基于Daniel的广州麓湖公园10年间大气环境质量变化规律研究
何司彦+林石狮
摘要：麓湖公园位于广州市城区内，是以自然风景为特色的大型城市公园，其东、西和南面均为居民住宅区，公园空气环境质量直接影响居民健康。利用Daniel趋势检验法对麓湖公园10年的大气质量（包括SO2、NO2、O3、PM10等）与气候因子进行相关性分析，结果反映出广州近年推行的减排措施为麓湖公园空气质量带来改善。建议市政府在该公园区域使用新能源公共汽车取代原公车，进一步制定风道规划，营造更适宜的微气候环境。
关键词：大气质量；Daniel检验法；趋势分析；麓湖公园；广州
中圖分类号：TU986
文献标志码：A
文章编号：1671-2641（2017）02-0033-04
收稿日期：2016-11-09
修回日期：2017-01-22
Abstract： Luhu Park is a large urban park characterized by natural landscape located in the city of Guangzhou. The east， west and south of the park are residential areas. The air quality of the park directly affects the health of residents. By analyzing the correlation between quality factors （including SO2， NO2， O3， PM10 and so on） and climatic factors in recent 10 years based on Daniel trend test， the results show that the emission reduction measures introduced in Guangzhou improve the air quality of Luhu Park. It is suggested that Guangzhou should replace the original bus with new energy bus in the park area， further develop the wind tunnel planning， and create a more suitable microclimate environment.
Key words： Air quality； Daniel test method； Trend analysis； Luhu Park； Guangzhou
公园是供公众游览、观赏、游憩和锻炼身体的场所，有较大面积的公共绿地和良好的绿化环境[1]。一般认为，公园里的空气肯定更好，人们都喜欢到公园享受自然，呼吸新鲜空气。事实是否如此呢？公园内的各项大气质量因子指标值是否均优于所在地区平均值呢？公园如何营造更有利于大气质量微气候环境呢？这是本研究着重探讨的问题。
1 数据来源与研究方法
1.1研究区概况
麓湖公园位于广州市白云山南麓，其东、西和南面为居民住宅区，公园总面积250 hm2，是广州市内以自然风景为特色的大型城市综合性公园，其生态环境质量情况直接影响居民的身心健康。广东省空气监测子站设在公园内“聚芳园”。公园内大气污染物浓度主要受周边生活、生产、机动车尾气产生的污染物释放量影响，也受公园植被的污染吸附能力影响。
结合文献与课题组现场考察，麓湖公园植被与植物多样性以常见园林植物为主，其中以乔木为主的植被类型包括洋紫荆Bauhinia variegata林、落羽杉Taxodium distichum林、南洋杉Araucaria heterophylla、台湾相思Acacia confusa 林及其他园林植物混交林；主要疏林草地类型以大王椰子Roystonea regia、假槟榔 Archontophoenix alexandrae、黄花风铃木Handroanthus chrysanthus、白兰Michelia × alba、美丽异木棉Ceiba speciosa等为主；其他常见植物还包括榕树Ficus microcarpa、柠檬桉Eucalyptus citriodora、马尾松Pinus massoniana 、樟树Cinnamomum camphora、石栗Aleurites moluccana、狐尾椰Wodyetia bifurcata、散尾葵Dypsis lutescens、木犀Osmanthus fragrans、假连翘Duranta erecta等[1]。
