全 文 ：第 49 卷 第 10 期
2 0 1 3 年 10 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 49，No. 10
Oct．，2 0 1 3
doi: 10．11707 / j．1001-7488．20131011
收稿日期: 2013 － 01 － 25; 修回日期: 2013 － 03 － 12。
基金项目: 国家“十二五”科技支撑计划重大项目(2011BAD38B03)。
* 王成为通讯作者。在野外数据观测和室内样品处理过程中，张晶、任露洁、孙睿琳、郭恒、董建华、刘俊祥、朱明静、张明志、花娜等同学，
江苏省林业科学研究院黄利斌等同志，以及惠山森林公园的领导和工作人员给予鼎力帮助，在此深表感谢。
夏季持续高温天气下无锡惠山游憩林内
空气颗粒物变化特征*
古 琳 王 成 王艳英 王晓磊 王 茜
(中国林业科学研究院林业研究所 国家林业局城市森林研究中心 国家林业局森林培育重点实验室 北京 100091)
摘 要: 2012 年夏季持续高温期间，对无锡惠山香樟林、湿地松林、栓皮栎林 3 种典型游憩林内 TSP，PM10，
PM2. 5，PM1 4 种粒径大气颗粒物的质量浓度进行实时监测，并同步观测小气候，分析 3 种游憩林内颗粒物浓度的时
间变化规律及其影响因素。结果表明: 1) 无锡惠山 3 种游憩林内颗粒物浓度日均值低于无锡市背景值，达到国家
城市化地区环境空气质量标准，其中香樟林的 TSP 浓度和各游憩林的 PM2. 5浓度日均值达到我国环境空气质量一
级标准。2) 不同类型游憩林对各粒径颗粒物浓度的影响较大，TSP 和 PM10浓度在香樟林最低，在栓皮栎林最高;
PM2. 5和 PM1 浓度在湿地松林最低，在香樟林最高; 小粒径颗粒物浓度所占比例 PM10最高，达到 56%以上。3) 在
5:00—19:00 观测时段内，3 种游憩林 4 种粒径颗粒物浓度整体表现为上午高、下午低的特点，高峰时间多数在
7:00，低谷时间出现在 15:00 左右; 不同粒径颗粒物出现高峰和低谷的时间有所差异。4) 在夏季持续高温天气情
况下，空气相对湿度和温度对 4 种粒径颗粒物的影响均达到极显著水平，颗粒物浓度变化受到多种气象因素共同
影响。
关键词: 颗粒物; 质量浓度; 城市游憩林; 日变化; 无锡惠山
中图分类号: S718. 56 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2013)10 － 0066 － 08
Variation in Particle Matters of Recreational Forests by the Continued High
Temperature Weather in Hui Mountain of Wuxi City
Gu Lin Wang Cheng Wang Yanying Wang Xiaolei Wang Qian
(Key Laboratory of Forest Silviculture of State Forestry Administration Research Center of Urban Forest
of State Forestry Administration Research Institute of Forestry，CAF Beijing 100091)
Abstract: Urban forests can reduce atmospheric particulate matters，and hence improve the quality of ambient air． In
this paper，the mass concentrations of TSP，PM10，PM2. 5，and PM1 in three typical recreational urban forests in the Hui
Mountain of Wuxi were observed during the recreation time (5:00 － 19:00) in the summer of 2012 with a continued high
temperature weather． In the same time，the microclimates were also collected to understand the dynamic pattern of particle
matters mass concentration in the different types of urban forest，as well as the influencing factors． The results showed
that: 1) The daily mean mass concentrations of particle matters in 3 recreation forests and road were lower than that of
