北京市交通微环境汽车尾气污染的浓度特征.docx

1、北京市交通微环境汽车尾气污染的浓度特征中国环境科学2009,29(1:2630China Environmental Science北京市交通微环境汽车尾 鲁0;L,丁 染的浓度特征杜 穰1,傅立新P,邱月明2,金陶胜3(1.清华大学环境科学与工程系,北京100084;2.斯坦福大学土木与环境 工程系,美国加利福尼亚州94305;3.南开大学环境科学与工程学院,天津300071摘要:对北京市典型交通微环境中(包括公交车站,公交车内以及小轿车内的汽车尾气污染物CO、NO、NO:和PM2_5浓度进行了监测.结 果表明,NO、co和PM25在交通微环境中的浓度分布相似,均为公交车内浓度最高,公交车站

2、浓度最低.NO:为公交车内浓度最高小轿车内 浓度最低.公交车内CO的早高峰浓度要显著高于晚高峰浓度,普通公交车内的CO、NO和NO:浓度均低于空调车.良好的通风条件可以显 著改善公交车车内空气质量.对小轿车车内浓度的影响因素分析表明,选择车流量平峰时段出行、恰当的保养维护车辆、在车辆拥堵区域 使用内循环通风模式可以有效地降低车内污染水平.关键词:浓度特征;交通微环境;CO:No。;PM25:尾气污染中图分类号:X831文献标识码:A 文章编号:1000-6923(200901-0026-05Investigation on vehicular pollution level in variou

3、s transport micro-environments in Beijing.DU Xuanl.FU Lixin卜,QIU Yuemin92,JIN Tao-shen93(1.Department of Environmental Science and Engineering,Tsinghua University, Beijing 100084,China;2.Department of Civil and Environmental Engineering,Stanford University,California 94305, USA;3.College of Environm

4、ental Scienceand Engineering,Nankai University,Tianjin 300071,China.China Environmental Science,2009,29(1:26-30Abstract:The air pollution concentration features of vehicular pollution in Beijing were investigated.CO,NO,N02and PM2.5were monitored in typical transport microenvironments,including bus s

5、top,in-bus and incal.The distribution of NO,PM2.5and CO concentration in microenvironments was similar.The concentrations in bus were highest,at bus stop were lowest.In bus,the CO Was higher in the morning peak hours than in the afternoon peal【hours.Meanwhile,CO,NO and N02were lower in conventional

6、buses than in air-conditioned ones,this revealed that ventilation could improve in-bus air quality significantly.The analysis on influence factors to concentrations in cars showed that traveling in level hours,good maintenance,and using inner-circulation mode in traffic jam areas could reduce invehi

7、cle pollution level effectively.Key words:concentration feature;traffic micro-environment;CO;N0l;PM2.5;vehicular pollution随着机动车保有量的持续增长,机动车排放 物已成为我国城市大气污染的主要来源【l。2J.由 于机动车近地面排放,街道峡谷的地形条件以及 微气候特征均会影响污染物的传输扩散,产生局 地空气污梨31.CO和NOx是机动车贡献率较大 并对人体健康造成威胁的气体污染物.大气中町 吸入颗粒物尤其是细颗粒物PM2.5对人体健康的 影响越来越受到重视.有关研究表明14J

8、,公交车 站、十字路口、机动车内等交通微环境中CO、 Nq、颗粒物浓度远高于城区平均水平.国内外学者对机动车源贡献率较大的大气 污染物在交通微环境的特征均有所研究15-101.本 研究通过污染物浓度监测,分析北京市典型交通 微环境中汽车尾气污染物的浓度特征.同时,根据 监测结果初步提出交通环境中污染控制措施,以 期降低人群在汽车尾气中暴露的健康风险.1材料与方法1.1采样与分析方法选择CO、NO、N02以及PM2.5作为监测 指标.收稿日期:2008-0401基金项目:国家自然科学基金资助项Ij(50778100责任作者,教授,fuchcntsinghtla.cdu.ca1期 杜裰等:北京市交

