全 文 ：城市空气负离子浓度时空分布及其影响因素综述*
黄向华1,2 摇 王摇 健1,2 摇 曾宏达1,2 摇 陈光水1,2**摇 钟羡芳1,2
( 1湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地, 福州 350007; 2福建师范大学地理科学学院, 福州 350007)
摘摇 要摇 空气负离子(NAI)是综合反映空气质量的重要指标,对人居环境有重要意义. 本文
综述了城市空气负离子时空分布特征,并根据不同环境因子对其理化过程的影响及其在城市
中的特点探讨了城市 NAI时空分布特征的成因:NAI分布的时间动态主要受控于太阳辐射的
周期变化;空间分布的城乡梯度差异受城市气溶胶、下垫面性质及城市热岛效应影响;城市绿
地的高 NAI浓度与植被生命活动和土壤辐射有关;近水环境中 NAI浓度较高的原因在于水分
子通过多种途径参与 NAI生成过程;其余环境因子可在一定程度上影响 NAI的生成、寿命、组
分、迁移和分布;增加城市绿化面积和大气湿度、保持下垫面土壤自然属性均可有效地提高
NAI水平,改善城市空气质量.
关键词摇 空气负离子摇 时空分布摇 城市摇 影响因素
文章编号摇 1001-9332(2013)06-1761-08摇 中图分类号摇 X820. 2, X823摇 文献标识码摇 A
Spatiotemporal distribution of negative air ion concentration in urban area and related af鄄
fecting factors: A review. HUANG Xiang鄄hua1,2, WANG Jian1,2, ZENG Hong鄄da1,2, CHEN
Guang鄄shui1,2, ZHONG Xian鄄fang1,2 ( 1Cultivation Base of State Key Laboratory of Humid Subtropi鄄
cal Mountain Ecology, Fuzhou 350007, China; 2School of Geographical Science, Fujian Normal
University, Fuzhou 350007, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(6): 1761-1768.
Abstract: Negative air ion (NAI) concentration is an important indicator comprehensively reflec鄄
ting air quality, and has significance to human beings living environment. This paper summarized
the spatiotemporal distribution features of urban NAI concentration, and discussed the causes of
these features based on the characteristics of the environmental factors in urban area and their
effects on the physical and chemical processes of NAI. The temporal distribution of NAI concentra鄄
tion is mainly controlled by the periodic variation of solar radiation, while the spatial distribution of
NAI concentration along the urban鄄rural gradient is mainly affected by the urban aerosol distribu鄄
tion, underlying surface characters, and urban heat island effect. The high NAI concentration in ur鄄
ban green area is related to the vegetation life activities and soil radiation, while the higher NAI
concentration near the water environment is attributed to the water molecules that participate in the
generation of NAI through a variety of ways. The other environmental factors can also affect the gen鄄
eration, life span, component, translocation, and distribution of NAI to some extent. To increase
the urban green space and atmospheric humidity and to maintain the soil natural attributes of under鄄
lying surface could be the effective ways to increase the urban NAI concentration and improve the
urban air quality.
Key words: negative air ion; spatiotemporal distribution; urban; affecting factor.
*国家自然科学基金项目(31000321,31200366)和福建省科技厅省
属公益类科研专项(K3鄄299)资助.
**通讯作者. E鄄mail: gshuichen@ 163. com
2012鄄09鄄05 收稿,2013鄄03鄄17 接受.
摇 摇 空气质量是影响人类福址乃至生存的主要城市
环境问题.空气负离子(negative air ion,NAI)具有多
种抗菌作用和生物学效应,对人体七大系统 30 多种
疾病有抑制、缓解或辅助治疗作用[1-6],因此被看作
是重要生命资源,是综合反映空气质量的重要指标.
