深圳市藍天工程路邊站建設與發展

古添發，鄭錦怡，張明棣，林曉玉，黃曉鋒

（1.廣東省深圳生態環境監測中心站，廣東深圳518049；2.北京大學深圳研究生院城市人居環境科學與技術實驗室，廣東深圳518055）

前言

自2013年國務院印發《大氣污染防治行動計劃》通知以來，深圳市開始加強對PM2.5排放的監管與治理，以機動車、工業排放為主的本地源是重點減排對象，截至目前治理成效較為顯著，PM2.5濃度在全國范圍內處于較低水平[1]。但隨著人民生活水平不斷提高，機動車保有量不斷增加，在2019年廣東省汽車總量為4363.38萬輛，較2015年總體增長57%左右，其中深圳市汽車保有量為616.02萬輛，占全省的14.1%。在深圳推進城市化建設的過程中，機動車排放的污染氣體和懸浮顆粒對人類健康與生存環境有直接影響。研究表明，機動車尾氣對深圳市PM2.5的質量濃度貢獻達20%～30%[2?4]。隨著顆粒物的污染防治工作逐步推進，深圳市臭氧（O3）問題逐漸突出，O3已取代PM2.5成為當前需要首要控制的污染物[5]。揮發性有機污染物（VOCs）是O3污染形成的關鍵因素，而城市中VOCs的主要排放源包括機動車尾氣、有機溶劑揮發等[6]。林理量等人對2019年深圳市在線VOCs觀測數據進行來源解析，發現機動車尾氣貢獻率（21.2%）為第三，對臭氧生成潛勢的貢獻率為27.3%，僅次于工業溶劑（45.8%）[7]。自2017年以來深圳市明確提出了PM2.5和O3協同防治的具體要求。馮凝等人[8]分析深圳市城區VOCs與污染物的相關性，發現VOCs減排將是深圳協同控制PM2.5和O3污染的關鍵。而機動車迅速增長所帶來的汽車尾氣污染，不僅是超細顆粒物的重要來源[9]，也是NOx、VOCs、CO等空氣污染物的主要來源，同時將對PM2.5和O3污染協同防治帶來挑戰。因此，實施道路交通空氣質量監測是科學評估深圳市機動車尾氣防控效果的重要環節。

本文基于國內外交通空氣質量監測站的發展現狀，通過分析深圳市藍天工程路邊站系統的建設思路和發展情況，為其他交通空氣監測工程管理提供經驗參考，并為健全完善空氣質量監測網絡提供新思路。

1 國內外路邊站建設及發展現狀

1.1 建設依據

一般來說，交通空氣質量監測站可分為道路監測站點（路邊站）和移動站點兩種，前者設置在交通污染嚴重區域，主要監測受機動車尾氣影響的周圍區域的空氣質量；后者可移動并用于跟蹤追尋不同車型、不同時段的機動車尾氣排放狀況。首先，在近路交通空氣質量監測中，交通活動（即監測路段的車輛數量、車型組成和車速）是必不可少的要素之一，這將為解釋空氣質量測量結果和交通污染狀況提供直接參考[10]；其次，解釋交通空氣質量變化時，氣象數據（風向、風速、溫度、濕度）也是必不可少的支撐因素。Akula等人通過近路邊的擴散模型發現風場的變化是驅動交通污染物擴散的重要因素[11,12]，且其他氣象因素也會對機動車尾氣的污染物轉化起關鍵作用[13]。

除此之外，交通空氣質量監測的污染物需要涵蓋大部分機動車尾氣排放的主要氣態污染物，才能綜合客觀地分析得到交通空氣的質量水平及其變化特征。例如：碳氧化合物（CO和CO2）是交通運輸產生的重要污染物，主要來自化石燃料的燃燒，是減排控制的重要方向[14]；機動車尾氣排放的NO通過光化學反應繼續生成NO2，對周圍環境污染有較大貢獻；NOx污染主要來源于重型柴油車且具有很典型的交通特征；SO2可用來識別站點受其他來源（發電廠或船舶排放）的影響；O3的“滴定”效應（NO與O3反應生成NO2）會消耗路邊排放量較大的NO，也具有交通源污染特征的指示作用。

