留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

景观格局对大气污染的影响

黄菲 赵青 郑鑫程 陈瑾 巫志龙 邱荣祖 胡喜生

黄菲,赵青,郑鑫程,等.景观格局对大气污染的影响:以福建省为例[J].环境工程技术学报,2022,12(4):1022-1032 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210217
引用本文: 黄菲,赵青,郑鑫程,等.景观格局对大气污染的影响:以福建省为例[J].环境工程技术学报,2022,12(4):1022-1032 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210217
HUANG F,ZHAO Q,ZHENG X C,et al.Impact of landscape pattern on air pollution: a case study of Fujian Province[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(4):1022-1032 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210217
Citation: HUANG F,ZHAO Q,ZHENG X C,et al.Impact of landscape pattern on air pollution: a case study of Fujian Province[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(4):1022-1032 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210217

景观格局对大气污染的影响—以福建省为例

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210217
基金项目: 国家自然科学基金项目(31971639);福建省自然科学基金项目(2019J01406)
详细信息
    作者简介:

    黄菲(1997—),女,硕士研究生,主要研究方向为大气污染与森林景观,550645583@qq.com

    通讯作者:

    胡喜生(1979—),男,教授,博士,主要研究方向为3S技术及工程应用,xshu@fafu.edu.cn

  • 中图分类号: X511

Impact of landscape pattern on air pollution: a case study of Fujian Province

  • 摘要:

    以福建省为研究对象,利用37个国家环境空气自动监测站点的监测数据和土地利用/覆盖数据,首先分析了土地利用/覆盖对SO2、NO2、O3、CO浓度年变化和季节变化的影响;其次建立国控点不同半径的缓冲区并计算景观格局指数,探讨不同尺度下土地利用/覆盖的景观格局对SO2、NO2、O3、CO浓度的影响。结果表明:土地利用/覆盖对大气污染物浓度变化的影响显著,建设用地的SO2、NO2、CO浓度均为最高,耕地的O3浓度为最高。不同大气污染物浓度在不同土地利用/覆盖下的季节变化存在差异,耕地的SO2浓度呈春冬季低,夏秋季高,其余污染物呈春冬季高,夏秋季低;NO2浓度均呈春冬季高,夏秋季低;耕地与林地的O3浓度为春秋季高,夏冬季低,建设用地与草地则从春季到冬季依次递减;CO浓度均为夏秋季低,春冬季高。不同景观指数对不同大气污染物浓度的影响存在差异及尺度效应,其中,春冬季3 000 m和夏秋季4 000 m半径范围内草地的斑块密度(PD)对SO2浓度的影响较为显著且呈负相关,说明草地的PD越大,SO2浓度越低;春冬季4 000 m半径范围内林地的斑块数量(NP)与NO2浓度呈正相关,说明林地越破碎,NO2浓度越高,而3 000 m半径范围内建设用地的NP与NO2浓度呈负相关,说明建设用地越破碎,NO2浓度越低;5 000 m半径范围内耕地的景观所占比例(PLAND)与O3浓度呈正相关,说明耕地的PLAND越大,O3浓度越高,1 000 m半径范围内林地的PLAND与O3浓度呈正相关,说明林地PLAND的增加对O3浓度的增加有一定的影响;除秋季外,1 000 m半径范围内林地的PLAND与CO浓度呈负相关,说明林地的PLAND越大,CO浓度越低。同时,通过对不同尺度下景观指数的分析发现,SO2的最佳研究尺度为3 000 m;NO2的最佳研究尺度为4 000 m;O3的最佳研究尺度为5 000 m;CO的较佳研究尺度为3 000 m。

     

  • 图  1  福建省大气国控点分布

    Figure  1.  Distribution of atmospheric national control monitoring stations in Fujian Province

    图  2  不同土地利用类型下各大气污染物浓度年均值

    Figure  2.  Annual average concentrations of air pollutants under different land use types

    图  3  不同土地利用类型下各大气污染物浓度季节均值

    Figure  3.  Seasonal average concentrations of air pollutants under different land use types

    图  4  与各大气污染物浓度相关性强的景观格局指数分布

    注:*表示显著相关(P<0.05),**表示极显著相关(P<0.01)。全文同。

    Figure  4.  Distribution of landscape pattern index with strong correlation with the concentrations of various air pollutants

