北京机动车尾气排放特征研究

第３６卷第４期　２０１１年４月　环境科学与管理　ＥＮＶｍＯＮＭＥＮＴＡＬ　ＳＣ玎　ＣＥ　ＡＮＤ　ＭＡＮＡＧＥＭ墨ＮＴ　Ｖ０１．３６　Ｎ“４　Ａｐｒ．２０１１　文章编号：１６７４—６１３９（２０１１）０４—００２８—０４　北京　机动车尾气排放特征研究　樊守彬　（１．北京市环境保护科学研究院，北京１０００３７；２．北京工业大学环境与能源工程学院，北京１００１２４）　摘要：近年来随着机动车保有量的快速增加，北京市机动车排放污染受到越来越多的关注。本研究应用　ＣＯＰＥＲＴ　ＩＶ模型计算了北京不同类型机动车排放因子，根据保有量和年均行驶里程等基础数据计算了２００９　年机动车尾气污染物排放量；调查了北京典型道路车流量和车辆运行速度等参数，计算机动车尾气排放强　度，得出了典型道路不同污染物的综合排放因子；应用ＣＯＰＥＲＴ　ＩＶ模型分析了车速对不同污染物排放的影　响，将基于ＧＩＳ的机动车活动强度、行驶速度和排放因子结合在一起，得到了北京机动车尾气排放网格分布　清单。结果表明：ＣＯ排放量为７１．５８　ｘ　１０‘ｔ，ＨＣ排放量为７．９５×１０　ｔ，ＮＯ　排放量为８．７７×１０‘ｔ，ＰＭ排放量　为０．３８×１０‘ｔ。北京城区高峰小时ＣＯ排放量为１４３．９　ｔ／ｈ，ＨＣ排放量为１８．６　ｔ／ｈ，ＮＯ　排放量为１２．５／ｈ，　ＰＭ１０排放量为１．１４　ｔ／ｈ。　关键词：机动丰污染；排放清单；排放特征；北京　中图分类号：Ｘ５ｌ　文献标识码：Ａ　Ｔａｉｌ—Ｐｉｐｅ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｆｒｏｍ　Ｏｎ—Ｒｏａｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｉｎ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　．Ｆａｎ　Ｓｈ叫ｂｉｎ　・　（１．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３７，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｏｎｒｍｅｎｔａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｓｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｄｊ　ｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１２４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｐａｓｔ　ｆｅｗ　ｙｅａｒｓ，ｔｈｅｒｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａ　ｒａｐｉｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　ｈｅ　ａｍｏｕｎｔｔ　ｆｖｅｈｉｏｃｌｅｓ　ｉｎ　Ｂｅｉｊｌｎ８．　ｅ　ｔａｉｌｐｉｐｅ　ｅｍｌｓ－　ｓｉｏｎｓｆｒｏｍｔｈｅｓｅ　ｖｅｈｉｃｌｓ　ｅａｒｅ　ｃａｕｓｉｎｇａｎｉｎｅｒｅａｓｉｎｇｉｍｐａｃｔ　Ｏｉｌ　ａｉｒ　ｑｕａｌｉｔｙ．Ｉｎｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｓｕｒｖｅｙｓｗｅｒｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｏｎ　ｖｅｈｉ－　ｃｌｅ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｙｐｅｓ，ｖｅｈｉｃｌｅ　ａｇｅｓ　ａｎｄ　ｍｉｌｅａｇｅｓ　ｉｎ　２００９．