沈陽(yáng)城區(qū)交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)大氣污染特征研究

王佳音

（遼寧省沈陽(yáng)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

1 引言

隨著城市工業(yè)現(xiàn)代化高速發(fā)展，我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量日益增長(zhǎng)，大氣環(huán)境污染已呈煤煙型與機(jī)動(dòng)車尾氣復(fù)合污染的特征［1］。截至2022 年3 月底，我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到4.02 億輛，機(jī)動(dòng)車尾氣排放源作為目前城市大氣污染的主要排放源之一，在較大程度上影響著環(huán)境空氣質(zhì)量的持續(xù)改善。交通相關(guān)空氣污染物在與其他因素的共同作用下將對(duì)健康人群產(chǎn)生不良影響［2］。不同區(qū)域的監(jiān)測(cè)研究結(jié)果表明，移動(dòng)源污染作為我國(guó)大中城市空氣污染的重要來(lái)源，是細(xì)顆粒物、光化學(xué)煙霧污染的重要原因，因此，移動(dòng)源污染防治的緊迫性日益凸顯［3］。

研究發(fā)現(xiàn)，北方地區(qū)冬季采暖季燃煤排放源顯著增加，機(jī)動(dòng)車排放對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率有所下降；但在重污染期間，機(jī)動(dòng)車排放源在以本地污染為主的污染過(guò)程中所占貢獻(xiàn)比例明顯增加［4］。上海市的相關(guān)研究表明，交通空氣污染物濃度總體高于環(huán)境點(diǎn)位，常規(guī)污染物及特征因子濃度均為夏高冬低；但路邊環(huán)境空氣中污染物濃度在周一至周日期間并無(wú)明顯差異［5-6］。北京市在重大活動(dòng)期間減排措施啟動(dòng)后，NO2濃度高值中心明顯消失，PM2.5濃度分布梯度減小，減排效果明顯［7］。楚芳婕等［3］認(rèn)為北京市交通點(diǎn)位監(jiān)測(cè)的污染物濃度存在“周末效應(yīng)”。與此同時(shí)，氣象因素對(duì)交通環(huán)境下的污染氣體有著重要影響，如大氣擴(kuò)散條件、相對(duì)濕度、風(fēng)速等［8-10］。唐智億等［11］研究發(fā)現(xiàn)降水對(duì)污染物稀釋沉降效果明顯，對(duì)NOX作用不明顯；但在靜風(fēng)或小風(fēng)大氣環(huán)境下，通過(guò)水霧“高射炮式”播撒方式增加低層濕度并非是沉降稀釋顆粒物的有效方法。在探究NO2來(lái)源研究中，工業(yè)及機(jī)動(dòng)車尾氣排放源是除了化石燃料燃燒源外的主要來(lái)源［12］，已逐漸成為部分大城市PM2.5的首要貢獻(xiàn)源［6，13］。因此，在當(dāng)前大氣環(huán)境背景下，有針對(duì)性的交通環(huán)境污染特征分析研究，對(duì)大氣污染防治工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為掌握沈陽(yáng)市城區(qū)交通環(huán)境污染特征，本研究基于沈陽(yáng)市交通污染監(jiān)測(cè)點(diǎn)位2021 年監(jiān)測(cè)的PM2.5，PM10，NO2，CO 濃度數(shù)據(jù)，針對(duì)不同典型時(shí)段展開(kāi)分析，探究城區(qū)交通污染監(jiān)測(cè)點(diǎn)位周邊大氣污染物的污染特征及與機(jī)動(dòng)車流量的關(guān)系，以期為城市交通排放污染治理提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

2021 年，沈陽(yáng)市交通污染專項(xiàng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為滄海路點(diǎn)位，主要監(jiān)測(cè)沈陽(yáng)市西部交通主干路。圖1 為交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)周邊交通干路情況，該交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)位距滄海路僅50 m，滄海路為雙向6 車道；從周圍的交通主干路看，交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)西距四環(huán)路0.7 km，東距燕塞湖街0.9 km，南距沈遼路0.7 km，北距沈新路1.3 km。