Wuxi urban region，and reached the urbanized area ambient air quality standards of China． The mass concentrations of
TSP in Cinnamomum camphora forest and that of PM2. 5 in each recreation forest achieved the national standard level-Ⅰ ．
2) The mass concentrations of different size particle matters varied in different recreation forests． The TSP or PM10
concentration was lowest in C． camphora forest， and was highest in Quercus variabilis forest． The PM2. 5 or PM1
concentration was lowest in Pinus elliotii forest，and was highest in C． camphora． The highest proportion of fine particles
was PM10，which accounted for more than 56% ． 3) During the observation period，the concentrations of four kinds of
particle matters in three recreation forests were high in the morning，and low in the afternoon，with the peaks usually
appeared at 7:00，and the vales around 15:00． The time of concentration peaks or valleys of the different size particles
varied． 4) The concentrations of four kinds of particles were significantly correlated with air moisture and temperature
第 10 期 古 琳等: 夏季持续高温天气下无锡惠山游憩林内空气颗粒物变化特征
during the continued high temperature period． In addition，changes in the concentration of particulate matters were
influenced by a variety of meteorological factors working together．
Key words: particle matter; mass concentration; urban recreational forest; diurnal change; Hui Mountain of Wuxi city
在经济和社会快速发展的同时，也带来了空气
环境质量下降的问题，大气颗粒物已成为我国城市
空气的主要污染物，日益引起社会各界的广泛关注。
目前，我国有关大气颗粒物的研究主要集中于来源
解析、成分分析、动态变化及健康效应等方面(肖致
美等，2012; 戴伟等，2012; 宋晓晖等，2012; 黄雯
等，2012)，对于城市生态环境的主体和人们休闲游
憩的重要场所———城郊森林内大气颗粒物的持续动
态研究还比较缺乏。自 20 世纪 90 年代以来，无锡
地区夏季高温闷热天数明显增多(陈潇潇，2009)。
2012 年 7 月，无锡市在连日暴雨过后，出现了持续
高温天气，无锡市气象局从 7 月 21 日至 31 日连续
发布高温橙色预警。炎炎夏日，人们更倾向于选择
空气相对清洁的森林旅游区消暑避夏。本文研究了
在夏季持续高温天气影响下无锡惠山 3 种典型游憩
林内大气颗粒物质量浓度的变化特征，以期为惠山
城市森林的林相改造以及江南地区城市游憩林的树
种选择和配置提供理论依据，为无锡市民选择合适
的时间和路线开展森林游憩活动提供参考。
1 研究区概况与研究方法
1. 1 研究区概况
无锡市惠山地处市区西侧，最高峰(三茅峰)海
拔 329 m，东西长 3. 9 km，南北宽 3. 6 km，面积 718
km2，为无锡市重要的城市森林，是市民们游憩、健
身的重要场所。该区属北亚热带季风气候，温暖湿
润，四季分明，常年主导东南风，年均气温 15. 4 ℃，
年均降雨量1 067 mm，年均日照时数2 035. 3 h，每
年 6 月中旬前后出现梅雨季节。山地土壤沿等高线
呈带状分布，以黄棕壤为主。惠山森林覆盖率超过
95%，有木本植物 55 科、84 属、104 种，以松科
(Pinaceae)、壳斗科( Fagaceae)、樟科( Lauraceae)、
