基于UFORE模型的上海城市森林凈化大氣細(xì)顆粒物模型構(gòu)建.pdf

1、人們的日常生活需要清新的空氣，然而隨著全球城市化進(jìn)程的推進(jìn)，空氣質(zhì)量進(jìn)一步惡化，造成城市大氣污染問題日益突出。細(xì)顆粒物(Particulate Matter，PM2.5)是城市大氣污染的重要來源，不僅降低大氣能見度，也是導(dǎo)致霧霾天氣的發(fā)生主因，對(duì)人體健康有著巨大的危害。PM2.5可導(dǎo)致多種呼吸道和免疫系統(tǒng)疾病，甚至導(dǎo)致暴露人群的過早死亡，嚴(yán)重威脅著居民健康。
　　城市森林作為城市重要的組成元素，不僅可以美化城市，給人們?nèi)粘Ｉ顜?/p>

2、便利，同時(shí)也具有阻擋吸收污染物、改善空氣質(zhì)量、緩解城市熱島效應(yīng)、維持生物多樣性等多種生態(tài)服務(wù)功能，是緩解大氣顆粒物污染的重要途徑之一。干沉降過程（dry deposition）是城市植被凈化污染物的主要機(jī)制，城市植被可以通過直接和間接的方式削減大氣顆粒物從而改善空氣質(zhì)量。然而，由于城市森林在不同空間尺度上發(fā)揮的作用不同，因此在不同空間尺度上量化城市森林對(duì)大氣污染貢獻(xiàn)的方法也不同。相對(duì)于斑塊尺度上量化城市森林對(duì)大氣顆粒物的凈化能力，由于城

3、市內(nèi)部污染物性質(zhì)不同、森林植被種類以及微氣象環(huán)境的差異，對(duì)區(qū)域尺度下量化城市綠地對(duì)大氣污染物的凈化功能造成了更大的困難。因此迫切需要建立基于污染物沉降機(jī)制的模型來估算城市綠地對(duì)污染物的凈化貢獻(xiàn)。
　　本文借鑒了美國農(nóng)業(yè)部開發(fā)的城市森林效益（UFORE）模型中計(jì)算大氣污染物凈化效益模塊的核心技術(shù)，在對(duì)上海城市綠地植被進(jìn)行實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合遙感反演技術(shù)計(jì)算上海城市森林總?cè)~面積LA，并使用華東區(qū)域化學(xué)天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（WRF-CMA

4、Q）模擬2013~2014年上海市細(xì)顆粒物污染物（PM2.5）的濃度分布，并結(jié)合上海本土城市森林各類型林分對(duì)細(xì)顆粒物污染物PM2.5沉降速率、沉降天數(shù)等數(shù)據(jù)，計(jì)算2013~2014年上海城市綠地凈化大氣細(xì)顆粒物的總量，構(gòu)建適用于上海的城市森林凈化大氣細(xì)顆粒物的定量模型。
　　主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下：
　?。?）上海市大氣細(xì)顆粒物濃度時(shí)空變異格局的研究
　　上海2013年春季PM2.5平均濃度在14.3~50.8μg

5、 m-3之間，較低；夏季PM2.5平均濃度在9.8~42.5μg m-3之間，最低；秋季PM2.5平均濃度在20.4~58.3μg m-3之間，略高；冬季PM2.5平均濃度在28.1~80.7μg m-3之間，最高。全年平均濃度約為60μg m-3。上海市2014年春季PM2.5平均濃度在36~97μg m-3之間，略高；夏季PM2.5平均濃度在20~60μg m-3之間，較低；秋季PM2.5平均濃度在21~48μg m-3之間，最低；

6、冬季PM2.5平均濃度在64~77μg m-3之間，最高。全年平均濃度約為52μg m-3。且 PM2.5濃度基本上由中心城區(qū)向遠(yuǎn)離中心城區(qū)的區(qū)域降低，以中心城區(qū)最高，浦東、寶山、金山等區(qū)其次，略高于嘉定、閔行、青浦、松江，而奉賢、崇明等區(qū)PM2.5濃度相對(duì)較低。
　?。?）上海城市森林植物葉面積時(shí)空變異格局的研究
　　上海市2013年春季全市總?cè)~面積LA為17.08萬公頃與夏季總?cè)~面積20.07萬公頃LA均較低；秋季全市總

7、葉面積LA為22.76萬公頃，最高；冬季全市總?cè)~面積LA為22.76萬公頃。全市年平均總?cè)~面積為22.39萬公頃。上海市2014年春季全市總?cè)~面積LA為18.19萬公頃，處于較低水平；夏季總?cè)~面積LA上升至22.81萬公頃；秋季全市總?cè)~面積LA為32.15萬公頃，最高；冬季全市總?cè)~面積LA為25.45萬公頃。全市年平均總?cè)~面積為24.65萬公頃。上海市2013和2014年葉面積的時(shí)間變異格局是：春季較低，隨著植被的生長，LA值逐漸增大，

8、夏季增長較緩，秋季開始明顯增加至最高，之后到冬季降低到較低水平。
　?。?）上海城市森林凈化大氣細(xì)顆粒物模型構(gòu)建
　　通過UFORE模型計(jì)算，得到2013年上海城市森林對(duì)PM2.5的年凈化總量為141.27噸；平均每平方米葉片對(duì)PM2.5的年凈化量為0.14 g m-2；平均小時(shí)PM2.5濃度凈化值為0.009μgm-3；平均林內(nèi)空氣質(zhì)量改善率為0.03%。2014年上海城市森林對(duì)PM2.5的年凈化總量為121.83噸；平均