城市綠地清除大氣污染的生態(tài)清除效應(yīng)研究

城市綠地清除大氣污染的生態(tài)清除效應(yīng)研究

1提高大氣污染的自動(dòng)排放能力風(fēng)在消除城市的大氣污染中起著重要作用。城市內(nèi)的風(fēng)形成相對(duì)復(fù)雜，包括以盛行風(fēng)為主的大環(huán)流、熱島循環(huán)和水流等。在靜風(fēng)城市中,大氣污染狀況的改善,更需要依靠城市內(nèi)部的通風(fēng)透氣,以使清潔空氣能夠及時(shí)供給、污染空氣能盡快稀釋過(guò)濾。僅從減小大氣污染濃度狀況來(lái)看,通風(fēng)比綠地植物生理作用的除污更為有效,據(jù)2005年廣州市內(nèi)大型綠地與大型廣場(chǎng)的大氣質(zhì)量比較,體育中心通風(fēng)條件良好,故SO2、NOX的含量比以綠地為主的天河公園、麓湖公園還低(表1)。2綠地與風(fēng)作用關(guān)系分析綠地與風(fēng)的環(huán)境效應(yīng)當(dāng)能綜合發(fā)揮。風(fēng)可以稀釋污染空氣,綠地可以過(guò)濾污染空氣,將風(fēng)的作用與綠地的作用結(jié)合起來(lái),可以使兩者對(duì)大氣污染凈化的生態(tài)作用都得到最大限度的發(fā)揮。沒(méi)有風(fēng)的作用,綠地的凈化能力有限;有了綠地吸收過(guò)濾的配合,風(fēng)的凈化效果才能更好。為明確綠地與風(fēng)的綜合環(huán)境效應(yīng),本研究根據(jù)廣州市區(qū)綠地布局的現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)方案,選取了一定區(qū)域布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)方案以大型綠地為中心,向外沿風(fēng)向,在上、下風(fēng)處各取若干監(jiān)測(cè)點(diǎn),并選取3種類(lèi)型的道路:1)江風(fēng)影響不顯著(1),有道路綠地的道路;2)江風(fēng)影響顯著的道路;3)江風(fēng)影響不顯著,沒(méi)有道路綠地的道路。分別監(jiān)測(cè)其風(fēng)向(2)、風(fēng)速以及大氣NOX含量等環(huán)境狀況(3),以監(jiān)測(cè)結(jié)果分析城區(qū)內(nèi)綠地與風(fēng)對(duì)城市環(huán)境的作用情況。廣州市城區(qū)內(nèi)部面積較大的綠地有越秀公園、天河公園、流花湖公園、麓湖公園、東山湖公園、楊桃公園、瀛洲生態(tài)公園、珠江公園等。越秀公園為老城區(qū)的大型綠地,是廣州市內(nèi)大型的綜合性文化休息公園,它由主峰越井崗及周?chē)墓鸹◢?、木殼崗、鯉魚(yú)崗等7個(gè)山崗和北秀、南秀、東秀3個(gè)人工湖組成,面積共86hm2,綠化覆蓋率達(dá)92%。天河公園原名東郊公園,位于黃埔大道與中山大道之間,面積共70.7hm2,是天河區(qū)面積最大的公園。監(jiān)測(cè)方案的大型綠地選在天河公園與越秀公園,天河公園位于城市上風(fēng)向,主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)、東南風(fēng);越秀公園位于城市下風(fēng)向,受白云山的影響,主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)、東北風(fēng)。布點(diǎn)方案是:1)以天河公園為中心,在其東西兩側(cè)(即主導(dǎo)風(fēng)上下風(fēng)處)各選取1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),分別在早(9:00)、午(13:00)和晚(18:00),監(jiān)測(cè)該點(diǎn)的風(fēng)向、風(fēng)速以及大氣NOX含量;2)以越秀公園為中心,在其北南兩側(cè)(即主導(dǎo)風(fēng)上下風(fēng)處)各選取1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),分別在早(9:00)、午(13:00)和晚(18:00),監(jiān)測(cè)該點(diǎn)的風(fēng)向、風(fēng)速以及大氣NOX含量。有綠化的干道選廣州大道新的道路綠地旁(上下2層種植配置)為監(jiān)測(cè)點(diǎn),2個(gè)對(duì)照點(diǎn)則選在沒(méi)有綠地的廣州大道(江風(fēng)不顯著)和靠近珠江的道路華利路(江風(fēng)顯著),分別在早(9:00)、午(13:00)和晚(18:00),監(jiān)測(cè)該點(diǎn)的風(fēng)向、風(fēng)速以及大氣NOX含量;分析廣州市內(nèi)現(xiàn)有大面積綠地以及小面積綠地對(duì)城市環(huán)境的影響。觀測(cè)點(diǎn)分布如(圖1)所示。3監(jiān)控結(jié)果和分析3.1監(jiān)測(cè)結(jié)果監(jiān)測(cè)結(jié)果如(表2~4)所示。