在自然环境中,NAI不断生灭交替,其浓度可保持动
态平衡并呈现一定的日变化和年变化规律,通常地
表附近的负离子比正离子多 10% ~ 20% [7-8] . 随着
城市化进程的不断加快和城市土地利用的改变,导
致大气环境效应过程和机理发生急剧变化,20 世纪
初,空气中正、负离子比为 1 颐 1. 2,21 世纪初已急剧
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 6 月摇 第 24 卷摇 第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2013,24(6): 1761-1768
升高至 1. 2 颐 1[9],原有的正、负离子平衡被破坏.为
深入探讨土地利用变化与生态环境、生态系统服务
以及人类福利之间的关系,学者们对城市和森林等
多种环境的 NAI 浓度水平开展了大量研究. 由于
NAI微粒极小、寿命极短,同时受多种环境因素影响
和仪器灵敏度限制,其理化过程通常难以观测[10],
现有研究多以现象观测为主,对结果的分析往往缺
乏机理性的解释.本文综述了城市空气负离子时空
分布规律,并结合理化过程和影响因素的研究,探讨
城市空气负离子分布特征的成因,以期为空气质量
的研究和城市环境的改善提供参考.
1摇 城市 NAI浓度时空分布特征
自然环境中的空气离子浓度水平为每立方厘米
几十个到上万个,常态下正、负离子浓度为 400 ~
700 ions·cm-3[11],寿命从几秒到数千秒不等.城市
中 NAI的分布存在明显的时间变化和一定的空间
分布规律.
1郾 1摇 NAI浓度的时间分布特点
特定环境的 NAI 有明显日变化和季节动态规
律,但其浓度和浓度峰值出现时间随环境的不同而
有较大差异. NAI 浓度日变化通常表现为明显的双
峰曲线;最高峰值一般出现在 9: 00—11: 00,另一
峰值一般出现在 14:00—17:00,最低值通常在正午
出现[12-13];但个别研究的日变化峰值出现在夜
间[14] . NAI浓度季节动态通常以夏季最高,秋季高
于春季,冬季最低;夏季最高值在 1000 ~ 1500
ions·cm-3,冬季在 200 ~ 700 ions·cm-3,但变异系
数不大[15] . Hirsikko 等[16]对南部芬兰 SMEAR II 站
不同径级大小的离子的季节变化进行为期 3 年的研
究,发现大、中、小离子的季节规律并不相同,离子簇
浓度均值在秋天和早冬高于春天和夏天,小离子簇
(d<1. 6 nm)浓度在 200 ~ 1500 ions·cm-3,中间离
子(1. 6 ~ 6. 3 nm)浓度通常保持在 200 ions·cm-3
以下,正负离子簇的月均浓度除部分秋季的值异常
外,均在 600 ~ 800 ions·cm-3范围. 小于 1. 6 nm 的
最小离子几乎不受季节支配,大离子有明显的年际
循环,最高值出现在夏天,最低值出现在冬天. 对各
类绿地的研究表明,NAI浓度与植物的生命活动、生
长节律等表现出一致性,植物在不同时期的 NAI 浓
度依次为植物生长盛期>植物生长初期>植物生长
末期[17-18] .
1郾 2摇 NAI浓度的空间分布规律
1郾 2郾 1 不同城市功能区 NAI 浓度差异摇 NAI 含量以
自然森林和动态水区域最高,在 5000 ions·cm-3以
上[19];城郊森林绿地在 1000 ~ 2000 ions·cm-3;城
市公园大多在 300 ~ 1500 ions·cm-3[20],附属绿地
一般在 1000 ions·cm-3以下;广场、道路、室内等无
绿化区 NAI 含量较低,从几十个到几百个不等,城
市室内一般在 500 ions·cm-3以下;污染较重地区的
NAI浓度甚至为 0.邵海荣等[21]对北京地区的实测
结果表明,空气负离子浓度从市中心向郊区逐渐增
大,室内空气负离子浓度低于室外. 尹俊光等[22]对
上海浦东新区和浙江天童国家森林公园的研究表
明,近自然森林空气负离子浓度高于常见城市人工
绿地类型,但远低于天童常绿阔叶林. 总的看来,
NAI浓度的空间分布表现出从自然环境到人工环境
逐步递减的规律.
