钟楼区NO2污染特征及潜在污染源分析

杨鑫，谭印月，胡国仲

（江苏常环环境科技有限公司，江苏 常州 213022）

随着经济高速发展，常州市机动车保有量急剧增加，截至2021年底，常州市机动车保有量160.2万辆[1]，较2011年增长1.86倍，机动车尾气污染问题[2-4]已成为我国城市的环境空气主要问题之一，机动车排放具有较强的流动性、多源性，成为近年来的研究热点，是现阶段我国城市大气污染防治面临的重要工作之一。同时常州市所处的长三角区域为我国氮氧化物高值区[5]，该区域的机动车保有量[6]为全国最高的区域之一。二氧化氮（NO2）是大气环境中形成二次粒子和臭氧的重要前体物[7]，因此，研究NO2的来源特征对大气污染防治措施的制定意义重大。王媛媛等[8]研究表明城市化进程对二氧化氮的污染有加剧作用，城市NO2质量浓度与城市形态、人口密度存在显著的正相关性。唐智亿[9]研究表明西安城市道路风速较低，风向与汽车尾气污染物的扩散方向基本一致，主导风向的下风向易出现较高的机动车尾气污染。潘玉瑾等[10]研究表明成都市道路车流量及排放均呈现明显的“双峰”分布，早晚高峰时段机动车通行量占全天的39.85%。严仁嫦等[11]对杭州市细颗粒物污染来源解析表明，秋冬季机动车尾气源在空气质量较好时对细颗粒物的贡献可占比达45%，在污染时段可达50%以上，机动车尾气源对杭州市秋冬季环境质量影响显著。随着细颗粒物污染治理逐步深入，机动车尾气源在城市大气环境中的贡献逐步凸显。本文通过对钟楼区的NO2数据进行分析，通过污染物风玫瑰图和站点周边污染源的分布情况，对可能存在的污染源进行分析，以期为该区域的NO2污染防治提供技术支撑和指导。

1 数据来源

常州市位于长三角地区中部，与上海和南京等距相望。选取江苏省常州市钟楼区国家环境空气评价点钟楼监测站（北纬31.7893°、东经119.8916°）作为研究对象，对该站点2021年全年逐小时的NO2、O3、PM2.5和风速风向数据进行统计分析。环境空气质量采用GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准进行评价。

2 结果与讨论

2.1 钟楼区空气质量特征

2021年，钟楼区环境空气质量优良率为75.8%，同比下降1.9个百分点，较市区均值低0.6个百分点；臭氧为首要污染物的超标天数共61 d，同比增加11 d；细颗粒物PM2.5为首要污染物的超标天共19 d；同比减少5 d；NO2为首要污染物的超标天为5 d、同比增加2 d；较市区均值多2 d。钟楼区NO2年均值为39 μg/m3、同比上升2.6%，较市区均值偏高2.6%；臭氧日最大8小时滑动平均值第90百分位质量深度为181 μg/m3、同比上升7.7%，较市区均值偏高0.56%。从表1看，臭氧已成为影响钟楼区环境质量的主要指标之一，其超标天数占总超标天数的70.9%；从污染物质量浓度看，钟楼区二氧化氮和臭氧质量浓度较市区均值偏高，臭氧质量浓度年均值在常州市五区一市中位列第二高，污染相对较突出。

表1 2021年常州市区和钟楼区污染物质量浓度及超标天分布情况

从臭氧超标天数月变化情况看（图1），钟楼区臭氧污染主要集中在3—10月，其中5、6、8、9月臭氧超标天数较多。NO2作为臭氧的关键前体物，对臭氧的生消起到重要作用，控制臭氧污染须同步控制氮氧化物。

图1 2021年钟楼区臭氧为首要污染物超标天月变化

图2 给出了钟楼站点2021年全年逐小时的NO2和NO的日变化分布，从图2可见，该站点交通早高峰导致的氮氧化物高质量浓度时段主要集中在6—9时，NO小时质量浓度可高达160 μg/m3以上，交通晚高峰时段在17—20时，从NO质量浓度分布看早高峰时段机动车尾气污染较晚高峰时段更重。

