天津市交通環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位空氣質(zhì)量特征

李 鵬，劉 彬，鄭乃源，畢溫凱

(天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 天津300191)

0 引 言

京津冀地區(qū)是我國(guó)大氣污染較重地區(qū)之一[1-2]，天津持續(xù)強(qiáng)化大氣污染“五控”(控煤、控車、控塵、控污和控新建項(xiàng)目)治理取得顯著進(jìn)展，PM2.5從2013年的 96μg/m3降至 2019年的51μg/m3，累計(jì)降幅達(dá) 46.9%；NO2濃度從 54μg/m3降至 42μg/m3，累計(jì)下降 22.2%。2014年發(fā)布的 PM2.5來源解析中，本地排放占 66%～78%，區(qū)域傳輸占 22%～34%，在本地污染貢獻(xiàn)中，揚(yáng)塵、燃煤、機(jī)動(dòng)車、工業(yè)生產(chǎn)為主要來源，分別占 30%、27%、20%、17%[3]。移動(dòng)源污染已引起眾多學(xué)者的關(guān)注[4-7]。天津機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到304.9萬(wàn)輛[8]，其中國(guó)三及以下老舊車 81萬(wàn)輛，重型柴油貨車超過7.2萬(wàn)輛，過境車輛中近2/3是重型柴油車，各類非道路移動(dòng)機(jī)械總數(shù)超過 4200臺(tái)。為有效甄別機(jī)動(dòng)車排放對(duì)環(huán)境空氣影響，天津于 2016年建設(shè)交通環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)，本文基于北辰交通站及環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò) 2019年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析交通站點(diǎn)的空氣質(zhì)量特征，以期為天津市機(jī)動(dòng)車污染防控提供決策支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

天津市位于北緯 38°34′—40°15′，東經(jīng) 116°43′—118°4′之間，地處太平洋西岸，華北平原東北部，海河流域下游，東臨渤海，北依燕山。氣候?qū)儆谂瘻貛О霛駶?rùn)季風(fēng)性氣候，春季多風(fēng)，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。2018年，常住人口 1559.60萬(wàn)人，全市生產(chǎn)總值18809.64億元，其中第一產(chǎn)業(yè) 172.71億元，第二產(chǎn)業(yè)7609.81億元，第三產(chǎn)業(yè)11027.12億元，港口貨物吞吐量 50774萬(wàn) t，集裝箱吞吐量 1601萬(wàn) TEU，客運(yùn)量 19250萬(wàn)人，貨運(yùn)量 53548萬(wàn) t，民用汽車304.9萬(wàn)輛，其中載客汽車263.3萬(wàn)輛，中重型載貨汽車 8.24 萬(wàn)輛[8]。

1.2 數(shù)據(jù)及質(zhì)量控制

天津市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)見圖1，共有26個(gè)評(píng)價(jià)城市環(huán)境空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，本研究用其中14個(gè)國(guó)控點(diǎn)的均值評(píng)價(jià)全市狀況。交通監(jiān)測(cè)站位于北辰科技園區(qū)汀江東路1號(hào)海河乳業(yè)院內(nèi)，采樣頭距地面14m，站點(diǎn)北側(cè)200m為雙向10車道的城市快速路，東側(cè) 100 m 為雙向 8車道的外環(huán)北路，東側(cè)500m為京津唐高速。采用Thermo1405型、1405F型顆粒物(PM10和 PM2.5)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)監(jiān)測(cè) PM10和 PM2.5，質(zhì)量控制嚴(yán)格按照《環(huán)境空氣控技術(shù)規(guī)范》(HJ 817—2018)要求進(jìn)行；采用Thermo 42i、43i、48i、49i分別監(jiān)測(cè) NOx、SO2、CO 和O3，儀器每天自動(dòng)校準(zhǔn)，質(zhì)量控制按照《環(huán)境空氣氣態(tài)污染物(SO2、NO2、O3、CO)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)控技術(shù)規(guī)范》(HJ 818—2018)要求進(jìn)行。

圖1 天津市環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)及交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)位周邊情況Fig.1 Ambient air monitoring network and traffic monitoring stations in Tianjin

2 結(jié)果與討論

2.1 交通站與環(huán)境空氣質(zhì)量

從污染物濃度水平來看，交通監(jiān)測(cè)站 PM2.5、PM10、NO2、CO、O3和 SO2濃度分別為 56、85、48、2700、191、9μg/m3，綜合指數(shù)為 6.03。與相鄰的淮河道和全市相比，交通站空氣污染水平總體較高，綜合指數(shù)高 10.0%，PM2.5高 9.8%，NO2(比淮河道)高26.3%，CO高50.0%，PM10、污染水平與全市一致，O3和SO2濃度優(yōu)于全市及淮河道(圖2)。