1郾 2郾 2 NAI浓度分布的水平和垂直梯度性 摇 尽管
NAI浓度梯度的研究很少,关于垂直梯度的研究更
少,但已有证据都表明空气离子的分布存在水平梯
度和垂直梯度.蒋文伟等[23]对杭州市 8 种类型森林
绿地的观测表明,NAI 浓度由林缘向林内呈增加趋
势;赖胜男和刘青[24]研究结果表明,距喷泉中心不
同距离处的空气负离子水平差异较大,由大到小依
次为 0 m>15 m>20 m>25 m, 随着距喷泉中心距离
的增大,空气负离子水平降低,降低的程度随之变
小. Kondrashova 等[8]和 Richardson 等[25]研究结果
显示,NAI浓度与距离之间的对数呈线性关系,其相
关系数达 0. 9613. Tammet等[12]研究结果表明,芬兰
针叶林近地面的空气离子浓度显著高于靠近树冠顶
端,且 2 m高处的电离率高于 14 m高处的冠层. Wu
等[1]对无光放电和 3 万伏电压放电生成负离子浓度
的研究结果表明,室内 NAI 的浓度梯度非常复杂,
在距离电极 10 ~ 30 cm 处,NAI 浓度受湿度影响很
轻微;距电极 70 ~ 360 cm处的浓度值随湿度上升而
下降;距电极 420 ~ 450 cm处,NAI 浓度变得平滑稳
定;距电极 560 ~ 900 cm处,NAI 浓度随距离的增加
而增加.
1郾 2郾 3 城市绿地的 NAI 浓度水平摇 在城市环境中,
城市绿地中的 NAI 含量可达无植物区的上百
倍[17,26],有林地区空气负离子浓度明显高于无林地
区[12,26] .不同生境、不同林分 NAI 的平均值、最大
值、瞬时值均存在差异. Vartiainen 等[26]在城市森林
中测得空气正、负离子浓度水平差异不显著且浓度
均较高(可达 5000 ions·cm-3). H觛rrak等[27]研究结
果表明,芬兰北方森林小离子浓度在 110 ~ 1183
ions·cm-3,平均值为 480 ions·cm-3 . 曾曙才等[28]
2671 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
指出,广州城市绿地空气负离子浓度高达 3367
ions·cm-3,平均值为 426 ions·cm-3 .植物配置结构
影响 NAI 浓度水平,依次为复层结构(乔灌草) >简
单植被配置结构(乔灌、乔草、灌草)>单一配置结构
(稀乔、稀灌草、草坪) >裸地[29] . 秦俊等[30]认为,
NAI与群落叶面积指数呈显著正相关,与群落优势
种的胸径、树高无关.
1郾 2郾 4 水体周围的 NAI 浓度摇 一般情况下,瀑布沟
谷小溪等周围的空气负离子水平比林地高 1 个数量
级,有瀑布和溪流等动态水之处的空气负离子浓度
明显增加[24,31] .瀑布等动态水体附近的 NAI 含量最
高,在 10000 ~ 20000 ions·cm-3,动态水中的 NAI含
量以瀑布最高,人工喷泉次之,小溪流最低[28-29] .
Akihiro等[32]将石块浸入温泉,发现浸水条件下湿
岩石生成的负离子高于干岩石. Yamada 等[31]观测
到源于水的 NAI具有较长寿命.
2摇 环境因子对城市 NAI时空分布的影响
NAI产生的理化过程与空气中各微粒特性密切
相关,而微粒的特性和空间分布变化无常,并且环境
的湿度、温度、太阳辐射强度、紫外线强度、风速、噪
音等气象因子,水体、植被、土壤、海拔、建筑物等下
垫面因素以及空气粉尘含量、放射性污染源、可吸入
颗粒物等人为活动均会对 NAI 浓度和分布产生影
响[21,26-29] .城市发展导致原来的自然环境演变为自
然与人工复合的生态环境,几乎所有地表天气环境
(如太阳辐射、温度、湿度、能见度、风速和风向及降
雨等[28-32] )都发生了变化,使城市 NAI 时空分布的
成因异常复杂. 在诸多的影响因子中,对 NAI 理化
过程产生直接影响的因素尤其值得关注.
