2006—2015年廈門港船舶大氣污染物排放清單的初步估算

劉啟明，方夢圓，曹湘怡，胡欣，蘇巖潔，黃云鳳,，黃寧

1. 集美大學環(huán)境工程系，福建 廈門 361021；2. 中國科學院城市環(huán)境研究所，福建 廈門 361021

2006—2015年廈門港船舶大氣污染物排放清單的初步估算

劉啟明1，方夢圓1，曹湘怡1，胡欣1，蘇巖潔1，黃云鳳1,2，黃寧1

1. 集美大學環(huán)境工程系，福建 廈門 361021；2. 中國科學院城市環(huán)境研究所，福建 廈門 361021

船舶尾氣化學組成包括CO2、CO、NOx、SO2、VOCs和顆粒物等，這些污染物的排放顯著影響了沿海港口城市的空氣環(huán)境質(zhì)量。準確評估船舶大氣污染物對空氣質(zhì)量的影響需要掌握詳細的船舶大氣污染物排放清單。在對2006—2015年廈門空氣環(huán)境質(zhì)量和航運數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，列出了廈門港船舶大氣污染物排放清單數(shù)據(jù)，其中 NOx排放量所占比例最大（＞70%），其次為SO2、CO和PM10，VOCs排放量最?。ǎ?%）；通過分析船舶大氣污染物在城市大氣污染物總排放量中的占比發(fā)現(xiàn)，NOx、SO2所占比例在2007年和2009年分別達到6.95%、5.15%和14.19%、9.96%，表明廈門港船舶大氣污染物的排放對區(qū)域空氣環(huán)境質(zhì)量已有顯著的影響；進一步對比同期廈門市空氣環(huán)境質(zhì)量與船舶大氣污染物排放量的變化趨勢，結(jié)果表明船舶大氣污染物對城市大氣污染物的貢獻率越來越大。重視并強化對船舶大氣污染物排放的監(jiān)管，將是未來持續(xù)改善廈門市空氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵。

廈門；船舶；大氣污染；排放清單

船舶一般以柴油和重油為主要燃料，具有耗油量高、污染物單機排放量大等特點，其尾氣化學組成中，包括氣態(tài)的 CO2、CO、NOx、SO2、VOCs和固態(tài)的顆粒物等。在沿海港口，船舶排放的污染物改變了大氣的化學組成，影響其所在區(qū)域的空氣環(huán)境質(zhì)量（Corbett et al.，1997）。

大氣污染物排放清單是指某區(qū)域一定時間內(nèi)各類污染物的排放量及其時空分布。排放清單是研究大氣污染特征、機制和成因，開展環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值模擬和預報預警的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也是制定城市及區(qū)域大氣污染控制措施、開展污染防治工作的重要依據(jù)。船舶大氣污染物排放清單特指船舶燃油產(chǎn)生的各類大氣污染物的統(tǒng)計量，在近海港口和內(nèi)陸河流航道城市船舶大氣污染物是影響區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的重要因素之一。

2015年廈門港貨物吞吐量完成2.1×108t，增長2.53%；集裝箱吞吐量完成 914萬標箱，列全球第十六位，增長7.1%，增幅居全國沿海八大干線港口第一名（交通部，2016）。廈門港是一個復式港灣，海域封閉，群山環(huán)繞，大氣交換能力較弱。因此，在廈門港航運業(yè)飛速發(fā)展的同時，如何協(xié)調(diào)船舶污染物排放與空氣環(huán)境質(zhì)量的矛盾是目前亟待解決的問題。

本文在對近10年（2006—2015年）廈門空氣環(huán)境質(zhì)量和航運數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，列出了近 10年廈門港船舶大氣污染物排放清單，并進一步分析了船舶大氣污染物在城市大氣污染物總排放量中的占比，并將其與同期廈門市空氣環(huán)境質(zhì)量變化趨勢進行對比分析，以期為區(qū)域環(huán)境規(guī)劃管理及進一步的船舶大氣污染控制提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 方法對比

大氣污染物排放清單是基于一定空間范圍和時間尺度對影響空氣質(zhì)量的污染物排放量的估算。船舶大氣污染物排放清單的編制是科學、有效開展船舶污染防治工作的基礎(chǔ)和前提。

國外近十幾年來對船舶大氣污染物排放清單的研究相對較為系統(tǒng)，在歐美主要沿海地區(qū)，甚至內(nèi)陸港口都有工作開展（Corbett et al.，2003；Etring et al.，2005；Paxian et al.，2010；Cappa et al.，2014；Aliabadi et al.，2015；Brandi et al.，2016；Jalkanen et al.，2016）。我國船舶大氣污染防治工作尚處于起步階段，根據(jù)《中華人民共和國海洋環(huán)境保護法》規(guī)定，環(huán)保、海洋、海事、漁業(yè)、軍隊等部門對海洋環(huán)境都具有相關(guān)職責。由于多部門監(jiān)管交叉使得我國目前仍未建立國家級船舶港口排放清單，只在天津（金陶勝等，2009）、青島（劉靜等，2011）、上海（伏晴艷等，2012）、深圳（梁永賢等，2016）等各地方港口零星開展了船舶大氣污染物排放清單的研究。

