基于实测与ENVI-met模拟的公园绿地消减PM2.5影响效果研究

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气候环境问题日益严峻,大气污染成为绝大多数城市面临的难题,工业排放、汽车尾气等造成了城市PM2.5污染,危害了城市中的人体健康。城市绿地可以滞纳细颗粒物,可以有效缓解大气污染。公园绿地是城市绿地系统的重要组成部分,面积大,向公众开放,兼具生态服务与社会服务。利用绿色空间是改善大气环境PM2.5浓度的有效手段,公园绿地对PM2.5的消减作用在相关研究领域内已经达成了共识,对公园绿地的设计规划应考虑到减少危害,营造健康的活动空间。本文基于实测与模拟技术,对公园绿地相关城市规划指标和PM2.5浓度的关系进行量化分析,结合分析结果提出基于消减PM2.5污染的公园绿地规划策略,并落实到具体的空间设计,研究结果具有实践意义。本文通过对公园绿地消减PM2.5影响规律的揭示以及公园绿地相关可优化指标的探索,是对当前风景园林视角下公园绿地消减PM2.5研究的理论补充。本文选取小型公园绿地(小于1公顷)、中型公园绿地(1-10公顷)、大型公园绿地(>10公顷)作为研究样本对象,在武汉市颗粒物浓度最严重的冬季,进行PM2.5浓度监测。通过实测与数值模拟技术的结合,探讨公园绿地对内部及其周边PM2.5的影响,以及与三类公园绿地相关城市规划指标(绿色空间数量特征、空间格局构成差异、周边建筑环境特征)的量化关系。提出基于消减PM2.5的公园绿地优化策略,以提升公园绿地消减PM2.5的效益。首先通过实地测量,统计公园绿地内外的PM2.5浓度,分别阐述公园绿地内部PM2.5浓度分布状况,以及公园绿地对外部环境PM2.5浓度分布的影响,通过GPS记录的位置数据与浓度信息进行连接,探究距公园绿地的距离与PM2.5浓度的量化关系。在此基础上,将实测的天气状况分为轻度污染以下与中度污染以上,分别分析不同污染条件下的PM2.5浓度分布差异。其次,将公园绿地对PM2.5的影响通过差值量化,定义公园绿地的消减作用,并与三类城市规划指标进行单一因素的相关性分析与回归分析,以得出影响公园绿地消减作用的主要因子,研究在多种要素的作用下公园绿地对PM2.5的消减规律。分析发现:(1)公园绿地在空气条件较好的情况下对PM2.5浓度可能没有消减作用,空气污染浓度越高,公园绿地的消减效果越好。规模更大的公园绿地消减量越大,整体趋势为大型公园绿地>中型公园绿地>小型公园绿地。(2)在中度污染水平以上,提高公园绿地内的绿化率不仅不会促进PM2.5的消减值增加,反而会造成消减值的降低。边界效应在公园绿地消减PM2.5的过程中发挥较大的作用,增加公园内绿色空间与非绿色空间的交接地带有助于提高PM2.5的消减能力,同时提高公园内绿色空间之间的连通性也有益于PM2.5的消减。(3)公园绿地对PM2.5浓度的消减可能没有受到周围环境的影响,更多的依赖于公园绿地本身发挥作用。(4)公园绿地对外部环境PM2.5的消减值与到公园绿地距离呈现二次函数关系,从距公园绿地0m处到217m处,随着距离的增大,消减值逐渐增大,消减作用逐渐降低。超过217m位置后随着距离的增大消减值逐渐减小,公园绿地在其中的作用将逐渐低于外部环境。(5)中度污染以上,各景观类型的占比、面积与消减幅度值、最大影响距离具有显著相关性,景观类型在空气条件较差的情况下会发挥了巨大的作用。(6)城市地表环境会影响到公园绿地的消减作用,地表越粗糙公园绿地对外界环境的作用效果越强,较高的建筑在一定程度上阻碍了PM2.5在环境中的扩散。最后根据分析结果得出的具有显著统计性的指标,结合ENVI-met模拟,选取武汉市某具体案例进行优化设计,提出公园绿地改善策略。对比优化结果显示,优化后公园绿地内的PM2.5平均值显著降低,较优化前降低0.12-0.18 ug/m~3,优化后消减值更高,优化后的模型对周边的影响效益更好。结合实测与模拟,提出基于消减PM2.5的公园绿地优化策略:在高密度城区中,增加公园绿地规模往往很难实现,可以考虑增加立体绿化空间。提供有利的通风条件是必要的,在考虑到植被密度的情况下,尽量增加公园连接性。增加异质区域的接触面积或者整体比例有利于PM2.5的消减。保证绿色空间的完整性,斑块分散布置。在规划周边环境中,尽可能降低公园外的建筑密度提高绿地的通风条件,建筑在竖向空间上变异越大,对大气间的循环交流越有利。
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