9、通微环境汽车尾气污染的浓度特征2005年45月,对选定的公交车站、公交车 内和小轿车内污染物浓度进行监测.CO、NO和 N02均使用双联球将空气打入塑料铝箔复合膜 采气袋的方法采集,每隔15min充气1次,1h共充 气4次,用混合气体浓度代表采样期间的小时平 均浓度.使用美国热电子环境仪器公司的48C相 关红外CO分析仪和42C高精度化学发光 NO-N02-Nq分析仪对气体样品进行分析llll.采 用美国TSl特赛公司的DustTrak 8520颗粒物浓 度测定仪对PM2.5进行在线测型忆J.2007年4月,选择不同的小轿车车型、出行 时段和通风方式对车内微环境中的CO和PM2.5浓度进行实时

10、在线监测.PM2.5的监测采用 DustTrak 8520颗粒物浓度测定仪,而CO的监测 采用美国TSI特赛公司的数字直读式空气质量 仪8762.采样与分析方法如表l所示.表1采样与分析方法Tilble 1Sampling and analyzing method污染物 采样方法 分析方法 榆出限 NO/NOz 双联球打入气袋 化学发光法0.05xlO 9CO 双联球打入气袋 气体滤光关联法0.04x106 CO 气泵 电化学法0.125mg/m3 PM2j 气泵 光散射法 0.001mg/m31.2监测点位和路线根据北京市交通流量时空分布特点,甄选主 要路段和上下班高峰时间作为监测的重点.监

11、测 布点考虑到了不同的交通流量和道路级别、道路 功能.监测时间涵盖高峰和非高峰时段,监测路线 覆盖环路和各级道路.公交车站监测点位选择位于三环辅路的双 安商场车站、三环主路的大学生体育馆车站以及 市中心的前门车站.监测时间为上午7:009:00, 下午16:00。18:00.监测点位的道路特征参见表2. 对于公交车内微环境,选择前门大街和北三 环中路为监测路段,乘坐公交车,在车内采样.监 测时间为上午7:009:00,下午16:0018:00. 小轿车车内环境的监测路线,从清华大学出 发途经四环路、三环路、二环路以及环路之间的 连接支路.随自由行驶车流前进.监测时间包括高 峰期和平峰期.车况特

12、征见表3.表2监测点道路特征Table 2Environmental characteristics of bus stop 监测点1i石磊道路特征表3小轿车车况特征Table 3Environmental characteristics of passenger car1.3数据分析为确定小轿车车内浓度的影响因素,对 监测数据按照不同参数分组进行统计分析, 采用Matlab7.1对分组数据进行总体均值的 假设检验.2结果与讨论2.1公交车车内浓度CO的主要来源为汽车尾气,气体性质较为 惰性,而NO除了汽车尾气之外还有各种工业源 和民用源,并且化学反应活性较强,易与交通环境 中较为富集的VOC

13、等其他污染物进行反应,N02作为二次污染物变化趋势则更为复杂.因而CO 的变化能够更为清晰的表明公交车内尾气污染 物的时间变化规律.如图l(a所示,公交车内CO的早高峰浓度 要显著高于晚高峰浓度,由图l(b和图l(c可以 看出NO和N02的浓度变化规律并不规则.以CO 为指标来判断,可以发现公交车内早间的尾气污 染较为严重,分析原因可能为早晨温度较低,车窗 紧闭,车厢内通风条件较差,导致车辆排放的污染 物较易积累在车厢当中.而下午温度较高,随着开中国环境科学 29卷窗通风,扩散条件的转好,车厢内的污染物浓度有 所降低.组号图1公交车车内污染物浓度变化Fig.1Concentrations va

14、riationin bus图2普通大巴和空调车车内浓度对比 Fig.2Concentrations in conventional/air-conditioned bus选取同一时段、同一条道路上的普通公交车 和关闭车窗的空调公交车进行对比.由图2可见, 无论早晚高峰,普通公交车车内的CO、NO和 N02浓度均低于空调车.根据同一时段同一条道路的PM2.5浓度数据 (图3,公交车站的浓度显著低于公交车内。图3公交车站(前fq和公交车内PM2.5浓度对比 Fig.3PM2.5concentrations in bus and at Qianmen bus stop2.2公交车站浓度以大学生体育馆

