沈阳城区交通监测点大气污染特征研究

2022-12-21王佳音

环境保护与循环经济 2022年10期

王佳音

（辽宁省沈阳生态环境监测中心，辽宁沈阳 110000）

1 引言

随着城市工业现代化高速发展，我国机动车保有量日益增长，大气环境污染已呈煤烟型与机动车尾气复合污染的特征［1］。截至2022 年3 月底，我国机动车保有量达到4.02 亿辆，机动车尾气排放源作为目前城市大气污染的主要排放源之一，在较大程度上影响着环境空气质量的持续改善。交通相关空气污染物在与其他因素的共同作用下将对健康人群产生不良影响［2］。不同区域的监测研究结果表明，移动源污染作为我国大中城市空气污染的重要来源，是细颗粒物、光化学烟雾污染的重要原因，因此，移动源污染防治的紧迫性日益凸显［3］。

研究发现，北方地区冬季采暖季燃煤排放源显著增加，机动车排放对应的贡献率有所下降；但在重污染期间，机动车排放源在以本地污染为主的污染过程中所占贡献比例明显增加［4］。上海市的相关研究表明，交通空气污染物浓度总体高于环境点位，常规污染物及特征因子浓度均为夏高冬低；但路边环境空气中污染物浓度在周一至周日期间并无明显差异［5-6］。北京市在重大活动期间减排措施启动后，NO2浓度高值中心明显消失，PM2.5浓度分布梯度减小，减排效果明显［7］。楚芳婕等［3］认为北京市交通点位监测的污染物浓度存在“周末效应”。与此同时，气象因素对交通环境下的污染气体有着重要影响，如大气扩散条件、相对湿度、风速等［8-10］。唐智亿等［11］研究发现降水对污染物稀释沉降效果明显，对NOX作用不明显；但在静风或小风大气环境下，通过水雾“高射炮式”播撒方式增加低层湿度并非是沉降稀释颗粒物的有效方法。在探究NO2来源研究中，工业及机动车尾气排放源是除了化石燃料燃烧源外的主要来源［12］，已逐渐成为部分大城市PM2.5的首要贡献源［6，13］。因此，在当前大气环境背景下，有针对性的交通环境污染特征分析研究，对大气污染防治工作具有重要的现实意义。

为掌握沈阳市城区交通环境污染特征，本研究基于沈阳市交通污染监测点位2021 年监测的PM2.5，PM10，NO2，CO 浓度数据，针对不同典型时段展开分析，探究城区交通污染监测点位周边大气污染物的污染特征及与机动车流量的关系，以期为城市交通排放污染治理提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

2021 年，沈阳市交通污染专项监测点位为沧海路点位，主要监测沈阳市西部交通主干路。图1 为交通监测点周边交通干路情况，该交通监测点位距沧海路仅50 m，沧海路为双向6 车道；从周围的交通主干路看，交通监测点西距四环路0.7 km，东距燕塞湖街0.9 km，南距沈辽路0.7 km，北距沈新路1.3 km。

图1 交通监测点周边交通干路情况示意

2.2 数据来源与监测方法

本研究所使用的污染物监测数据为辽宁省沈阳生态环境监测中心提供，包括沈阳市11 个国控环境空气自动监测点位（森林路、沈辽西路、浑南东路、小河沿、陵东街、新秀街、裕农路、太原街、东陵路、文化路、京沈街）及沈阳市交通污染专项监测点位（沧海路点位），监测数据包括2021 年PM2.5，PM10，NO2，CO浓度资料。监测频次为24 h 连续自动监测。为确保监测数据的准确有效，监测设备均按国家规范要求完成相关质量控制与质量保证。车流量数据采用人工计数观测，在每日07:00—08:00，12：00，17：00—18：00，通过记录当前小时任意20 min 的车辆数目以估算每小时的车流量数目，监测时长为一周。

3 结果与讨论

3.1 交通站点污染物浓度时间变化特征

3.1.1 年度概况

图2 为2021 年交通监测点主要监测项目浓度年均值情况。

图2 2021 年交通监测点与沈阳市主要监测项目浓度年均值

从2021 年交通污染主要监测项目浓度看，交通监测点的PM2.5，PM10，NO2，CO 浓度均高于全市年均值，且仅CO 浓度达到国家环境空气质量二级标准，PM2.5，PM10，NO2均超过国家环境空气质量二级标准。具体来看，各监测项目浓度均值分别高出全市均值23.7%，29.2%，36.4%，6.7%；其中，交通监测点NO2年均浓度超过全市均值幅度最大，CO 超过幅度最小，表明在一定程度上交通尾气排放是各主要监测污染物的主要来源，且对NO2的污染贡献相对较大。