1.2数据来源
本研究以广东省环境保护厅发布的2006～2015年《粤港澳珠江三角洲区域空气监测网络检测》年度报告中广州市麓湖公园的SO2、NO2、O3、PM10、CO、PM2.5等大气质量因子的监测数据[2]和《广州统计年鉴》《广州气象数据共享网》中历年气候数据[3]进行分析。麓湖公园空气自动监测子站由广州市环境监测站1993年1月开始运作，该子站采样高度（海拔高度）30 m，地面以上（相对高度）9 m。
1.3研究方法
大气质量变化趋势采用Daniel趋势检验法（Spearman相关性）进行定量分析，按照（式1）计算时间段内空气污染物数据组的轶相关系数值sγ。轶相关系数sγ为正值，表示指标变化呈现增加或加重趋势；sγ为负值表示呈减少或好转趋势。sγ绝对值大小表示污染物变化的强度，将其与临界值WP比较（表1），大于WP表示变化趋势明显，指标有显著意义，小于则相反，同时也表明指标变化稳定。
2结果与分析
2.1大气质量因子污染分担率分析
大气质量因子污染分担率是用来反映公园内各大气质量因子对空气质量改变的贡献率，用单项指数百分率来表示。大气质量因子的污染分担率越大，表明其对空气质量改变所起的作用也越大。从2006～2014年监测结果看，在麓湖公园各年度的SO2、NO2、O3、PM10等单项指标中，PM10的分担率最大，在33.2%～41.6%之間；SO2分担率呈明显逐年下降趋势，从24.7%下降至7.9%；NO2分担率呈先下降后上升趋势，2006～2011年从28.0%下降至21.6%，2012～2015年上升至28.8%；O3整体呈现上升趋势，从13%上升至26.6%（图1）。2015年监测因子增加PM2.5和CO，各污染因子SO2、NO2、O3、PM10、PM2.5和CO的比例调整为4.9%、26.8%、20.8%、28.4%、18.6%和0.5%。说明城市环境整治后，麓湖公园大气质量的主要污染物仍为PM10和NO2，O3和PM2.5为次要污染物，四者对公园空气质量的影响越来越大，SO2和CO经城市环境整治后对公园空气质量影响较弱。
2.2大气质量因子污染浓度超标分析与年度变化规律
根据《环境空气质量标准（GB3095-2012）》[4]，从2006～2015年麓湖公园监测子站测得的数据分析，总体来说，SO2、NO2、PM10的年平均值分别下降了83%、18%和28%，呈现明显下降趋势，这反映近年广州推行的减排措施，包括制定及收紧车辆的排放标准、禁止高污染车辆进口、提高油品规格等，已对麓湖公园的整体空气质量带来改善。而O3年平均值同比上升31%，反映区内的光化学污染问题严重。
1）SO2年平均值随年份呈快速下降趋势，两者显著负相关，R2为0.955（>WP），相关性很强。10年来的数值介于9～53 μg/m3之间，均合二级年平均标准限值（60 μg/m3），2011年起从高于广东年平均值变为低于广东值（图2）。
2）NO2年平均值与年份呈显著负相关，R2为0.356，相关性较弱。其数值介于40～60μg/m3之间，近3年数值变化不大，除2011年外，其他年份均未达到二级年平均标准限值（40 μg/m3），10年来年平均值均高于广东省水平，该子站与佛山惠景城、金桔咀子站、广州磨碟沙子站共同为广东省NO2值较高区域。
3）O3介于29～59 μg/m3之间，年平均值普遍低于广东省水平，O3呈曲折上升趋势，并同比上升了31%。数值与年度相关性不显著。2011年，O3浓度值异常高，但NO2值较低，印证了两者的相关性为显著负相关（表2）。
4）PM10年平均值介于52～79 μg/m3之间，仅2008、2011、2014、2015年符合二级年平均标准限值（70μg/m3），总体呈下降趋势，2015年最高值大幅度下降，从120 μg/m3降低至74 μg/ m3。自2009年起其年平均值均高于广东省水平，但数值与年度相关性不显著。4个指标数值反映城市减排措施已改善该区域的空气质量。
2.3气象因子与污染物浓度关系
为了解不同气象因子与污染物浓度之间的关系，使用SPSS对SO2、 NO2、O3、PM10四个指标年均值与广州市区2006～2015年10年间的年均风速、年均相对湿度、平均温度、降雨量和日照时数5个气象参数两两进行Daniel分析，数据显示：SO2和NO2与平均温度呈正相关，随平均温度升高而升高；但O3和PM10与平均温度无相关性。SO2、NO2与年均风速呈负相关，随年均风速增大而降低。4个大气质量指标与相对湿度、降雨量、日照时数均无相关性（表3）。
