城市喷泉对空气负离子浓度影响因素的研究

喷泉产生的空气负离子及其影响因素的研究

厉曙光  刘琦  李进  王文明  李莉  邵志华  张亚锋

(同济大学医学院)

喷泉作为都市环境的点缀已越来越多地在各个城市中心出现，但目前喷泉在环境中产生的空气负离子所具有的生物学效应尚未引起学者的广泛注意。众所周知，空气负离子具有很广泛的生物医学效应^[1~4]，因此了解和掌握喷泉产生负离子的变化规律及其影响因素，充分利用这一人造生物学资源来有效地改善人体的健康状况具有一定的杜会和经济意义。笔者对上海的两处喷泉进行了测定和分析，其目的是对喷泉的开启和关闭状态、不同距离、不同气象条件、不同时间等因素影响下所产生的空气负离子的变化规律进行研究，期为人们正确地、合理地利甩喷泉这一新兴生物学资源提供参考依据。

1.     对象与方法

1.1  研究所采用的仪器

日本COM SYSTEM ,INC.公司生产的COM-3800pro双探头专业型空气负离子检测仪，仪器符合“日本JISB9929大气离子密度标准测量方法”的严格要求，核心探测器采用了“日本JISB9929大气离子密度标准测量方法”中推荐的同轴二重圆筒式构造探测器，可以同时对空气中的正离子、负离子进行测量，检测范围广（0~5,000,000个/cm³）,分辨率为1个/cm³，准确度≤±2%，是目前市场上检测范围及精度最高的仪器。

COM-3800pro双探头专业型空气负离子检测仪

专用正对公园中空气负离子浓度进行测量

COM-3800pro空气负离子检测仪正对瀑布附近的空气中负离子浓度测量

1.2  对象

1.        上海铁道大学医学院喷泉水池，具体规格为：直径11m，喷水管13根，喷水柱最高达6m，呈交叉状；

2.        上海市中心喷泉水池，具体规格为：直径16m，总共有204根喷水管，分三层由内向外分别为7根，75根和125根，喷水柱最高达8 m，呈垂直状

1.3  测量方法

对上海铁道大学医学院喷泉水池第一次测量3天共80次，第二次测量3天共73次，测量时间为30分钟、60分钟和90分钟，每次测量之间间隔60分钟，两次测量周期间隔为两个月。

对上海市中心喷泉水池测量2天共52次，测量时间为60分钟和90分钟，每次测量之间间隔60分钟。

测量过程中，每15分钟记录1次数据，每次读数3~5个并取其平均值，测定点距喷泉3 m，仪器测量高度为1.3m,测定所获得数据用SAS软件进行统计学处理。

测量数据分析

2.     结果

2.1  喷泉的开、关状态对其周围的空气负离子产生直接影响，表1可见两处喷泉开、关状态下测定空气负离子的数据。

注：P值为喷泉开启和关闭状态下空气负离子浓度的显著性标准化验

*表示喷泉开启状态的数据

喷泉关闭时本底的差异较大，医学院喷第一次负离子水平为97~1367个/cm³，第二次测量水平则为284~986个/cm³。市中心喷泉测量水平在334~1090个/cm³。 喷泉开启状态下医学院喷泉最高为9362个/cm³．最低为167个/cm³。市中心喷泉则分别为67140个/cm³和858个/cm³。

2.2  图1所示为5～7月期间某一时点喷泉开、关时空气负离子浓度的比较，图2为在两处喷泉不同距离的测定数据 由图2可见，随距喷泉距离加大，空气负离子浓度递减。

图1 不同时间的喷泉开关时空气负离子浓度对比

图2 距喷泉不同距离时的空气负离子浓度比较

2.3  对医学院喷泉(7月14、15日)和市中心喷泉(7月20、21日)各两天的测定值进行统计学处理表明；两处喷泉关闭时负离子差异无显著性（P=0.4581）．当开启时差异有极显著性意义(P=2.994×10^-6)。

