街道峡谷中绿地对大气颗粒物浓度分布的影响

Vegetation is often quoted as an effective measure to mitigate traffic-induced particulate matter pollution. However，the removal and dispersion effects of PMs vary a lot on account of the differences of plant configurations. In addition to the dust detaining effect, vegetation in urban street canyons also obstruct the wind flow and air convection ventilation thereby reducing the ventilation leading to higher pollutant concentrations. At this stage, a systematic research of the particulate matter aerodynamic effect and removal effect by urban green space is in deficiency. The metropolitan area of Beijing is chosen as the study area of this project. Through field investigation, controlled trials, statistical analysis, and model simulation, the characteristics of particulate pollution affect by green space will be explored at plant individual and configuration scales. The study attempts to address the following issues: the aerodynamic effects of vegetation on the flow field and dispersion of traffic originated particulates in different urban street canyons; the spatial pattern and concentration variation of atmospheric particulates in urban street with or without plants; the correlation between the configuration of vegetation and the pattern of atmospheric particulate concentration; and the optimization methods of urban green space for improve the local air quality on urban street canyons with busy traffic. This study will provide a new preventing measure for urban atmospheric particulates, and the scientific basis for improving urban ecological and environmental health.

城市绿地通常被视为是对交通运输中产生的环境弊端的补偿成分，但街道峡谷中的植物在移除局域大气颗粒物的同时，还会降低风速、抑制冠层空气对流，导致街道通风效应减弱和道路系统中颗粒物浓度的增加。不同的植物配置对颗粒物的移除和分散效应不同。由于街道峡谷环境和绿地设置的多样化，现阶段的研究对街道峡谷中的各种绿化方式是增加还是降低了局域尺度的空气质量并未得到充分认识。理解街道峡谷中植物覆盖对局域空气质量的影响对优化空气质量和保障通勤者健康具有重要意义。本研究以北京市为例，结合常见街道峡谷绿地实地调查、实验室植物控制实验、和三维微尺度模型模拟的方法，研究街道峡谷环境与植物配置的特征、植物参数敏感性，探索街道绿化方式对街道峡谷中颗粒物移除和分散的影响，获取局域颗粒物浓度的响应特征，及具有正效应的绿化方案。研究结果有望为城市局域大气管理和植物设计提供参考。

街道峡谷是城市居民重要的活动场所，峡谷内的微环境对人体舒适及健康产生重大影响，关注街道峡谷中风环境、人行道行人高度处的污染暴露情况十分重要。绿化带能够通过改变气体流动、提供荫蔽、过滤污染物来改善街道峡谷内的微环境。不同的绿地设置对风环境及污染物的移除和分散效应不同，因此合理设置街道峡谷绿化带是非常重要的环境改善策略。.本研究以北京市为例，结合常见街道峡谷绿地实地调查、风洞控制实验、和三维微尺度模型模拟的方法探索了常见绿化方式对街道峡谷中风场的影响以及局域颗粒物浓度的响应特征，并提出了具有正效应的绿化方案。.研究结果显示：1）北京市街道有5种常见绿化模式，分别是“一板两带式”、“两板三带式”、“三板四带式”、“四板五带式”和“非对称绿化模式”；2）绿化带对大颗粒的影响更为显著。实地监测表明粒径小的颗粒物在街道中的分布更均匀，粒径越大的颗粒物在绿化带两侧的浓度差异更大；3）风向是影响街道峡谷内风环境的重要因素。风向平行于街道时（α=0°）利于街道内空气流动，风向垂直于街道时（α=90°）街道中央与两端、街道背风面与迎风面的风速分布有明显差异，街道中央和街道迎风面的通风情况较差； 4）植物个体特征影响街谷通风。树木的孔隙度与通风效应呈正相关关系，针叶树形在行人高度对风的阻碍作用更强，阔叶树形在树冠中央高度对风的阻碍更强； 5）植物配置特征影响街谷通风。①绿化带设置方式影响通风。α=90°时街道中央一列绿化带设置比人行道附近两列绿化带的设置在迎风面的风速更大，更能促进街道峡谷内气体流通；②树木种植间隔影响通风。α=90°时迎风面的空气流通比背风面更好，在一列绿化带设置的街道背风面，树冠间隔排列时利于街道中央的空气流通，两列绿化带设置的街道峡谷中风速的变化非常剧烈；③树冠形状影响通风。阔叶树形更利于行人水平的通风效应，但针叶树形对于街道峡谷上半部分的空气流通效果更佳。6)综合各种效应的影响，研究提出了一种利于降低街道峡谷行人PM10暴露风险的绿化带设置方式，即在街道峡谷中央设置树冠连续的阔叶树绿化带。