值得讨论的是，10年数值显示，在麓湖公园区域PM10数值与广州市年均风速并没有显示显著相关性，风速对PM的驱散作用不明显，与目前普遍对风速与PM关系的认知存在不一致性。分析主要是因为麓湖公园区域北面为山体阻挡了风速，导致风速局域性下降，从另一角度看，城市整体缺乏风道规划也是导致无法引风除霾的原因。
3讨论与建议
污染物的产生是一个区域性问题，仅靠公园无法解决其根本问题，但是在小范围内公园能对空气质量起到一定的改进作用，减少一定范围内的空气污染物。
3.1公园公共交通特殊性分析及新能源应用建议
麓湖公园大气主要污染物为PM10和NO2，次要污染物为O3和PM2.5。麓湖公园内有两条对外开放的公交系统，交通频繁，带来了大量污染物。因此建议公交车能源清洁化，至少是麓湖公园区域的公交车路线使用新能源公共汽车，以减少汽车尾气带来的污染物。
3.2公园公交车道两侧植物种类调整的建议
针对园区内存在的主要大气污染物的种类，建议通过植物种类和绿地结构的调整，降低局部的污染物浓度。建议增重对PM和NO2抗性强且吸收量大的植物种类比例。对PM有吸附作用的植物具有叶表皮粗糙、密集纤毛或能分泌树脂黏液等特征，如凤尾丝兰Yucca gloriosa、常春藤Hedera nepalensis var. sinensis、榄仁树Terminalia catappa、高山榕Ficus altissima和女贞Ligustrum lucidum等品种可选用（后三者主要吸附粒径小于1 μm的细颗粒）[7-8]，使园内植物滞尘效果达到最佳。对NO2有吸附作用的植物品种有火棘Pyracantha fortuneana、麦冬Ophiopogon japonicus、大头茶Gordonia axillaris、仪花Lysidice
rhodostegia[9-10]。
3.3基于引风除污理念的公园大气质量提升与绿地结构调整建议
研究数据表明，温度和风速对NO2等污染物浓度有明显影响，营造适宜的公园微气候环境，降低公园区域平均温度，增大公园区域风速，能在一定程度上改善大气环境质量。广州每年10月到次年3月主要吹东北风，4～9月主要吹东南风。广州风玫瑰图显示主导风为东南风、东风、北风和南风，其中东南风的静风频率较高，南风和东风次之，北风最低。结合公园“北高南低”的外环境，由于公园北面白云山的遮挡，北风无法进入园区，南门开阔的湖面，可引入东风、东南风和南风，但东南风中高频率的静风对污染物的浓度驱散作用有限，建议公园改造时，优先考虑根据大气污染物的时空规律进行风道规划和园区绿地调整，引入东风和南风的风道以驱散公园内城市主干道的公交车、机动车产生的污染物。
道路也属于通风廊道，建议降低公园内现有车行道两侧植物空间的郁闭度，改变局部区域的绿地结构形式，将郁闭度大的空间调整为开阔的空间；通过草坪或灌-草的种植形式，增大车行道通风廊道的宽度，以营造更好的污染物驱散环境，改善公园的生态环境质量。
参考文献：
[1]公园设计规范（CJJ 48-92）.北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2]粤港澳珠江三角洲区域空气监控网络检测结果报告[EB/OL]. （2015-06-28）.http：// www.gdep.gov.cn/hjjce/kqjc/.
[3]廣州市统计局.广州统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2015.
[4]环境空气质量标准（GB3095-2012）.中华人民共和国国家标准.
[5]肖以华，陈步峰，粟娟，等.大夫山森林公园大气环境中污染物浓度变化及评价[J].中国城市林业，2010，8（5）：43-45.
[6]Blackwood L G. The application of standard normal logarithm transformation in statistics[J].Environmental Monitoring and Assessment，1995（35）：55-75.
[7]刘玲，方炎明，王顺昌，等.7种树木的叶片微形态与空气悬浮颗粒吸附及重金属累积特征[J].环境科学，2013，34（6）：2361-2367.
[8]彭丹，陈进生，任引，等.厦门市行道树芒果和高山榕叶面尘理化特性研究[J].福建林业科技，2011，38（2）：62-67.
[9]缪宇明，陈卓梅，陈亚飞，等.浙江省38种园林绿化植物苗木对二氧化氮气体的抗性及吸收能力[J].浙江林学院学报，2008，25（6）：765–771.
[10]张德强，褚国伟，余清发，等.园林绿化植物对大气二氧化硫和氟化物污染的净化能力及修复功能[J].热带亚热带植物学报，2003，11（4）：336-340.