山茶科(Theaceae)等树种为主。地带性森林植被为
北亚热带落叶常绿阔叶混交林，现有森林群落以 20
世纪 70—80 年代营造的湿地松(Pinus elliottii)等针
叶 林，香 樟 ( Cinnamomum camphora )、栎 属
(Quercus)等阔叶林和针阔混交林为主(丁铁城等，
2000)。
1. 2 样地选择
为了减小地形、地理位置等因素对试验的影响，
在惠山森林公园三茅峰附近选择香樟林、湿地松林
和栓皮栎(Quercus variabilis)林 3 种典型游憩林作为
样地，每个样地设 3 个观测点。为了对比森林群落
结构及下垫面类型对颗粒物浓度的影响，将位于
3 种游憩林之间的防火道路(非机动车道)作为观测
样地。3 种游憩林的群落结构特征为: 1) 香樟林:
面积11 170 m2，郁闭度 0. 9，平均树高 15 m; 乔木层
为香樟; 无 灌木层; 草 本 以 海 金 沙 ( Lygodium
japonicum)等为主。2) 湿地松林: 面积21 000 m2，
郁闭度 0. 7，平均树高 10 m; 乔木层为湿地松; 灌木
层为白叶野桐 ( Mallotus apelta )、瓜木 ( Alangium
platanifolium)、白栎(Quercus fabrei)、白檀(Symplocos
paniculata )、盐 肤 木 ( Rhus chinensis )、满 山 红
( Rhododendron mariesii )、野 鸦 椿 ( Euscaphis
japonica)等; 草本层以桑路(Phytolacca acinosa)、芒
萁(Dicranopteris dichotoma)、针毛蕨(Macrothelypteris
oligophlebia) 等 为 主; 藤 本 以 金 樱 子 ( Rosa
laevigata)、菝葜 ( Smilax china)、华东菝葜 ( Smilax
sieboldii)、络石 ( Trachelospermum jasminoides) 等为
主。3) 栓皮栎林: 面积6 010 m2，郁闭度 0. 8，平均
树高 11 m; 乔木层为栓皮栎; 灌木层为瓜木、白叶
野桐、白栎、野鸦椿、六月雪( Serissa japonica)等; 草
本以桑路、海金沙、刺芒野股草(Arundinella setosa)、
针毛蕨等为主; 藤本以菝葜、华东菝葜、络石等
为主。
1. 3 指标观测和数据处理
观测时间为 2012 年 7 月 26 日至 30 日连续 5
天，每天早上 5:00 至傍晚 19:00 市民进入惠山游憩
的时段内，每隔 2 h 进行 4 个样地同步观测，每个样
地的 3 个观测点作为重复。试验仪器使用英国
Turnkey Instruments 公司生产的 Dustmate 粉尘检测
仪，测定人体平均呼吸高度 1. 5 m 处空气中的 TSP，
PM10，PM2. 5 和 PM1 4 种颗粒物质量浓度。采用
NK5920 便携式风速气象测定仪和 TES1330A 照度
仪同步监测每个观测点空气相对湿度、温度、风速和
光照强度。为了便于科学比较和评价城市森林对大
气颗粒物的净化效果，在分析过程中，根据我国环保
部制定的《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)中
关于 TSP，PM10和 PM2. 5质量浓度标准作为衡量颗粒
物污染程度的依据，并将无锡城市 PM10和 PM2. 5浓
度的背景值作为对照。
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林 业 科 学 49 卷
2 结果与分析
2. 1 游憩林内空气颗粒物质量浓度总体特征
4 种粒径颗粒物在不同样地内的日均质量浓度
大小有差异(表 1)。不同林型对 TSP，PM10和 PM1
质量浓度差异的影响达到极显著水平，对 PM2. 5质量
浓度的影响不显著。TSP 浓度在香樟林内最低，较
道路显著下降了 8. 00% ; 栓皮栎林的 TSP 浓度最
高，比道路显著提高了 7. 63% ; 湿地松林与栓皮栎
林、道路的 TSP 浓度差异不显著。香樟林内 PM10浓
度最低，比道路显著降低了 6. 83% ; 湿地松林次之，
栓皮栎林最高，且与道路的 PM10浓度差异不大。
PM2. 5浓度在 4 种样地的差异不大，其中湿地松林最
低，香樟林最高。PM1 浓度在湿地松林内最低，在香
樟林内最高，香樟林与栓皮栎林的差异不大。因此，
香樟林对大、中等粒径颗粒物( ＞ 2. 5 μm)的阻滞
能力高于另外 2 种游憩林和道路，湿地松林对细颗
粒物(≤2. 5 μm)的阻滞能力较强。
表 1 各样地内颗粒物的质量浓度日均值及小粒径颗粒物所占比例①
Tab. 1 Daily mean of particle matters mass concentrations in each plots and the proportions of fine particles
样地
Sample plots