15、站为例(图4,N02的早高峰 浓度显著高于晚高峰浓度,与相关研究中北京城 区大气中N02的日变化趋势相一致13.CO浓度 和NO浓度的时间变化规律并不明显,这与车站 附近复杂的地形和微气象条件有关.对照大学生体育馆车站统计的单向车道车 流量的日间变化分析车站的PM2.5浓度变化规律 可以发现,8:0015:00,PM2.5的浓度变化和车流量 基本上呈正相关,而15:00-18:00,PM2.5的浓度和 车流量呈负相关.2.3小轿车车内浓度为了研究小轿车车内浓度的影响因素,对监 测数据按照高峰期与否、车龄高/低、内/外循环 这3个分组条件进行统计分析.采用Matlab7.1对 2组监测数据进行了

16、总体均值的假设检验,以确 定影响车内浓度的变量,结果见表4.对比同一辆车开窗条件下的高峰期与非高 峰期车内浓度数据,可以看出,高峰时段出行对于 小轿车的车内CO和PM2.5的暴露浓度有显著影 响,高峰时段出行时车内暴露浓度显著偏高.1期 杜最等:北京市交通微环境汽车尾气污染的浓度特征鬃 嘲 斌 褂罨 翼 害 时刻图4公交车站(大学生体育馆污染物浓度变化Fig。4Concentrations variation at bus stop of University StudentsGymnasium of Capital Institute of P.E.表4总体均值的假设检验Table 4Res

17、ults of significance test注:+检验方法为z检验.芦l和p2分剐为2次监测均值,假设检验足Ho:肌=肫:日l:l和2,月值为l,拒绝h2次监测浓度有显著差异.P 值为假设2组数据误差异的概率对比均为开窗通风且均在高峰期监测但保 养程度不同的2组车内浓度数据.从统计检验结 果可以看出,小轿车的保养程度对CO和PM2.5有显著影响.这可能与汽车的自污染有关1141.由 于汽车自排放和其他车排放的污染物都更容易 从车身的缝隙中泄漏到车厢内,造成保养程度差 的车辆车内浓度水平显著较高.对比保养程度相当且均在高峰时段出行但 通风模式不同的2组车内浓度数据.可以看出,采 用内循环,

18、没有与外界进行空气交换的一组车内 浓度显著低于开窗监测的车内浓度.因而,通风模 式对于车内的污染物暴露浓度也有很大影响.车 厢密闭情况好则受机动车互排放的影响小,车内 的暴露浓度也会较低.Paul等ll别发现行驶条件会对车内浓度造成 影响,加速工况下的车内浓度比怠速工况下的浓 度高15%,而怠速状态下的浓度又比自由行驶状 态下的浓度高20%.因此,同一辆车并且通风条件 均为开窗,车内浓度数据的对比分析结果如表5所示.CO浓度为堵车慢行快行,而PM2.5浓度 则随着行驶速度的加快有递增的趋势,可能与颗 粒物的道路扬尘排放有关.即车速增高有利于降 低车内气态污染物的浓度,但可能会加重车内颗 粒物的

19、污染.除了行驶速度的影响,道路类型不同 也会造成车流量以及扩散条件的差异,从而影响 车内尾气污染物浓度.表5Table 5不同行驶条件下的小轿车内污染物浓度 Concentrations in cars under different travel conditions普蔡,开窗 别克凯悦,开窗路段篙篡 路段篙篡双清路 9.6堵车 双清路0.210堵车 三环路4.6慢行 长安街0.388慢行 学院路0.9快行 通惠河北路0.386快行 注:堵车,车速低于10kin/h;慢行,车速10-30kin/h;快行,车速高于 30km/h脓度为小时均值.2.4交通微环境浓度对比分析如表6所示,比较200

20、5年3种交通微环境的 监测结果可以看出,NO和CO在微环境中的浓度中国环境科学29卷分布相似,均为公交车内浓度最高,公交车站浓度最低,小轿车内浓度处于中等水平.PM2.5的公交 车内浓度要高于公交车站浓度.N02为公交车内浓度最高,J、轿车内浓度最低.这种微环境浓度差异主要与排放源以及微环境扩散条件有关.公交车使用的燃料多为柴油,而且使用频率高,同小轿车相比污染物排放量更 高,因而公交车内空气质量更差.公交车站同车内 环境相比空间开阔,通风状况好,更利于尾气污染 物的扩散,因而空气质量在3种微环境中最佳.表6交通环境污染物浓度监测结果Table 6Results of monitoring i