作者简介：
何司彦/1983年生/女/广东肇庆人/讲师/专业方向为森林生态和城市园林
摘要：麓湖公园位于广州市城区内，是以自然风景为特色的大型城市公园，其东、西和南面均为居民住宅区，公园空气环境质量直接影响居民健康。利用Daniel趋势检验法对麓湖公园10年的大气质量（包括SO2、NO2、O3、PM10等）与气候因子进行相关性分析，结果反映出广州近年推行的减排措施为麓湖公园空气质量带来改善。建议市政府在该公园区域使用新能源公共汽车取代原公车，进一步制定风道规划，营造更适宜的微气候环境。
关键词：大气质量；Daniel检验法；趋势分析；麓湖公园；广州
中圖分类号：TU986
文献标志码：A
文章编号：1671-2641（2017）02-0033-04
收稿日期：2016-11-09
修回日期：2017-01-22
Abstract： Luhu Park is a large urban park characterized by natural landscape located in the city of Guangzhou. The east， west and south of the park are residential areas. The air quality of the park directly affects the health of residents. By analyzing the correlation between quality factors （including SO2， NO2， O3， PM10 and so on） and climatic factors in recent 10 years based on Daniel trend test， the results show that the emission reduction measures introduced in Guangzhou improve the air quality of Luhu Park. It is suggested that Guangzhou should replace the original bus with new energy bus in the park area， further develop the wind tunnel planning， and create a more suitable microclimate environment.
Key words： Air quality； Daniel test method； Trend analysis； Luhu Park； Guangzhou
公园是供公众游览、观赏、游憩和锻炼身体的场所，有较大面积的公共绿地和良好的绿化环境[1]。一般认为，公园里的空气肯定更好，人们都喜欢到公园享受自然，呼吸新鲜空气。事实是否如此呢？公园内的各项大气质量因子指标值是否均优于所在地区平均值呢？公园如何营造更有利于大气质量微气候环境呢？这是本研究着重探讨的问题。
1 数据来源与研究方法
1.1研究区概况
麓湖公园位于广州市白云山南麓，其东、西和南面为居民住宅区，公园总面积250 hm2，是广州市内以自然风景为特色的大型城市综合性公园，其生态环境质量情况直接影响居民的身心健康。广东省空气监测子站设在公园内“聚芳园”。公园内大气污染物浓度主要受周边生活、生产、机动车尾气产生的污染物释放量影响，也受公园植被的污染吸附能力影响。
结合文献与课题组现场考察，麓湖公园植被与植物多样性以常见园林植物为主，其中以乔木为主的植被类型包括洋紫荆Bauhinia variegata林、落羽杉Taxodium distichum林、南洋杉Araucaria heterophylla、台湾相思Acacia confusa 林及其他园林植物混交林；主要疏林草地类型以大王椰子Roystonea regia、假槟榔 Archontophoenix alexandrae、黄花风铃木Handroanthus chrysanthus、白兰Michelia × alba、美丽异木棉Ceiba speciosa等为主；其他常见植物还包括榕树Ficus microcarpa、柠檬桉Eucalyptus citriodora、马尾松Pinus massoniana 、樟树Cinnamomum camphora、石栗Aleurites moluccana、狐尾椰Wodyetia bifurcata、散尾葵Dypsis lutescens、木犀Osmanthus fragrans、假连翘Duranta erecta等[1]。
1.2数据来源
