天津市交通環境監測點位空氣質量特征

李 鵬，劉 彬，鄭乃源，畢溫凱

(天津市生態環境監測中心 天津300191)

0 引 言

京津冀地區是我國大氣污染較重地區之一[1-2]，天津持續強化大氣污染“五控”(控煤、控車、控塵、控污和控新建項目)治理取得顯著進展，PM2.5從2013年的 96μg/m3降至 2019年的51μg/m3，累計降幅達 46.9%；NO2濃度從 54μg/m3降至 42μg/m3，累計下降 22.2%。2014年發布的 PM2.5來源解析中，本地排放占 66%～78%，區域傳輸占 22%～34%，在本地污染貢獻中，揚塵、燃煤、機動車、工業生產為主要來源，分別占 30%、27%、20%、17%[3]。移動源污染已引起眾多學者的關注[4-7]。天津機動車保有量達到304.9萬輛[8]，其中國三及以下老舊車 81萬輛，重型柴油貨車超過7.2萬輛，過境車輛中近2/3是重型柴油車，各類非道路移動機械總數超過 4200臺。為有效甄別機動車排放對環境空氣影響，天津于 2016年建設交通環境監測點，本文基于北辰交通站及環境空氣自動監測網絡 2019年監測數據，分析交通站點的空氣質量特征，以期為天津市機動車污染防控提供決策支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

天津市位于北緯 38°34′—40°15′，東經 116°43′—118°4′之間，地處太平洋西岸，華北平原東北部，海河流域下游，東臨渤海，北依燕山。氣候屬于暖溫帶半濕潤季風性氣候，春季多風，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。2018年，常住人口 1559.60萬人，全市生產總值18809.64億元，其中第一產業 172.71億元，第二產業7609.81億元，第三產業11027.12億元，港口貨物吞吐量 50774萬 t，集裝箱吞吐量 1601萬 TEU，客運量 19250萬人，貨運量 53548萬 t，民用汽車304.9萬輛，其中載客汽車263.3萬輛，中重型載貨汽車 8.24 萬輛[8]。

1.2 數據及質量控制

天津市空氣質量自動監測網絡見圖1，共有26個評價城市環境空氣質量的監測點位，本研究用其中14個國控點的均值評價全市狀況。交通監測站位于北辰科技園區汀江東路1號海河乳業院內，采樣頭距地面14m，站點北側200m為雙向10車道的城市快速路，東側 100 m 為雙向 8車道的外環北路，東側500m為京津唐高速。采用Thermo1405型、1405F型顆粒物(PM10和 PM2.5)連續自動監測系統運行和質監測 PM10和 PM2.5，質量控制嚴格按照《環境空氣控技術規范》(HJ 817—2018)要求進行；采用Thermo 42i、43i、48i、49i分別監測 NOx、SO2、CO 和O3，儀器每天自動校準，質量控制按照《環境空氣氣態污染物(SO2、NO2、O3、CO)連續自動監測系統運行和質控技術規范》(HJ 818—2018)要求進行。

圖1 天津市環境空氣監測網絡及交通監測點位周邊情況Fig.1 Ambient air monitoring network and traffic monitoring stations in Tianjin

2 結果與討論

2.1 交通站與環境空氣質量

從污染物濃度水平來看，交通監測站 PM2.5、PM10、NO2、CO、O3和 SO2濃度分別為 56、85、48、2700、191、9μg/m3，綜合指數為 6.03。與相鄰的淮河道和全市相比，交通站空氣污染水平總體較高，綜合指數高 10.0%，PM2.5高 9.8%，NO2(比淮河道)高26.3%，CO高50.0%，PM10、污染水平與全市一致，O3和SO2濃度優于全市及淮河道(圖2)。

圖2 交通站與環境空氣質量六項污染比較Fig.2 Comparison of six pollution items between traffic station and ambient air quality monitoring points

從污染物對綜合指數的貢獻來看(表 1)，交通站的 NO2和 CO貢獻比例較高，PM2.5和 PM10貢獻比例基本一致，SO2和O3貢獻比例較小。這表明機動車排放污染物對環境空氣的影響較大，受高濃度 NO2的影響，增強光化學反應消耗環境空氣中的O3，導致道路周邊O3濃度略低于周邊環境。

表1 交通站與環境空氣質量主要污染物污染貢獻(%)Tab.1 Pollution contribution of major pollutants at traffic stations and ambient air quality monitoring points(%)

2.2 月變化

圖3為2019年交通站與環境空氣中主要污染物月變化比較曲線，可知交通站與環境空氣主要污染物年內分布基本一致。交通站 NO2月均濃度整體呈現“V”型分布，11月份濃度最高，5月份濃度最低；而環境空氣中 NO2月均濃度最高值出現在 1月，最低值出現在7月，3～11月平均濃度高于全市及淮河道站。交通站 PM2.5月均濃度在 4—5月明顯高于周邊環境站，原因可能在于春季風沙較大，揚塵落到地面受車輛多次碾壓再次揚起。交通站 CO月均濃度呈現“W”型分布，各月均濃度均高于淮河道及全市，與NO2一致，在 6月份出現一個峰值，可能是車輛排放與氣象擴散條件共同導致，還需要進一步去研究。交通站 O3月濃度均基本低于周邊淮河道和全市，最高值出現在 7月，原因可能在于夏季高強度太陽輻射，疊加移動源排放的高濃度NOx影響了光化學反應。

圖3 交通站及環境空氣主要污染物逐月變化Fig.3 Monthly changes of major pollutants at traffic station and ambient air quality monitoring points

2.3 日變化

圖 4為交通站及環境空氣中主要污染物日變化曲線。整體來看，交通站主要污染物濃度變化趨勢與環境空氣基本一致，但交通站的NO2、PM2.5和CO濃度水平明顯高于周邊淮河道點位和全市，O3濃度低于二者。對交通站NO2來說，第一個峰值出現的時間與交通早高峰比較一致；第二個峰值出現時間要晚于交通晚高峰，一方面是因為入夜后NO通過光化學反應“滴定”O3生成 NO2，另一方面是因為夜間的擴散條件不利導致 NO2繼續積累，同時由于光化學反應消耗O3生成NO2，使得交通站O3濃度明顯低于周邊環境。

圖4 交通站及環境空氣主要污染物日變化Fig.4 Daily variation of major pollutants at traffic station and ambient air quality monitoring points

3 結 論

交通監測站 PM2.5、PM10、NO2、CO、O3和 SO2濃度分別為 56、85、48、2700、191、9μg/m3，綜合指數為 6.03。與環境空氣中站相比，交通站空氣污染水平總體較高，綜合指數高 10.0%，PM2.5高 9.8%，NO2(比淮河道)高 26.3%，CO 高 50.0%，交通站的 NO2和CO對綜合指數的貢獻比例較高。交通站主要污染物年內分布趨勢與環境空氣站基本一致，其中交通站NO2濃度在3—11月、PM2.5濃度在4—5月明顯高于環境空氣站，CO濃度整體高于環境空氣站，O3濃度低于環境空氣站。交通站主要污染物濃度日變化曲線與環境空氣基本一致，但交通站的 NO2、PM2.5和CO濃度水平明顯高于淮河道和全市，O3的濃度低于二者。