TSP /
(μg·m － 3)
PM10 /
(μg·m － 3)
PM2. 5 /
(μg·m － 3)
PM1 /
(μg·m － 3)
所占比例 Proportion(% )
PM10 / TSP PM2. 5 / PM10 PM1 /PM2. 5
香樟林 Cinnamomum camphora forest 108. 71 ± 5. 42c 66. 58 ± 1. 87c 12. 67 ± 0. 13a 3. 46 ± 0. 06a 61. 32 ± 2. 64a 19. 03 ± 0. 34a 27. 29 ± 0. 28a
湿地松林 Pinus elliotii forest 123. 08 ± 1. 51ab 70. 80 ± 0. 65b 12. 21 ± 0. 07a 3. 22 ± 0. 03c 57. 56 ± 1. 02c 16. 90 ± 0. 54bc 26. 36 ± 0. 07b
栓皮栎林 Quercus variabilis forest 127. 18 ± 0. 65a 73. 54 ± 0. 56a 12. 46 ± 0. 36a 3. 36 ± 0. 10ab 56. 42 ± 1. 38bc 16. 62 ± 0. 66c 26. 92 ± 0. 35a
道路 Road 118. 16 ± 3. 84b 71. 46 ± 1. 83ab 12. 64 ± 0. 06a 3. 30 ± 0. 03bc 60. 49 ± 0. 42ab 17. 70 ± 0. 53b 26. 13 ± 0. 30b
① 表中数据为均值 ±标准差，n = 3，同列数据间的不同小写字母表示差异显著 ( P ＜ 0. 05)。Data in the table indicates mean ± SD，n = 3，the different small
letters in the same column indicate significant difference(P ＜ 0. 05) ．
从各样地内不同粒径空气颗粒物所占比例来看
(表 1)，PM10含量最高，在 56. 42% ～ 61. 32%，其次
为 PM1，PM2. 5比例最小，不到 20%。因此，惠山游憩
林环境空气颗粒物以粒径在 2. 5 ～ 10 μm 的可吸入
颗粒物为主。4 种粒径空气颗粒物所占比例在各样
地中的差异均达到显著水平。PM10所占比例最低的
为湿地松林，香樟林和栓皮栎林内 PM10所占比例与
道路差异不大。PM2. 5所占比例最低的是栓皮栎林，
最高为香樟林，湿地松林与道路差异不显著。湿地
松林的 PM1 所占比例最小，显著低于香樟林和栓皮
栎林。由此可见，香樟林内的小粒径颗粒物污染相
对较严重。
由于目前国内外制定的环境空气质量标准中，
颗粒物指标包括 TSP，PM10和 PM2. 5，因此本文以该 3
种颗粒物的国家标准作为评价依据。各样地的
TSP，PM10和 PM2. 5质量浓度日均值都达到我国环境
空气二类地区标准(TSP 为 300 μg·m － 3，PM10为 150
μg·m － 3，PM2. 5为 75 μg·m
－ 3 )。参照我国环境空气
一类区标准 ( TSP 为 120 μg·m － 3，PM10为 50 μg·
m － 3，PM2. 5为 35 μg·m
－ 3 )，香樟林和道路的 TSP 日
均浓度达标，湿地松林和栓皮栎林的 TSP 浓度超标
率分别为 2. 57%，5. 98% ; 香樟林、湿地松林、栓皮
栎林 和 道 路 的 PM10 日 均 浓 度 超 标 率 分 别 为
33. 16%，41. 60%，47. 08% 和 42. 92% ; 各 样 地
PM2. 5日均浓度都达标，且远低于观测期内无锡市环
保局空气质量日报的细颗粒物日均浓度 (27 μg·
m － 3)。因此，惠山森林具有降低局部环境空气细颗
粒物污染的功能，但受整个城市污染背景的影响，其
颗粒物污染水平没有完全达到自然风景区等空气清
洁地区的标准。
2. 2 游憩林内空气颗粒物日变化特征
2. 2. 1 不同粒径颗粒物浓度日变化 在游憩时段
内(5:00—19:00)，4 种粒径颗粒物浓度的小时均值
日变化特点总体趋势基本相似，也有一些差别 (图
1)。各样地 TSP 质量浓度的小时均值日变化曲线
近似“V”型，即上午和下午浓度高，中午浓度低。其
日变化趋势为: 早上 5:00 开始，TSP 浓度逐渐上
升，在 7:00 和 11:00 各有 1 个高峰，其中栓皮栎林
和道路的最大值出现在 7:00，香樟林和湿地松林则
推后到 11:00; 各样地曲线在 11:00 之后陡然下降，
于 13:00(湿地松林、栓皮栎林和道路)或 15:00(香
樟林)达到最低谷，然后迅速回升，在 17:00—19:00
期间接近上午最高值。PM10浓度的小时均值日变化
趋势与 TSP 相似，然而各样地日变化曲线更接近，
PM10浓度日变化曲线大致呈“N”型，上午浓度高于
中午和下午; 各样地均在早上 7: 00 出现最高值，最
低值出现在 13:00 (栓皮栎林和道路)或 15:00 (香