本研究以广东省环境保护厅发布的2006～2015年《粤港澳珠江三角洲区域空气监测网络检测》年度报告中广州市麓湖公园的SO2、NO2、O3、PM10、CO、PM2.5等大气质量因子的监测数据[2]和《广州统计年鉴》《广州气象数据共享网》中历年气候数据[3]进行分析。麓湖公园空气自动监测子站由广州市环境监测站1993年1月开始运作，该子站采样高度（海拔高度）30 m，地面以上（相对高度）9 m。
1.3研究方法
大气质量变化趋势采用Daniel趋势检验法（Spearman相关性）进行定量分析，按照（式1）计算时间段内空气污染物数据组的轶相关系数值sγ。轶相关系数sγ为正值，表示指标变化呈现增加或加重趋势；sγ为负值表示呈减少或好转趋势。sγ绝对值大小表示污染物变化的强度，将其与临界值WP比较（表1），大于WP表示变化趋势明显，指标有显著意义，小于则相反，同时也表明指标变化稳定。
2结果与分析
2.1大气质量因子污染分担率分析
大气质量因子污染分担率是用来反映公园内各大气质量因子对空气质量改变的贡献率，用单项指数百分率来表示。大气质量因子的污染分担率越大，表明其对空气质量改变所起的作用也越大。从2006～2014年监测结果看，在麓湖公园各年度的SO2、NO2、O3、PM10等单项指标中，PM10的分担率最大，在33.2%～41.6%之間；SO2分担率呈明显逐年下降趋势，从24.7%下降至7.9%；NO2分担率呈先下降后上升趋势，2006～2011年从28.0%下降至21.6%，2012～2015年上升至28.8%；O3整体呈现上升趋势，从13%上升至26.6%（图1）。2015年监测因子增加PM2.5和CO，各污染因子SO2、NO2、O3、PM10、PM2.5和CO的比例调整为4.9%、26.8%、20.8%、28.4%、18.6%和0.5%。说明城市环境整治后，麓湖公园大气质量的主要污染物仍为PM10和NO2，O3和PM2.5为次要污染物，四者对公园空气质量的影响越来越大，SO2和CO经城市环境整治后对公园空气质量影响较弱。
2.2大气质量因子污染浓度超标分析与年度变化规律
根据《环境空气质量标准（GB3095-2012）》[4]，从2006～2015年麓湖公园监测子站测得的数据分析，总体来说，SO2、NO2、PM10的年平均值分别下降了83%、18%和28%，呈现明显下降趋势，这反映近年广州推行的减排措施，包括制定及收紧车辆的排放标准、禁止高污染车辆进口、提高油品规格等，已对麓湖公园的整体空气质量带来改善。而O3年平均值同比上升31%，反映区内的光化学污染问题严重。
1）SO2年平均值随年份呈快速下降趋势，两者显著负相关，R2为0.955（>WP），相关性很强。10年来的数值介于9～53 μg/m3之间，均合二级年平均标准限值（60 μg/m3），2011年起从高于广东年平均值变为低于广东值（图2）。
2）NO2年平均值与年份呈显著负相关，R2为0.356，相关性较弱。其数值介于40～60μg/m3之间，近3年数值变化不大，除2011年外，其他年份均未达到二级年平均标准限值（40 μg/m3），10年来年平均值均高于广东省水平，该子站与佛山惠景城、金桔咀子站、广州磨碟沙子站共同为广东省NO2值较高区域。
3）O3介于29～59 μg/m3之间，年平均值普遍低于广东省水平，O3呈曲折上升趋势，并同比上升了31%。数值与年度相关性不显著。2011年，O3浓度值异常高，但NO2值较低，印证了两者的相关性为显著负相关（表2）。
4）PM10年平均值介于52～79 μg/m3之间，仅2008、2011、2014、2015年符合二级年平均标准限值（70μg/m3），总体呈下降趋势，2015年最高值大幅度下降，从120 μg/m3降低至74 μg/ m3。自2009年起其年平均值均高于广东省水平，但数值与年度相关性不显著。4个指标数值反映城市减排措施已改善该区域的空气质量。
2.3气象因子与污染物浓度关系
为了解不同气象因子与污染物浓度之间的关系，使用SPSS对SO2、 NO2、O3、PM10四个指标年均值与广州市区2006～2015年10年间的年均风速、年均相对湿度、平均温度、降雨量和日照时数5个气象参数两两进行Daniel分析，数据显示：SO2和NO2与平均温度呈正相关，随平均温度升高而升高；但O3和PM10与平均温度无相关性。SO2、NO2与年均风速呈负相关，随年均风速增大而降低。4个大气质量指标与相对湿度、降雨量、日照时数均无相关性（表3）。
值得讨论的是，10年数值显示，在麓湖公园区域PM10数值与广州市年均风速并没有显示显著相关性，风速对PM的驱散作用不明显，与目前普遍对风速与PM关系的认知存在不一致性。分析主要是因为麓湖公园区域北面为山体阻挡了风速，导致风速局域性下降，从另一角度看，城市整体缺乏风道规划也是导致无法引风除霾的原因。
