揭西縣負氧離子濃度特征及與氣象條件的關系

林錦冰，李曉桃，陳浩，鄭瑤娜，金立遠，林巧美

（1.揭陽市氣象局，廣東揭陽 515500；2.揭西縣氣象局，廣東揭西 515400）

空氣負離子又稱負氧離子，是指獲得1個或1個以上的電子帶負電荷的氧氣離子。負氧離子濃度的高低與人們的健康息息相關，世界衛生組織公布的標準是1 000個／cm3以上的負氧離子濃度對人體是有益的。近年來，隨著“中國天然氧吧”創建活動的開展，國內學者對不同地區的負氧離子進行了大量研究，負氧離子濃度存在著明顯的年、月、日變化特征［1－4］。由于負氧離子受周邊環境的影響較大，不同地區的負氧離子與氣溫、相對濕度、日照時數、天氣狀況等影響因子的關系存在著一定的區域性特點［5－8］，何寧等［9］發現湘潭森林公園負氧離子濃度與日照、降水量和氣溫呈線性正相關；譚靜等［10］發現湖北旅游景區的負氧離子濃度晴天最大，陰天小于晴天，霧霾天和小雨天濃度較??；張勇等［11］發現AQI、氣溫和降水量是影響峨眉山景區負氧離子濃度的關鍵因子。綜上所述，不同地點不同環境的負氧離子與氣象條件等影響因子關系存在差異，這也許跟當地氣候與環境有關。

揭西縣屬亞熱帶季風氣候，常年氣候溫和、雨量適中、光照充足、四季宜耕。多年平均氣溫21.8℃，平均降雨量2 064.1 mm。人居環境氣候舒適度“舒適”月份6個月，全年沒有“寒冷”和“悶熱”不舒服級別的天數，全年均為適游期。揭西縣于2019年7月12日獲得“中國天然氧吧”的稱號，成為粵東首個“中國天然氧吧”，標志著揭西氣象部門在氣象服務地方生態文明建設方面邁出了重大的一步。揭陽市委市政府高度重視“中國天然氧吧”品牌和揭西特色產業的融合，要求氣象部門加強對負氧離子等數據的分析應用，深入挖掘生態優品，發展“旅游＋康養”產業，打造生態康養體驗圈。因此分析負氧離子濃度變化特征及其與氣象條件的關系，對推動揭西生態旅游品牌的發展，具有十分重要的意義。

1 資料與方法

2018年年底揭西縣在大北山森林公園和黃滿寨瀑布旅游區建設了負氧離子監測站，其中大北山站（115.922°E，23.546°N）安裝在與游客服務中心大概100 m的距離，周圍是茶葉梯田；黃滿寨站（115.984°E，23.577°N）安裝在景區入口附近，周圍是草坪和小灌木叢，距離瀑布大概1 km。本研究使用的資料來源于這兩個負氧離子監測站布設的固定式負氧離子監測儀（型號：FLZY－1X）對負氧離子濃度進行全天候連續觀測記錄，采樣頻率為1 h采集記錄1次，氣溫和相對濕度使用同一時間、同一地點觀測資料，研究時段為2019年1月1日—12月31日，負氧離子濃度的小時平均值、日平均值、月平均值均采用算術平均法計算。

本研究季節劃分：春季為3—5月、夏季為6—8月、秋季為9—11月、冬季為12月—次年2月。

2 結果與分析

2.1 空氣清新日

中國氣象局已發布了負氧離子濃度等級對應的標準［12］，空氣中負氧離子濃度達到1 200個／cm3以上，表示空氣清新；戴俊等［13］利用6級評價標準對邵陽市負氧離子濃度進行評價，空氣中負氧離子濃度在1 800～2 100個／cm3之間，表示空氣非常清新，空氣中負氧離子濃度達到2 100個／cm3以上，表示空氣特別清新。由于揭西縣的負氧離子濃度較高，本研究結合以上2個標準，利用6級評價標準（表1）對揭西縣大北山森林公園和黃滿寨瀑布旅游區的負氧離子濃度進行評價，結果如圖1所示。

表1 空氣負（氧）離子濃度等級 個／cm3

圖1 揭西兩個監測站點空氣質量等級的概率密度分布

從圖1可以看到，大北山森林公園的空氣清新日全年占比達到100%，其中1%為非常清新、4%為特別清新，最大日平均負氧離子濃度為5 024個／cm3，最小日平均負氧離子濃度為1 202個／cm3；黃滿寨瀑布旅游區的空氣清新日全年占比達96%，其中24%為非常清新、34%為特別清新，最大日平均負氧離子濃度為6 950個／cm3，最小日平均負氧離子濃度為642個／cm3。