船舶大氣污染物所列主要排放清單一般包括CO、NOx、SO2、VOCs以及顆粒物等。對于排放清單的具體計算，有基于功率或燃油消耗的計算模式（Corbett et al.，2003）。這類方法都建立在詳細調(diào)查統(tǒng)計船舶數(shù)量、類型、活動水平、技術(shù)狀況等基礎(chǔ)上，才能進一步匯總并估算出各污染物排放量。清單計算的準確性必須要有足夠的港口航運、船舶發(fā)動機、燃油油品等基礎(chǔ)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的支撐。我國在這方面的統(tǒng)計工作一直比較滯后，因此，基于功率或燃油消耗的計算模式列出可靠的船舶大氣污染物排放清單是有一定難度的。

1.2 方法構(gòu)建

由于缺乏廈門港船舶類型、運行工況等詳細的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，本研究參考李智恒等（2011）以香港船運資料和大氣污染物數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)所建立的港口船舶大氣污染物排放清單的估算方法，該方法估算結(jié)果與香港同期實際統(tǒng)計量的相對偏差小于2.5%，方法簡便準確，并已有實際的研究應用（魯斯唯等，2014）。

具體計算方法是先將船運分為客運和貨運，客運用旅客吞吐量表示，貨運用集裝箱吞吐量和貨物吞吐量表示。港口船舶產(chǎn)生的某類大氣污染物排放量用如下二元一次線性方程表示：

式中，Qi為船舶產(chǎn)生的第 i種空氣污染物的排放量；X為旅客吞吐量；Y為貨物吞吐量；Z為集裝箱吞吐量；A、B分別表示旅客吞吐量、貨物吞吐量對污染物排放量產(chǎn)生作用的參數(shù)；C、D分別表示旅客吞吐量、集裝箱吞吐量對污染物排放量產(chǎn)生作用的參數(shù)。各主要污染物類型的計算參數(shù)見表1。

表1 船舶大氣污染物排放量計算參數(shù)Table 1 Calculating parameters for air pollutant emissions of vessels

2 結(jié)果與討論

2.1 船舶大氣污染物排放量計算

統(tǒng)計廈門港2006—2015年期間的旅客吞吐量、貨物吞吐量和國際標準集裝箱（TEU，twenty-foot equivalent unit）吞吐量數(shù)據(jù)，利用式（1）、（2）計算得到廈門港船舶大氣污染物排放清單。由于早期無PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)，本研究顆粒物數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用PM10數(shù)據(jù)。

計算結(jié)果如表2所示，近10年（2006—2015年）廈門港船舶大氣污染物排放量與港口吞吐量同步持續(xù)增加，其中NOx排放量所占比例最大（占總排放量的70%左右），其次為SO2、CO和PM10，VOCs排放量最小。

2.2 船舶大氣污染物排放對城市大氣污染物總排放的貢獻

在沿海港口區(qū)域，船舶航運業(yè)排放的大氣污染物所占比例舉足輕重。南加州盆地 21世紀初的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在沿海港口近岸區(qū)域，船舶排放的PM2.5占比已經(jīng)達到PM2.5總量的8.8%（Agrawal et al.，2009），如不進一步對船舶廢氣加以控制，預測 2020年船舶廢氣排放將成為該地區(qū)最大的空氣污染源（Dabdud et al.，2008）。基于2004年度環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)計算，青島港船舶污染物排放對市區(qū)環(huán)境空氣中的SO2與NOx年平均濃度貢獻分別占8.0%與12.9%（劉靜等，2011）。上海市2010年統(tǒng)計船舶污染物排放對上海市各類大氣污染物總量的貢獻主要集中在SO2和NOx，分別為12.0%和9.0%；PM2.5的直接排放分擔率為5.3%（伏晴艷等，2012）。而深圳市2013年度船舶排放的細顆粒物、NOx、SO2占深圳市排放的比例分別為5.2%、16.4%和58.9%（梁永賢等，2016）。

表2 2006—2015年廈門港吞吐量與船舶大氣污染物排放清單Table 2 Xiamen port capacity and vessels air pollutant emission inventory during 2006—2015

本研究選擇已有廈門城市大氣污染物排放總量數(shù)據(jù)的2007年（黃成，2012）和2009年（魯斯唯等，2014）作為案例年份，各年份城市大氣污染物排放總量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 廈門城市大氣污染物排放總量Table 3 Total emissions of air pollutants in Xiamen t

根據(jù)表2和表3數(shù)據(jù)計算出廈門港船舶大氣污染物排放量在城市大氣污染物排放總量中的占比。結(jié)果表明，NOx與SO2所占比較大，2007年和2009年分別達到 6.95%、5.15%和 14.19%、9.96%，而CO、PM10和VOCs所占比例較?。ǎ?%）。由此說明，廈門港船舶大氣污染物的排放對區(qū)域空氣環(huán)境中的NOx、SO2等指標已有顯著的影響。

