廊坊市城区气传花粉变化特征及其与气象要素的关系

管 林， 高清源， 李红星， 李敬海， 高清泉*

(1.廊坊市气象局， 河北 廊坊 065000；2.鞍山市气象局， 辽宁 鞍山 114000； 3.大厂回族自治县气象局， 河北 大厂 065361)

城市绿化是改善城市生态环境、降低大气环境污染、提高社区人居环境的重要措施，园林植物在净化空气与水质、保护水土、改善城市小气候等方面有着至关重要的作用。但部分园林植物的种子-花粉飘散在近地面的空气中，致敏性高，易引起花粉过敏反应(或花粉过敏症)[1]。花粉作为一种有机颗粒物，其体积微小、量大易扩散，人体吸入会造成不同程度的打喷嚏、流鼻涕甚至诱发哮喘、气管炎等而危害人体健康[2]。空气中的致敏花粉是导致季节性呼吸道疾病的重要诱因，花粉过敏症已经成为一种季节性的常见疾病，引起国内外专家的关注[3-5]。STANLEY等[6]提出“致敏性花粉是空气污染物”的观点；廖凤林[7]提出“致敏性花粉空气含量达到危害人类健康的程度，致使花粉症类疾病达到0.05%或以上的大气环境，成为花粉污染”观点。

近年来，花粉引起的过敏性疾病的概率持续升高。据资料统计，我国因花粉致敏引起的疾病发病率为0.5%～1.0%，在人口较为密集的高发区达到5%左右[8]，且过敏症具有地域性、多发性及季节性的特点[9]。如过敏性呼吸道病人中，北京地区花粉过敏患者占25%～33%[10-11]，天津地区占32.3%，贵阳地区占3.16%[12]，花粉造成的空气污染已经十分明显。为揭示气传花粉的种类、分布特点以及浓度变化规律等特征，国内外专家对气传花粉做了大量的调查与研究[13-35]。不同地区，因为其地理位置差异、植物覆盖面积及种类不同以及南北气候因素不同等影响，空气中花粉的种类、含量、浓度变化规律也会有差异[36]。但对于一个地区来说，地理位置、植物种类与气候是相对稳定的，当地的气象条件是不稳定的，因而气象要素的变化就成为影响不同地区气传花粉浓度变化的最大因素。为指导廊坊地区更加有效地防治花粉污染以及敏感人群合理出行提供参考，依托廊坊市气象局花粉自动监测系统，利用廊坊市空气中气传花粉监测数据，研究廊坊市城区气传花粉浓度变化规律以及花粉与基本气象要素的关系。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

花粉数据来源于北京朗净时代环境科技有限公司LJHF3000全自动花粉监测仪(图1)。花粉监测地点位于廊坊市气象局国家气象观测站观测场内(东经116.70°、北纬39.50°)，海拔13.7 m。观测环境周围开阔，无高大建建筑及树木等障碍物遮挡，符合气象观测业务标准规范，数据具有代表性。

图1 LJHF3000全自动花粉监测仪

气象要素数据来源于观测场内气象自动观测站，观测要素包括降水、温度、风向、风速、湿度、气压、能见度、地面温度、草面温度、冻土深度、积雪深度以及天气现象等。

1.2 花粉监测方法

花粉监测系统于2019年4月16日正式上线运行，观测时间为2019年4月16日至10月31日。LJHF3000全自动花粉监测仪以半导体激光器为光源的实时光散射式花粉计数装置，采用半导体激光器的前向散射和侧向散射法，内置除砂容器能够只针对花粉进行有效捕获，区分花粉和纤维状粉尘从而提高测量精度，完成空气中花粉个数的实时监测与存储[37-38]。

1.3 评价分析

依据花粉浓度等级划分与花粉过敏气象指数级别(表1)分析廊坊市及致敏情况。利用降水、温度、风速、湿度数据，分析其与气传花粉的关系。

表1 花粉浓度等级划分与花粉过敏气象指数级别

2 结果与分析

2.1 气传花粉逐时浓度变化

从图2可知，2019年4月15日至5月16日廊坊城区花粉浓度值出现的极值最多，春季花粉含量大于秋季。4月花粉浓度≥250粒/cm3的时间共计80 h，101粒/cm3<花粉浓度≤250粒/cm3的时间共计357 h；5月花粉浓度≥250粒/cm3的时间共计96 h，101粒/cm3<花粉浓度≤250粒/cm3的时间共计524 h；其余月份的花粉浓度较低。根据中国气传致敏花粉调查结果，华北地区春季花粉主要以松属、榆属以及杨柳科等木本植物为主[9]。结合花粉浓度等级划分表和花粉过敏气象指数级别可知，廊坊城区4月和5月份花粉浓度等级为中、低等，气象条件可诱发花粉过敏症状。因此，对于过敏性人群，在4月、5月出行时一定做好个人花粉污染防护措施。

图2 2019年4—10月花粉浓度的逐时曲线

2.2 气传花粉日平均浓度变化

从图3可知，廊坊城区4—5月为花粉高峰期，花粉日平均浓度最高值出现在5月15日，达277粒/cm3；6—7月花粉浓度最低；8月下旬至9月下旬又出现花粉小高峰期，续到10月底。整体看，廊坊城区花粉浓度呈双峰变化趋势，与北京、华北地区相关研究基本一致[39-41]。