Ｔｈｉｓ　ｄａｔａ　ｆｏｒｍｅｄ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆ　ｏｄｅｔａｉｌｅｄ　ｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆｔａｈｅ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｉｎｖｅｎｔｏｒｙ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｏｔａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｂｙｆｕｅｌｔｙｐｅａｎｄ　ｂｙ　ｖｅｈｉｃｌｅｔｙｐｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ　ｈｅ　ｔｔｏｔａｌ　ＣＯ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｆｒｏｅｇｉｓｔｅｅｄ　ｒｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｎ　ｉＢｅｌｊｉｎ￣ｗｅｒｅ７１．５８　Ｘ　１０‘ｔ，ｔｏｔａｌ　ＨＣ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　７。９５×１０＇ｔ，ｔｏｔａｌ　ＮＯ。ｅｍｉｓ－　ｓｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　８．７７×１０‘ｔａｎｄ　ｔｏｔａｌ　ＰＭ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　０．３８×１０‘ｔ．．Ｉ１Ｉｅ　ＣＯ　ａｎｄ　ＨＣ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｉｍａｒｉｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｄｍｎ　ａｒｅａ　，ｗｈｅｒｅａｓ　ＮＯ．ａｎｄ　ＰＭ　ｅｍｉｓｓｉＯＩ１８　ｗｅｒｅ　ｐｒｉｍａｒｉｌｙ　ｏｕｔｓｉｄｅ　ｔｈｅ　ｅｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ＣＯ　ａｎｄ　ＨＣ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　８ＯＵｌ￣ｅ８　ｆｒｏｍ　ｖｅｈｉｄｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｒｂａｎ　ａｒｅａ　ｗｅｒｅ　ｌｉｇｈｔ　ｄｕｔｙ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ．ＮＯ。ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｒｂａｎ　ａｒｅａ　ｗｅｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｆｒｏｍ　ｈｅａｖｙ　ｄｕｔｙ　ｐａｓｓｅｎｇｅｒ　ｂｕｓｅｓ．ＰＭ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｒｂａｎ　ａｒｅａ　ｗｅｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｆｒｏｍ　ｈｅａｖｙ　ｄｕｔｙ　ｔｒｕｃｋｓ．Ｇｒｉｄ—ｂａｓｅｄ　ｖｅｈｉｃｕｌａｒ　ａｃｔｉｖｉｔｙ．