2郾 1摇 理化机制研究概要
2郾 1郾 1 离子化过程的理论和物理参数摇 NAI 产生的
动力包括三大物理作用:辐射作用、水的喷筒电效应
和电场力[11] . NAI的生成从电离发生到空气离子的
最终稳定状态又可划分为离子化、附着和聚集 3 个
物理阶段[33] .空气正负离子电离的同时总是伴随着
复合过程. Hoppel 和 Frick[34]假定了中性气体被电
离后正负离子浓度平衡,提出了双极环境中简化大
气离子平衡的基本数学模型———大气离子平衡方
程:
dn / dt= q-an2-茁effNtotn
式中:q 为离子化率;a 为重组系数;n 为小离子浓
度;Ntot为气溶胶微粒总浓度;茁eff为离子对气溶胶的
吸附系数. n与 q成正比,与气溶胶对离子的吸附及
重组沉降呈负相关. 小离子寿命与由离子对气溶胶
的吸附和小离子重组所致的总离子损失成反
比[10,12,34] .其中,离子生成率或离子化率是空气离子
平衡的主要因素[31-32] . 一般情况下,近地表平均离
子化率 q抑10 ion pairs·cm-3·s-1(由地面或大气中
的放射性物质和宇宙射线放射生成),其被看作是
陆域离子化率的平均值;重组系数依赖于自然小离
子和环境特征[35],约 1. 5伊10-6 cm3·s-1;陆地区域
的参数吸附系数依赖于气溶胶微粒的分布[35-36],变
化范围在 1伊10-6 ~ 2伊10-6 cm3·s-1 .
2郾 1郾 2 化学过程中 NAI 的主要类型、优势离子和生
成机制摇 NAI的化学组分有赖于空气组分和离子的
寿命[37] .由于连续的带电分子反应,离子寿命一般
不超过 100 s[38] .因此,明确地观测所有离子过程和
化学组分非常困难,辨识空气中长寿命的离子和不
同阶段的优势离子是目前的重要课题[39] . Luts[38]研
究结果表明,超氧化物(O -·2 )在 NAI 的组成类型中
占 95% ,比其他主要类型的离子更稳定. Huertas
等[39]认为,在人工正常大气压强下,阿尔法射线生
成的负离子主体是简单离子的水合物和复杂离子的
水合物,丰度最大的正离子也是水合物类型. Nagato
等[37]发现,由电晕放电生成的 NO3 -是核心离子,并
且可能是室内负离子中生命期最长的离子类型.
Huertas等[39]研究结果表明,HCO3 -是对流层条件中
在 10-5 s条件下形成的终端离子. Nagato 等[37]对关
键离子及其生成机制的研究表明,简单离子的水合
物和复杂离子的水合物是主要的 NAI 类型,CO3 -、
NO3 -、HNO3 -、OH-、HCO3 -等是不同反应阶段的优
势负离子. Richardson等[25]认为,水分和湿度对 NAI
浓度的影响机制包括化学反应和水化反应,H2O 是
OH-的来源,H2 O 参与 CO3 -、NO3 -、HNO3 -、OH-、
HCO3 -等关键离子类型的反应过程,可加速主要负
离子转换为 NO3 -,并形成 NO3 -和 NO3 -HNO3等终端
离子.各种证据表明,H2O 的存在是控制终端离子
类型和寿命的决定性因子.
2郾 2摇 太阳辐射因子与 NAI的时间变化
离子化率是空气离子平衡的主要因素[40-41] .由
于太阳辐射、地表辐射物质组分、土壤性质和山岳地
形的地域差异,不同地区、不同季节的离子化率将显
示出相当大的变化[42]和特定的日变化[43] . 如林冬
青和金荷仙[44]观测结果表明,杭州西湖的日空气负
离子浓度随光照加强而增加;石彦军等[13]研究发
现,空气离子浓度与户外紫外线强度呈显著正相关
36716 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 黄向华等: 城市空气负离子浓度时空分布及其影响因素综述摇 摇 摇 摇 摇 摇
(P<0. 05);张明如等[45]对柳杉群落的测定显示,盛
夏时日光量子是影响空气负离子浓度的主要因子;
Wang和 Li[46]研究发现,封闭环境内 5 种植物在不
同光强条件下的 NAI 浓度与光强呈指数函数关系;
Zhang和 Yu[47]指出,离子的生成与电子能量和光波
长短均有关联,太阳辐射变化的时间动态与 NAI 的
季节动态一致.从上述研究推测,太阳辐射和紫外线
等宇宙射线的变化极可能是 NAI 时间动态的重要
成因.对此也有不同观点,如 Hirsiko 等[48]认为,离
子化率的阶段性变化(年际的和日变化)大部分归
因于空气中镭射气和钍射气浓度.