圖1 交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)周邊交通干路情況示意

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與監(jiān)測(cè)方法

本研究所使用的污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為遼寧省沈陽(yáng)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心提供，包括沈陽(yáng)市11 個(gè)國(guó)控環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位（森林路、沈遼西路、渾南東路、小河沿、陵?yáng)|街、新秀街、裕農(nóng)路、太原街、東陵路、文化路、京沈街）及沈陽(yáng)市交通污染專項(xiàng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位（滄海路點(diǎn)位），監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括2021 年P(guān)M2.5，PM10，NO2，CO濃度資料。監(jiān)測(cè)頻次為24 h 連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。為確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效，監(jiān)測(cè)設(shè)備均按國(guó)家規(guī)范要求完成相關(guān)質(zhì)量控制與質(zhì)量保證。車流量數(shù)據(jù)采用人工計(jì)數(shù)觀測(cè)，在每日07:00—08:00，12：00，17：00—18：00，通過(guò)記錄當(dāng)前小時(shí)任意20 min 的車輛數(shù)目以估算每小時(shí)的車流量數(shù)目，監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)為一周。

3 結(jié)果與討論

3.1 交通站點(diǎn)污染物濃度時(shí)間變化特征

3.1.1 年度概況

圖2 為2021 年交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度年均值情況。

圖2 2021 年交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)與沈陽(yáng)市主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度年均值

從2021 年交通污染主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度看，交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5，PM10，NO2，CO 濃度均高于全市年均值，且僅CO 濃度達(dá)到國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，PM2.5，PM10，NO2均超過(guò)國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。具體來(lái)看，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度均值分別高出全市均值23.7%，29.2%，36.4%，6.7%；其中，交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)NO2年均濃度超過(guò)全市均值幅度最大，CO 超過(guò)幅度最小，表明在一定程度上交通尾氣排放是各主要監(jiān)測(cè)污染物的主要來(lái)源，且對(duì)NO2的污染貢獻(xiàn)相對(duì)較大。

3.1.2 季節(jié)變化特征

圖3 為2021 年交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度季節(jié)變化情況。

圖3 2021 年交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度季節(jié)變化

圖3 顯示，PM2.5，CO 季節(jié)濃度變化特征表現(xiàn)為冬季最高，夏季最低，春秋次之，與大氣邊界層垂直方向擴(kuò)散條件的季節(jié)性變化特征較為一致。PM10濃度表現(xiàn)為春季最高，夏季最低，考慮春季主要受西部強(qiáng)低壓影響，西南風(fēng)速較大導(dǎo)致出現(xiàn)沙塵天氣。NO2季節(jié)濃度表現(xiàn)為夏季最低，為36 μg/m3，秋冬最高，濃度均為48 μg/m3，春季僅略有降低，為47 μg/m3，秋冬春三季NO2濃度整體差異不大。整體來(lái)看，夏季各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度均為最低，冬季相對(duì)最高；對(duì)比冬夏季各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度看，PM2.5冬季濃度是夏季的1.8 倍、PM10冬季濃度是夏季的1.7 倍、NO2冬季濃度是夏季的1.3 倍、CO 冬季濃度是夏季的1.9 倍。

3.1.3 早晚高峰時(shí)段污染特征

圖4 為2021 年交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度日變化曲線。

圖4 2021 年交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)與沈陽(yáng)市監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度日變化曲線

2021 年，交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5，PM10，NO2濃度日變化小時(shí)數(shù)據(jù)均高于全市均值，CO 小時(shí)濃度部分時(shí)段與全市相差不大。從2021 年交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)日變化數(shù)據(jù)看，PM2.5，PM10濃度日變化表現(xiàn)為早晚高峰時(shí)段較高，具體為每日06：00 左右開(kāi)始升高，09：00—10：00達(dá)到上午峰值，16：00 降至最低后再次出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，并于22：00—23：00 達(dá)到晚間峰值。整體變化趨勢(shì)與交通污染早晚高峰較為一致。NO2濃度受交通出行早晚高峰時(shí)段的影響更為明顯，呈現(xiàn)出明顯的早晚高峰變化趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為每日05：00 開(kāi)始升高，08：00 達(dá)到上午峰值，13：00 降至最低，17：00開(kāi)始出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，并于20：00 達(dá)到全天峰值。從變化趨勢(shì)看，NO2晚間峰值明顯高于早高峰時(shí)段，夜間濃度值的升高考慮主要是由于大型貨車一般錯(cuò)開(kāi)白天車流量高峰，在夜晚時(shí)段出行較多。CO 濃度24 h 均值與全市差距不大，整體表現(xiàn)為09：00 達(dá)到上午峰值，16：00 降至最低，17：00 開(kāi)始緩慢上升，21：00 達(dá)到晚間較高值。

3.2 周末與工作日監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度對(duì)比分析

為了解工作日與周末時(shí)段交通污染對(duì)交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的影響，對(duì)2021 年相關(guān)時(shí)段進(jìn)行分析，見(jiàn)圖5。