ｓｐｏｅ￣ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ＧＩｓ—ｂａｓｅｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ　Ｂｅｉｊｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｎｖｅｎｔｉｏｒｙ；ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｔｃｓ；Ｂｅｌｊｉｎｇ　随着中国经济快速发展和城市化规模迅速扩　会受到越来越多地关注。　大，机动车保有量也迅猛增长。以北京为例，近年来　机动车保有量每年以ｌ０％以上的速率增长，截至　２００９年底已突破４００万辆。城市大气污染也由煤　建立机动车排放清单，分析排放特征，是控制城　市机动车排放的基础　一　。傅立新等　利用ＭＯ－　ＢＩＬＥ模型，对北京市的机动车污染物排放量和分担　率进行了研究；谢绍东等　利用ＣＯＰＥＲＴ模型对全　国的机动车污染物排放因子进行了估算；刘欢等【７　运用机动车ＩＶＥ排放模型建立了天津市机动车污染　物排放源清单；ＹＡＯ等　分析了中国城市中实际道　烟型污染转换为混合型污染　Ｉ２　，并且机动车污染　收稿日期：０１０—１２—１４　２基金项目：北京市科技计划项日（Ｄ０９０４０９０３６７０８０１）　作者简介：樊守彬（１９８１一），男，助理研究员，从事大气污染控翻研　究。　通讯联系人：樊守彬　・路的机动车尾气排放。林秀丽、蔡皓［９－１ｏ］分析了中　国机动车的排放系数和排放因子。张远航等¨　研　２８・　第３６卷第４期　２０１１年４月　樊守彬・北京机动车尾气排放特征研究　Ｖｏ１．３６　Ｎ　４　究了广州市机动车的污染特征，分析了机动车污染　物排放带来的大气环境的本质特征变化；吴烨等　］　于２００２年对澳门的机动车污染物排放进行了研究，　建立了澳门机动车污染物排放源清单。　排放清单具有很强的时间和空间属性，不同的时　间和空间中排放清单及排放特征具有很大的差异性。　本研究基于北京实际数据，应用ＣＯＰＥＲＴ模型建立了　以２００９年为基准年的机动车尾气排放清单并分析排　放分担率，通过对典型道路的调研数据分析其排放特　征，建立了北京六环路以内尾气排放空间分布，为机　动车污染控制和环境影响分析提供基础。　１　排放因子及排放量计算　１．１　ＣＯＰＥＲＴ模型　ＣＯＰＥＲＴ模型起源于欧洲委员会（ＥＣ）开展的　机动车排放因子研究，经多年完善形成了目前的可　以由计算机程序实现的ＣＯＰＥＲＴＩＶ模型。该模型采　用了大量可靠的实验数据，可以兼容不同国家标准　和参数变量，为欧洲国家广泛应用。由于中国机动　车排放标准采用欧洲体系，运用该模型计算排放因　子会更适合中国机动车的实际情况。　ＣＯＰＥＲＴ模型认为机动车排放的污染物来自于　发动机热稳定运行排放、冷启动排放和燃料蒸发３　个排放源，并分别计算其排放因子：热稳定状态时，　不同类型发动机的排放因子只与机动车行驶速度有　关；冷启动过程的排放用热稳定状态时的排放加上　一个额外值得到；燃料蒸发排放的ＮＭＶＯＣ由每日　排放、热浸排放和运行损失３部分组成，其排放因子　表现为燃料蒸气压和环境温度的函数。对采用新标　准的车辆模型用与传统车辆排放削减效率的方式进　行计算。　应用ＣＯＰＥＲＴ　ＩＶ模型计算排放因子，需要的参　数包括车队组成、平均行驶速度、平均旅程长度、燃　料参数和气候参数等。这些参数的取值最终决定排　放因子的不同，因此如何确定参数是研究的关键。　本研究获取了２００９年底北京市分车型、分燃料　类型、分登记年份的机动车保有量，按模型中的分类　方法对机动车保有量输人模型。模型中机动车保有　量需要考虑车辆执行的排放标准，本研究中根据车　辆的登记年份和北京市不同车型执行标准的实施日　期进行分类，计算出各类车型中分别符合相应标准　的机动车保有量。　模型中还需要输入的燃料参数和气象参数按北　Ａｐｔ．２０１１　京市实际情况输人，平均行程长度、负载和坡度等按　模型默认值计算。　１．２排放量计算　车辆尾气排放量与排放因子、区域内车辆行驶　里程和车速等因素有关，机动车尾气排放计算方法　如公式（１）所示。　