(表5)作為監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)照參考。3.2綠地凈化空氣能力受污染1)天河公園與越秀公園等大型塊狀綠地內(nèi)部大氣質(zhì)量良好,是城市中的低污染濃度區(qū)域,是空氣清新的生態(tài)區(qū)域。廣州大道道路綠地的空氣質(zhì)量差,污染濃度與道路相差無(wú)幾。綠地內(nèi)部的環(huán)境質(zhì)量與其面積有關(guān),綠地面積越大,其內(nèi)部生態(tài)環(huán)境越好。天河公園、越秀公園內(nèi)部空氣質(zhì)量良好,污染物濃度保持在國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以下,夏季NOX日平均污染濃度分別為0.019mg/m3、0.079mg/m3。廣州大道道路綠地夏季NOX日平均污染濃度達(dá)0.178mg/m3,超出國(guó)家3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。天河公園外的道路大氣污染濃度比公園內(nèi)綠地大4~10倍。2)城市盛行風(fēng)上風(fēng)向的大型綠地空氣質(zhì)量明顯優(yōu)于下風(fēng)向大型綠地的空氣質(zhì)量。上風(fēng)向的天河公園夏季的NOX日平均污染濃度為0.019mg/m3;冬季NOX日平均污染濃度為0.032mg/m3。下風(fēng)向越秀公園夏季的NOX日平均污染濃度為0.079mg/m3;冬季NOX日平均污染濃度為0.056mg/m3。分析相關(guān)原因,其中之一是由于天河公園受盛行風(fēng)的影響,盛行風(fēng)能帶來(lái)清潔的新鮮空氣,置換城區(qū)的污濁空氣,而越秀公園的氣流基本是城市內(nèi)部的“熱—風(fēng)”環(huán)流,對(duì)污染的清除能力相對(duì)較弱。3)城市綠地對(duì)環(huán)境的調(diào)節(jié)能力是有一定空間范圍的,以綠地為中心建立起相應(yīng)效應(yīng)場(chǎng),其發(fā)揮受綠地面積以及風(fēng)的影響。夏季正午13:00,盛行風(fēng)風(fēng)向東南,天河公園上風(fēng)向的風(fēng)速比下風(fēng)向大,距公園500m的上風(fēng)向監(jiān)測(cè)點(diǎn)NOX污染濃度為0.136mg/m3;下風(fēng)向監(jiān)測(cè)點(diǎn)NOX污染濃度為0.142mg/m3。傍晚18:00以后,天河公園形成吹向四周的氣流,在上風(fēng)向,該氣流與微弱的盛行風(fēng)相抵,使上風(fēng)向空氣靜止,觀測(cè)時(shí)無(wú)風(fēng)。在下風(fēng)向觀測(cè)到明顯的東、東南氣流,風(fēng)速0.4m/s。此時(shí),下風(fēng)向NOX污染濃度0.146mg/m3,低于上風(fēng)向監(jiān)測(cè)點(diǎn)的0.153mg/m3。天河公園內(nèi)由于溫度低于周邊區(qū)域近1.5℃~2℃,產(chǎn)生氣壓差,形成風(fēng),才能將綠地內(nèi)清潔空氣輸送出來(lái),對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生影響。正午13:00,綠地的環(huán)流受抑制,對(duì)其周?chē)髿猸h(huán)境起影響作用的主要是盛行風(fēng)與街道的湍流。從越秀公園的觀測(cè)來(lái)看,公園北側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)還受到白云山山風(fēng)的影響,總體上,當(dāng)公園的“林源風(fēng)”或白云山的山風(fēng)增大時(shí),大氣污染濃度有明顯的降低。越秀公園北側(cè)道路受越秀公園熱力流影響,當(dāng)風(fēng)速微弱,為0.1m/s時(shí),NOX污染濃度為0.185mg/m3,風(fēng)速增大至0.23m/s時(shí),NOX污染濃度有所降低,為0.174mg/m3。雖然植物對(duì)大氣污染具有吸收凈化效應(yīng),大面積的綠地能在其內(nèi)部形成良好的生態(tài)環(huán)境,如果沒(méi)有風(fēng)的流動(dòng),綠地對(duì)周?chē)h(huán)境的影響不大。只有綠地形成風(fēng)或者風(fēng)將綠地內(nèi)的清潔空氣攜帶到周?chē)鷧^(qū)域時(shí),綠地才能發(fā)揮其對(duì)周邊環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)。因此,大面積的綠地只有能夠調(diào)節(jié)區(qū)域氣溫,才能有效地改善城市環(huán)境質(zhì)量。城市需要大面積結(jié)構(gòu)疏透、能夠通風(fēng)過(guò)濾的生態(tài)綠地來(lái)改善整體環(huán)境。4)道路綠地的建設(shè),美觀意義大于生態(tài)意義。