表2大氣環(huán)境灰度劃分標(biāo)準(zhǔn)(mg/m3)
污染物 灰度
1 2 3
PM10 0.05 0.10 0.15
SO2 0.02 0.06 0.10
NO2 0.04 0.04 0.08
3.2 聚類白化數(shù)的無(wú)綱化處理
無(wú)量綱化，也稱作數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，是一種通過(guò)數(shù)學(xué)變換來(lái)消除原始變量量綱影響的方法。在多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中涉及到兩類基本變量：一類是各評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值，另一個(gè)是各指標(biāo)的評(píng)價(jià)值。由于各指標(biāo)所代表的物理涵義不同，因此存在著量綱上的差 異。這種異量綱性是影響對(duì)事物整體評(píng)價(jià)的主要因素。指標(biāo)的無(wú)量綱化處理是解決這一問(wèn)題的主要手段。
3.2.1 污染物濃度值的無(wú)量綱化處理
第i類聚類對(duì)象(i＝1，2，3)對(duì)于第k個(gè)聚類指標(biāo)(k＝1，2，3，4，5)所擁有的白化數(shù)的表達(dá)式：
式中，Cki為原始的白化數(shù)，C0i為取表1中的灰類2的各污染物濃度值。處理后的白化數(shù)構(gòu)成聚類白化數(shù)矩陣：
PM10 SO2 NO2
0.680 0.450 0.525 淮北市
0.620 0.567 1.150 亳州市
0.910 0.633 0.825 宿州市
0.920 0.333 0.550 蚌埠市
0.890 0.467 0.700 阜陽(yáng)市
0.950 1.300 0.875 淮南市
3.2.2 大氣環(huán)境質(zhì)量灰類的無(wú)量綱化處理
大氣環(huán)境質(zhì)量灰類無(wú)量綱化處理的表達(dá)式：
式中，rij代表第i個(gè)污染物因子第j個(gè)灰類的灰數(shù)。對(duì)表2中各污染物的3個(gè)灰類無(wú)量綱化處理，rij計(jì)算結(jié)果如表3所示。
表3大氣環(huán)境質(zhì)量灰度的無(wú)量綱化處理
污染物 灰度
1 2 3
PM10 0.50 1.0 1.5
SO2 0.33 1.0 1.67
NO2 1.0 1.0 2.0
3.3白化函數(shù)的厘定
大氣環(huán)境質(zhì)量的3個(gè)等級(jí)用3個(gè)灰類來(lái)描述，每一個(gè)等級(jí)都有一個(gè)濃度范圍的界限，這個(gè)界限是一個(gè)灰數(shù)，灰數(shù)是一個(gè)區(qū)間的范圍，不是一個(gè)確切的值，在這個(gè)確定范圍內(nèi)的任何一個(gè)白化值，其白化系數(shù)為1；而在范圍外的值，對(duì)某級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，則有個(gè)親疏程度。這種親疏關(guān)系可用白化函數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系式來(lái)表達(dá)，根據(jù)表3可構(gòu)造3種污染物的3白化函數(shù)如下：
灰類1的PM10，SO2，NO2的白化函數(shù)依次為：
111
f11(x) = f21(x) = f31(x) =
000
灰類2的PM10，SO2，NO2的白化函數(shù)依次為：
x
f12(x) =1 f22(x) =1 f32(x) =1
2-x
灰類3的PM10，SO2，NO2的白化函數(shù)依次為：
000
f13(x) =2x-2 f23(x) = f33(x) = x-1
111
3.4聚類權(quán)計(jì)算
3種污染因子分別對(duì)3個(gè)灰類權(quán)值表達(dá)式：
（i=1,2,3， j=1,2,3）
計(jì)算結(jié)果如表4所示：
表4大氣環(huán)境質(zhì)量灰度的權(quán)值
污染物 權(quán)值
灰度1 灰度2 灰度3
PM10 0.167 0.333 0.500
SO2 0.110 0.333 0.557
NO2 0.250 0.250 0.500
3.5灰色聚類系數(shù)及灰色聚類矩陣計(jì)算與結(jié)果分析