3.     讨论

3.1  喷泉的开启与关闭状态与空气负离子的浓度有着明显的不同，喷泉开启后产生的水柱在空中碰撞分裂形成无数细小水珠，在宇宙线、紫外线等的照射下，产生大量的负离子。同时其水珠或水滴对大气可吸入尘等悬浮颗粒具有清洗作用，减少了空气中凝结核的数量，结果使空气负离子的生成速率远大于其消亡速率，因此负离子浓度明显增加，远远高于海滨，风景名胜和疗养地的室外空气负离子浓度^[5~9]。就医学院喷泉而言，7月14日负离子的最高浓度为最低者的15.15倍，5月16日则32.16倍。市中心喷泉的教果更为显著，最高浓度为最低浓度的220.85倍(7月21日).

对8天喷泉开、关状态下的负离子测定值进行统计学处理，结果表明差异有显著性意义(P<0．01) 图1显示不同时期某一时点两处喷泉开、关时负离子浓度的比较(P<0.01)，喷泉关闭后负离子浓度迅速下降，在5～10 min内即可基本恢复到本底水平。这表明喷泉产生的负离子在空气中存留时间很短，就研究者的主观感觉而言，喷泉开启时空气清新，舒适感明显，但关闭后则很快消失。

3.2  医学院喷泉和市中心喷泉均处于关闭状态时．两处空气的负离子差异无显著性(P>0.05)，开启时差异有极显著性意义(P<0.01)，这说明喷泉规模越大产生的负离子越多，这可能同喷水管多，水柱高、产生的水珠密集等因素有关。

3.3  不同月份对喷泉所产生的负离子浓度也有影响，笔者把医学院喷泉的5月17日、23日和7月14日、15日分别代表5月和7月的负离子水平进行比较．发现7月明显高于5月，7月的测定范围为5070~9352个/cm³，而5月仅为1197~6197个/cm³，两者有极显著性差异(P=1.7×10^-11)，这种差异的原因可能同气温、气压、气湿、气流、风向等多种因素有关。

3.4  我们对两处喷泉进行8天的测定，将喷泉的开启时间分别设定为30分钟，60分钟，90分钟，间隔时间为60分钟，其目的是分析喷泉开启不同时间，其负离子产生量是否会有变化，经单因素方差分析后发现三者之间差异无显著性(P=0.85)。

此外我们还对医学院喷泉的测定值(5天)进行了上午和下午之间的比较，以中午12：30为界将数据进行归纳和分析，结果发现上午和下午开启喷泉所产生的负离子两者之间统计学上并无显著性差异(P>0.05)，但当喷泉关闭后上下午之间却有显著性差异(P<0.05)．考虑到喷泉关闭后负离子在几分钟内即可衰减到接近本底，因此在关闭喷泉的1个小时内其产生的差异肯定是由于上下午本身的时闻因素所决定，但这是否同温度、气压、风向以及周围环境变化等有关尚待进一步研究。

3.5  从理论上讲，以喷泉为中心其周围环境的空气负离子应呈幅射状的衰减，且距离喷泉越远负离子越少，我们的研究证明了这一点，分别对医学院喷泉(7月15日)和市中心喷泉(7月21日)开启时对不同距离产生的负离子进行分析，结果发现在距离喷泉3、7、l1、15m 处的负离子值呈现了明显的递减趋势(见图2)，医学院喷泉由3 m处的9886个/cm³下降到1 5 m处的3003个/cm³。而市中心喷泉则由48124个/cm³。降到11550个/cm³，下降幅度分别为3.3倍和4.2倍。两处喷泉的相关系数分别为：r= -0.826和r= -0.812，统计学上有显著性差异(P<0.01)。此外，我们对阴天、雨天、晴天三种不同气候条件对喷泉负离子的产生影响也进行了研究，但由于雨天的数据较少(仅医学院喷泉7月15的13：15，13：30，13：45点3个数据)而未能得出准确的结论．有待进一步研究。

作者简介：

厉曙光(1955~)，男，同济大学医学院教授，硕士，从事环境卫生学研究。

参考文献：

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来源：环境与健康杂志（部分内容经过增减处理）

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