本發(fā)明涉及城市生態(tài)環(huán)境治理與景觀生態(tài)規(guī)劃領(lǐng)域,尤其涉及一種用于阻滯PM2.5的植被過濾帶寬度確定方法。
背景技術(shù):
PM2.5又稱可入肺顆粒物,因其粒徑小、富含大量有毒有害物質(zhì),嚴(yán)重影響人類健康,故而成為國際社會(huì)和人民群眾廣泛關(guān)注的環(huán)境熱點(diǎn)問題,如何有效調(diào)控PM2.5等顆粒物濃度以降低其危害是現(xiàn)階段我國城市(尤其是北方大、中城市)發(fā)展急需解決的重大技術(shù)問題。大量研究表明,道路防護(hù)林、城市生態(tài)公益林、公園風(fēng)景游憩林等城市植被過濾帶通過葉面滯塵、林帶阻塵等過程,在阻滯吸附PM2.5等大氣顆粒物、改善空氣質(zhì)量等方面效果顯著。其中,植被種類、林帶寬度等因素是影響城市植被過濾帶阻滯吸附顆粒物能力大小的決定因素。因此,植被種類、過濾帶寬度決定著城市林地不同生態(tài)效益的發(fā)揮。
現(xiàn)有技術(shù)中,道路防護(hù)林、生態(tài)公益林、風(fēng)景游憩林等典型城市植被過濾帶營造均是從提高城市綠地景觀視覺效果、控制噪音水平等角度,按照城市附屬綠地設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的樹種、株間距等來營造,造林樹種選擇尚未考慮不同樹種阻滯PM2.5顆粒物能力大小,沒有定量計(jì)算不同寬度植被過濾帶與其PM2.5顆粒物消減率之間的量化關(guān)系,更未考慮近年來隨著霧霾天氣頻繁出現(xiàn),如何通過城市森林植被建設(shè)阻滯PM2.5等顆粒物進(jìn)而實(shí)現(xiàn)凈化城市大氣的實(shí)際需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種用于阻滯PM2.5的植被過濾帶寬度確定方法,依據(jù)該方法確定的林帶最優(yōu)寬度營造城市植被過濾帶,可在兼顧景觀視覺效果、降低噪音水平同時(shí),最大程度的發(fā)揮植被阻滯吸附PM2.5等顆粒物的作用,有效降低大氣PM2.5顆粒物濃度,進(jìn)而減小其長距離傳播而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的危害與影響。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種用于阻滯PM2.5的植被過濾帶寬度確定方法,包括:
通過預(yù)定方法篩選出多個(gè)用于阻滯PM2.5的典型樹種;
在每一種典型樹種過濾帶的距過濾帶邊緣不同寬度處,分別布設(shè)若干個(gè)線性監(jiān)測樣帶;且在每一監(jiān)測樣帶內(nèi)均勻布設(shè)若干監(jiān)測點(diǎn),用于監(jiān)測PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分濃度;
根據(jù)各個(gè)監(jiān)測樣帶中監(jiān)測點(diǎn)所監(jiān)測到的PM2.5顆粒物化學(xué)組分濃度數(shù)據(jù)來計(jì)算每一種典型樹種距過濾帶邊緣各個(gè)寬度處PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度,再采用多元線性回歸法,計(jì)算每一種典型樹種的距過濾帶邊緣寬度與PM2.5顆粒物化學(xué)組分平均濃度的相關(guān)關(guān)系,獲得相應(yīng)的相關(guān)關(guān)系模型,從而估算出每一典型樹種過濾帶阻滯PM2.5的最優(yōu)寬度。
所述根據(jù)各個(gè)監(jiān)測樣帶中監(jiān)測點(diǎn)所監(jiān)測到的PM2.5顆粒物化學(xué)組分濃度數(shù)據(jù)來計(jì)算每一種典型樹種距過濾帶邊緣各個(gè)寬度處PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度包括:
對(duì)于每一種典型樹種過濾帶,均分別根據(jù)每一監(jiān)測樣帶中所有監(jiān)測點(diǎn)所監(jiān)測到的PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分濃度進(jìn)行算術(shù)平均計(jì)算,求得每一種典型樹種的各個(gè)監(jiān)測樣帶中PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度;