聚類系數(shù)εki反映了聚類對(duì)象i對(duì)灰類k的隸屬程度。
灰色聚類是根據(jù)聚類系數(shù)大小來(lái)判斷各城市所屬的類別，其方法是將各個(gè)城市對(duì)各個(gè)灰類的聚類系數(shù)組成聚類行向量σi=[σi1，σi2，σi3]，在行向量中聚類系數(shù)最大的所對(duì)應(yīng)的灰類既是這個(gè)城市所屬的類別，并把各個(gè)城市灰類進(jìn)行歸納，便于灰色聚類結(jié)果。同時(shí)，我們還以安徽省大氣污染平均水平為對(duì)照點(diǎn)進(jìn)行了指數(shù)評(píng)價(jià)，.兩種指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5所示。
表5 皖北地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)一覽表
地區(qū) 灰色聚類向量 判斷結(jié)果 指數(shù)法
評(píng)價(jià)結(jié)果
σi1 σi2 σi3
淮 北 市 0.447 0.430 0 1級(jí) 2.286
亳 州 市 0.411 0.410 0.075 1級(jí) 3.158
宿 州 市 0.340 0.674 0 2級(jí) 3.260
蚌 埠 市 0.386 0.531 0 2級(jí) 2.403
阜 陽(yáng) 市 0.374 0.578 0 2級(jí) 2.785
淮 南 市 0.267 0.734 0.249 2級(jí) 4.581
從評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出：(1)皖北地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量總體狀況良好，除了淮北和亳州兩地的大氣質(zhì)量為一級(jí)外，其余四個(gè)地區(qū)大氣質(zhì)量皆為二級(jí)。根據(jù)灰色聚類向量的大小可以判斷，在這四個(gè)大氣質(zhì)量為二級(jí)的地市中，蚌埠的大氣質(zhì)量最好，而宿州和淮南的大氣環(huán)境質(zhì)量最差。因此，開(kāi)展皖北大氣環(huán)境治理，應(yīng)重點(diǎn)放在大氣環(huán)境質(zhì)量最差的宿州和淮南兩個(gè)地區(qū)。（2）對(duì)比兩種評(píng)價(jià)方法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果，基本吻合。說(shuō)明利用灰色聚類方法評(píng)價(jià)大氣環(huán)境質(zhì)量是可行的，能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)出大氣環(huán)境的實(shí)際狀況。另外，綜合指數(shù)法僅對(duì)各評(píng)價(jià)區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量相對(duì)好壞程度進(jìn)行了比較，卻未能考慮大氣質(zhì)量分級(jí)界限的模糊性，截然將其進(jìn)行分級(jí)，丟失模糊信息，不能客觀地反映大氣質(zhì)量的實(shí)際情況。而灰色系統(tǒng)中的灰類白化權(quán)函數(shù)并不局限于在相鄰等級(jí)間將邊界模糊化，而是表示關(guān)于等級(jí)的信息覆蓋，因此在信息利用率和精度上均有較大的提高。
4．結(jié)論與討論
本文主要利用灰色聚類分析方法和綜合指數(shù)法，對(duì)皖北地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合的評(píng)定。以豐富該法在環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)領(lǐng)域的應(yīng)用。本文先通過(guò)綜合指數(shù)法對(duì)大氣環(huán)境做出評(píng)價(jià)，然后通過(guò)灰色聚類分析方法先確定污染物濃度值的無(wú)量綱化處理，然后確定大氣環(huán)境質(zhì)量灰類的無(wú)量綱化處理，再通過(guò)確定白化函數(shù)，計(jì)算聚類權(quán)，從而計(jì)算出灰色聚類系數(shù)及灰色聚類矩陣，做出對(duì)皖北地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)。