基于MOBILE6.2的机动车气态污染物排放量与分担率研究

蒋秋静，卢 彬

（太原市环境科学研究院，太原 030002）

近年来，我国城市机动车保有量持续增加，机动车尾气已经成为大气的主要污染源之一。作为机动车排放的主要气态污染物HC、CO、NOx造成的污染影响正逐渐显现，污染分担率不断上升[1]。据文献报道，北京[2]、沈阳[3]、长春[4]和天津[5]的机动车CO排放总量分担率（质量分数）为71%～83%，NOx为33%～55%，HC为72%～81%，机动车污染已经成为我国城市大气环境恶化的主要因素。经过多年的工业污染治理，太原市大气质量有了较大的改善，但近年来NO2浓度出现反弹且呈上升趋势。与2005年同期相比，太原市2011年NO2日均质量浓度值上升了6.7%。在此期间，太原市机动车呈现快速增长的趋势，特别是2000年以后，机动车年平均增长率达到16.6%。其中，轻型客车年均增长率达到了27.5%；其次为重型车，平均年增长率达23.7%。截至2011年，太原市机动车保有量达到74.9万辆，为2005年机动车保有量的2.9倍，2000年的10.3倍。

MOBILE模型是以机动车平均速度为基础，对于估算宏观的大范围地区的尾气排放具有较好的适用性，可用于制定机动车排放清单和控制策略[6]。郭慧等[7]采用该模型计算了杭州市区机动车气态污染物的排放清单和分车型的排放分担率；毕晔等[8]采用该模型对北京市出租车气态污染物进行了初步分析，并提出了防治策略，但有关机动车气态污染物分季节排放清单的研究尚不多见。笔者探讨了采用MOBILE6.2模型计算机动车排放因子应考虑的主要参数，结合太原市机动车运营特征，给出了主要参数的本地化修正方法，分别估算了太原市2011年冬季（1月）和夏季（7月）机动车气态污染物排放因子。在此基础上，确定了机动车气态污染物排放总量和分车型分担率。该研究基本明确了太原市机动车污染现状及其主要排放车型，为太原市机动车污染控制提供理论参考。

1 研究方法

1.1 MOBILE6.2

MOBILE是由USEPA开发，用于预测在用机动车污染物排放的模型程序，它根据多年来对大量车辆测试数据的分析回归，得到计算机动车各类污染物排放系数的经验公式。MOBILE6.2模型认为，在标准工况下，车辆气态污染物的基本单位排放量随行驶里程的增加呈线性劣化，劣化曲线的截距和斜率分别为零公里排放量和劣化系数。以上结论是参考基于联邦测试方法（FTP）和美国环保署（US EPA）有关在用车机构测试的结果。其计算公式为：

式中：E1为基本单位排放量，g／km；s为行驶里程，km；E0为零公里排放量，g／km；d为劣化系数，10-4g／km。

在计算出基本单位排放量后，对机动车实际工况下废气排放因子的计算需考虑多种修正系数，才能得到排放因子。分车型排放因子公式为：

式中：E 为排放因子，g／km；i为车龄，a；t为车队特征，主要包括登记分布、柴油车比例、积累里程率、行驶里程分布等参数[9-10]；o为劣化补偿措施，如I／M制度、防劣化制度等[11]；a为空调使用情况，主要受云量、日峰持续时间、太阳起落等外部条件的影响[12]；f1为温度修正参数[13]；f2为速度修正参数[14]；f3为燃油修正参数[15]。

笔者将MOBILE6.2应用于太原地区，并根据太原市机动车的实际情况对这些参数进行了修正。

1.2 本地化修正

参考相关MOBILE6.2输入参数的敏感性分析文献[16]、MOBILE6.2用户使用手册，选择敏感性较大的参数进行本地化修正。

1.2.1 机动车排放控制技术水平

研究表明，我国汽车的排放水平在统计上可类比于美国特定年代汽车的排放水平[17]。太原市2000年前登记的车辆大部分采用化油器技术，少部分采用电子喷射技术，基本不加装尾气净化装置，相当于美国20世纪70年代末期的排放控制水平。2000年后登记的汽油车则要求采用电子喷射技术，并加装催化净化装置，车辆排放控制水平达到欧Ⅰ标准，相当于欧洲20世纪90年代初期或美国Tier 0（1981—1993）的控制水平，即美国1990年清洁空气法案（CLEAN AIR ACT）颁布之前的控制水平。

