不同降雨强度及风速对植物滞留颗粒物的影响

作     者：郭若妍 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石辉

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 0713[理学-生态学] 

主      题：叶面滞尘 模拟降雨 风洞 洗脱率 再悬浮通量 阈值 

摘      要：植物对去除大气颗粒物有重要作用,但其受叶面特性、大气颗粒物特性、气象条件等多因素的影响,是一个复杂的动态变化过程。本文以西安市6种常见的常绿植物:木樨(Osmanthus fragrans)、石楠(Photinia serrulata)、荷花玉兰(Magnolia grandiflora)、白皮松(Pinus bungeana)、女贞(Ligustrum lucidum)和海桐(Pittosporum tobira)为研究对象,采用水洗后经不同孔径滤膜逐级过滤、滤液烘干法测定了不同类型天气下叶面滞留不同粒径颗粒物的量和不同暴露时间下叶面颗粒物的粒径分布特征。此外,降雨以及风能够洗刷掉植物表面滞尘并将其带入土壤中,使植物表面恢复滞尘能力,为了厘清降雨以及风速对植物滞留颗粒物的动态变化机制,本文采用人工模拟降水以及风洞的模拟实验进行进一步的研究。结果表明:(1)6种植物叶面滞留不同粒径颗粒物(PM、PM10、PM2.5-10、PM2.5)差异显著,其中白皮松表皮对不同粒径颗粒物和颗粒物滞留总量最高,其余依次为荷花玉兰石楠海桐木樨≈女贞。(2)叶面滞留的颗粒物质量以PM10为主,其贡献可达53.57%～97.25%,其次为 PM2.5,为 1.66%～30.67%,而 PM2.5-10贡献最小,为 0.45%～20.47%。降水对叶面滞留不同粒径颗粒物的影响因物种而异。连续两天的降水(8.5和13.1 mm)后,PM10明显降低,PM2.5-10与PM2.5的变化则比较复杂,其中白皮松、木樨、荷花玉兰降低,海桐反而升高,石楠和女贞叶面PM2.5-10升高,但PM2.5降低。这可能是由于在降水的作用下,水溶性物质溶解,大的颗粒在雨滴的击溅作用下被打碎成多个小的颗粒。(3)激光粒度分析仪测定结果表明,粒径小于100 μm的颗粒的体积分数占到了叶面滞留颗粒物总量的56.63%～100%,而粒径大于100 μm的颗粒的体积分数变化于0%～43.07%。除海桐外,其他5种植物叶面滞留颗粒物的粒径分布呈现出随着暴露时间的增长,小粒径颗粒物体积分数增加。(4)降水强度对于PM10洗脱率的影响显著,对PM2.5-10、PM2.5的影响不明显。6种植物滞留PM和PM10的阈值由大到小为:白皮松女贞荷花玉兰石楠海桐木樨。降雨初期,叶表面颗粒物洗脱率随降雨历时先急剧上升、随后趋于平稳,当降雨强度增大时,对洗脱颗粒物的时间影响不明显。降雨量与颗粒物洗脱率有良好的拟合关系,随着降雨量的增大,颗粒物的洗脱率呈对数升高,并且在降雨初期30 min内颗粒物洗脱率上升较快,后上升趋势趋于平缓。(5)随着风洞实验历时的增加,颗粒物的再悬浮率先急速增加,20 min后增长率减小,增加趋势逐渐平缓。随着风速的增加,颗粒物的再悬浮率除了木樨外均呈现先增加后减小的趋势。实验根据实际天气情况估算出全年6种植物滞留颗粒物的量,发现白皮松作为针叶树种,在风速的影响下对颗粒物的滞留,尤其对PM2.5的滞留效果最好,荷花玉兰作为阔叶树种,滞留效果也较其他4种明显更好。这些研究结果可为量化植被滞留不同粒径颗粒物及更好地选择滞尘树种提供科学依据。