從評(píng)價(jià)的結(jié)果可以看出，皖北地區(qū)的大氣質(zhì)量總體狀況良好，除了淮北和亳州兩地的大氣質(zhì)量為一級(jí)外，其余四個(gè)地區(qū)大氣質(zhì)量皆為二級(jí)。根據(jù)灰色聚類向量的大小可以判斷，在這四個(gè)大氣質(zhì)量為二級(jí)的地市中，蚌埠的大氣質(zhì)量最好，而宿州和淮南的大氣環(huán)境質(zhì)量最差。因此，開(kāi)展皖北大氣環(huán)境治理，應(yīng)重點(diǎn)放在大氣環(huán)境質(zhì)量最差的宿州和淮南兩個(gè)地區(qū)。而且，通過(guò)兩種評(píng)價(jià)方法的比較發(fā)現(xiàn)，灰色系統(tǒng)中的灰類白化函數(shù)并不局限于在相鄰等級(jí)間將邊界模糊化，而是表示關(guān)于等級(jí)的信息覆蓋，因此在信息利用率和精度上均有較大的提高。
由于資料有限，本文只考慮了3種污染指標(biāo)，如果再增加更多的指標(biāo)，其評(píng)價(jià)結(jié)果將更能反映出皖北地區(qū)大氣污染現(xiàn)狀。
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【摘要】激光雷達(dá)是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的一種現(xiàn)代光學(xué)遙感設(shè)備，是傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)和現(xiàn)代激光技術(shù)結(jié)合后的產(chǎn)物，在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中有重要的作用。本文以激光雷達(dá)的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，對(duì)如何將其應(yīng)用到大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中進(jìn)行分析。
【關(guān)鍵詞】大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)；激光雷達(dá)技術(shù)；應(yīng)用要點(diǎn)
激光雷達(dá)是集激光技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和微弱信號(hào)解析技術(shù)于一體的一種現(xiàn)代化遙感手段，激光雷達(dá)由于探測(cè)的波長(zhǎng)縮短，波束定向性增強(qiáng)，因此本身具有比較高的分辨率和靈敏度，能準(zhǔn)確探測(cè)盲區(qū)。激光雷達(dá)技術(shù)形式能實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境、海洋和陸地等探測(cè)，在各個(gè)領(lǐng)域中有重要的作用。
1激光雷達(dá)的特點(diǎn)、分類和發(fā)展
大氣環(huán)境中污染物成分的監(jiān)測(cè)，需要對(duì)氣象因素進(jìn)行掌握，探測(cè)大氣成分。激光雷達(dá)能探測(cè)氣溶膠、云粒子的具體分布，同時(shí)能進(jìn)行大氣成分、污染環(huán)境氣體的探測(cè)等，對(duì)主要污染源、城市上空污染物的擴(kuò)散等進(jìn)行有效管理。
1.1激光雷達(dá)特點(diǎn)
激光雷達(dá)對(duì)技術(shù)性有嚴(yán)格的要求，涉及到激光光源、激光發(fā)射和接收光學(xué)以及機(jī)械系統(tǒng)等，必須合理應(yīng)用脈沖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。激光雷達(dá)采用脈沖或者連續(xù)波兩種工作形式，探測(cè)方式也分為直接探測(cè)和外部探測(cè)等，通過(guò)發(fā)射一定頻率的激光脈沖，能將短激光脈沖發(fā)射到大氣層，沿著軌跡可以發(fā)現(xiàn)，光逐漸被小粒子散射開(kāi)。反向散射到激光雷達(dá)系統(tǒng)中，被監(jiān)測(cè)器接受，接受信號(hào)后，對(duì)數(shù)據(jù)處理，得到最終結(jié)果。由于光的等速性、時(shí)間和散射器等和距離有關(guān)，沿著空間信息被檢測(cè)后，接受空氣中的粒子和分子后，能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的移動(dòng)，其本身具有比較高的分辨能力和抗干擾能力。