1.2.2 机动车登记分布

车龄登记分布指正在运行的机动车中不同登记年代的车辆所占的比例。如下式所示：

式中：k为机动车登记分布，%；i为车龄，a；r为机动车登记数，辆。

1.2.3 柴油车比例

本研究假定各车型不同车龄柴油车比例相同。经抽样调查统计，各车型柴油车比例见表1所示。

表1 太原市机动车分车型柴油车比例

1.2.4 里程分布

车辆在不同车龄时行驶的里程数，即车辆的年累积里程增长率。以累积行驶里程为因变量，以车龄为自变量，分车型进行对数曲线的回归，得到分车型不同车龄的回归公式。按所得回归公式，计算得太原市机动车积累行驶里程和里程分布，见表2所示。

表2 太原市机动车积累行驶里程和里程分布 ×104 km

1.2.5 行驶里程比例

本研究在进行车流量的观测中，将全部市区道路看成一个封闭的系统，那么特定时段内某车型行驶里程（sj）和各车型行驶里程比例（pj）计算见下式：

式中：m为车流量，辆；l为路段长度，km；s为行驶里程，km；p为行驶里程比例，%；i为路段编号，i＝1，2，3…，n；j为车型编号，j＝1，2，3…，m。经计算，太原市各车型行驶里程比例见表3所示。

表3 太原市各车型行驶里程比例

1.2.6 平均速度

平均速度是影响排放因子的主要参数。研究表明，平均速度较慢或较快都显著影响机动车污染物的排放。且对不同车型机动车的排放因子、对同车型不同污染物的排放因子的影响均有较大差异[18]。本文选取太原市工作日主干道平均车速为21.55 km／h。

1.2.7 油品

调查太原市26个加油站的61个油品可知，太原市汽油含硫质量分数为0.3%，柴油为0.8%，雷氏蒸汽压为75.16kPa。

1.2.8 其他输入参数

其他参数包括：机动车冷热启动比例，机动车运行环境背景条件（环境温度、湿度）等等。

2 结果与分析

2.1 分车型排放因子

通过设定修正的MOBILE6.2的参数值，分别得到在太原市21.55km／h的平均车速下，2011年冬季（1月）和夏季（7月）的分车型排放因子和综合排放因子见表4和表5所示。结果显示，太原市机动车HC、CO和NOx综合排放因子冬季分别为2.358，32.046，5.118g／km，夏季分别为3.28，20.02，4.64g／km。为了验证排放因子的合理性，将模拟结果与北京和西安的隧道试验结果进行比较。西安北路隧道[19]的测定季节为冬季，车型为混合交通，HC、CO和NOx的综合排放因子分别为3.58，33.28，4.61g／km。北京谭峪沟隧道[20]测定季节为夏季，车型为以轻型客车为主的混合交通，CO和NOx的综合排放因子分别为23.47，1.29g／km。太原市机动车排放因子模拟结果与隧道试验结果基本相当，数值偏差不大，说明本研究估算结果基本合理，具有一定的参考价值。

表4 2011年太原市冬季（1月）机动车排放因子

表5 2011年太原市夏季（7月）机动车排放因子

2.2 排放总量及分担率计算

通过MOBILE6.2计算出了排放因子，污染物排放可根据以下公式进行计算：

式中：EZ为j类污染物的机动车年排放总量，104t；ni为预测年i车型的机动车保有量，辆；si为预测年i车型年均行驶里程，104km／a；Ei，j为i车型j 类污染物的排放因子（两季排放因子均值），g／km。

2011年太原市各车型的保有量及分车型年均行驶里程见表6所示。

表6 太原市机动车分车型保有量及年均行驶里程

由公式（6）可得，2011年太原市机动车分车型气态污染物排放量及分担率计算结果见表7所示。

由表7可知，轻型车，特别是轻型客车是CO、HC和NOx排放的主要车型，分别占排放总量的82.50%、76.61%和45.40%，这是由于轻型客车年均27.5%的高增长率和较高的排放因子共同决定的。其次为重型车，NOx排放占总排放量的36.47%，尽管重型车保有量仅占机动车保有量的4.7%，但较高的排放因子成为NOx的主要排放车型之一。

表7 太原市机动车气态污染物排放量及分担率计算结果

3 结论与展望

根据我国北方城市太原市的机动车实际运营特征，对MOBILE6.2模型中的主要参数进行了本地化修正，估算了太原市2011年冬季（1月）和夏季（7月）机动车气态污染物排放因子，以及年排放总量和分车型分担率。总体而言，轻型客车是CO、HC和NOx的主要排放源，这主要是由轻型客车的高增长率以及高排放因子共同造成的；同时值得注意的是，重型车是NOx的第二大排放源。要有效控制太原市机动车CO、HC和NOx的排放，首先必须重点控制轻型客车和重型车的增长，同时进一步提高油品质量，推广燃油改煤层气技术，实施更严格排放标准，完善I／M制度，有效降低机动车污染物的排放因子，从而有效降低机动车污染物排放量，缓解机动车排放对城市大气环境的压力。

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