3讨论与建议
污染物的产生是一个区域性问题，仅靠公园无法解决其根本问题，但是在小范围内公园能对空气质量起到一定的改进作用，减少一定范围内的空气污染物。
3.1公园公共交通特殊性分析及新能源应用建议
麓湖公园大气主要污染物为PM10和NO2，次要污染物为O3和PM2.5。麓湖公园内有两条对外开放的公交系统，交通频繁，带来了大量污染物。因此建议公交车能源清洁化，至少是麓湖公园区域的公交车路线使用新能源公共汽车，以减少汽车尾气带来的污染物。
3.2公园公交车道两侧植物种类调整的建议
针对园区内存在的主要大气污染物的种类，建议通过植物种类和绿地结构的调整，降低局部的污染物浓度。建议增重对PM和NO2抗性强且吸收量大的植物种类比例。对PM有吸附作用的植物具有叶表皮粗糙、密集纤毛或能分泌树脂黏液等特征，如凤尾丝兰Yucca gloriosa、常春藤Hedera nepalensis var. sinensis、榄仁树Terminalia catappa、高山榕Ficus altissima和女贞Ligustrum lucidum等品种可选用（后三者主要吸附粒径小于1 μm的细颗粒）[7-8]，使园内植物滞尘效果达到最佳。对NO2有吸附作用的植物品种有火棘Pyracantha fortuneana、麦冬Ophiopogon japonicus、大头茶Gordonia axillaris、仪花Lysidice
rhodostegia[9-10]。
3.3基于引风除污理念的公园大气质量提升与绿地结构调整建议
研究数据表明，温度和风速对NO2等污染物浓度有明显影响，营造适宜的公园微气候环境，降低公园区域平均温度，增大公园区域风速，能在一定程度上改善大气环境质量。广州每年10月到次年3月主要吹东北风，4～9月主要吹东南风。广州风玫瑰图显示主导风为东南风、东风、北风和南风，其中东南风的静风频率较高，南风和东风次之，北风最低。结合公园“北高南低”的外环境，由于公园北面白云山的遮挡，北风无法进入园区，南门开阔的湖面，可引入东风、东南风和南风，但东南风中高频率的静风对污染物的浓度驱散作用有限，建议公园改造时，优先考虑根据大气污染物的时空规律进行风道规划和园区绿地调整，引入东风和南风的风道以驱散公园内城市主干道的公交车、机动车产生的污染物。
道路也属于通风廊道，建议降低公园内现有车行道两侧植物空间的郁闭度，改变局部区域的绿地结构形式，将郁闭度大的空间调整为开阔的空间；通过草坪或灌-草的种植形式，增大车行道通风廊道的宽度，以营造更好的污染物驱散环境，改善公园的生态环境质量。
参考文献：
[1]公园设计规范（CJJ 48-92）.北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2]粤港澳珠江三角洲区域空气监控网络检测结果报告[EB/OL]. （2015-06-28）.http：// www.gdep.gov.cn/hjjce/kqjc/.
[3]廣州市统计局.广州统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2015.
[4]环境空气质量标准（GB3095-2012）.中华人民共和国国家标准.
[5]肖以华，陈步峰，粟娟，等.大夫山森林公园大气环境中污染物浓度变化及评价[J].中国城市林业，2010，8（5）：43-45.
[6]Blackwood L G. The application of standard normal logarithm transformation in statistics[J].Environmental Monitoring and Assessment，1995（35）：55-75.
[7]刘玲，方炎明，王顺昌，等.7种树木的叶片微形态与空气悬浮颗粒吸附及重金属累积特征[J].环境科学，2013，34（6）：2361-2367.
[8]彭丹，陈进生，任引，等.厦门市行道树芒果和高山榕叶面尘理化特性研究[J].福建林业科技，2011，38（2）：62-67.
[9]缪宇明，陈卓梅，陈亚飞，等.浙江省38种园林绿化植物苗木对二氧化氮气体的抗性及吸收能力[J].浙江林学院学报，2008，25（6）：765–771.
[10]张德强，褚国伟，余清发，等.园林绿化植物对大气二氧化硫和氟化物污染的净化能力及修复功能[J].热带亚热带植物学报，2003，11（4）：336-340.
作者简介：
何司彦/1983年生/女/广东肇庆人/讲师/专业方向为森林生态和城市园林