1.2激光雷達(dá)分類
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，激光雷達(dá)的類型有很多。在大氣污染和環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，地基固定式和車載激光雷達(dá)的呈現(xiàn)出網(wǎng)格化的趨勢(shì)，機(jī)載激光雷達(dá)在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用效果比較明顯，很多空間激光雷達(dá)執(zhí)行范圍擴(kuò)大。測(cè)量對(duì)象以SO2、NOx和O3等為主，在探測(cè)過(guò)程中以高靈敏度為主，考慮到吸收形式和米氏后向散射法的具體要求，激光器發(fā)展則以半導(dǎo)形式為主，激光器的發(fā)展趨勢(shì)是采用半導(dǎo)體激光器泵浦的全固化激光器。
1.3激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展
近幾年我國(guó)激光雷達(dá)技術(shù)取得突出的進(jìn)步，我國(guó)中科院大氣物理所研制出第一臺(tái)激光雷達(dá)，同時(shí)附帶能見(jiàn)度比較高的YAG雷達(dá)。中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究的激光雷達(dá)，鈉層熒光激光雷達(dá)和拉曼散射激光雷達(dá)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)比較明顯。中科院安徽光機(jī)所的激光雷達(dá)技術(shù)研究取得了突出的成就，已先后研制成功我國(guó)第一臺(tái)測(cè)污激光雷達(dá)即監(jiān)測(cè)乙烯的JC-1激光雷達(dá)、平流層氣溶膠探測(cè)L625激光雷達(dá)、可移動(dòng)雙波長(zhǎng)對(duì)流層和近地層氣溶膠探測(cè)L300激光雷達(dá)、我國(guó)第一臺(tái)平流層臭氧探測(cè)UV-DIAL差分激光雷達(dá)，能實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境屬性的監(jiān)測(cè)[1]。
2大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中激光雷達(dá)技術(shù)的具體應(yīng)用
當(dāng)前我國(guó)激光雷達(dá)技術(shù)在具體檢測(cè)中起到重要的作用，在具體應(yīng)用過(guò)程中建立了雷達(dá)觀測(cè)站，激光雷達(dá)在國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)比較明顯，如何將其應(yīng)用到大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中成為重點(diǎn)。以下將對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中激光雷達(dá)技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。
2.1氣溶膠和邊界層的探測(cè)
在諸多大氣環(huán)境影響因素中，氣候是主導(dǎo)因素，云和氣溶膠是兩個(gè)重要但是不能確定的影響因子，氣溶膠通過(guò)吸收和散射太陽(yáng)輻射以及地球的長(zhǎng)波輻射后對(duì)大氣系統(tǒng)產(chǎn)生影響。云層對(duì)大氣輻射平衡影響較大，對(duì)于系統(tǒng)本身而言，云不僅僅是指示器，同時(shí)也是調(diào)節(jié)器，云在氣候變化中起到重要的作用，根據(jù)邊界層的參數(shù)設(shè)定要求可知，如果準(zhǔn)確確定高度和準(zhǔn)確度是張洪點(diǎn)，在實(shí)施過(guò)程中要了解傳輸模式和污染物的系數(shù)。在各項(xiàng)指標(biāo)確定的過(guò)程中，利用激光雷達(dá)能實(shí)現(xiàn)對(duì)云和氣溶膠的處理，在實(shí)踐過(guò)程采用Mie散射，包括共振熒光、偏振等，為了實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的探測(cè)，要對(duì)消光系數(shù)、后向散射系數(shù)等進(jìn)行處理，了解結(jié)構(gòu)特征，并對(duì)各類特征進(jìn)行分析[2]。