再將每一種典型樹種距過濾帶邊緣的相同寬度處所有監(jiān)測樣帶的PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度進(jìn)行算術(shù)平均計(jì)算,求得每一種典型樹種距過濾帶邊緣各個(gè)寬度處PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度。
對(duì)于任一種典型樹種,若設(shè)定了M個(gè)距過濾帶邊緣寬度,則每一次監(jiān)測能獲得M組數(shù)據(jù),每一組數(shù)據(jù)均包含了N個(gè)化學(xué)組分平均濃度數(shù)值,將這每一組數(shù)據(jù)中的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度數(shù)值與對(duì)應(yīng)的距過濾帶邊緣寬度進(jìn)行匯編整理,基于SPSS軟件,采用多元線性回歸法,計(jì)算距過濾帶邊緣寬度與N個(gè)化學(xué)組分平均濃度數(shù)值的相關(guān)關(guān)系,獲得相關(guān)關(guān)系模型;相關(guān)關(guān)系模型中,距過濾帶邊緣寬度為因變量,N個(gè)化學(xué)組分平均濃度數(shù)值為自變量;通過由N個(gè)自變量的最優(yōu)組合來共同估計(jì)因變量,所估計(jì)到的因變量即為最優(yōu)的距過濾帶邊緣寬度,也即過濾帶阻滯PM2.5的最優(yōu)寬度;
所述相關(guān)關(guān)系模型為:
Y=ax1+bx2+cx3+dx4+…+n;
其中,Y為每一典型樹種過濾帶阻滯PM2.5的最優(yōu)寬度;x1、x2、x3、x4…為每一典型樹種過濾帶距過濾帶邊緣Y寬度處PM2.5顆粒物化N個(gè)學(xué)組分平均濃度;a、b、c、d均為模型系數(shù),n為擬合方程常數(shù)項(xiàng)。
所述通過預(yù)定方法篩選出若干種用于阻滯PM2.5的典型樹種包括:
分別在不同樹種植被過濾帶的相同寬度處布設(shè)若干個(gè)監(jiān)測樣地,在每塊監(jiān)測樣地內(nèi)布設(shè)若干監(jiān)測點(diǎn),用于監(jiān)測林內(nèi)PM2.5顆粒物濃度;
根據(jù)每塊監(jiān)測樣地內(nèi)所有監(jiān)測點(diǎn)處PM2.5顆粒物濃度采用算術(shù)平均法,計(jì)算各監(jiān)測樣地PM2.5顆粒物濃度;
根據(jù)各個(gè)樹種植被過濾帶中的所有監(jiān)測樣地PM2.5顆粒物濃度采用算術(shù)平均法,計(jì)算各個(gè)樹種植被過濾帶內(nèi)PM2.5顆粒物平均濃度;
根據(jù)每一樹種植被過濾帶內(nèi)PM2.5顆粒物平均濃度,以及相應(yīng)樹種植被過濾帶邊緣PM2.5濃度,來計(jì)算每一樹種植被過濾帶PM2.5顆粒物的消減率;
將消減率大于預(yù)設(shè)值的多個(gè)樹種作為用于阻滯PM2.5的典型樹種。
所述每一樹種植被過濾帶PM2.5顆粒物的消減率的計(jì)算公式為:
其中,Ei表示第i種植被過濾帶PM2.5顆粒物的消減率,表示第i種植被過濾帶內(nèi)PM2.5顆粒物平均濃度,表示第i種植被過濾帶邊緣PM2.5濃度。
所述用于阻滯PM2.5的典型樹種包括:杉木、圓柏、欒樹與洋白蠟。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出,1)所篩選的植被過濾帶造林樹種均為北方城市常見園林綠化樹種,且均為鄉(xiāng)土樹種,成活率高,造林成本低。此外,樹種選擇在兼顧景觀效益同時(shí),重點(diǎn)突出植被阻滯吸附PM2.5顆粒物等多重生態(tài)效益發(fā)揮,能夠滿足當(dāng)前北方城市大氣污染防治對(duì)城市森林建設(shè)的實(shí)際需求。2)較以往技術(shù),本發(fā)明量化了阻滯PM2.5顆粒物效果最佳時(shí)的植被過濾帶營建最優(yōu)寬度,填補(bǔ)了當(dāng)前以阻滯PM2.5顆粒物為目標(biāo)的植被過濾帶營造寬度確定技術(shù)的空白。3)該植被過濾帶可廣泛應(yīng)用于我國北方城市道路防護(hù)林、城市生態(tài)公益林、公園風(fēng)景游憩林等城市綠地建設(shè),技術(shù)可操作性強(qiáng),目標(biāo)明確,生態(tài)效益高,該技術(shù)具有很強(qiáng)的普適性與推廣價(jià)值。