图2 钟楼区NO2和NO质量浓度日变化分布

2.2 NO2随风场的变化特征

考虑到晚高峰时段高质量浓度臭氧对二氧化氮质量浓度及分布存在的影响，选取2021年交通早高峰（6—9时）时段的二氧化氮小时质量浓度大于40 μg/m3及对应的风速风向数据，研究影响钟楼区二氧化氮质量浓度的潜在区域。从图3二氧化氮的风玫瑰分布图看，在小风情况下（＜0.5 m/s）钟楼区站点的西北偏北（315～345°）和东南偏东方向（90～120°）存在影响站点氮氧化物质量浓度的污染源，在1.5～2 m/s风速情况下，偏南方向存在可能的氮氧化物污染源对站点造成影响。

图3 钟楼区NO2风玫瑰图

2.3 NO2潜在污染源分析

水平风速在0.5 m/s以内时，大气扩散条件较差，对站点NO2数据影响较大的污染源主要分布在距离站点较近的区域。钟楼站点周边以居民区为主，没有明显的工业污染源，站点东面约700 m左右为一条南北向的高架桥快速路，交通早高峰时该路段较为拥堵，东南偏东风为常州市主导风向，该路段的拥堵可能是造成NO2风玫瑰图中东南偏东方向上出现高值（＞80 μg/m3）的主要原因。站点西北方向居住人口密集，存在小学、小商品市场，且周边物流配送大货车较多，该方向上的污染源可能导致钟楼站点NO2质量浓度超过100 μg/m3，因此需要加强该方向上早晚高峰时段的交通疏导，减缓该区域机动车尾气的污染。偏南方向1.5 km范围内存在2所中学、1所3甲医院和1个汽车客运站（图4），这些区域人流密集、机动车出行时段集中，需要关注该区域的机动车尾气污染情况。

图4 钟楼站点周边交通图

O3和PM2.5对环境空气质量综合指数和优良率的影响较大，受关注度较高，NO2关注度相对较低，但NO2是大气环境中形成二次粒子和臭氧的重要前体物，对PM2.5和臭氧的生成均具有重要贡献，也是一项需要重点关注和防治的污染物。臭氧质量浓度高值在中低风速时段分布较多，说明臭氧受到本地生成影响较大。而在适当光化学条件下，高质量浓度NO2易导致本地臭氧大量生成。钟楼区工业污染源较少，周边的氮氧化物污染源主要来自于机动车尾气。随着新冠肺炎疫情的影响，物流的重要性增加，机动车特别是货车的货物转运量明显增加，可能导致机动车尾气污染加剧，因此，须继续加强站点周边机动车尾气等排放管控，以减轻其衍生出来的颗粒物污染和臭氧污染；同时应加强VOCs与氮氧化物协同减排研究。

3 结论

（1）2021年，钟楼区臭氧已成为影响钟楼区环境质量的主要指标之一，其超标天数占总超标天数的70.9%；钟楼区二氧化氮和臭氧质量浓度均高于市区均值，臭氧质量浓度年均值在常州市五区一市中位列第二高，污染相对较突出。

（2）在小风情况下（＜0.5 m/s）钟楼区站点的西北偏北和东南偏东方向存在影响站点氮氧化物质量浓度的污染源，在1.5～2 m/s风速情况下，偏南方向存在可能的氮氧化物污染源对站点造成影响。

（3）从潜在的机动车污染源分析看，钟楼站点东面的龙江路高架桥快速路位于该站点主导风向的上风向，交通早、晚高峰时该路段较为拥堵，须针对性地加强管控。西北方向上的污染源可能导致钟楼站点NO2质量浓度超过100 μg/m3，须加强该区域上学和放学时的道路交通疏导，同时对该区域的大货车进行尾气抽检和疏导。站点偏南方向的2所中学、1所医院和1个汽车客运站周边的交通也需加强引导和疏通。