揭西縣大北山森林公園和黃滿寨瀑布旅游區的空氣清新日全年占比分別高達100%和96%，對人體健康非常有利，具備建設“森林醫院”及“負氧離子呼吸區”等療養保健場所的先天優越條件。

2.2 季節變化

統計了揭西縣2個監測站負氧離子濃度的季節變化（表略），可以看到大北山森林公園和黃滿寨瀑布旅游區兩個地點的負氧離子濃度在季節上存在著明顯的差異，大北山站春、夏、秋季的負氧離子濃度變化不大，基本維持在1 500～1 600個／cm3，冬季負氧離子濃度最高，達1 842個／cm3；黃滿寨站春、夏、冬季的負氧離子濃度變化不大，在2 000～2 200個／cm3之間，秋季負氧離子濃度最低，為1 667個／cm3。另外，還可以看出黃滿寨站的負氧離子濃度4個季節均比大北山站高，尤其是春季和夏季，差值分別為465和606個／cm3，因此建議人們可以選擇春夏季在黃滿寨瀑布旅游區、冬季到大北山森林公園游玩，呼吸到負氧離子濃度相對更高的清新空氣。

2.3 月變化

揭西縣2個監測站負氧離子濃度的逐月變化如圖2所示，從圖2可看出，大北山站2—11月的負氧離子濃度變化不大，基本維持在1 500個／cm3左右，最小值出現在8月，為1 428個／cm3，12和1月負氧離子濃度有一個明顯的上升，最大值出現在12月份，高達2 254個／cm3，月最大變幅為826個／cm3。黃滿寨站負氧離子濃度呈波動起伏特點，最大值出現在1月份，高達2 728個／cm3；其次是6—7月份，為2 300個／cm3左右；8—11月份負氧離子濃度有一個下降的趨勢，最小值出現在11月份，為1 387個／cm3，月最大變幅為1 341個／cm3。

圖2 揭西兩個監測站負氧離子濃度逐月變化

2.4 日變化

為了進一步了解不同季節負氧離子濃度日變化規律，計算了2個監測站四季負氧離子濃度的逐小時平均值，結果如圖3所示，從圖3可看出，大北山森林公園和黃滿寨瀑布旅游區兩個地點的負氧離子濃度日變化規律在季節上存在著明顯的差異。大北山站（圖3a）春、夏、秋季的負氧離子濃度的日變化不大，基本維持在1 500～1 600個／cm3，其中春季的日最大變幅為98個／cm3，夏季的日最大變幅為36個／cm3，秋季的日最大變幅為159個／cm3；冬季的負氧離子濃度存在著明顯的日變化，日最大變幅為1 098個／cm3，主要的峰值出現在10：00—17：00（北京時，下同），負氧離子濃度均大于2 000個／cm3，最大值出現在15：00（2 631個／cm3），主要的谷值出現在21：00—04：00，負氧離子濃度在1 500～1 600個／cm3之間。黃滿寨站（圖3b）四季的負氧離子濃度均存在著明顯的日變化，春季的日最大變幅為703個／cm3，大致上呈現出1個峰值和1個谷值，峰值出現在08：00—09：00，負氧離子濃度在2 400個／cm3左右，10：00—21：00基本維持在2 000～2 200個／cm3之間，夜間到凌晨基本維持在1 700—1 900個／cm3之間；夏季的日最大變幅為2 543個／cm3，白天的負氧離子濃度遠遠高于凌晨和夜間，峰值出現在10：00—16：00，負氧離子濃度均在3 000個／cm3以上，谷值出現在20：00—08：00，負氧離子濃度維持在1 400個／cm3左右；秋季的日最大變幅為1 587個／cm3，峰值出現在09：00—17：00，負氧離子濃度均在2 000個／cm3以上，谷值出現在20：00—08：00，負氧離子濃度維持在1 200個／cm3左右；冬季的日最大變幅694個／cm3，峰值出現在09：00—10：00和17：00—20：00，負氧離子濃度維持在2 300個／cm3以上，其余時間基本維持在2 000～2 200個／cm3之間，相對其他3個季節來說，冬季的日變化不明顯。