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于阻滯PM2.5的植被過濾帶寬度確定方法的流程圖;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的監(jiān)測樣地中監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)示意圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的典型樹種過濾帶的距過濾帶邊緣不同寬度處各個(gè)監(jiān)測樣帶布設(shè)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于阻滯PM2.5的植被過濾帶寬度確定方法。如圖1所示,其主要包括:
步驟11、通過預(yù)定方法篩選出多個(gè)用于阻滯PM2.5的典型樹種。
示例性的,可以采用下述方法篩選出多個(gè)用于阻滯PM2.5的典型樹種。
1)選擇晴朗無風(fēng)的典型天氣,以我國北方城市主要綠化造林樹種為對(duì)象,分別在不同樹種植被過濾帶的相同寬度處布設(shè)若干個(gè)監(jiān)測樣地;在每塊監(jiān)測樣地內(nèi)布設(shè)若干監(jiān)測點(diǎn),用于監(jiān)測林內(nèi)PM2.5顆粒物濃度。
本示例中,可以采用多邊形樣地法布設(shè)至少3個(gè)監(jiān)測樣地,在各監(jiān)測樣地內(nèi)以中心標(biāo)準(zhǔn)樹木為原點(diǎn),在其周圍樹木處均勻布設(shè)若干監(jiān)測點(diǎn),監(jiān)測林內(nèi)PM2.5顆粒物濃度(如圖2所示)。此外,為提高監(jiān)測精度,監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)時(shí)應(yīng)確保每個(gè)象限內(nèi)均勻布設(shè)3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。
本示例中,為避免林內(nèi)顆粒物分布的邊際效應(yīng)對(duì)監(jiān)測結(jié)果精度造成影響,樣地邊緣應(yīng)距林帶邊緣3米以上。
2)根據(jù)每塊監(jiān)測樣地內(nèi)所有監(jiān)測點(diǎn)處PM2.5顆粒物濃度采用算術(shù)平均法,計(jì)算各監(jiān)測樣地PM2.5顆粒物濃度。
3)根據(jù)各個(gè)樹種植被過濾帶中的所有監(jiān)測樣地PM2.5顆粒物濃度采用算術(shù)平均法,計(jì)算各個(gè)樹種植被過濾帶內(nèi)PM2.5顆粒物平均濃度。
4)根據(jù)每一樹種植被過濾帶內(nèi)PM2.5顆粒物平均濃度,以及相應(yīng)樹種植被過濾帶邊緣PM2.5濃度,來計(jì)算每一樹種植被過濾帶PM2.5顆粒物的消減率。
具體的計(jì)算公式如下:
其中,Ei表示第i種植被過濾帶PM2.5顆粒物的消減率,表示第i種植被過濾帶內(nèi)PM2.5顆粒物平均濃度,表示第i種植被過濾帶邊緣PM2.5濃度。
5)將消減率大于預(yù)設(shè)值的多個(gè)樹種作為用于阻滯PM2.5的典型樹種。
對(duì)不同樹種植被過濾帶PM2.5消減率按大小進(jìn)行排序,值越大,說明PM2.5顆粒物阻滯效果越好,進(jìn)而篩選PM2.5顆粒物阻滯效果最佳的植物種。
如表1所示,為典型天氣條件下不同樹種植被過濾帶對(duì)PM2.5阻滯率:
表1典型天氣條件下不同樹種植被過濾帶對(duì)PM2.5阻滯率
本示例中,選取PM2.5阻滯率大于20%的樹種為用于阻滯PM2.5的典型樹種,主要有:杉木、圓柏、欒樹、洋白蠟。
步驟12、在每一種典型樹種過濾帶的距過濾帶邊緣不同寬度處,分別布設(shè)若干個(gè)線性監(jiān)測樣帶;且在每一監(jiān)測樣帶內(nèi)均勻布設(shè)若干監(jiān)測點(diǎn),用于監(jiān)測PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分濃度。
本發(fā)明實(shí)施例中,各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)均監(jiān)測PM2.5顆粒物中N個(gè)化學(xué)組分濃度,所述N個(gè)化學(xué)組分包括但不限于:NO3-、元素碳(EC)、NH4+、SO42-。