图3 2019年4—10月花粉浓度日平均值曲线

2.3 基本气象要素与空气中花粉浓度的关系

2.3.1 温度与花粉浓度的关系 从图4看出，2019年廊坊市城区春季空气中花粉浓度高于秋季。春秋季平均温度为22℃，春秋季花粉含量占全年的85%。4—5月空气中花粉浓度日平均值存在3个峰值，分别为150粒/cm3、201粒/cm3、285粒/cm3；温度有3个偏低的谷值，与花粉浓度呈负相关关系。9月15日与10月30日，空气中花粉浓度与温度呈负相关。从图5看出，空气中的花粉浓度含量随着温度(大于5℃)升高逐渐增加，当升高至一定温度后花粉含量逐渐减少。综合看，当温度在10～20℃时，花粉数量达到最大值，随着温度继续升高花粉浓度逐渐降低。5月中旬后虽然温度偏高，但是花粉浓度逐渐偏低，可能是温度对物候产生了影响，从而影响花期[42-43]。因为华北地区5月中旬后，大部分木本植物相继处于开花末期，花粉浓度迅速减少，因此温度对空气中花粉浓度影响较大。

图5 温度与空气中花粉浓度的散点关系

2.3.2 湿度与花粉浓度的关系 从图6看出，2019年廊坊市城区空气中花粉浓度在春季、秋季与空气湿度呈负相关关系。4—5月当空气湿度从20%增加到70%时，空气中花粉浓度延迟波动存在，但也随湿度增大花粉浓度逐渐降低，并且同时出现花粉浓度波谷/湿度波峰延迟出现的现象，主要是空气湿度逐渐增加后，花粉经过吸水凝结沉降等作用而出现浓度变化[2]。5月中旬后花粉浓度降低，主要原因可能与木本植物花期处于末期有关。8—9月出现小高峰，主要原因是田间农作物与草本植物处于开花结籽期[2]。

图6 湿度与空气中花粉浓度的关系

2.3.3 风速与花粉浓度的关系 从图7看出，风速大小对空气中花粉浓度具有一定的影响，当风速<0.5 m/s时空气流动较差，空气中花粉含量较小，随着风速逐渐增大，空气中花粉含量呈增加趋势；当风速>0.5 m/s时空气中花粉含量迅速增加，主要风速增加到一定程度后，更有利于木本植物花枝摇动促进花粉降落；风速>1.5 m/s时花粉流动加快，空气中花粉因飘散加快而含量降低。表明，风速大小对空气中花粉的飘散运动影响很大，从而影响花粉浓度的变化。

图7 风速与空气中花粉浓度的关系

2.3.4 降水与花粉浓度的关系 从图8看出，降水发生时或降水后一段时间内，空气中花粉浓度会出现不同程度的下降。如2019年5月中旬左右，廊坊城区出现连续性降水过程，且降水强度较大，从而导致空气中花粉浓度从270粒/cm3骤降至50粒/cm3，随着降雨过程持续，花粉浓度持续降低几乎为零。原因可能是持续性降水对空气中的花粉产生冲刷作用而造成浓度含量下降，降水一般还会导致空气湿度持续增加，花粉产生吸水沉降而导致浓度下降，散落至附近，花粉传播距离受到影响，此外，相比较于晴天，降水会不利于植物花囊的开裂，影响植物开花[2，19，22，34，44]。

图8 降水量与空气中花粉浓度的关系

3 结论

1) 廊坊城区空气中花粉浓度日平均数据峰值基本上出现在春季(4—5月)和秋季(9—10月)，且春季大于秋季，与北方部分地区的研究基本一致[23，45-50]。但花粉浓度在季节内变化有所差异，北方地区城市大气环流基本一致，但地理位置、植物种类以及人为因素有差异，可能是这些因素导致[34]。

2) 廊坊城区气传花粉的浓度受基本气象要素的影响明显。温度是影响植物物候以及花粉传播的主要因素，适宜的温度条件有利于花期中花囊的开裂以及花粉晾干飘散；一定程度的高温也会引起大气环境气流的快速流动，进一步促进花粉的传播[51]。廊坊市城区2019年春秋季平均温度为22℃，春秋季花粉含量占全年的85%。因此，春秋季温度是影响廊坊城区气传花粉重要因素。降雨量也是影响空气中花粉含量及浓度变化不可忽视的因素，持续降雨会对空气中花粉产生冲刷作用，导致空气中花粉粒数骤降[32，52]，并且导致温度下降、空气湿度增加，花粉吸水沉降。此外，相比较于晴天，降水会不利于植物花囊的开裂，影响植物开花[2，42]。风速大小对气传花粉的传播具有一定影响。花粉在大气中飘散运动的理想条件是存在稳定的风速，在一定强度的风力作用下，风的流动、震荡作用对花粉起稀释传播作用，有利于花朵接收、控制花粉粒授粉[53]。

3) 本研究初步探明了廊坊市城区气传花粉浓度的变化情况以及与主要气象要素的关系，对进一步加强廊坊地区人们对空气致敏花粉的认识，指导敏感人群合理出行，加快花粉浓度精细化预报，促进廊坊气象服务社会化建设发展，为医疗气象、农业生态气象等提供数据支撑以及有效防治花粉污染提供参考。但有关廊坊城区气传花粉种类识别与统计，廊坊市花粉预报模型以及花粉致敏性有待进一步深入研究。