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看,道路綠地對(duì)其內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境無(wú)法保障,對(duì)有害氣體,如NOX等的吸收作用非常微弱;另一方面,綠地內(nèi)的氣溫與周?chē)缆废嗖顭o(wú)幾,廣州大道的道路綠地對(duì)周?chē)髿猸h(huán)境沒(méi)有明顯的影響。由此推斷,面積過(guò)小的綠地對(duì)于改善局地城市風(fēng)景有一定作用,對(duì)于城市局地生態(tài)環(huán)境作用不大。同樣,街旁綠地對(duì)空氣的凈化能力有限,這些綠地受環(huán)境中車(chē)輛尾氣和灰塵的影響較大,所以凈化空氣的能力很弱。5)降雨或通風(fēng)對(duì)道路大氣污染的凈化效果優(yōu)于道路綠地。2006年4月觀測(cè)時(shí)間是在連續(xù)降雨之后,廣州大道兩側(cè)的大氣污染狀況與2005年11月相比,有明顯好轉(zhuǎn)。華利路受江風(fēng)影響的大氣污染狀況相對(duì)較好。18:00以后,廣州大道東側(cè)受0.4m/s江風(fēng)影響,NOX污染濃度為0.147mg/m3,低于無(wú)風(fēng)狀態(tài)的西側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)NOX污染濃度(0.173mg/m3)。6)監(jiān)測(cè)結(jié)果證實(shí),大型綠地對(duì)城市環(huán)境的影響強(qiáng)度由中心到邊緣逐漸減弱,通常只是在其內(nèi)部以及周?chē)^小范圍具有生態(tài)作用,風(fēng)與綠地的互動(dòng)結(jié)合,能充分發(fā)揮綠地的凈化功能,使綠地的凈化范圍擴(kuò)展。風(fēng)雖然能稀釋氣態(tài)污染物,但若沒(méi)有綠地的相互配合作用,風(fēng)對(duì)大氣中的氣溶膠和粉塵沒(méi)有凈化效果,如果風(fēng)速增大,可能加劇揚(yáng)塵污染。綠地與風(fēng)相互作用在一定程度上能增強(qiáng)綠地的除污能力。若能規(guī)劃連通城市內(nèi)部大面積的公園綠地的綠色通風(fēng)廊道,能很好改善城市的環(huán)境大氣質(zhì)量。4城市綠地的均衡點(diǎn)位置和面積規(guī)模如果城市的綠地率達(dá)到60%以上,城市如同建設(shè)在公園中,可以保持空氣新鮮,小氣候良好,為最佳居住環(huán)境,從目前中國(guó)的大部分城市用地指標(biāo)來(lái)看,這只能是一種理想。因此,城市內(nèi)部的氣流流動(dòng)對(duì)于大氣環(huán)境質(zhì)量具有非常重要的作用。歷史上幾次著名的城市大氣污染事件,均發(fā)生在無(wú)風(fēng)的條件下。目前中國(guó)城市的高樓林立,靜風(fēng)狀況越來(lái)越嚴(yán)重,因此城市內(nèi)部的局地環(huán)流對(duì)于改善大氣環(huán)境的質(zhì)量也具有重要意義。在城市內(nèi)部,高溫區(qū)域多為城市街道、建筑、人流活動(dòng)集中區(qū)域、工廠等高熱釋放和低通風(fēng)地區(qū),而水面和綠地為低溫區(qū)域。在一定規(guī)模的熱島區(qū)域與冷湖區(qū)域之間才能產(chǎn)生局地環(huán)流。綠地必須具有一定的規(guī)模,才有利于風(fēng)的形成。通過(guò)城市綠地形成環(huán)流,需要綠地有足夠的面積,只有在一定面積規(guī)模的綠地作用下,綠地與周?chē)邷貐^(qū)域之間才能產(chǎn)生具有一定風(fēng)速的局地環(huán)流,因此,城市綠地宜集中布置,而不是過(guò)于平均分散。我們應(yīng)該在減弱熱島危害和利用熱島造風(fēng)之間求得一個(gè)合理的均衡點(diǎn)。星星點(diǎn)點(diǎn)的綠地與大面積的綠地雖然總面積是一樣的,但是其生態(tài)效益差別很大,因?yàn)榫G地的整體生態(tài)效益絕非多個(gè)單體的簡(jiǎn)單相加。城市綠地要集中布局,要有一定的規(guī)模,才能形成“林源風(fēng)”,過(guò)于零散的“見(jiàn)縫插綠”,生態(tài)效應(yīng)并不好。在靜風(fēng)條件下,“星星點(diǎn)點(diǎn)”的平均布局綠地(綠地平均布局是指點(diǎn)小面廣,“見(jiàn)縫插綠”的布局方式)并不能改善城市大氣污染狀況。這種建筑之間見(jiàn)縫插針的“星點(diǎn)型”綠地使下墊面的熱力狀況趨于均勻,均質(zhì)的下墊面往往促使大氣穩(wěn)定,這對(duì)于污染物的擴(kuò)散來(lái)說(shuō)是極為不利的,還容易造成城市區(qū)域的通風(fēng)不良,對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。同時(shí),從引導(dǎo)風(fēng)流動(dòng)的角度來(lái)說(shuō),如果綠地內(nèi)部結(jié)構(gòu)過(guò)密,就會(huì)擋風(fēng),促使周?chē)諝夥€(wěn)定,造成濕度過(guò)高,對(duì)濕熱地區(qū)存在一定的不利影響。因此,從城市生態(tài)