如圖3所示,為不同寬度處各個(gè)監(jiān)測樣帶內(nèi)布設(shè)示意圖,圖3為了便于表示僅在距過濾帶邊緣各個(gè)寬度處設(shè)置了一個(gè)監(jiān)測樣帶,實(shí)際上,為了提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,各個(gè)寬度處監(jiān)測樣帶至少3個(gè),每個(gè)監(jiān)測樣帶內(nèi)的監(jiān)測點(diǎn)至少為3個(gè)。
計(jì)算每一種典型樹種距過濾帶邊緣各個(gè)寬度處PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度的過程為:
1)對(duì)于每一種典型樹種過濾帶,均分別根據(jù)每一監(jiān)測樣帶中所有監(jiān)測點(diǎn)所監(jiān)測到的PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分濃度進(jìn)行算術(shù)平均計(jì)算,求得每一種典型樹種的各個(gè)監(jiān)測樣帶中PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度。通過此過程可以求得每一個(gè)監(jiān)測樣帶的PM2.5顆粒物中各個(gè)化學(xué)組分平均濃度。
2)再將每一種典型樹種距過濾帶邊緣的相同寬度處所有監(jiān)測樣帶的PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度進(jìn)行算術(shù)平均計(jì)算,求得每一種典型樹種距過濾帶邊緣各個(gè)寬度處PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度。通過此過程可以求得每一個(gè)距過濾帶邊緣寬度處的PM2.5顆粒物中各個(gè)化學(xué)組分平均濃度。
步驟13、根據(jù)各個(gè)監(jiān)測樣帶所監(jiān)測到的PM2.5顆粒物化學(xué)組分濃度數(shù)據(jù)來計(jì)算每一種典型樹種距過濾帶邊緣各個(gè)寬度處PM2.5顆粒物的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度,再采用多元線性回歸法,計(jì)算每一種典型樹種的距過濾帶邊緣寬度與PM2.5顆粒物化學(xué)組分平均濃度的相關(guān)關(guān)系,獲得相應(yīng)的相關(guān)關(guān)系模型,從而估算出每一典型樹種過濾帶阻滯PM2.5的最優(yōu)寬度。
具體過程如下:
對(duì)于任一種典型樹種,若設(shè)定了M個(gè)距過濾帶邊緣寬度,則每一次監(jiān)測能獲得M組數(shù)據(jù),每一組數(shù)據(jù)均包含了N個(gè)化學(xué)組分平均濃度數(shù)值,將這每一組數(shù)據(jù)中的N個(gè)化學(xué)組分平均濃度數(shù)值與對(duì)應(yīng)的距過濾帶邊緣寬度進(jìn)行匯編整理,基于SPSS軟件,采用多元線性回歸法,計(jì)算距過濾帶邊緣寬度與N個(gè)化學(xué)組分平均濃度數(shù)值的相關(guān)關(guān)系,獲得相關(guān)關(guān)系模型;相關(guān)關(guān)系模型中,距過濾帶邊緣寬度為因變量,N個(gè)化學(xué)組分平均濃度數(shù)值為自變量;通過由N個(gè)自變量的最優(yōu)組合來共同估計(jì)因變量,所估計(jì)到的因變量即為最優(yōu)的距過濾帶邊緣寬度,也即過濾帶阻滯PM2.5的最優(yōu)寬度。
所述相關(guān)關(guān)系模型為:
Y=ax1+bx2+cx3+dx4+…+n;
其中,Y為每一典型樹種過濾帶阻滯PM2.5的最優(yōu)寬度(單位:m);x1、x2、x3、x4…為每一典型樹種過濾帶距過濾帶邊緣Y寬度處PM2.5顆粒物化N個(gè)化學(xué)組分平均濃度(單位:μg/m3);a、b、c、d均為模型系數(shù),n為擬合方程常數(shù)項(xiàng)。
由相關(guān)關(guān)系模型可知,當(dāng)PM2.5顆粒物化學(xué)組分濃度為0時(shí),對(duì)應(yīng)的寬度則為過濾帶阻滯PM2.5的最優(yōu)寬度。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解,SPSS軟件為常規(guī)軟件;當(dāng)獲得M組數(shù)據(jù)后,將其輸入至SPSS軟件中,由SPSS軟件,采用多元線性回歸法將各組數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的寬度進(jìn)行擬合,最終可獲得上述相關(guān)關(guān)系模型,從而估算出最終結(jié)果Y。