2郾 3摇 气溶胶与 NAI的城乡梯度
章志攀等[17]在天目山国家级自然保护区的研
究发现,空气负离子与可吸入颗粒物之间呈极显著
负相关( r = -0. 812,P<0. 01 ). Kolar觩 等[49]在 Bel鄄
grade地区对多种环境因子和 NAI 浓度进行同步测
定、Hirsiko等[48]在芬兰赫尔辛基对室内外大气离子
浓度的研究,以及 Tammet和 Kulmala[41]对针叶林的
研究均发现,NAI浓度与可吸入颗粒物呈负相关.
空气中 70%的空间电荷为气溶胶所携带[10] .
离子沉降包括正、负离子重组沉降和离子对气溶胶
的吸附[33-34,43] . 在城市等空气污浊的区域,由气溶
胶增加所致的 NAI 沉降占总离子沉降的 65% ~
84% [8,36,49],说明气溶胶的增加可直接导致 NAI 浓
度的显著减小[9] .张春桂等[51]反演福建三大城市群
气溶胶光学厚度的时空分布与变化特征,发现在时
空分布上,气溶胶光学厚度高值区与城区分布一致,
表现出从自然环境到人工环境递增的规律,这与
NAI浓度从自然环境到人工环境递减的现象相吻
合.从离子沉降的物理机制来看,NAI 分布的城乡梯
度极可能是由人为干扰所致的气溶胶增加引起, 其
他城市环境因子(如城市热岛, 下垫面性质)的分布
特征也可能有一定的影响.
2郾 4摇 水分和湿度对 NAI的影响
从化学反应过程来看,水分对 NAI 的作用最显
著[36,39,51] .许多研究结果表明,湿度与 NAI 呈显著
正相关关系[34,42],也有个别研究认为二者为负相
关[21] .夏季植物群落的空气负离子与其他气象因子
的相关分析显示,空气负离子与相对湿度呈极显著
正相关[13] .厉月桥等[52]发现,在清西陵森林中,旱
季的 NAI浓度与湿度呈正相关,雨季的 NAI 浓度随
相对湿度的增高呈先上升后下降的趋势. 韦朝领
等[19]对合肥不同生态功能区空气负离子浓度与湿
度相关性的拟合结果显示,二者呈指数递增关系.厉
月桥等[53]对空气负离子与空气温度、相对湿度的拟
合结果为三次曲线关系. Wu等[20]研究结果显示,不
同空间位置的 NAI 与湿度的相关性显示出 4 种不
同趋势.
2郾 5摇 植物生命活动与城市绿地 NAI浓度
城市 绿 地 的 NAI 浓 度 值 在 300 ~ 1500
ions·cm-3[23],通常都高于同一环境背景的无覆盖
区. Tikhonov等[53]和李继育等[54]用 50 kV的高压刺
激多种植物周围的土壤,测得植物周围 NAI 平均浓
度为 3700 ~ 830790 ions · cm-3,最高达 1185530
ions·cm-3,均远高出正常值. 但是,Tikhonov 等[53]
指出,正常情况下植物产生 NAI 的现象极其微弱.
Jovanic等[55]研究表明,植物光合速率与 NAI 日变
化有很好的一致性. 但由于光强、光波长短等的变
化,其既是生成 NAI 光致电离水平的主控因素[46],
又控制着植物光合强度,因此,这种一致性很可能由
太阳辐射引起的. Laakso 等[56]也指出,正常情况下
植物叶片尖端放电产生 NAI 的现象较弱. 可见,植
物对 NAI的作用机理仍不明确.
植物蒸腾作用是调节植被鄄土壤鄄大气连续系统
水分循环的主要环节,对环境具有明显的增湿效应.
倪黎等[57]对长沙的研究表明,绿化地的日均空气相
对湿度比非绿化地高约 20% ;宫伟等[58]对哈尔滨
的研究表明,绿化环境的空气湿度平均增加
14郾 6% .有研究表明,水分对 NAI 生成的化学过程
作用非常关键[36] .此外,绿地植物具有滞留或停着、
附着和粘附气溶胶的效应,不同生活型植物的滞尘
量取决于植物滞尘特征、叶面积和林木郁闭度,复层
结构的绿地滞尘效应高于单一结构. NAI 浓度分布
表现为乔灌草复层结构高于单一结构[47,55] .这说明
城市绿地 NAI 水平高于城市无覆盖区很可能与植
物蒸腾作用和滞尘效应有关.