2.2溫度的探測(cè)
溫度是一個(gè)重要的氣象參量，大氣溫度對(duì)海洋、大氣物理和天氣預(yù)報(bào)等起到重要的作用，根據(jù)現(xiàn)有溫度檢測(cè)形式可知，充分利用高分辨率的激光雷達(dá)，能得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。拉曼激光雷達(dá)也可以應(yīng)用到溫度探測(cè)中，該方案分為振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種，可以充分利用N2和O2分子，以轉(zhuǎn)動(dòng)譜線強(qiáng)度和溫度關(guān)系測(cè)量為基礎(chǔ)，可以采用雙波長(zhǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼散射原理實(shí)現(xiàn)大氣溫度的探查[3]。
2.3能見(jiàn)度的監(jiān)測(cè)
能見(jiàn)度的好壞直接反應(yīng)區(qū)域大氣環(huán)境的質(zhì)量，同時(shí)和人們的日常生活存在一定的聯(lián)系，尤其是海陸空交通容易受到制約。如果能見(jiàn)度比較低，則直接給人們帶來(lái)諸多不良影響，因此探究大氣環(huán)境質(zhì)量，了解能見(jiàn)度是關(guān)鍵。在能見(jiàn)度監(jiān)測(cè)過(guò)程中采用激光雷達(dá)技術(shù)，能直接探測(cè)激光和雷達(dá)的相互關(guān)系，根據(jù)大氣能見(jiàn)度的具體要求可知，為了準(zhǔn)確反應(yīng)大氣對(duì)傳輸?shù)乃p作用，需要將其作為重要手段，按照能見(jiàn)度和傾斜程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。水平能見(jiàn)度在大氣環(huán)境均勻的條件下可見(jiàn)度比較高，根據(jù)現(xiàn)有原理和消光系數(shù)要求可知，克服其他不良因素的影響，能滿足具體要求[4]。
2.的探測(cè)
風(fēng)速是氣候?qū)W研究的重點(diǎn)所在，也是大氣環(huán)境中污染物輸送的重要參數(shù)，大氣中風(fēng)速的測(cè)量對(duì)全球氣候有一定的積極影響，提升數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的精度是重點(diǎn)所在。在局部區(qū)域檢查過(guò)程中，要了解技術(shù)要點(diǎn)和重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)直接檢測(cè)。地基相干系統(tǒng)逐漸成熟，其整體上對(duì)發(fā)射激光有嚴(yán)格的要求，考慮到發(fā)射、接收光學(xué)系統(tǒng)等變化，要做好邊界層的風(fēng)速測(cè)量工作，非相干檢測(cè)技術(shù)受到廣泛的重視，根據(jù)邊緣檢測(cè)系統(tǒng)的具體要求可知，做好大風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量是關(guān)鍵。利用單邊緣檢測(cè)技術(shù)測(cè)量風(fēng)速時(shí)，要了解氣溶膠和分子散射點(diǎn)，兼顧到大氣風(fēng)速測(cè)量類型，為了提升風(fēng)速實(shí)現(xiàn)靈敏度檢測(cè)，必須合理應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)[5]。
2.5大氣成分的檢測(cè)