2.3 城市污染物濃度變化與船舶排放量的關(guān)系

目前，國內(nèi)外各城市大氣環(huán)境問題基本屬于復合型大氣污染，是工業(yè)、交通、商業(yè)、民用等多種污染源的疊加匯總，各種污染源的消長決定了區(qū)域空氣環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢（臧星華等，2015）。

近 10年來，廈門市通過加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，嚴格落實對工業(yè)、道路交通、能源等行業(yè)的大氣污染減排治理措施，在大氣污染控制方面取得明顯成效。廈門市的空氣SO2、NO2、PM10年平均質(zhì)量濃度（mgm-3）總體呈持續(xù)下降趨勢（表4），這與同期船舶大氣污染物排放量的持續(xù)增加（表1）形成明顯反差。

對比說明，按目前的發(fā)展趨勢，從排放分擔率看，廈門市船舶大氣污染物對城市大氣污染物的貢獻將越來越大。在繼續(xù)控制工業(yè)、道路交通、商業(yè)、民用等大氣污染物排放的同時，進一步重視并強化對船舶大氣污染物排放的監(jiān)管，將是未來持續(xù)改善廈門市空氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵。

表4 2006—2015年廈門市大氣主要污染物年平均濃度Table 4 Annual average concentrations of air pollutants in Xiamen during 2006—2015 mgm-3

3 結(jié)論

近10年來（2006—2015年），廈門港船舶大氣污染物排放量與港口吞吐量呈同步持續(xù)增加趨勢，其中NOx排放量所占比例最大（占總排放量的70%左右），其次為SO2、CO和PM10，VOCs排放量最小。廈門港船舶大氣污染物的排放，對區(qū)域空氣環(huán)境質(zhì)量中的NOx、SO2等指標已有顯著的影響。其中，NOx、SO2對城市大氣污染物總量的貢獻較大，2007年和 2009年分別達到6.95%、5.15%和14.19%、9.96%，而CO、PM10和VOCs所占比例較小。近 10年來，在廈門市空氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善的同時，船舶大氣污染物對城市大氣污染物的貢獻率越來越大。因此，進一步重視并強化對船舶大氣污染物排放的監(jiān)管，將是未來持續(xù)改善廈門市空氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵。

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Establishment of Vessels Air Pollutant Emission Inventory in Xiamen Port during 2006—2015

LIU Qiming1, FANG Mengyuan1, CAO Xiangyi1, HU Xin1, SU Yanjie1, HUANG Yunfeng1,2, HUANG Ning1

1. Department of Environmental Engineering, Jimei University, Xiamen 361021, China; 2. Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China

The principal exhaust gas emissions from ships include CO2, CO, NOx, SO2, VOCs, and particulate matter. Seagoing ships emit exhaust gases and particles into the port, which significantly contributes to the total emission of anthropogenic air pollutants. An accurate assessment of the impact of the shipping emissions on the air quality requires detailed knowledge of the vessels air pollutant emission inventories. We present an air pollutant emission inventory of vessels in Xiamen port during 2006—2015 based on the data analysis from environmental air quality and shipping. The results show that the proportions of vessel air pollutant ranged from high to low in the order of NOx(＞70%), SO2, CO, PM10and VOCs (＜1%). The percentage (%) of NOx, SO2emissions of vessels to total city air pollutant emissions in Xiamen were 6.95%, 5.15% and 14.19%, 9.96% in 2007 and 2009, respectively. By further analyzing the change trends of annual average mass concentration (mgm-3) of air pollutant and environmental air quality in Xiamen during 2006—2015, the results further showed that the influence of vessel air pollutants to environmental air quality is getting more serious. Whether can we pay more attention to vessels air pollutants management, were be the key to improve the air quality of Xiamen City in the future.

Xiamen; vessels; air pollutants; emission inventory

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.09.009

X171

A

1674-5906（2016）09-1483-04

劉啟明, 方夢圓, 曹湘怡, 胡欣, 蘇巖潔, 黃云鳳, 黃寧. 2016. 2006—2015年廈門港船舶大氣污染物排放清單的初步估算[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 25(9): 1483-1486.

LIU Qiming, FANG Mengyuan, CAO Xiangyi, HU Xin, SU Yanjie, HUANG Yunfeng, HUANG Ning. 2016. Establishment of vessels air pollutant emission inventory in Xiamen port during 2006—2015 [J]. Ecology and Environmental Sciences, 25(9): 1483-1486.

國家自然科學基金項目（31500391）；福建省自然科學基金項目（2014J01162；2015J01168）

劉啟明（1973年生），男，副教授，博士，從事生態(tài)環(huán)境研究工作。E-mail: liuqm@jmu.edu.cn

2016-07-11