城市绿地清除大气污染的生态清除效应研究

城市绿地清除大气污染的生态清除效应研究

1提高大气污染的自动排放能力风在消除城市的大气污染中起着重要作用。城市内的风形成相对复杂，包括以盛行风为主的大环流、热岛循环和水流等。在静风城市中,大气污染状况的改善,更需要依靠城市内部的通风透气,以使清洁空气能够及时供给、污染空气能尽快稀释过滤。仅从减小大气污染浓度状况来看,通风比绿地植物生理作用的除污更为有效,据2005年广州市内大型绿地与大型广场的大气质量比较,体育中心通风条件良好,故SO2、NOX的含量比以绿地为主的天河公园、麓湖公园还低(表1)。2绿地与风作用关系分析绿地与风的环境效应当能综合发挥。风可以稀释污染空气,绿地可以过滤污染空气,将风的作用与绿地的作用结合起来,可以使两者对大气污染净化的生态作用都得到最大限度的发挥。没有风的作用,绿地的净化能力有限;有了绿地吸收过滤的配合,风的净化效果才能更好。为明确绿地与风的综合环境效应,本研究根据广州市区绿地布局的现状,设计监测方案,选取了一定区域布置监测点。监测方案以大型绿地为中心,向外沿风向,在上、下风处各取若干监测点,并选取3种类型的道路:1)江风影响不显著(1),有道路绿地的道路;2)江风影响显著的道路;3)江风影响不显著,没有道路绿地的道路。分别监测其风向(2)、风速以及大气NOX含量等环境状况(3),以监测结果分析城区内绿地与风对城市环境的作用情况。广州市城区内部面积较大的绿地有越秀公园、天河公园、流花湖公园、麓湖公园、东山湖公园、杨桃公园、瀛洲生态公园、珠江公园等。越秀公园为老城区的大型绿地,是广州市内大型的综合性文化休息公园,它由主峰越井岗及周围的桂花岗、木壳岗、鲤鱼岗等7个山岗和北秀、南秀、东秀3个人工湖组成,面积共86hm2,绿化覆盖率达92%。天河公园原名东郊公园,位于黄埔大道与中山大道之间,面积共70.7hm2,是天河区面积最大的公园。监测方案的大型绿地选在天河公园与越秀公园,天河公园位于城市上风向,主导风向为东风、东南风;越秀公园位于城市下风向,受白云山的影响,主导风向为北风、东北风。布点方案是:1)以天河公园为中心,在其东西两侧(即主导风上下风处)各选取1个监测点,分别在早(9:00)、午(13:00)和晚(18:00),监测该点的风向、风速以及大气NOX含量;2)以越秀公园为中心,在其北南两侧(即主导风上下风处)各选取1个监测点,分别在早(9:00)、午(13:00)和晚(18:00),监测该点的风向、风速以及大气NOX含量。有绿化的干道选广州大道新的道路绿地旁(上下2层种植配置)为监测点,2个对照点则选在没有绿地的广州大道(江风不显著)和靠近珠江的道路华利路(江风显著),分别在早(9:00)、午(13:00)和晚(18:00),监测该点的风向、风速以及大气NOX含量;分析广州市内现有大面积绿地以及小面积绿地对城市环境的影响。观测点分布如(图1)所示。3监控结果和分析3.1监测结果监测结果如(表2~4)所示。(表5)作为监测结果的对照参考。3.2绿地净化空气能力受污染1)天河公园与越秀公园等大型块状绿地内部大气质量良好,是城市中的低污染浓度区域,是空气清新的生态区域。广州大道道路绿地的空气质量差,污染浓度与道路相差无几。绿地内部的环境质量与其面积有关,绿地面积越大,其内部生态环境越好。天河公园、越秀公园内部空气质量良好,污染物浓度保持在国家一级标准以下,夏季NOX日平均污染浓度分别为0.019mg/m3、0.079mg/m3。广州大道道路绿地夏季NOX日平均污染浓度达0.178mg/m3,超出国家3级标准。天河公园外的道路大气污染浓度比公园内绿地大4~10倍。2)城市盛行风上风向的大型绿地空气质量明显优于下风向大型绿地的空气质量。上风向的天河公园夏季的NOX日平均污染浓度为0.019mg/m3;冬季NOX日平均污染浓度为0.032mg/m3。下风向越秀公园夏季的NOX日平均污染浓度为0.079mg/m3;冬季NOX日平均污染浓度为0.056mg/m3。分析相关原因,其中之一是由于天河公园受盛行风的影响,盛行风能带来清洁的新鲜空气,置换城区的污浊空气,而越秀公园的气流基本是城市内部的“热—风”环流,对污染的清除能力相对较弱。3)城市绿地对环境的调节能力是有一定空间范围的,以绿地为中心建立起相应效应场,其发挥受绿地面积以及风的影响。夏季正午13:00,盛行风风向东南,天河公园上风向的风速比下风向大,距公园500m的上风向监测点NOX污染浓度为0.136mg/m3;下风向监测点NOX污染浓度为0.142mg/m3。