大氣成分的檢測(cè)對(duì)制定環(huán)境保護(hù)方針有重要的作用，以差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)形式利用激光被氣體分子的吸收和被氣溶膠、大氣分子向后散射后，直接進(jìn)行預(yù)設(shè)。該系統(tǒng)在大氣成分測(cè)定中起到重要的作用，包括：水蒸氣、臭氧和大氣污染體等，以差分吸收激光雷達(dá)測(cè)量原理作為基礎(chǔ)，要做好物質(zhì)吸收線測(cè)量工作，另外波長(zhǎng)調(diào)到線上，以高重復(fù)頻率將這兩種波長(zhǎng)的光交替發(fā)射至大氣中。此時(shí)由于激光雷達(dá)所測(cè)量到的這兩種波長(zhǎng)光信號(hào)衰減差是待測(cè)對(duì)象的吸收所致，因此通過(guò)數(shù)據(jù)分析，便可得到待測(cè)對(duì)象的濃度分布，從而達(dá)到測(cè)量目的。
2.6水汽探測(cè)
水汽在大氣中含量比較少，是比較活躍的一種氣體成分，是生成云和降雨必不可少的因子，對(duì)天氣和氣候等有重要的影響，同時(shí)也是大氣污染物中氣溶膠和二次污染物形成的重要影響因素。水汽在紅外波段有很多吸收帶，能吸收很多部分的太陽(yáng)輻射能，使其成為平衡地氣系統(tǒng)輻射收支的一個(gè)重要因素。水汽的重要因素和具體分布會(huì)產(chǎn)生一定的影響，利用Ranan光譜技術(shù)探測(cè)大氣中水汽垂直分布情況，激光雷達(dá)探測(cè)水汽能力逐漸提升，在具體監(jiān)測(cè)中起到重要的作用，根據(jù)空間和時(shí)間分辨率要求，嚴(yán)格按照測(cè)量精準(zhǔn)度實(shí)施，根據(jù)結(jié)構(gòu)和時(shí)間變化對(duì)技術(shù)進(jìn)行處理。激光雷達(dá)在探測(cè)水汽的高度、空間和時(shí)間分辨率、測(cè)量精度上都得到了迅速發(fā)展，顯示了它在捕獲水汽的空間結(jié)構(gòu)和隨時(shí)間變化特征等方面具有優(yōu)越的能力。
3結(jié)束語(yǔ)
近些年來(lái)我國(guó)激光雷達(dá)技術(shù)取得了突出的成就，朝著精細(xì)化和定量化的方向發(fā)展，為了保證技術(shù)應(yīng)用的合理性，要突出技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)格按照檢測(cè)要求落實(shí)，進(jìn)而促進(jìn)該技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的合理化應(yīng)用。
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2007年底銅陵市機(jī)動(dòng)車保有量5.96萬(wàn)輛，機(jī)動(dòng)車保有量年均增長(zhǎng)率在10％左右。由于特殊的地形條件和前期規(guī)劃缺乏前瞻性，造成老城區(qū)路面狹窄，坡度大，內(nèi)道路曲折，彎道半徑小。銅陵市政府為緩解交通堵塞現(xiàn)象，加大了對(duì)主城區(qū)主干道的改造，加強(qiáng)城市新路網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)交通公路建設(shè)跨越式發(fā)展的目標(biāo)，到“十一五”末，全市公路總里程達(dá)到1000公里以上，新增公路總里程400公里，形成市中心到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的“半小時(shí)交通圈”。
2、交通尾氣污染的危害
交通尾氣成分復(fù)雜，主要包括CO、HC、NO2、SO、Pb、苯并芘、烷基鉛和固體顆粒物等。汽車尾氣污染主要在交通干線等人口密集地區(qū)，其排放高度接近人體的呼吸帶，對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害。其中，HC與NO2在強(qiáng)陽(yáng)光作用下，在不利擴(kuò)散氣象和地理?xiàng)l件，可形成光化學(xué)煙霧，造成嚴(yán)重的二次污染。通過(guò)對(duì)公路兩側(cè)范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)表明，有50％的鉛落在公路兩側(cè)數(shù)百米范圍內(nèi)。人體經(jīng)過(guò)飲食，通過(guò)食物鏈進(jìn)入消化道的鉛有5％～10％被吸收，通過(guò)呼吸道吸入肺部的鉛，吸收沉積率高達(dá)30％～50％。