圖5 2021 年交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)周末與工作日監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度對(duì)比

結(jié)果顯示，交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目存在顯著的“周末效應(yīng)”，即各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度均表現(xiàn)出周末大于工作日，與丁一匯、邱曉暖等［14-15］研究結(jié)果一致。其中，周末時(shí)段的PM2.5濃度在00：00—02：00，08：00—09：00，20：00—23：00 均出現(xiàn)污染時(shí)段，空氣質(zhì)量達(dá)到輕度污染級(jí)別。PM10日變化濃度工作日與周末變化趨勢(shì)較為一致，但周末11：00 出現(xiàn)突高情況。

NO2日變化濃度為雙峰型曲線，且表現(xiàn)為周末高于工作日，周末NO2日變化濃度分別于07：00，19：00達(dá)到早晚峰值，工作日NO2日變化濃度分別于08：00，20：00 達(dá)到早晚峰值，比周末時(shí)段延后1 h 出現(xiàn)峰值。CO 日變化濃度表現(xiàn)為雙峰曲線，周末峰值分別出現(xiàn)在07:00，20：00，比工作日濃度峰值提前1 h。

交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目存在顯著的“周末效應(yīng)”，考慮主要由于周末人為活動(dòng)頻繁，出行較為集中，與其他時(shí)段相比車流量有所增多，表明監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度變化與人類活動(dòng)緊密相關(guān)。

3.3 污染物濃度與機(jī)動(dòng)車流量的關(guān)系

2021 年3 月7—13 日，對(duì)交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)早高峰時(shí)段、中午時(shí)段及晚高峰時(shí)段機(jī)動(dòng)車流量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與PM2.5，PM10，NO2，CO 對(duì)應(yīng)小時(shí)濃度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要污染物濃度與機(jī)動(dòng)車流量的關(guān)系

由圖6 可知，機(jī)動(dòng)車流量數(shù)據(jù)表現(xiàn)為早晚高峰明顯高于中午時(shí)段，且早高峰車流量數(shù)據(jù)略高于晚高峰數(shù)據(jù)，早晚高峰時(shí)段車流量數(shù)據(jù)與中午時(shí)段相比偏大40%。從空氣質(zhì)量主要污染物濃度數(shù)據(jù)看，PM2.5與PM10整體變化趨勢(shì)較為一致，表現(xiàn)為早高峰時(shí)段開(kāi)始上升，10：00 達(dá)到峰值，隨后開(kāi)始下降，晚高峰時(shí)段出現(xiàn)小幅升高趨勢(shì)。NO2，CO 小時(shí)濃度變化趨勢(shì)表現(xiàn)出與機(jī)動(dòng)車流量較為一致的變化趨勢(shì)，總體呈“U”型分布，即早晚高峰時(shí)段濃度較高，中午最低。整體來(lái)看，本研究中PM10濃度數(shù)據(jù)略滯后于車流量數(shù)據(jù)，主要原因與尾氣排放后發(fā)生二次轉(zhuǎn)化進(jìn)而對(duì)顆粒物數(shù)據(jù)造成影響有關(guān)；NO2，CO 與機(jī)動(dòng)車流量變化趨勢(shì)較為一致，與賈智海的［16］研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

（1）交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5，PM10，NO2，CO 等污染物濃度均高于全市年均值，NO2年均濃度超過(guò)全市均值幅度最大，高出36.4%，CO 超過(guò)幅度最小。PM2.5，CO 濃度季節(jié)變化特征夏季均是最低，冬季最高，PM10濃度受沙塵天氣影響，表現(xiàn)為春季最高；NO2濃度秋冬春三季整體差異不大。

（2）NO2日變化濃度呈明顯的早晚高峰變化趨勢(shì)，且晚間峰值明顯高于早高峰時(shí)段峰值，考慮主要由于大型貨車一般錯(cuò)開(kāi)白天車流量高峰，在夜晚時(shí)段出行較多；PM2.5，PM10濃度在09:00—10：00 達(dá)到上午峰值，22：00—23：00 達(dá)到晚間峰值；CO 濃度24 h 均值與全市差距不大。

（3）交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目存在顯著的“周末效應(yīng)”，表現(xiàn)為周末污染物濃度大于工作日，考慮主要由于周末人為活動(dòng)頻繁，出行較為集中。

（4）交通監(jiān)測(cè)點(diǎn)NO2，CO 與機(jī)動(dòng)車流量變化趨勢(shì)較為一致，呈“U”型分布；PM10濃度數(shù)據(jù)略滯后于車流量數(shù)據(jù)。