3.1.2 季节变化特征

图3 为2021 年交通监测点主要监测项目浓度季节变化情况。

图3 2021 年交通监测点主要监测项目浓度季节变化

图3 显示，PM2.5，CO 季节浓度变化特征表现为冬季最高，夏季最低，春秋次之，与大气边界层垂直方向扩散条件的季节性变化特征较为一致。PM10浓度表现为春季最高，夏季最低，考虑春季主要受西部强低压影响，西南风速较大导致出现沙尘天气。NO2季节浓度表现为夏季最低，为36 μg/m3，秋冬最高，浓度均为48 μg/m3，春季仅略有降低，为47 μg/m3，秋冬春三季NO2浓度整体差异不大。整体来看，夏季各监测项目浓度均为最低，冬季相对最高；对比冬夏季各监测项目浓度看，PM2.5冬季浓度是夏季的1.8 倍、PM10冬季浓度是夏季的1.7 倍、NO2冬季浓度是夏季的1.3 倍、CO 冬季浓度是夏季的1.9 倍。

3.1.3 早晚高峰时段污染特征

图4 为2021 年交通监测点主要监测项目浓度日变化曲线。

图4 2021 年交通监测点与沈阳市监测项目浓度日变化曲线

2021 年，交通监测点PM2.5，PM10，NO2浓度日变化小时数据均高于全市均值，CO 小时浓度部分时段与全市相差不大。从2021 年交通监测点日变化数据看，PM2.5，PM10浓度日变化表现为早晚高峰时段较高，具体为每日06：00 左右开始升高，09：00—10：00达到上午峰值，16：00 降至最低后再次出现明显上升趋势，并于22：00—23：00 达到晚间峰值。整体变化趋势与交通污染早晚高峰较为一致。NO2浓度受交通出行早晚高峰时段的影响更为明显，呈现出明显的早晚高峰变化趋势，具体表现为每日05：00 开始升高，08：00 达到上午峰值，13：00 降至最低，17：00开始出现明显上升趋势，并于20：00 达到全天峰值。从变化趋势看，NO2晚间峰值明显高于早高峰时段，夜间浓度值的升高考虑主要是由于大型货车一般错开白天车流量高峰，在夜晚时段出行较多。CO 浓度24 h 均值与全市差距不大，整体表现为09：00 达到上午峰值，16：00 降至最低，17：00 开始缓慢上升，21：00 达到晚间较高值。

3.2 周末与工作日监测项目浓度对比分析

为了解工作日与周末时段交通污染对交通监测点产生的影响，对2021 年相关时段进行分析，见图5。

图5 2021 年交通监测点周末与工作日监测项目浓度对比

结果显示，交通监测点各监测项目存在显著的“周末效应”，即各监测项目浓度均表现出周末大于工作日，与丁一汇、邱晓暖等［14-15］研究结果一致。其中，周末时段的PM2.5浓度在00：00—02：00，08：00—09：00，20：00—23：00 均出现污染时段，空气质量达到轻度污染级别。PM10日变化浓度工作日与周末变化趋势较为一致，但周末11：00 出现突高情况。

NO2日变化浓度为双峰型曲线，且表现为周末高于工作日，周末NO2日变化浓度分别于07：00，19：00达到早晚峰值，工作日NO2日变化浓度分别于08：00，20：00 达到早晚峰值，比周末时段延后1 h 出现峰值。CO 日变化浓度表现为双峰曲线，周末峰值分别出现在07:00，20：00，比工作日浓度峰值提前1 h。

交通监测点各监测项目存在显著的“周末效应”，考虑主要由于周末人为活动频繁，出行较为集中，与其他时段相比车流量有所增多，表明监测项目浓度变化与人类活动紧密相关。

3.3 污染物浓度与机动车流量的关系

2021 年3 月7—13 日，对交通监测点早高峰时段、中午时段及晚高峰时段机动车流量数据进行统计，并与PM2.5，PM10，NO2，CO 对应小时浓度进行对比分析，结果见图6。

图6 交通监测点主要污染物浓度与机动车流量的关系

由图6 可知，机动车流量数据表现为早晚高峰明显高于中午时段，且早高峰车流量数据略高于晚高峰数据，早晚高峰时段车流量数据与中午时段相比偏大40%。从空气质量主要污染物浓度数据看，PM2.5与PM10整体变化趋势较为一致，表现为早高峰时段开始上升，10：00 达到峰值，随后开始下降，晚高峰时段出现小幅升高趋势。NO2，CO 小时浓度变化趋势表现出与机动车流量较为一致的变化趋势，总体呈“U”型分布，即早晚高峰时段浓度较高，中午最低。整体来看，本研究中PM10浓度数据略滞后于车流量数据，主要原因与尾气排放后发生二次转化进而对颗粒物数据造成影响有关；NO2，CO 与机动车流量变化趋势较为一致，与贾智海的［16］研究结果一致。