基于城市道路网络大气颗粒物污染的绿地滞尘效应多尺度研究

Atmospheric particulates seriously damage human health and the ecology and environment of city. As the widely spread municipal infrastructures and the most important source and sink of atmospheric particulates in cities, road networks and green space are obviously heterogeneous in space and time. At this stage, the particulate matter emission from road networks and removal by urban green space have attracted widespread attention, but still a multi-scale systematic research is in deficiency. The metropolitan area of Beijing is chosen as the study area of this project. Through field investigation, statistical analysis, model simulation, and remote sensing and GIS, the characteristics of particle pollution from road network and particles removed by green space will be explored at different spatial and temporal scales. The study attempts to address the following issues: the spatiotemporal pattern and variation of atmospheric particulates emitted from road networks; the correlation between the structure of urban road networks and the pattern of atmospheric particulate pollution; the potential and seasonal difference of particulate removal by urban green space at the scales of species, community, patch, and landscape; and the optimization methods of urban green space for dust retention at the scales of street node, street canyon, road network, and the whole city. This study will provide a new preventing measure for urban atmospheric particulates in terms of sink, and the scientific basis for improving urban ecological and environmental health.

城市大气颗粒物严重损害人体健康和生态环境。道路网络和绿地系统是城市中最重要的大气颗粒物的源和汇，具有显著的时空变化特征，广受关注但缺乏多尺度的整合研究。本项目以城市大气颗粒物污染防控为目标，选择北京城为对象，通过采样调查、统计分析、模型模拟、遥感GIS等方法，对不同时空尺度的道路网络大气颗粒物污染及绿地滞尘效应开展系统研究，揭示道路网络大气颗粒物污染格局及其时空变化规律；道路网络结构对大气颗粒物污染的影响规律；系统评价城市绿地在物种、群落、斑块、景观水平的滞尘能力及其季节变化规律；探索道路节点、街道峡谷、道路网络、全城等不同尺度上的绿地滞尘效应的增强方案及针对性的优化方法。本项研究可为城市大气颗粒物污染提供汇治理途径，为改善城市生态环境提供科学依据。

本项目以北京市为研究对象，通过采样调查、统计分析、模型模拟、遥感、GIS等方法，对不同时空尺度道路网络大气颗粒物污染及绿地滞尘效应进行了研究。取得成果包括：..1）北京市道路网络存在复杂的内部关联。分析表明大气颗粒物与不同类型的土地利用因子、道路结构指标间的相关程度不同；季节、月份或交通时段，污染物与环境因子的相关性强弱有差异。道路网络结构、景观结构和城乡梯度与颗粒物重金属含量相关明显，三者耦合决定了颗粒物重金属含量分布。..2）首次将景观生态学方法与电镜技术相结合提出了叶面尘量化的新方法，该方法可提供颗粒物在叶面的空间分布信息，为揭示叶面滞尘机理提供了新途径。环境因素对颗粒物在群落内外的分布有着重要影响，且表现出很强的粒径依赖性。绿地斑块面积、草本覆盖度和疏透度影响颗粒物的削减率。绿地滞尘量随城乡梯度逐渐降低，城市化对PM2.5的分布的影响具有季节依赖性。..3）街谷结构影响污染物的分布及植物滞尘效应的大小。植物效应受树种个体参数、绿带位置、绿带组合方式等多种要素影响。绿地化优先空间多分布于城市中心，尤其是不透水面。.. 综上所述，本项目探讨了城市道路网络大气颗粒物污染格局及其时空变化规律；系统评价了城市绿地在不同尺度上的滞尘能力及其季节变化规律，为揭示城市绿地滞尘提供了集成方法，为系统提升城市绿地滞尘能力提供了新途径；探索了不同尺度上的绿地滞尘效应增强方案及针对性的优化方法，其中街道峡谷绿地优化是从污染扩散角度保障不同类型的行人呼吸安全的优化方法，是局地污染扩散和植物滞尘综合权衡的优化方法；区域滞尘的时空变化规律分析为城市绿地系统构建提供了科学依据。