2郾 6摇 下垫面辐射状况与 NAI垂直分布
通常,近地表平均电离率为 10 ion pairs·cm-3
·s-1,土壤中的放射性元素、宇宙高能射线、放射性
气溶胶、紫外线辐射等对 NAI 的贡献可能大于
40% [12,16] . Tammet等[12]对芬兰针叶林的观测发现,
近地面的电离率和 NAI 浓度显著高于靠近树冠的
顶端. Pawar等[15]对印度农村的观测结果表明,在冬
季,氡和放射性气溶胶在近地层富集,使离子化速率
增加;在夏季,气体携带着氡和放射性气溶胶向上移
动,从而减少近地层电离.
NAI分布的垂直差异可能是土壤辐射的垂直差
异所致.下垫面的差异在城市和自然环境之间最鲜
4671 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
明.强烈的人为活动使地表植被和自然地形遭到严
重破坏,进而改变地面的辐射特性和大气环境组分,
最终影响大气质量[55] . 因此,城市化所致的下垫面
改变对 NAI的影响不容忽视.
2郾 7摇 环境污染因子对 NAI的影响
城市环境中污染因素类型众多,多数会对 NAI
电离率、沉降率和寿命产生影响,但目前相关报道甚
少,结果也不甚一致. 朱春阳等[59]对北京城市带状
绿地的研究结果显示,NAI 浓度与空气含菌量呈显
著负相关,但相关机理并不明确. 吴子良[60]对景德
镇负离子与气象要素的研究结果表明,负离子与空
气污染物(SO2、NO2和可吸入颗粒物)含量的关系不
大,相关系数最高值为可吸入颗粒物(-0. 0879).吴
志萍等[61]对 6 种城市绿地夏季 NAI 与颗粒物的相
关性研究显示,二者的相关性不显著. 何学利[62]对
道路两旁空气 NAI 的研究结果表明,汽车流量越
大,负离子越低,可能由于汽车尾气中的氮氧化合
物、SO2和固体悬浮物导致 NAI 的降低.前述的 3 种
物质中,总固体悬浮物对 NAI 降低的影响最甚,二
者存在静电作用,相互结合导致 NAI凝聚沉降.
2郾 8摇 仪器和观测方法对 NAI研究的影响
国内外测试空气离子的相关仪器类型较多,其
设计原理均基于 Tammet 等[12]的理论模型,采用吸
气式设计,根据离子迁移率和仪器捕获电荷数对离
子总浓度进行积分式计数.但是,该理论模型低估了
仪器内的小离子损耗[63] . 近年来,新型仪器对进气
口加以改进,离子收集器出现了圆筒式设计,在一定
程度上减少了离子在仪器内部的损耗,提高了仪器
精度.尽管如此,受仪器技术的制约,多数仪器仍探
测不到<3 nm的离子[64],导致 NAI数量、成分、物理
模型的参数确定存在难以跨越的瓶颈.
国内外负离子观测仪器的生产标准、仪器精度、
离子收集技术、抽气动力、进气速度、仪器反应速度
以及对湿度的耐受范围等均不统一. 国产空气离子
测量仪器以 DLY鄄3G、DLY鄄5G、DLY鄄7 系列居多,优
点是可分别测定大、中、小离子,缺点是空气离子收
集器采用平板式设计,技术较落后.相对于国外进口
仪器,DLY系列比较笨重(3 ~ 10 kg).进口仪器主要
有美国产 AIC1000、AIC2000 型(平板式设计)和日
本产 ITC鄄201A、 ITC鄄203A、 KEC鄄900、 COM鄄3200 型
(圆筒式设计).总的来看,日本产的仪器技术先进,
具有反应灵敏(2 s)和精度高的优势,因此,国际上
普遍选采用日本制定的空气质量评价指标———单极
系数和安倍系数.
目前,NAI观测方法缺乏一致性.由于离子浓度
本身不稳定,瞬时值变化较大,野外观测时受环境要
素空间变化的影响,因此,观测结果存在很大的不确
定性.国内研究的原位观测绝大多数操作如下:采用
同一地点观测相互垂直的 4 个方向,人为读取若干
个瞬时值,最后取均值[13-14,19,21,28,44-55] . 但对于瞬时
取值应当达到多大的样本容量,几乎所有的文献都
没有分析.采样高度、采样时间间隔、仪器可观测的
微粒粒径范围等均缺乏相关技术规范,观测时段也
很不统一(8:00—18:00),个别研究甚至只是随机
取样.这些均使不同试验背景的研究结果不易比较,
个别文献的观测值与绝大多数同类研究存在数量级
差异,可信度较低.
