Page 44 - 《华中农业大学学报》2026年第1期

38 华 中 农 业 大 学 学 报 第 45 卷

域及以上尺度或是局地及以下尺度 ［13-14］ 。在区域及 亚热带季风气候，四季分明；其空间格局由水系和高
以上尺度，区域化学传输模型和轨迹扩散模型为主 速公路共同塑造，即汉江与唐白河将襄阳市中心城
要工具，但即使通过嵌套将网格精细化到百米级，上 区分割为襄城区、樊城区、襄州区、东津新区和鱼梁
述模型也无法准确识别城市尺度污染的冷点-热点 洲 5 个区域，而福银高速、襄阳绕城高速及二广高速
结构。计算流体力学仿真被广泛运用于解析局地及 则共同构成中心城区建成区的边界（图1）。
以下尺度（街谷、住区等）的污染分布特征和传输路 1.2 研究数据及方法
径。不过，高昂的计算成本使得仿真模拟难以拓展 本研究针对城市尺度颗粒物扩散分布特征识别
至城市尺度 ［15-16］ 。 难、规划可实施性欠缺的问题，一方面，在城市近地
统计回归是构建颗粒物浓度与其影响因素的方 面空间密集构建兼顾污染源及其作用区域的颗粒物
程，能够用于各种尺度。最初，以多重线性回归、土 和关键气象要素监测传感网（146 个站点），为建立城
地利用回归为主，但是这类全局模型无法充分考虑 市尺度污染扩散模型提供数据基础；另一方面，在多
污染的空间异质性 ［17-19］ 。随后，由于能够有效刻画 因素影响的情境下，建立能够兼顾解释性与计算需
颗粒物驱动因素的空间非平稳性，避免全局模型对 求的污染识别方法，即扩散机理约束的变量多尺度
污染热点和冷点结构的平均化处理，以地理加权回 表征-算力控制的变量和尺度筛选-地理加权的空间
归（geographically weighted regression，GWR）为代表 归因解析。该方法流程如图2所示。
的空间统计模型逐步流行，并且大量研究证实， 1）高密度监测传感网构建及数据质量控制。针
GWR 是识别污染分布的高贡献区与关键边界的可 对现有城市近地面监测站数量有限且分布离散而无
靠工具 ［20-23］ 。然而，一方面，表征污染关键影响因素 法为空间统计模型提供足够样本点的问题，本研究
的指标（如污染源数量、用地面积等）大多不具备空 合作单位（湖北省生态环境厅襄阳生态环境监测中
间分布的连续性，这容易产生可变空间单元问题并 心）在研究区域搭建了一套高密度近地面颗粒物和
造成回归系数不稳；另一方面，鲜少有研究考察同一 关键气象要素的监测传感网。该网络分 2 期建设完
类因素之间个体差异对颗粒物扩散和浓度分布的影 成，由 146 台 AQMS2000 传感器（罗克佳华科技集团
响，造成难以精准挖掘污染的扩散范围。 股份有限公司，中国）组成，可以自动采集并存储
综上所述，当前颗粒物扩散分布研究相对缺乏 PM 2.5 （单位：μg/m ）、PM 10 （单位：μg/m ）、风速（单
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对城市尺度的深入探索，其瓶颈在于，城市复杂近地 位：m/s）、风向（单位：°）、相对湿度（单位：%）和气温
面环境下多种因素对污染扩散的显著影响，同时技 （单位：℃）的观测数据。响应时间不超过 1 min、分辨
术门槛与计算成本制约了污染扩散范围的精准挖 率不超过 1 个单位、数据上传和采样周期为 1 h。考
掘，削弱了规划的可实施性。因此，针对城市尺度颗 虑到研究区域存在大量的污染源，同时为有效捕捉
粒物扩散分布特征的关键问题，本研究选择冬季污 城市尺度“颗粒物排放-扩散分布-作用影响”的全过
染严重且扩散条件不利的襄阳市中心城区为研究区 程，布站一是密切联系污染源，以保证覆盖污染源普
域，构建城市近地面高密度监测传感网，以提供高空 查清单的所有对象；二是充分顾及颗粒物的潜在影
间分辨率颗粒物和气象数据；建立“扩散机理约束的 响区域，以保证覆盖所有类型的城市用地。所有站
变量（污染影响因素）多尺度表征-算力控制的变量 点位置和分布如图1所示。
和尺度筛选-地理加权的空间归因解析”的识别方 为最大程度降低区域传输的外源性污染对研究
法；基于识别结果，提出面向规划实践的转译路径， 的干扰，选取污染严重的冬季以及小风的稳定气象
以期为布局绿地提供明确指导。 条件作为研究场景，以 2018 年 12 月 1 日 00：00 时至
2019 年 2 月 28 日 23：00 时的 PM 2.5 和 PM 10 观测数据
1 材料与方法
为本研究实验数据，并依次进行缺失值剔除和平行
1.1 研究区域 性检验。16 个监测站因缺失数据超过 20% 而被剔
本研究选择襄阳市中心城区为研究区域。选择 除。随后，将监测站点划分为数量相对均衡的 2 组，
理由一是冬季中、重度持续型污染时有发生；二是拥 计算研究时段内颗粒物观测数据的平均值以及 30、
有大量污染密集型产业（纺织业、化学制品制造业 50、80 和 90 百分位数以及相对误差（表 1）。观测数
等）；三是岗丘地形不利颗粒物扩散 ［24］ 。研究区域属 据均值相对误差均不超过±10%，分位检验的相对