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據，采用統計分析方法，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。為邵陽市生態環境發展提供參考，對科學開展健康生態旅游、指導戶外大氣環境資源開發，尤其是負離子資源開發利用具有重要的現實意義。

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境的重要指標，是評價生態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，揭示邵陽市區春夏秋冬四季負氧離子濃度的變化規律及與相對濕度﹑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。本文數據來源的負氧離子試驗觀測儀器安裝在邵陽市大祥區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，儀器直線距離市區火車站和汽車站僅1.5千米，能較直觀的反應邵陽市區空氣負氧離子變化。

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，（滿足國家標準：GBT18809-2002，工作環境：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。負氧離子分析數據從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。對數據采用列表﹑做曲線圖來分析日、月的變化規律、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負氧離子濃度季節變化和月變化

相關研究表明。[4，5]溫度、濕度等環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出現在12月;月平均最大濃度值為2489個cm3，出現在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律和研究有細小變化。選取邵陽市區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據，按小時取得平均值，得出邵陽市區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，出現在6：00時，最小值為1003個，出現在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據，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月份出現霧霾次數較多。分析2013年和2014年霧霾數據結合負氧離子數據可以發現：2013年和2014年1月-3月和12月邵陽市負氧離子濃度呈現全年低值，此時邵陽市霧霾出現均在10月、11月、12月和1月，兩者普遍呈現正相關性。

3結論

邵陽市負氧離子濃度全年總體達到世界衛生組織規定的三級標準，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，出現在6月;而最小值僅為210個/cm3，出現在1月。不同天氣條件下空氣濃度存在顯著差異，不同季節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和日變化明顯，和沿海﹑山區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，最高空氣濃度出現在晚上5時，最小出現在9時和下午16時。一日內負離子濃度的變化規律在上午和傍晚較高，下午較低。通過日變化規律，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?？諝怙柡退渴秦撗蹼x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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[4]葉彩華，王曉云，郭文利，等.空氣中負離子濃度與氣象條件關系初探[J].氣象科技，2000，（4）：51-52.

[5]李繼育.植物對空氣負離子濃度影響的研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2008.

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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].環境科學學報，37（12）：4503-4510.