本發(fā)明實(shí)施例的上述方案,主要具有如下優(yōu)點(diǎn):
1)所篩選的植被過濾帶造林樹種均為北方城市常見園林綠化樹種,且均為鄉(xiāng)土樹種,成活率高,造林成本低。此外,樹種選擇在兼顧景觀效益同時(shí),重點(diǎn)突出植被過濾帶阻滯吸附PM2.5顆粒物等多重生態(tài)效益,能夠滿足當(dāng)前北方城市大氣污染防治對(duì)城市森林建設(shè)的實(shí)際需求。
2)較以往技術(shù),本發(fā)明量化了阻滯PM2.5顆粒物效果最佳時(shí)的植被過濾帶營建最優(yōu)寬度,填補(bǔ)了當(dāng)前以阻滯PM2.5顆粒物為目標(biāo)的植被過濾帶營造相關(guān)技術(shù)的空白。
3)該植被過濾帶可廣泛應(yīng)用于我國北方城市道路防護(hù)林、城市生態(tài)公益林、公園風(fēng)景游憩林等城市綠地建設(shè),技術(shù)可操作性強(qiáng),目標(biāo)明確,生態(tài)效益高,該技術(shù)具有很強(qiáng)的普適性與推廣價(jià)值。
另一方面,還基于本發(fā)明上述實(shí)施例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn);具體如下:
本實(shí)驗(yàn)以北京奧林匹克森林公園五環(huán)路南側(cè)圓柏道路防護(hù)林帶為例,選取冬季2月典型晴朗無風(fēng)天氣(PM2.5背景濃度值為112μg/m3),分別在距道路林緣0、5、10、15、20、30米處6種寬度下設(shè)置18個(gè)監(jiān)測樣帶,在樣帶內(nèi)均勻布點(diǎn)(3個(gè)點(diǎn))監(jiān)測,測定不同寬度處植被過濾帶PM2.5顆粒物主要化學(xué)組成成分(NO3-、元素碳(EC)、NH4+、SO42-)濃度平均值。根據(jù)多元線性回歸模型,采用逐步法篩選,建立植被過濾帶寬度與PM2.5顆粒物各化學(xué)組成成分濃度相關(guān)關(guān)系模型如下:
Y=16.85-0.82x1+0.327x2-0.52x3+1.42x4
式中,Y-植被過濾帶寬度,m;
x1-植被過濾帶Y寬度處PM2.5顆粒物NO3-濃度,μg/m3;
x2-植被過濾帶Y寬度處PM2.5顆粒物元素碳(EC)濃度,μg/m3;
x3-植被過濾帶Y寬度處PM2.5顆粒物NH4+濃度,μg/m3;
x4-植被過濾帶Y寬度處PM2.5顆粒物SO42-濃度,μg/m3;
上述公式中,-0.82、0.327、-0.52、1.42分別對(duì)應(yīng)a、b、c、d,是由SPSS軟件根據(jù)輸入的實(shí)測數(shù)值并基于多元線性回歸方法自動(dòng)生成的,16.85為擬合方程常數(shù)項(xiàng)n。
由上述公式可知,當(dāng)PM2.5顆粒物化學(xué)組分濃度趨近于0時(shí),Y=16.85,故該公園圓柏道路防護(hù)林帶只需營建16.85米,林帶阻滯PM2.5效果即可達(dá)到最佳效果。
通過以上的實(shí)施方式的描述,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到上述實(shí)施例可以通過軟件實(shí)現(xiàn),也可以借助軟件加必要的通用硬件平臺(tái)的方式來實(shí)現(xiàn)。基于這樣的理解,上述實(shí)施例的技術(shù)方案可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來,該軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在一個(gè)非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)(可以是CD-ROM,U盤,移動(dòng)硬盤等)中,包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī),服務(wù)器,或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述的方法。
以上所述,僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。