近年来,高分辨率质谱仪、高分辨率离子迁移率
分析仪(可探测到 1 nm 微粒[65] )、光学积分离子计
数器、多通道空气离子探测仪(可探测范围 0. 8 ~ 40
nm)等仪器的研制成功为负离子研究带来了新契
机.理化机制的相关研究(如地表覆盖、土壤状况及
植物的生理特性、生命活动与 NAI 的关系;水分与
气溶胶对 NAI的耦合效应;不同径级 NAI 的理化过
程等问题)有望进一步深入.
3摇 结摇 摇 语
研究表明,水分、气溶胶、植物、辐射因素等对城
市 NAI 时空分布的影响最直接和显著,其他因素的
影响较弱或仅为间接和次要影响因子. 从理化机制
来看,地表、大气、宇宙等辐射因素直接影响 NAI 的
生成率;气溶胶密度增加直接导致离子吸附和沉降;
水分是 NAI 生成过程中的决定性关键因子,可直接
参与化学反应,也可通过气溶胶的吸湿增长和沉降
对 NAI产生间接作用. NAI 浓度明显的日变化和季
节变化受控于不同环境下离子生成率的时间变化.
NAI的空间分布明显表现出从自然环境到人工环境
而递减的规律,主要原因在于人为干扰所致的城区
气溶胶增加. NAI浓度垂直分布和水平分布的梯度,
可能主要受离子的空间迁移扩散能力以及下垫面辐
射性质的影响.植物可能主要通过对增加环境湿度、
减少气溶胶含量等间接地提高城市绿地 NAI 含量.
增加空气湿度、控制大气气溶胶浓度、增加绿化量
(尤其是乔灌草复层结构的绿化)、保持下垫面自然
土地覆被等措施将有益于增加 NAI 含量,从而改善
城市日益恶化的空气质量.
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作者简介 摇 黄向华,女,1974 年生,硕士,助理研究员. 主要
从事城市生态学研究. E鄄mail: hxh010704@ qq. com
责任编辑摇 杨摇 弘
封 面 说 明
封面图片由中国科学院沈阳应用生态研究所徐文铎研究员提供.图中为河岸沙地云杉林.沙地云杉[Pi鄄
cea mongolica (H. Q. Wu) W. D. Xu (Picea meyeri var. momgolica H. Q. Wu)]是地质历史变迁的残遗种,也是
我国特有的珍稀濒危树种,仅分布在小腾格里(浑善达克)沙地东部边缘,在内蒙古白音敖包干旱沙地上集
中分布,面积约 6737 hm2 .沙地云杉树高 12 ~ 18 m、胸径 24 ~ 42 cm;沙地云杉林是陆地森林生态系统中特殊
的森林类型,处在森林向草原过渡地带.以沙地云杉为建群种形成的森林类型有:蘚类苔草鄄沙地云杉林、禾
草杂类草鄄沙地云杉林、杂类草鄄杨桦鄄沙地云杉混交林和河岸沙地云杉林.沙地云杉林不同于欧亚大陆任何云
杉林.其群落组成总是或多或少的有草原成分,如羊草(Leymus chinensis)、防风(Siler divaricatum)、山竹子
(Hedysarum fruticosum)、百里香(Thymus mongolicus)等.
沙地云杉长期生长在干旱贫瘠的沙地上,对恶劣环境有着强大的适应能力.研究沙地云杉对于了解我国
云杉起源、演化及古气候变迁具有重要意义. 1998 年建立的白音敖包国家级自然保护区是沙地云杉分布面
积最大、最有代表性的地区,也是我国最大的沙地云杉天然基因库,可为我国西部大开发、防风固沙林营造、
城市绿化以及三北防护林体系建设提供大量种苗基因资源.同时,其作为华北地区天然屏障,对于控制内蒙
古土地沙漠化进程,减少北京的风沙暴和降尘起着重要的作用.
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