圖3 揭西大北山（a）和黃滿寨（b）負氧離子濃度日變化

綜上所述，大北山森林公園的負氧離子濃度在冬季具有明顯的日變化特征，黃滿寨瀑布旅游區的負氧離子濃度四季都有較明顯的日變化特征，峰值基本都出現在白天段，符合人們出游作息習慣，讓游客在白天游玩的同時，呼吸到負氧離子濃度相對更高的清新空氣，對人體健康非常有利［14－16］。

3 負氧離子濃度與氣象條件分析

研究表明，氣溫、濕度、降水量、日照時數、天空狀況等氣象要素對負氧離子濃度變化有很大的影響［6－11］。本研究利用與負氧離子濃度的同一時間、同一地點的氣溫和相對濕度的逐小時觀測數據，分析氣溫、相對濕度與負氧離子濃度的關系。

3.1 負氧離子濃度與氣溫

圖4給出了大北山森林公園和黃滿寨瀑布旅游區兩個地點的氣溫概率密度分布圖以及負氧離子濃度隨氣溫的變化曲線。從圖4a中可以看到，大北山站的氣溫主要集中在14～34℃，占比達到91.4%，負氧離子濃度隨著氣溫的升高呈波動起伏的下降趨勢，在14～25℃，負氧離子濃度較高，在1 600～1 700個／cm3之間；在26～34℃，負氧離子濃度有所下降，在1 500個／cm3左右。從圖4b中可以看到，黃滿寨站的氣溫主要集中在17～37℃，占比達到89.7%，負氧離子濃度隨氣溫呈波動上升趨勢，在17～34℃，負氧離子濃度在1 500～1 900個／cm3之間；在35～39℃（占比10.5%），負氧離子濃度急劇上升，達到2 700～4 600個／cm3。

圖4 氣溫PDF分布和負氧離子濃度隨氣溫的變化曲線

3.2 負氧離子濃度和相對濕度

圖5給出了大北山森林公園和黃滿寨瀑布旅游區兩個地點的相對濕度概率密度分布以及負氧離子濃度隨濕度的變化曲線。從圖5a可以看到，大北山站的負氧離子濃度隨著濕度的增加而減小，當相對濕度在55%～70%（占比12%），負氧離子濃度在1 750～2 400個／cm3之間；在71%～100%時，負氧離子濃度變化不大，在1 500～1 540個／cm3之間。從圖5b可以看到，黃滿寨站的負氧離子濃度隨著濕度的增加呈先增加后減小的趨勢，在45% ～60%（占比3%），負氧離子濃度在1 200個／cm3左右；在71% ～80%（占比15%），負氧離子濃度達到峰值（3 000～3 700個／cm3）；在61% ～70%和81% ～100%（占比82%），負氧離子濃度在1 500～2 400個／cm3之間。

圖5 相對濕度PDF分布和負氧離子濃度隨濕度的變化曲線

4 結論

1）揭西縣的空氣負氧離子濃度非常高，兩個監測站點的年平均負氧離子濃度均在1 600個／cm3以上，大北山森林公園和黃滿寨瀑布的全年空氣清新日分別達到100%和96%，對人體健康非常有利，具備建設“森林醫院”及“負氧離子呼吸區”等療養保健場所的先天優越條件。

2）大北山森林公園和黃滿寨瀑布旅游區負氧離子濃度的季節變化規律存在明顯差異，大北山表現為冬季最高，12和1月負氧離子濃度有一個明顯的上升，春、夏、秋季變化不明顯，2—11月份負氧離子濃度基本維持在1 500個／cm3左右；黃滿寨表現為冬季最高，負氧離子濃度最大值出現在1月份，春、夏次之，秋季最低，最小值出現在11月份。

3）大北山森林公園和黃滿寨瀑布旅游區負氧離子濃度日變化規律在季節上存在著明顯的差異，大北山森林公園的負氧離子濃度在冬季具有明顯的日變化特征，黃滿寨瀑布旅游區的負氧離子濃度四季都有較明顯的日變化特征，峰值基本都出現在白天時段，符合人們出游作息習慣，讓游客在白天游玩的同時，呼吸到負氧離子濃度相對更高的清新空氣，對人體健康非常有利。

4）大北山森林公園的負氧離子濃度隨著氣溫的升高呈波動下降趨勢，隨著濕度的增加而減??；黃滿寨瀑布旅游區的負氧離子濃度隨氣溫呈波動上升趨勢，隨著濕度的增加呈先增加后減小的趨勢。