    图  5  与SO2浓度相关性强的景观格局指数四季分布

    Figure  5.  Distribution of landscape pattern index with strong correlation with SO2 concentrations in four seasons

    图  6  与NO2浓度相关性强的景观格局指数四季分布

    Figure  6.  Distribution of landscape pattern index with strong correlation with NO2 concentration in four seasons

    图  7  与O3浓度相关性强的景观格局指数四季分布

    Figure  7.  Distribution of landscape pattern index with strong correlation with O3 concentration in four seasons

    图  8  与CO浓度相关性强的景观格局指数四季分布

    Figure  8.  Distribution of landscape pattern index with strong correlation with CO concentration four seasons

    表  1  景观指数选择

    Table  1.   Landscape index selection

    景观指数描述计算公式
    景观所占比例(PLAND) 反映某一斑块类型的总面积占整个景观面积的比例,判断景观中优势景观元素的依据 ${\rm{PLAND} } = {\displaystyle\sum_{i = 1}^m { {a_{i} } } } /{A}$
    式中:${a_{i} }$为斑块i的面积,hm2A为所有景观的总面积,hm2
    边缘密度(ED) 单位面积上各斑块类型边界长度或总边界长度,揭示景观或类型被边界的分割程度,是景观破碎化程度的直接反映 ${\rm{ED} } = {P}/{A}$
    式中P为斑块边界总长度,m
    斑块数量(NP) 景观或各类型中斑块的数量,反映景观破碎化程度
    最大斑块所占比例(LPI) 某一斑块类型中的最大斑块占整个景观面积的比例,其变化可以反映人类活动的方向和强弱 ${\rm{LPI} } = { {\rm{Max} }{a_i} } /{A}$
    式中${\rm{Max}}{a_i} $为最大斑块面积,hm2
    斑块平均面积(AREA_MN) 各类型景观中斑块的平均面积 ${\rm{AREA} }\_{\rm{MN} } = {A}/{ {\rm{NP} } }$
    斑块密度(PD) 是景观格局分析的基本指数,景观面积一定时,与斑块数量传达同样的信息 ${\rm{PD} } ={N}/{A}$
    式中N为景观要素的总面积,hm2
    下载: 导出CSV
  • [1] PENG J, CHEN S, LÜ H, et al. Spatiotemporal patterns of remotely sensed PM2.5 concentration in China from 1999 to 2011[J]. Remote Sensing of Environment,2016,174:109-121. doi: 10.1016/j.rse.2015.12.008
    [2] HAN L J, ZHOU W Q, LI W F, et al. Impact of urbanization level on urban air quality: a case of fine particles (PM2.5) in Chinese cities[J]. Environmental Pollution,2014,194:163-170. doi: 10.1016/j.envpol.2014.07.022
    [3] GORAI A K, TULURI F, TCHOUNWOU P B. A GIS based approach for assessing the association between air pollution and asthma in New York State, USA[J]. International Journal of Environmental Research and Public Health,2014,11(5):4845-4869. doi: 10.3390/ijerph110504845
    [4] 史宇, 张建辉, 罗海江, 等.北京市2012—2013年秋冬季大气颗粒物污染特征分析[J]. 生态环境学报,2013,22(9):1571-1577. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2013.09.018

    SHI Y, ZHANG J H, LUO H J, et al. Analysis of characteristics of atmospheric particulate matter pollution in Beijing during the fall and winter of 2012 to 2013[J]. Ecology and Environmental Sciences,2013,22(9):1571-1577. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2013.09.018
    [5] SONG C B, HE J J, WU L, et al. Health burden attributable to ambient PM2.5 in China[J]. Environmental Pollution,2017,223:575-586. doi: 10.1016/j.envpol.2017.01.060
    [6] 崔岩岩. 城市土地利用变化对空气环境质量影响研究: 基于济南市8个空气质量监测点位[D]. 济南: 山东建筑大学, 2013.
    [7] 王飞, 吴开亚, 王慧慧, 等.合肥市PM2.5与用地类型特征比较及建设性方案研究[J]. 环境科学与管理,2014,39(10):73-79. doi: 10.3969/j.issn.1673-1212.2014.10.017

    WANG F, WU K Y, WANG H H, et al. Correlations between PM2.5 with land use types in Hefei and constructive solutions[J]. Environmental Science and Management,2014,39(10):73-79. doi: 10.3969/j.issn.1673-1212.2014.10.017
    [8] 许珊, 邹滨, 蒲强, 等.土地利用/覆盖的空气污染效应分析[J]. 地球信息科学学报,2015,17(3):290-299.