3、影響交通尾氣污染因素
3.1區(qū)域污染氣象特征
銅陵市位于安徽省中南部，年平均氣溫為16.2℃，年平均風(fēng)速2.5m/s，全年大氣穩(wěn)定度以中性天氣為主，逆溫層出現(xiàn)頻率高且厚，大氣擴(kuò)散條件較差。城區(qū)三面環(huán)山，中間低的地貌結(jié)構(gòu)有利于山谷風(fēng)環(huán)流形成，夜間山地氣壓較城區(qū)高，山地下泄冷空氣沿地形傾斜面吹向市區(qū)，冷空氣將城區(qū)暖空氣抬升，形成高度較低的接地逆溫層，高度范圍0～300m，平均厚度123m，出現(xiàn)頻率達(dá)60％以上，逆溫層抑制了下層氣流運(yùn)動(dòng)，多微風(fēng)和靜風(fēng)，極不利于城區(qū)大氣污染擴(kuò)散，從而城區(qū)形成大氣污染高濃度中心。
3.2城市交通道路規(guī)劃
城市規(guī)劃是一個(gè)綜合各學(xué)科的復(fù)雜過(guò)程，城市功能的規(guī)劃、城市各區(qū)域功能的規(guī)劃、城市道路規(guī)劃與綠化的合理性，對(duì)城市大氣環(huán)境有非常重要的影響。隨著銅陵市社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市原有規(guī)劃落后于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要。
銅陵市由于受地形地貌與地質(zhì)的限制，城市交通道路發(fā)展一直在充分利用地形地貌修建起來(lái)的，因而呈現(xiàn)目前城市道路多彎曲狹窄，導(dǎo)致交通擁塞，車輛的怠慢行駛，燃油燃燒不充分，污染物質(zhì)的大量排放。此外街道空氣的流動(dòng)性差，污染物質(zhì)在街道的累積，不利于交通尾氣沿道路向郊區(qū)的輸送，如何把城市的交通道路的規(guī)劃建設(shè)與城市環(huán)境保護(hù)結(jié)合起來(lái)是一個(gè)新的課題。
4、交通尾氣污染影響分析
氮氧化物作為機(jī)動(dòng)車尾氣特征污染因子，表明機(jī)動(dòng)車尾氣排放目前還不是造成銅陵市大氣環(huán)境污染的首要因素，但隨銅陵市政府加大工業(yè)污染力度后，機(jī)動(dòng)車尾氣污染日益明顯。據(jù)報(bào)道機(jī)動(dòng)車排放已經(jīng)成為一些全國(guó)環(huán)保重點(diǎn)城市的重要空氣污染源，廣州、北京、上海、沈陽(yáng)等大城市交通污染已經(jīng)是城市大氣環(huán)境的主要污染源。銅陵市建筑密度大，造成地面的粗糙度高，不利于氣流的流動(dòng)，阻礙城市大氣污染物質(zhì)的擴(kuò)散。處于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，風(fēng)速小，逆溫頻率高，氣象和地理?xiàng)l件均不利于機(jī)動(dòng)車尾氣污染物的擴(kuò)散?，F(xiàn)有路段由于狹窄、坡度大、彎道半徑小等原因，易造成車輛堵塞、車速低、怠速率增加，造成機(jī)動(dòng)車尾氣排放量增加。由于交通尾氣為貼地排放，大氣擴(kuò)散能力相對(duì)弱，更不利于交通尾氣的擴(kuò)散。
5、交通尾氣污染的減緩措施
影響城市交通污染因素復(fù)雜，常非單一作用。根據(jù)交通尾氣環(huán)境污染特點(diǎn)，結(jié)合地形地貌與氣候特征出發(fā)，從汽車保有量、能源結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護(hù)、城市建設(shè)和機(jī)動(dòng)車產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面入手，統(tǒng)籌兼顧使用清潔的燃料、清潔的車輛技術(shù)、完善的車輛維護(hù)，以及可持續(xù)的城市道路系統(tǒng)建設(shè)，完善的交通、環(huán)境管理措施解決機(jī)動(dòng)車尾氣污染問(wèn)題，探索符合銅陵市特點(diǎn)的交通尾氣污染控制體系。