傍晚18:00以后,天河公园形成吹向四周的气流,在上风向,该气流与微弱的盛行风相抵,使上风向空气静止,观测时无风。在下风向观测到明显的东、东南气流,风速0.4m/s。此时,下风向NOX污染浓度0.146mg/m3,低于上风向监测点的0.153mg/m3。天河公园内由于温度低于周边区域近1.5℃~2℃,产生气压差,形成风,才能将绿地内清洁空气输送出来,对周围环境产生影响。正午13:00,绿地的环流受抑制,对其周围大气环境起影响作用的主要是盛行风与街道的湍流。从越秀公园的观测来看,公园北侧的监测点还受到白云山山风的影响,总体上,当公园的“林源风”或白云山的山风增大时,大气污染浓度有明显的降低。越秀公园北侧道路受越秀公园热力流影响,当风速微弱,为0.1m/s时,NOX污染浓度为0.185mg/m3,风速增大至0.23m/s时,NOX污染浓度有所降低,为0.174mg/m3。虽然植物对大气污染具有吸收净化效应,大面积的绿地能在其内部形成良好的生态环境,如果没有风的流动,绿地对周围环境的影响不大。只有绿地形成风或者风将绿地内的清洁空气携带到周围区域时,绿地才能发挥其对周边环境的生态效应。因此,大面积的绿地只有能够调节区域气温,才能有效地改善城市环境质量。城市需要大面积结构疏透、能够通风过滤的生态绿地来改善整体环境。4)道路绿地的建设,美观意义大于生态意义。从监测结果来看,道路绿地对其内部的生态环境无法保障,对有害气体,如NOX等的吸收作用非常微弱;另一方面,绿地内的气温与周围道路相差无几,广州大道的道路绿地对周围大气环境没有明显的影响。由此推断,面积过小的绿地对于改善局地城市风景有一定作用,对于城市局地生态环境作用不大。同样,街旁绿地对空气的净化能力有限,这些绿地受环境中车辆尾气和灰尘的影响较大,所以净化空气的能力很弱。5)降雨或通风对道路大气污染的净化效果优于道路绿地。2006年4月观测时间是在连续降雨之后,广州大道两侧的大气污染状况与2005年11月相比,有明显好转。华利路受江风影响的大气污染状况相对较好。18:00以后,广州大道东侧受0.4m/s江风影响,NOX污染浓度为0.147mg/m3,低于无风状态的西侧监测点NOX污染浓度(0.173mg/m3)。6)监测结果证实,大型绿地对城市环境的影响强度由中心到边缘逐渐减弱,通常只是在其内部以及周围较小范围具有生态作用,风与绿地的互动结合,能充分发挥绿地的净化功能,使绿地的净化范围扩展。风虽然能稀释气态污染物,但若没有绿地的相互配合作用,风对大气中的气溶胶和粉尘没有净化效果,如果风速增大,可能加剧扬尘污染。绿地与风相互作用在一定程度上能增强绿地的除污能力。若能规划连通城市内部大面积的公园绿地的绿色通风廊道,能很好改善城市的环境大气质量。4城市绿地的均衡点位置和面积规模如果城市的绿地率达到60%以上,城市如同建设在公园中,可以保持空气新鲜,小气候良好,为最佳居住环境,从目前中国的大部分城市用地指标来看,这只能是一种理想。因此,城市内部的气流流动对于大气环境质量具有非常重要的作用。历史上几次著名的城市大气污染事件,均发生在无风的条件下。目前中国城市的高楼林立,静风状况越来越严重,因此城市内部的局地环流对于改善大气环境的质量也具有重要意义。在城市内部,高温区域多为城市街道、建筑、人流活动集中区域、工厂等高热释放和低通风地区,而水面和绿地为低温区域。在一定规模的热岛区域与冷湖区域之间才能产生局地环流。绿地必须具有一定的规模,才有利于风的形成。通过城市绿地形成环流,需要绿地有足够的面积,只有在一定面积规模的绿地作用下,绿地与周围高温区域之间才能产生具有一定风速的局地环流,因此,城市绿地宜集中布置,而不是过于平均分散。我们应该在减弱热岛危害和利用热岛造风之间求得一个合理的均衡点。星星点点的绿地与大面积的绿地虽然总面积是一样的,但是其生态效益差别很大,因为绿地的整体生态效益绝非多个单体的简单相加。城市绿地要集中布局,要有一定的规模,才能形成“林源风”,过于零散的“见缝插绿”,生态效应并不好。在静风条件下,“星星点点”的平均布局绿地(绿地平均布局是指点小面广,“见缝插绿”的布局方式)并不能改善城市大气污染状况。这种建筑之间见缝插针的“星点型”绿地使下垫面的热力状况趋于均匀,均质的下垫面往往促使大气稳定,这对于污染物的扩散来说是极为不利的,还容易造成城市区域的通风不良,对环境造成负面影响。同时,从引导风流动的角度来说,如果绿地内部结构过密,就会挡风,促使周围空气稳定,造成湿度过高,对湿热地区存在一定的不利影响。因此,从城市生态