ＴＥ＝∑　Ｘ哆Ｘ　Ｅ　Ｊ　（１）　式中，ＴＥ为特定时间周期和区域内的排放量，　ｇ；　特定区域内＿『类型车辆的数量；　ｆ为特定时问　周期内－７．类型车辆单车行驶里程，ｋｍ；Ｅ　．，为　类型　车辆的排放因子，ｇ／ｋｍ；　为车辆类型，５为污染物　类型。　２排放特征　２．１排放清单　根据机动车保有量、行驶里程、车速、油品和气　象等相关参数，模型详细输出不同车型的不同污染　物排放量，通过统计分析得到２００９年机动车排放　量，ＣＯ排放量为７１．５８×１０　ｔ，ＶＯＣｓ排放量为７．９５　×１０‘ｔ，ＮＯ　排放量为８．７７×１０　ｔ，ＰＭ，０排放量为　０．３８×１０　ｔ。　根据不同车型排放清单分析了不同车型和不同　燃料类型车辆对不同污染物的排放分担率，见图１。　从图中可以看出，载客汽车的ＣＯ、ＨＣ和ＮＯ　排放分　担率高，分别达到８９％、８７％和６５％；载货汽车排放　的ＰＭ排放分担率高，达到５８％。从燃料类型看，汽　油车排放的ＣＯ和ＨＣ排放分担率高，达到９７％和　９３％；汽油车和柴油车的ＮＯ　排放分担率相当，分别　为４８％和４７％；柴油车的ＰＭ排放分担率高，为　９４％。　２．２典型路段排放　本研究选取北京城区１２条道路作为研究对象，　对其车辆构成、车流量和车速参数进行调查。道路　类型包括高速路、环路、主干道和次干道，根据相关　调查数据计算该道路上所有车型的综合排放因子，　不同污染物的排放因子见图１。从图中可以看出，　ＣＯ排放因子最大，ＰＭ排放因子最小；不同道路的　排放因子差别较大，这主要与道路上车辆构成和车　速有关。　根据不同道路排放因子和日车流量计算排放强　度，结果见图３。图中排放强度指单位长度道路日　均排放污染物的质量，从图中可以看出，不同类型的　道路排放强度差别较大，这主要与车流量有关。　・２９・　２０１１年４月　第３６卷第４期　樊守彬・北京机动车尾气排放特征研究　Ｖ０Ｌ　３６　Ｎ　４　——一　气车　三　（ａ）按车型分　ＣＯ　ＨＣ　９７％　●　９３％　Ｎ０，　Ｐ＾ｆ　！！　鐾　曼曼堑　（ｂ）按燃料类型分　图１北京机动车排放分担率　骣　●　ｊ　　。、－一　Ｈ’　圜　ｊ至ｌ　蛾　图２典型道路排放因子　图３典型路段机动车尾气排放强度　・３０・　Ａｐｒ．２０１１　２．３车速对排放的影响　车速是应用机动车排放因子及排放强度的主要　因素之一，图４为北京市六环路以内道路高峰小时　车速数据，从图中可以看出，车速范围在０—１２０　ｋｍ／ｈ之间，不同网格车速差别较大，为了获得不同　区域的机动车尾气排放量，必须分析车速的影响。　本研究应用ＣＯＰＥＲＴ模式分析了车速对不同污染物　排放因子的影响，以小客车为例，不同车速下污染物　排放的修正因子见图５，从图中可以看出，车速对　ＣＯ和ＨＣ的排放影响较大，对ＮＯ　排放影响较小。　、－，　嚣　丑　圈　瑙　车速（ｋｍ／ｈ）　图５车速对机动车污染物排放的影响　２．４空间分布　本研究调研了北京市六环路以内道路高峰小时　车流量和车速基础数据，建立了１　ｋｍ×１　ｋｍ网格，　统计每个网格高峰小时的车公里数和平均车速。将　基于ＧＩＳ的机动车活动强度、车型构成、行驶速度和　排放因子结合在一起，本研究建立得到了基于ＧＩＳ　的北京机动车尾气排放网格分布清单。图６为机动　车尾气ＣＯ、ＨＣ、ＮＯ　和ＰＭ排放空间分布。从各污　染物的排放分布图可以看出，在环线附近由于车流　量大，网格排放源强较高，在八达岭高速等几条北京　市主要的进出口通道附近由于来往车流量大，网格　内活动水平高。高峰小时ＣＯ排放量为１４３．９　ｔ／ｈ，　ＨＣ排放量为１８．６　ｔ／ｈ，ＮＯ　排放量为ｌ２．５　ｔ／ｈ，　ＰＭ１０排放量为１．１４　ｔ／ｈ。　第３６卷第４期　２０１１年４月　樊守彬・北京机动车尾气排放特征研究　Ｖ０１．３６　Ｎ　ｏ．４　Ａｐｒ．２０１１　图６机动车尾气排放网格分布　３　结论　本研究根据北京机动车保有量和实际活动水平　数据，应用ＣＯＰＥＲＴ模型计算了尾气排放量，ＣＯ排　放量为７１．