21、n transport environments微环境统计指标盟壅塑一 堕Q 塑垒 塑!竺!协夺坌平均值(mm30.2680.0725.40.104“:+/际准差fmg/m30.2350.0253.10.090珀样本数202020623协夺生平均值(mg/m30.469O.1018.10.1364“+标准差fmg,玎132. 7r h 0.2620.0270.07373样本数 2020加127小篓车震:筹;呈篙箍:竺:冈样奉数 161616一注:CO.NO和N02每个样本均有2个平行样;PM2j为实时监测数据,无平行样:一无可比较数据3结论3.1NO、CO和PM25在微环境中的浓度分布相似,均

22、为公交车内浓度最高,公交车站浓度最低. N02为公交车内浓度最高,J、轿车内浓度最低.3.2公交车内CO的早高峰浓度要显著高于晚高 峰浓度,普通公交车车内的CO、NO和N02浓度均低于空调车.3.3车内浓度对比分析表明,是否在高峰时段出 行、车辆的保养程度和车内通风模式是影响小轿车车内暴露浓度的主要因素.在高峰期出行、车辆保养程度差、采用外循环通风均会造成车内污 染物浓度上升.参考文献:【1】北京市大气污染综合防治对策研究课题组.北京市大气污染综合防治对策研究(R】.北京:清华大学.2001:5253.【21邵龙义,时宗波.黄勤.都市大气环境中可吸入颗粒物的研究【J】.环境保护,2000,11

23、:2429. 【3】王宝民,柯咏东,桑建国_城市街谷大气环境研究进展【J】.北京大学学报(自然科学版2005,41(1:146154.【4】宋瑞金,王桂芳,王斌.人体对机动车废气污染物暴露水平的研究fJ】.环境与健康杂志,1998,15(5:196199. 【5】Gulliver J,Bfiggs D J.Personal exposuretoparticulateairpollutionintransport Microenvironments【J】.AtmosphericEnvironment。2004.38(1:卜8.(6】Adams H S,Nieuweah嘶sen M J。Colvi

24、le R N.Determinants offineparticle(PM2_Qpersonalexposurelevelsintransportmicroenvironments,London,UK【J1.AtmosphericEnvironment,2001。35(2:45574566,【7】Colvile R N,Gomez-Perales J E,Nieuwenhuijsen M J.Use ofdispersion modelingtoassessroad-uscrexposure to PM2.5and itssourceapportionment【J】.AtmosphericEn

25、vironment。2003.37(20:27732782.【8】Gulliver J,Bfiggs D J.Time-space modeling of journeytimeexposure to trafficrelated air pollutionusing GISJ1.EnvironmentalResearch,2005,97(1:l沪25.【9】Chnn L YLin Y M.Carbon monoxide levels inpopular passengercommuting modes traversing major commutingroutes in HongKong【

26、J】.Atmospheric EnvkonmenL 2001,35(15:26372646.【10lAdams HS,Nieuwenhuijsen M J,Colvile R N.Fine particle(PM25personal exposure levels in transport microenvironments 【J】.ScienceoftheTotalEnvironment,2001,279(13:29-44. 11】马志强,王跃恩,孙扬,等.北京大气中常规污染物的垂直分布特征【J】.环境科学研究,2007,20(5:16.【12】李龙风,乇新明,赵利容,等.广州市街道环境PM

27、lo和PM2j质量浓度的变化特征【J】.地球与环境,2005,33(2:5760.【13】安俊琳,壬跃思,李听.北京大气中NO、NOz和03浓度变化的相关性分析【J】.环境科学。2007,28(4:706-711.【14】Marshall J D,Eduardo B.Vehicle self-pollution intake fraction:childrenS exposuretOschool bus emissionslJ.EnvironmentalScience and Technology,2005,39(8:25592563.【15】Paul S.Calbonmonoxideexposuresinside an automobiletraveling onan urban arterial highway【J1.Journal of the Air andWaste ManagementAssociation,1994,44(8:1010-1018.作者简介:杜京(1982一。女,北京市入,清华大学环境科学与工程系博士研究生,主要从事机动车污染及其健康J耄险研究.发表论文3篇.