(1)控制城市汽車保有量。積極采取措施，控制城市汽車保有量，尤其是私家車保有量，大力發(fā)展與鼓勵(lì)使用公共交通，實(shí)施公交優(yōu)先的城市交通發(fā)展戰(zhàn)略。銅陵市由于土地資源相對(duì)緊張，人均建筑面積較小，沒(méi)有足夠的土地資源修建停車場(chǎng)。此外由于自然地質(zhì)地貌的影響以及歷史的原因。原有規(guī)劃缺乏前瞻性，道路路面狹窄，高樓大廈多，這給銅陵市的路面拓寬與改造形成極大障礙，如果城市汽車擁有量過(guò)大，城市擴(kuò)張受地域限制，交通擁擠堵塞不可避免，城市的交通系統(tǒng)將難以正常的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。
(2)推行清潔能源技術(shù)(AFV)。鼓勵(lì)使用清潔高效交通工具，發(fā)展清潔燃料車和公共交通系統(tǒng)。燃油有效完全燃燒，與燃燒系統(tǒng)、空燃比、還與高品質(zhì)燃料有關(guān)，采用清潔能源技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車燃料替代。實(shí)施高效、低污燃料替代戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)清潔能源技術(shù)，鼓勵(lì)“零”排放的電動(dòng)汽車和電動(dòng)摩托車，普及天然氣燃料。
(3)突出城區(qū)交通道路規(guī)劃前瞻性。把城區(qū)交通尾氣污染等環(huán)境問(wèn)題納入城市發(fā)展規(guī)劃與舊城區(qū)改造建設(shè)之中，適當(dāng)降低坡度，改彎取直，利用地形差建立城市立交橋，保證車流暢通。在城市新區(qū)開(kāi)發(fā)規(guī)劃中，把道路的交通流量及汽車尾氣的輸送擴(kuò)散納入道路規(guī)劃中進(jìn)行綜合考慮。交通道路體系規(guī)劃中，在保證與城市整體規(guī)劃相容的前提下，盡可能使新建主干道走向與城市主導(dǎo)風(fēng)向一致，增強(qiáng)交通尾氣輸送擴(kuò)散能力。統(tǒng)籌城區(qū)交通道路建設(shè)，建立可持續(xù)的城市道路系統(tǒng)。
(4)完善道路交通管理系統(tǒng)。城市交通管理是城市交通運(yùn)輸?shù)拇竽X，交通秩序的科學(xué)管理與區(qū)域車流量的適時(shí)調(diào)配非常重要，完善道路交通管理系統(tǒng)可以提高城市交通狀況，改善汽車運(yùn)行狀況，減少車輛的怠速時(shí)間，減少城市交通污染的。適度超前的城市交通管理系統(tǒng)的建設(shè)有助于城市未來(lái)的交通問(wèn)題的解決，建設(shè)和使用銅陵市的信息化、智能化交通管理系統(tǒng)，成為改善銅陵市交通問(wèn)題的必然之路。同時(shí)大力發(fā)展公共交通系統(tǒng)，提高公共交通系統(tǒng)的使用率，降低汽車的空座率，提高車輛的利用效率，完善道路交通管理系統(tǒng)，控制交通污染。
(5)加強(qiáng)城市交通污染環(huán)境監(jiān)測(cè)。建立日常監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)，提高城市交通污染環(huán)境監(jiān)測(cè)能力，與銅陵市環(huán)境監(jiān)控中心聯(lián)動(dòng)。定期環(huán)境質(zhì)量信息，適時(shí)分析交通尾氣污染水平，切實(shí)控制光化學(xué)煙霧等機(jī)動(dòng)車尾氣污染現(xiàn)象的發(fā)生。加強(qiáng)交通污染與大氣環(huán)境保護(hù)的宣教工作，提高人們自覺(jué)執(zhí)行交通污染控制措施的意識(shí)。政府從戰(zhàn)略上重視變通污染問(wèn)題，組織相關(guān)科研院所和高校，開(kāi)展有關(guān)銅陵市交通污染與治理的課題研究。
(6)強(qiáng)化對(duì)機(jī)動(dòng)車污染排放的監(jiān)督管理。嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)的行政監(jiān)督，依法行政，強(qiáng)化對(duì)機(jī)動(dòng)車污染排放的監(jiān)督管理。協(xié)調(diào)配合公安、交通部門。加強(qiáng)對(duì)在用機(jī)動(dòng)車污染物排放年檢、抽檢監(jiān)督工作，維修保養(yǎng)和淘汰更新工作。加強(qiáng)政府的引導(dǎo)職能，推廣加裝汽車尾氣催化凈化裝置，控制汽車尾氣有害物質(zhì)排放，減輕對(duì)環(huán)境污染。