５８×１０　ｔ，ＶＯＣｓ排放量为７．９５×１０　ｔ，　［２］谢绍东　张远航，唐孝炎．我国城市地区机动车污染　现状与趋势［Ｊ］．环境科学研究，２０００，１３（４）：２２—２５．　［３］Ｈａｏ　Ｃａｉ，Ｓｈａｏｄｏｎｇ　Ｘｉｅ．Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｕｌａｒ　ｅｍｉｓ．　ｓｉｏｎ　ｉｎｖｅｎｔｏｒｉｅｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｆｒｏｍ　１９８０　ｔｏ　２００５［Ｊ］．Ａｔｏｍｏ６ｐｈｏｒｉｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２００７，４１：８９６３—８９７９．。　ＮＯ　排放量为８．７７×１０　ｔ，ＰＭ】０排放量为０．３８　Ｘ　１０　ｔ。载客汽车的ＣＯ、ＨＣ和ＮＯ　排放分担率高，分　别达到８９％、８７％和６５％；载货汽车排放的ＰＭ排　放分担率高，达到５８％。从燃料类型看，汽油车排　放的ＣＯ和ＨＣ排放分担率高，达到９７％和９３％；汽　油车和柴油车的ＮＯ　排放分担率相当，分别为４８％　和４７％；柴油车的ＰＭ排放分担率高，为９４％。　选取北京城区ｌ２条道路作为研究对象，对其车　辆构成、车流量和车速参数进行调查。计算道路上所　有车型的综合排放因子和尾气污染物排放强度，分析　排放特征。将基于ＧＩＳ的机动车活动强度、车型构　成、行驶速度和排放因子结合在一起，建立得到了基　于ＧＩＳ的北京城区机动车尾气排放网格分布清单。　高峰小时ＣＯ排放量为１４３．９　ｔ／ｈ，ＨＣ排放量为１８．６　ｔ／ｈ，ＮＯ　排放量为ｌ２．５　ｔ／ｈ，ＰＭ１０排放量为１．１４　ｔ／ｈ。　参考文献：　［１］丁问微，王英，李令军，等．基于ＰＭＦ模式的北京大　气污染犄征　析［Ｊ　．中央民族大学学报（自然科学版），　２０１０，”（Ｇｉ　：５—１２．　［４］樊守彬，聂磊，李雪峰．应用ＥＤＭＳ模型建立机场大气　污染物排放清单［Ｊ］．安全与环境学报，２０１０，１０（４）：９３—９６．　［５］傅立新，郝吉明，何东全，等．北京市机动车污染物　排放特征［Ｊ］．环境科学，２０００，２１（３）：６８—７０．　［６］谢绍东，宋翔宇，申新华．应用ＣＯＰＥＲＴＩＩＩ模型计算　中国机动车排放因子［Ｊ］．环境科学，２００６，２７（３）：４１５—４１９．　［７］刘欢，贺克斌，王岐东．天津市机动车排放清单及影　响要素研究［Ｊ］．清华大学学报（自然科学版），２００８，４８（３）：　３７１—３７４．　［８］ＹａｏＺ，ＷａｎｇＱ，Ｈｅ　Ｋ，ｅｔ　ａ１．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｔｃｓｏｆ　ｒｅａｌ—　ｗｏｒｌｄ　ｖｅｈｉｅｕｌａｒ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｃｉｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｉｒ＆Ｗａｓｔｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，２００７，５７：１３７９—１３８６．　［９］林秀丽．中国机动车污染物排放系数研究（Ｊ］．环境　科学与管理，２００９，３６（６）：２９—３３．　［１Ｏ］蔡皓，谢绍东．中国不同排放标准机动车排放因子　的确定［Ｊ］．北京大学学报（自然科学版），２０１０，４６（０３）：３１９　—３２６．　［１１］张远航，邵敏，俞开衡．机动车排放、环境影响及控　制：以广州市为例［Ｍ］。北京：化学工业出版社，２００４．　［１２］吴烨，郝吉明，傅立新，等．澳门机动车排放清单　［Ｊ］．清华大学学挣：自然科学版，２００２，４２（１２）：１６０１—１６０４．　・３１・