樟林和湿地松林)。4 个样地 PM2. 5浓度日变化曲线
呈“N”型，即在 7:00 达到最高峰后缓慢下降，到下
午 15:00 处于最低谷，之后稍有回升，整体表现为上
午和中午浓度明显高于下午。4 个样地 PM1 浓度日
变化趋势与 PM2. 5较相似，最高值均出现在 7:00，而
最低值出现的时间不一致，在下午 15:00(湿地松林
和道路)、17:00 (香樟林)或 19:00 (栓皮栎林)出
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第 10 期 古 琳等: 夏季持续高温天气下无锡惠山游憩林内空气颗粒物变化特征
现。将粗颗粒物 ( TSP ) 与小粒径颗粒物 ( PM10，
PM2. 5，PM1)相比，各样地的粗颗粒物浓度日变化曲
线波动较大，出现峰值时间推后，低谷时间又提前，
说明粗颗粒物受到外界环境影响更大。
图 1 各样地内 4 种空气颗粒物浓度日变化
Fig. 1 The concentration diurnal changes in four kinds
of particle matters in each plot
XZ: 香樟林 Cinnamomum camphora forest; SDS: 湿地松林 Pinus
elliotii forest; SPL: 栓皮栎林 Quercus variabilis forest; CK: 道路
Road。
不同游憩林的颗粒物日变化特点也有差异(图
1)。香樟林内 TSP 和 PM10浓度日变化曲线在绝大
多数时间都处于最下方，且显著低于其他样地; 然
而其细颗粒物浓度日变化曲线在 9:00 以后都处于
较高水平。栓皮栎林的 TSP 和 PM10浓度几乎全天
均处于最上方，显著高于其他样地; 其 PM2. 5与 PM1
浓度在 9:00—13:00 显著低于香樟林和湿地松林，
其余时间都高于二者。湿地松林的 TSP 浓度日变
化曲线在 9:00 以后与栓皮栎林较接近; 细颗粒物
浓度日变化除了在 9:00—13:00 和 19:00 显著高于
道路外，其余时间均较低。通过对比各游憩林内颗
粒物变化曲线的波峰形状，发现栓皮栎林的细颗粒
物( PM2. 5，PM1 )波峰较尖锐且持续时间短，香樟林
和湿地松林的高峰变化幅度相对较小。
2. 2. 2 小粒径颗粒物所占比例日变化 各样地内
小粒径颗粒物所占比例日变化趋势与颗粒物浓度变
化趋势大体相似，表现为上午高、下午低，然而出现
最高或最低比例的时间有所差异(图 2)。PM10所占
比例日变化与其浓度高低的同步性不明显，全天波
动小，达到最高比例的时间比其浓度最高峰时间提
前到 5:00，出现最低比例时间则推后到 17:00 左
右。PM2. 5所占比例日变化与其浓度日变化曲线较
相似，但是各样地达到最低比例时间推后了 2 ～ 4 h。
PM1 达到最高比例的时间与其浓度高峰一致
(7:00)，而最低比例时间延迟到 19:00。因此，惠山
游憩林在下午 17:00—19:00 期间，环境空气小粒径
颗粒物相对含量最低。
图 2 各样地小粒径颗粒物所占比例日变化
Fig. 2 The diurnal changes of fine particles
proportions in each plot
每个时刻的 4 个系列依次代表香樟林、湿地松林、栓皮栎林和道路。
The 4 series of every time represent in order Cinnamomum camphora
forest，Pinus elliottii forest，Quercus variabilis forest and road．
2. 2. 3 颗粒物浓度日变化污染情况 由于我国目
前未出台 TSP，PM10和 PM2. 5的小时平均浓度限值，
本文将我国环境空气一、二类地区日平均浓度限值
作为 3 种颗粒物浓度时间均值日变化污染的衡量标
准。由图 1 可知，各样地内 TSP，PM10和 PM2. 5浓度
在全天观测时段内都远低于我国环境空气二类地区
浓度限值，基于颗粒物为标准的空气质量较好。参
照我国一类地区空气质量标准，各样地内 PM2. 5浓度
在全天均达标，为国家一类区环境空气 PM2. 5浓度限
值的 22. 4% ～ 62. 2%，而 TSP 和 PM10浓度都不同程
度地超标。香樟林内 TSP 浓度的达标时段为 5:00，
7:00，13:00—17:00，湿地松林为 5:00，13:00—15:00，
栓皮栎林为 13:00，19:00，道路为 5: 00，13:00—
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林 业 科 学 49 卷
15:00，19:00。按照我国一类地区环境空气 PM10浓度
标准，仅香樟林在 15:00 达标，其余时段的超标比例
范围为 13% ～ 68%，湿地松林的超标比例在 11% ～
71%，栓皮栎林为 21% ～89%，道路为 1% ～82%。
2. 3 气象因素对游憩林内不同粒径颗粒物浓度变
化的影响