    XU S, ZOU B, PU Q, et al. Impact analysis of land use/cover on air pollution[J]. Journal of Geo-Information Science,2015,17(3):290-299.
    [9] 李玉玲, 刘红玉, 娄彩荣, 等.江苏省PM2.5时空变化及土地利用影响研究[J]. 环境科学与技术,2016,39(8):10-15.

    LI Y L, LIU H Y, LOU C R, et al. Spatial and temporal variation of PM2.5 and influences of landuse pattern on PM2.5 concentrations in Jiangsu Province[J]. Environmental Science & Technology,2016,39(8):10-15.
    [10] 陈文波, 谢涛, 郑蕉, 等.地表植被景观对PM2.5浓度空间分布的影响研究[J]. 生态学报,2020,40(19):7044-7053.

    CHEN W B, XIE T, ZHENG J, et al. The impacts of vegetation landscape on PM2.5 spatial distribution[J]. Acta Ecologica Sinica,2020,40(19):7044-7053.
    [11] 苏维, 赖新云, 赖胜男, 等.南昌市城市空气PM2.5和PM10时空变异特征及其与景观格局的关系[J]. 环境科学学报,2017,37(7):2431-2439.

    SU W, LAI X Y, LAI S N, et al. Spatiotemporal variations of atmospheric PM2.5 and PM10 in Nanchang and its correlation with landscape pattern[J]. Acta Scientiae Circumstantiae,2017,37(7):2431-2439.
    [12] WU J S, XIE W D, LI W F, et al. Effects of urban landscape pattern on PM2.5 pollution: a Beijing case study[J]. PLoS One,2015,10(11):e0142449. doi: 10.1371/journal.pone.0142449
    [13] 谢舞丹, 吴健生.土地利用与景观格局对PM2.5浓度的影响: 以深圳市为例[J]. 北京大学学报(自然科学版),2017,53(1):160-170.

    XIE W D, WU J S. Effects of land use and urban landscape pattern on PM2.5 concentration: a Shenzhen case study[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,2017,53(1):160-170.
    [14] MCGARIGAL K S, CUSHMAN S A, NEEL M C, et al. FRAGSTATS: spatial pattern analysis program for categorical maps[EB/OL]. [2021-05-20].https://www.researchgate.net/publication/259011515_FRAGSTATS_Spatial_pattern_analysis_program_for_categorical_maps.
    [15] 陈爱莲, 孙然好, 陈利顶.绿地格局对城市地表热环境的调节功能[J]. 生态学报,2013,33(8):2372-2380. doi: 10.5846/stxb201204100501

    CHEN A L, SUN R H, CHEN L D. Effects of urban green pattern on urban surface thermal environment[J]. Acta Ecologica Sinica,2013,33(8):2372-2380. doi: 10.5846/stxb201204100501
    [16] WEBER N, HAASE D, FRANCK U. Assessing modelled outdoor traffic-induced noise and air pollution around urban structures using the concept of landscape metrics[J]. Landscape and Urban Planning,2014,125:105-116. doi: 10.1016/j.landurbplan.2014.02.018
    [17] MAIMAITIYIMING M, GHULAM A, TIYIP T, et al. Effects of green space spatial pattern on land surface temperature: implications for sustainable urban planning and climate change adaptation[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing,2014,89:59-66. doi: 10.1016/j.isprsjprs.2013.12.010
    [18] LI H, WU J G. Use and misuse of landscape indices[J]. Landscape Ecology,2004,19(4):389-399. doi: 10.1023/B:LAND.0000030441.15628.d6
    [19] 刘兴坡, 李璟, 周亦昀, 等.上海城市景观生态格局演变与生态网络结构优化分析[J]. 长江流域资源与环境,2019,28(10):2340-2352.

