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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
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  • 收稿日期:  2021-06-03

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