2. 3. 1 大气颗粒物与气象因素的相关性 1) 湿度
将不同粒径颗粒物浓度与同步观测的空气相对湿度
数据进行相关性分析(表 2)，结果表明空气湿度对
4 种粒径颗粒物浓度的影响均达到极显著正相关水
平，颗粒物粒径越小，相关性越明显，这与其他类似
研究结果较一致 (董雪玲等，2009; 王明仕等，
2011)。由不同湿度范围内大气颗粒物平均质量浓
度变化趋势可知(图 3A)，4 种粒径颗粒物浓度均随
着空气相对湿度的增大而增加; 湿度上升到 75%以
后，颗粒物浓度迅速增加; 当湿度达到 85%后，颗粒
物浓度陡然下降。颗粒物浓度与空气湿度表现为正
相关关系，其原因可能是颗粒物含有水溶性无机离
子，能够作为凝结核被水汽吸附而悬浮于空气中，在
一定湿度范围内，湿度越大越有利于空气中颗粒物
的形成(Wang et al．，2006; 张敬巧等，2012; 慕彩芸
等，2011)。由于水溶性无机盐是细颗粒物的主要
成分(周震峰等，2007; 徐敬等，2007)，因此小粒径
颗粒物受湿度影响的程度更大。在空气湿度接近饱
和时，颗粒物吸收大量水分而使粒径逐渐增大
(Wang et al．，2006)，小粒径颗粒物转化为较大粒径
颗粒物，甚至发生重力沉降，因此在空气湿度较高情
况下(大于 85% )，颗粒物浓度反而降低。观测期
间，各样地内空气相对湿度变化范围在 48. 9% ～
95. 7%，日均值 66. 03%，相对湿度日变化趋势为上
午、傍晚高，中午、下午低，与颗粒物日变化趋势较一
致。上午 9: 00 以前和傍晚 19: 00 左右，空气湿度
均超过 70%，早晨 5:00—7:00 达到 80%以上，这是
该期间颗粒物浓度日变化曲线出现高峰的原因之一。
4 种样地中，栓皮栎林的空气相对湿度在绝大多数时
间最高，其次是道路，香樟林的相对湿度最低。
表 2 不同粒径颗粒物浓度与气象因素的相关系数及差异显著性①
Tab. 2 Correlation coefficients of different kinds of particle concentrations and meteorological factors
类型
Types
相对湿度
Relative humidity
平均温度
Average temperature
平均风速
Average wind velocity
气压
Barometric pressure
光照强度
Light intensity
TSP 0. 169＊＊ － 0. 153＊＊ － 0. 187＊＊ － 0. 127 * － 0. 188
PM10 0. 467＊＊ － 0. 417＊＊ － 0. 078 0. 024 － 0. 066
PM2. 5 0. 541＊＊ － 0. 503＊＊ 0. 033 0. 219＊＊ － 0. 043
PM1 0. 516＊＊ － 0. 504＊＊ 0. 064 0. 272＊＊ － 0. 089
① * 为差异显著水平，＊＊为差异极显著水平。* indicates significant correlation，＊＊ indicates very significant correlation．
2)温度 不同粒径颗粒物浓度与温度都达到
极显著负相关，并且小粒径颗粒物与温度的相关性
更显著(表 2)。根据颗粒物与温度的日变化趋势可
知，在观测时段内，随着温度的升高或降低，颗粒物
浓度表现出下降或上升趋势; 当温度大于 29 ℃以
后，颗粒物浓度下降较明显(图 3B)。温度对颗粒物
浓度的影响主要与空气的对流活动有关。温度较低
时，近地面大气易形成逆温层而不利于颗粒物扩散;
随着温度升高，大气湍流交换和扩散能力加强，有利
于颗粒物扩散和输出(袁杨森等，2007)。在观测日
的游憩时段内，惠山游憩林内日均温超过 30 ℃，最
低温在 25 ℃以上，且温差小，属于典型的高温闷热
天气。在此天气情况下，大气混合层高度较高且通
风系数大，有利于颗粒物的扩散 (宋宇等，2002)。
各样地的空气温度在早晨 5:00 最低，13:00—15:00
最高，温度与颗粒物浓度日变化表现出相反趋势。
道路的空气温度在全天大多数时间最高，其次为湿
地松林，香樟林最低，说明森林群落中乔木郁闭度越
大，降温作用越强。
3) 风速 观测期间，惠山游憩林内的平均风速
为 0. 69 m·s － 1，最大风速 3 m·s － 1，因此本文研究轻
风以下风速条件对颗粒物浓度的影响。由表 2 可
知，平均风速与 TSP 表现为极显著负相关，与小粒
径颗粒物相关性不显著。不同风速范围内，4 种粒
径颗粒物浓度变化特点有差异 (图 3C)。TSP 和
PM10浓度随着风速的增加而表现出降低趋势，PM10
浓度的波动较大; 2 种颗粒物浓度在无风条件下
(风速小于等于 0. 2 m·s － 1 )不是很高，风速 0. 3 ～
0. 8 m·s － 1范围内较高，风速达到 2 m·s － 1以后，颗粒
物浓度明显下降，说明在一定风速范围内，风速越大
越有利于粗颗粒物扩散。与粗颗粒物相反，细颗粒
物(PM2. 5和 PM1)浓度随着风速增大而增加，这可能