圖2 交通站與環(huán)境空氣質(zhì)量六項(xiàng)污染比較Fig.2 Comparison of six pollution items between traffic station and ambient air quality monitoring points

從污染物對(duì)綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)來看(表 1)，交通站的 NO2和 CO貢獻(xiàn)比例較高，PM2.5和 PM10貢獻(xiàn)比例基本一致，SO2和O3貢獻(xiàn)比例較小。這表明機(jī)動(dòng)車排放污染物對(duì)環(huán)境空氣的影響較大，受高濃度 NO2的影響，增強(qiáng)光化學(xué)反應(yīng)消耗環(huán)境空氣中的O3，導(dǎo)致道路周邊O3濃度略低于周邊環(huán)境。

表1 交通站與環(huán)境空氣質(zhì)量主要污染物污染貢獻(xiàn)(%)Tab.1 Pollution contribution of major pollutants at traffic stations and ambient air quality monitoring points(%)

2.2 月變化

圖3為2019年交通站與環(huán)境空氣中主要污染物月變化比較曲線，可知交通站與環(huán)境空氣主要污染物年內(nèi)分布基本一致。交通站 NO2月均濃度整體呈現(xiàn)“V”型分布，11月份濃度最高，5月份濃度最低；而環(huán)境空氣中 NO2月均濃度最高值出現(xiàn)在 1月，最低值出現(xiàn)在7月，3～11月平均濃度高于全市及淮河道站。交通站 PM2.5月均濃度在 4—5月明顯高于周邊環(huán)境站，原因可能在于春季風(fēng)沙較大，揚(yáng)塵落到地面受車輛多次碾壓再次揚(yáng)起。交通站 CO月均濃度呈現(xiàn)“W”型分布，各月均濃度均高于淮河道及全市，與NO2一致，在 6月份出現(xiàn)一個(gè)峰值，可能是車輛排放與氣象擴(kuò)散條件共同導(dǎo)致，還需要進(jìn)一步去研究。交通站 O3月濃度均基本低于周邊淮河道和全市，最高值出現(xiàn)在 7月，原因可能在于夏季高強(qiáng)度太陽(yáng)輻射，疊加移動(dòng)源排放的高濃度NOx影響了光化學(xué)反應(yīng)。

圖3 交通站及環(huán)境空氣主要污染物逐月變化Fig.3 Monthly changes of major pollutants at traffic station and ambient air quality monitoring points

2.3 日變化

圖 4為交通站及環(huán)境空氣中主要污染物日變化曲線。整體來看，交通站主要污染物濃度變化趨勢(shì)與環(huán)境空氣基本一致，但交通站的NO2、PM2.5和CO濃度水平明顯高于周邊淮河道點(diǎn)位和全市，O3濃度低于二者。對(duì)交通站NO2來說，第一個(gè)峰值出現(xiàn)的時(shí)間與交通早高峰比較一致；第二個(gè)峰值出現(xiàn)時(shí)間要晚于交通晚高峰，一方面是因?yàn)槿胍购驨O通過光化學(xué)反應(yīng)“滴定”O(jiān)3生成 NO2，另一方面是因?yàn)橐归g的擴(kuò)散條件不利導(dǎo)致 NO2繼續(xù)積累，同時(shí)由于光化學(xué)反應(yīng)消耗O3生成NO2，使得交通站O3濃度明顯低于周邊環(huán)境。

圖4 交通站及環(huán)境空氣主要污染物日變化Fig.4 Daily variation of major pollutants at traffic station and ambient air quality monitoring points

3 結(jié) 論

交通監(jiān)測(cè)站 PM2.5、PM10、NO2、CO、O3和 SO2濃度分別為 56、85、48、2700、191、9μg/m3，綜合指數(shù)為 6.03。與環(huán)境空氣中站相比，交通站空氣污染水平總體較高，綜合指數(shù)高 10.0%，PM2.5高 9.8%，NO2(比淮河道)高 26.3%，CO 高 50.0%，交通站的 NO2和CO對(duì)綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)比例較高。交通站主要污染物年內(nèi)分布趨勢(shì)與環(huán)境空氣站基本一致，其中交通站NO2濃度在3—11月、PM2.5濃度在4—5月明顯高于環(huán)境空氣站，CO濃度整體高于環(huán)境空氣站，O3濃度低于環(huán)境空氣站。交通站主要污染物濃度日變化曲線與環(huán)境空氣基本一致，但交通站的 NO2、PM2.5和CO濃度水平明顯高于淮河道和全市，O3的濃度低于二者。