    LIU X P, LI J, ZHOU Y Y, et al. Analysis of landscape ecological pattern evolution and ecological network structure optimization for Shanghai[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin,2019,28(10):2340-2352.
    [20] 陈晨, 邵长亮, 葛炎, 等.卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区蒙古野驴生境格局动态及其成因分析[J]. 生态学报,2021,41(5):2056-2066.

    CHEN C, SHAO C L, GE Y, et al. Habitat pattern dynamics and cause analysis of Equus hemionus in Kalamaili Mountain Ungulate Nature Reserve, Xinjiang[J]. Acta Ecologica Sinica,2021,41(5):2056-2066.
    [21] 彭建, 王仰麟, 张源, 等.土地利用分类对景观格局指数的影响[J]. 地理学报,2006,61(2):157-168. doi: 10.3321/j.issn:0375-5444.2006.02.005

    PENG J, WANG Y L, ZHANG Y, et al. Research on the influence of land use classification on landscape metrics[J]. Acta Geographica Sinica,2006,61(2):157-168. doi: 10.3321/j.issn:0375-5444.2006.02.005
    [22] 王海珍, 张利权.基于GIS、景观格局和网络分析法的厦门本岛生态网络规划[J]. 植物生态学报,2005,29(1):144-152. doi: 10.3321/j.issn:1005-264X.2005.01.019

    WANG H Z, ZHANG L Q. A GIS, landscape pattern and network analysis based planning of ecological networks for Xiamen island[J]. Acta Phytoecologica Sinica,2005,29(1):144-152. doi: 10.3321/j.issn:1005-264X.2005.01.019
    [23] 邹滨, 许珊, 张静.土地利用视角空气污染空间分异的地理分析[J]. 武汉大学学报·信息科学版,2017,42(2):216-222.

    ZOU B, XU S, ZHANG J. Spatial variation analysis of urban air pollution using GIS: a land use perspective[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University,2017,42(2):216-222.
    [24] 曹小聪, 吴晓晨, 徐文帅, 等.三亚市大气VOCs污染特征、臭氧生成潜势及来源解析[J]. 环境科学研究,2021,34(8):1812-1824.

    CAO X C, WU X C, XU W S, et al. Pollution characterization, ozone formation potential and source apportionment of ambient VOCs in Sanya, China[J]. Research of Environmental Sciences,2021,34(8):1812-1824.
    [25] 段雯瑜, 戴美魁, 黄山江.张家口市SO2、NO2大气污染变化特征及气象影响因素[J]. 农业灾害研究,2020,10(7):89-92.

    DUAN W Y, DAI M K, HUANG S J. Variation characteristics and meteorological factors of SO2 and NO2 air pollution in Zhangjiakou City[J]. Journal of Agricultural Catastrophology,2020,10(7):89-92.
    [26] 王涛, 何浩奇, 夏忠欢, 等.2015年南京市SO2、NO2、CO和O3的污染特征分析[J]. 环境工程学报,2017,11(7):4155-4161. doi: 10.12030/j.cjee.201604121

    WANG T, HE H Q, XIA Z H, et al. Pollution characteristics of SO2, NO2, CO and O3 in Nanjing in 2015[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering,2017,11(7):4155-4161. doi: 10.12030/j.cjee.201604121
    [27] 翁佳烽, 梁晓媛, 邓开强, 等.不同季节肇庆市PM2.5和O3污染特征及潜在源区分析[J]. 环境科学研究,2021,34(6):1306-1317.

    WENG J F, LIANG X Y, DENG K Q, et al. Characteristics and potential sources of PM2.5 and O3 in different seasons in Zhaoqing City[J]. Research of Environmental Sciences,2021,34(6):1306-1317.
    [28] 苗云阁, 王健, 马银红, 等.基于PLS1的天津市PM2.5与空气污染物相关性分析[J]. 环境工程技术学报,2017,7(1):39-45. doi: 10.3969/j.issn.1674-991X.2017.01.006

    MIAO Y G, WANG J A, MA Y H, et al. Correlation analysis based on PLS1 between PM2.5 and air pollutants in Tianjin[J]. Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(1):39-45. □ doi: 10.3969/j.issn.1674-991X.2017.01.006
  • 加载中
图(8) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  321
  • HTML全文浏览量:  244
  • PDF下载量:  36
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-03

目录

    /

    返回文章
    返回