与风吹动树叶摩擦等机械作用产生气溶胶有关
(Rogge et al．，1993)。各样地的平均风速日变化波
动较大，均在上午 7:00 和下午 13:00—17:00 出现
最低值。香樟林全天的风速最大，绝大多数时间都
在 1 m·s － 1以上，为其他样地的 2，3 倍; 栓皮栎林的
风速最小; 湿地松林和道路的风速相差不大。这体
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第 10 期 古 琳等: 夏季持续高温天气下无锡惠山游憩林内空气颗粒物变化特征
图 3 主要气象因素不同范围内颗粒物浓度变化
Fig. 3 The changes of particle concentrations in
different range of the main meteorological factors
现了不同结构类型森林群落降低风速的能力有差
异。香樟林结构单一，林内较空旷，有利于空气流
通。虽然栓皮栎林乔木层郁闭度小于香樟林，但其
乔、灌、草结构以及较高盖度的灌木和草本有效降低
了林内风速。结合表 1 可知，风速是造成香樟林内
粗颗粒物浓度最小、细颗粒物浓度最大的原因之一，
而栓皮栎林则相反。
4) 气压 不同粒径颗粒物浓度与气压的相关
性有差异，TSP 浓度与气压呈显著负相关，PM2. 5和
PM1 浓度与气压则为极显著正相关，PM10浓度与气
压的相关不显著(表 2)。由图 3D 可知，随着气压的
增大，TSP 浓度逐渐减少，PM10波动较大，PM2. 5和
PM1 尽管也有波动，总体呈上升趋势。该结果与其
他相关研究不一致(Holmes et al．，2005; 邓利群等，
2012)，可能由于本研究观测期间受副热带高气压
控制，样地所测气压范围为 970 ～ 982 hPa，日变化不
明显，在森林环境中的颗粒物变化受到湿度、温度等
其他因素的影响大于气压。各样地气压的日变化趋
势较一致，表现为从早上到傍晚逐渐递减，而香樟林
和湿地松林的气压全天均高于栓皮栎林和道路，这
可能与样地间的海拔差异导致气压不同有关。
5)光照、风向、降雨等其他气象因素 在夏季
持续高温天气下，活跃的光化学反应能够生成大量
细颗粒物(宋宇等，2002; 高健等，2007)，然而本文
中各粒径颗粒物浓度与光照的相关性均不显著(表
2)，这与城区和森林的环境差异有关，说明在处于
生长季的森林环境中，由于树木枝叶的遮光和降低
紫外线作用(韩海荣等，2000; Ryan et al．，2005)，
大大减少了因光化学反应生成二次颗粒物的数量。
风向也是影响大气颗粒物浓度变化的重要因素之一
(王琳琳等，2011)。在观测期间，无锡主导风向为
东南风，从东海吹来的海风带来清洁空气有利于稀
释大气颗粒物浓度。由于降水对大气颗粒物的清除
作用明显(胡敏等，2006)，观测期之前的持续降雨
天气有效减少了空气中的颗粒物浓度。这些气象因
素都是观测期间无锡市大气颗粒物(尤其是 PM2. 5 )
浓度偏低、空气质量持续达到Ⅰ级的重要因子。
2. 3. 2 气象因素对颗粒物日变化的影响 气象因
素对颗粒物浓度日变化的影响是由空气湿度、温度、
风速等几种因子共同作用的结果 (图 1，表 2)。夏
季日出前(5:00 左右)，由于近地面热量向外辐射而
迅速冷却降温，大气湍流混合强度变化小，加上空气
相对湿度较高，风速不大，导致大气颗粒物不断富
集，因此日出时(7:00 左右)颗粒物浓度积累达到最
高值。日出后，随着太阳辐射加强，近地面温度逐渐
升高，空气对流较充分，风速增大，有利于颗粒物扩
散，加上空气相对湿度降低，使颗粒物浓度在下午降
至最低。日落前，气温下降明显，风速减小，空气湿
度开始回升，不利于颗粒物传输扩散，所以颗粒物浓
度有增加趋势。因为粒径较大的颗粒物主要来源于
机械过程，如城市扬尘、煤烟尘、建筑水泥尘等
( Lenschow et al．，2000; 韩博等，2009)，本文 TSP 和
PM10浓度在中午 11:00 和下午 17:00—19:00 的交
通高峰期出现较高值，可能与山下的交通扬尘有关。
中午以后气温较高，大气处于不稳定状态，形成上升
气流，将山下的粗颗粒物输送到山上。
3 讨论与结论
本文对 2012 年夏季无锡惠山游憩林内大气颗
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林 业 科 学 49 卷
粒物质量浓度的监测结果表明: 其 TSP，PM10 和
PM2. 5浓度均达到我国城市地区环境空气质量标准，
尤其是 PM2. 5浓度处于较低水平，其浓度低于无锡市
背景值，并且达到国家环境空气质量一级标准，说明
无锡惠山城市森林发挥了降低大气颗粒物的作用，
为市民提供了一个空气相对清洁的森林游憩环境。
惠山位于无锡市区，多年来受到很好保护，山上森林
植被基本处于自然状态，生态环境较好。为了减少
环境破坏，惠山森林公园仅修建一条宽 6 m 左右的
非机动车道和一些步道，山上几乎无机动车通行，避
免了人为污染源的直接排放。大气颗粒物的来源以
污染源直接排放的固态一次粒子、气态前体物形成
的冷凝粒子及其发生化学反应生成的二次粒子为主
(郭二果等，2010a; 2010b)。有研究表明: 无锡市
可吸入颗粒物来源主要包括城市扬尘、煤烟尘、机动
车尾气尘、土壤尘等(韩博等，2009)。惠山位于工
业经济发达的无锡市区，在一定程度上也受到城市
大气颗粒物污染的影响。另外，每天有许多市民到
惠山进行游憩，产生的地面扬尘也成为颗粒物来源。
在森林环境中，大气颗粒物的来源还包括植物释放
有机挥发物所形成的二次气溶胶、花粉、孢子等
(Beckett et al．，1998; Rissanen et al．，2006)。因此，
惠山大气颗粒物的来源较复杂，有待进一步对其颗
粒物进行化学成分分析，从而确定具体来源及对人
体健康的危害性大小。
在城市游憩林中，森林群落特点、植物生理特性
等因素直接影响着林内空气颗粒物浓度。由于观测
时间处于夏季植物生长旺盛期，植物在此时期的滞
尘能力最强(高金辉等，2007)，然而各游憩林的森
林类型、郁闭度、森林结构、树种组成、地表覆盖等不
同，也导致其滞尘能力有差异。松科树种能分泌油
脂等物质，从而沾黏空气颗粒物的效果更稳定，加上
针叶树的叶面积相对较大，而植物滞尘的主要部位
是叶片，故湿地松林内颗粒物浓度和小颗粒物相对
含量都较低，体现了针叶林的滞尘能力较阔叶林高
(王蕾等，2006; 高金晖等，2007)。由于郁闭度大
的片林对降尘有明显的截滞作用 (粟志峰等，
2002)，因此郁闭度最大的香樟林能更好地滞留或
阻挡从山下输送来的粗颗粒物，TSP 和 PM10浓度在
香樟林最低。但是郁闭度过大的森林群落也会导致
进入林内的颗粒物不易扩散到林外 (郭二果等，
2009)，因此香樟林内细颗粒物浓度较高，且日变化
高峰持续时间较长。森林群落结构也影响着不同类
型游憩林的滞尘能力。相关研究表明: 具有乔灌草
复层结构的植物群落具有较好的滞尘作用，尤其是
灌木和草本层能有效阻滞地面扬尘 (粟志峰等，
2002; 苏俊霞等，2002)。只有乔木层的香樟林地
表有枯枝落叶覆盖，然而相对于具有较高盖度灌木
和草本层的湿地松林、栓皮栎林而言，香樟林滞留和
阻挡土尘产生的细颗粒物能力较低。湿地松林内生
长了大量藤本植物，从垂直空间上增强了对颗粒物
的阻滞和吸附，因此其不同粒径颗粒物的浓度都较
低。此外，植物释放有机挥发物及其化学反应生成
二次有机物也是空气颗粒物成分的来源，并且占细
颗粒 物 成 分 的 20% ～ 80% ( Neil et al．，2004;
Rissanen et al．，2006)。香樟释放大量芳樟醇、樟脑
等挥发性有机物(吴学文等，2001)，能形成二次气
溶胶的前体物，这可能是香樟林内细颗粒物浓度最
高的原因之一。本文中道路的颗粒物浓度不是最
高，一方面由于林中道路在空气比较清洁的森林环
境内，空气流通顺畅，使空气颗粒物扩散较快; 另一
方面与游憩林的树种组成、群落结构特点等有关。
建议对惠山游憩林加强管理，通过林相改造、适时疏
伐、调整群落结构等措施，以提高城市森林的滞尘
能力。
在观测时段内，4 种样地各粒径颗粒物的日变
化均为“单峰单谷”特征，高峰时间为 7:00—9:00，
最低浓度在 13:00—17:00，这与其他相关研究结果
类似(郭二果等，2009; 吴志萍等，2008)。对比不
同粒径颗粒物出现峰、谷的时间，发现各粒径颗粒物
均在早上 7:00 出现峰值，而下午细颗粒物出现低谷
的时间较粗颗粒物滞后 2 ～ 4 h。这可能与细颗粒物
较粗颗粒物的沉降速度慢，更不易扩散有关。影响
惠山城市森林大气颗粒物浓度日变化的外界因素除
了气象条件外，还与交通排放和人为活动有关。惠
山脚下被钱荣路、内环高速路等交通干道环绕，山下
的城市扬尘、机动车尾气等污染物也随着大气湍流
被输送到山上，因此颗粒物浓度的峰值与上班高峰
期相吻合。在观测期间发现，早晨 5:00—7:00 有大
量市民上山晨练，下午 17:00 以后上山游憩的人逐
渐增多，这可能也是惠山大气颗粒物浓度在早晨
7:00出现最高峰，傍晚 19:00 开始回升的原因。若
从不同粒径大气颗粒物污染情况来选择夏季惠山空
气质量较好时段，应该在早晨 5:00 以前和下午
13:00—17:00 期间开展游憩活动，尽量避免在
7:00—11:00 期间游憩或者进行运动。
将几种气象因素与游憩林内颗粒物浓度进行相
关性分析表明: 湿度和温度对各粒径颗粒物浓度均
有显著影响。由于观测期间属于江南地区夏季持续
高温的典型天气，气压稳定，风速较小，因此气压、风
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第 10 期 古 琳等: 夏季持续高温天气下无锡惠山游憩林内空气颗粒物变化特征
速、风向等气候因素对大气颗粒物浓度变化的影响
不明显。本文还发现各气象因素都存在一定阈值，
当达到或超过这些阈值后，颗粒物浓度会相应地增
大、减小或者改变变化速率，因此，选择合适的气象
因素作为预报大气颗粒物浓度的依据成为可能。
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