同時，由于顆粒物粒徑大小是識別顆粒物來源的重要特征，因此也需要對交通源排放產生的顆粒物進行監測，其主要來源于化石燃料（汽油、柴油）燃燒或輪胎磨損和道路揚塵。此外，顆粒物化學組分的解析是解釋近路污染組成和來源的重要方式，因此在路邊站設計時也可考慮使用測量顆粒物化學組分的儀器。VOCs中苯、甲苯、醛類物質的主要來源之一就是機動車尾氣排放，因此對VOCs的近路監測也十分必要。道路周圍的地形影響著污染物的傳輸和遠離道路的擴散，適當選擇道路監測點位也是極其重要的考慮因素。有研究指出，為減少復雜的氣流對測量結果的影響，近路測量通常在距離道路邊緣6～20m的最小距離下進行，但即使在6～20m范圍內距離的小差異也會顯著影響測量濃度[15]。另外，布設于植被綠化帶周邊的小型監測站也可用于評估植被覆蓋率對交通污染削減的效果影響。

綜上所述，路邊站的建設原則既需要注意監測指標的涵蓋和點位布設的位置，也需要明確監測中應該重點關注的污染物，只有綜合考慮上述因素所選取的最優點位，才能實現對交通環境空氣質量進行的科學評估。

1.2 發展現狀

目前，國外許多發達城市已經建立專門用于監測交通環境空氣質量的路邊站，研究機動車排放的相關污染物變化特征，以支持國家環境空氣質量標準修訂。例如，路邊站在英國是城市空氣質量監測網絡的重要組成部分，英國境內共有70個城市交通空氣質量監測站點，一般建于道路、高速公路和高速公路附近，多數站點主要監測NOx、NO、NO2、PM2.5和PM10等多種常規污染物，但也有部分站點對特殊污染物進行了監測，比如顆粒物、碳氫化合物和黑碳等非常規污染物的監測[16]。此外，在2010年美國環境保護局（EPA）建立了包括近路交通在內的空氣監測網絡，不但針對交通產生的NO2、CO和PM2.5進行更有效的觀測，而且為美國《國家環境空氣質量標準》（NAAQS）的修改提供支持[17]。據統計，日本東京共有82個空氣質量監測站，其中35個為路邊空氣質量監測站，均布設在主要道路或交叉路口旁，以監測汽車排放對空氣質量的影響[18]。

國內不少城市也開始關注交通對空氣質量的影響，并開展交通空氣質量監測。香港特別行政區對交通空氣質量關注時間較久，自1999年起，位于旺角、中環和銅鑼灣的3個路邊站正式運行，監測項目包括顆粒物和常規氣體等多項指標，是發展較為成熟的路邊站范例。澳門特別行政區自2017年在九澳增設了路邊空氣質量監測站，監測PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3和CO等空氣污染物，有效和全面地監控了該區的空氣質量狀況。此外，西安、武漢、重慶、河北等地區都建成了路邊固定站點，以監測交通空氣質量的情況[19?23]。上海市在2018年已建成包括3種類型的7個交通站[24]，既覆蓋了全市不同道路類型的交通路邊空氣監測網絡，也涵蓋了地面道路、高架道路、機場及港區等重要交通排放源。

在吸取國內外路邊站建設的先進經驗的基礎上，深圳作為粵港澳大灣區的重要城市不僅在經濟發展速度上領先于全國其他城市，在城市空氣質量監測上也積極革新、突破常規，通過開展藍天工程路邊站交通空氣質量監測切實強化監測網絡體系。藍天工程路邊站的建設是依據按照深圳市實施的12項重大民生工程的總體要求，以滿足環境管理需求為原則，通過加強對城市道路交通和敏感地區的環境空氣質量監測，評估機動車增長對深圳市環境的影響，圍繞為深圳市污染源與總量減排監管、環境質量監測與評估考核、環境預警與應急和環境監管基本公共服務等體系提供監測數據為目的，組建的環境空氣質量路邊監測系統。藍天工程路邊站項目符合我國環境空氣監測系統建設的發展需求，也為其他環境監測網絡建設提供了一定的參考價值。

2 深圳市藍天工程路邊站建設路線

深圳市對環境空氣質量的監測雖然開展多年，但之前只限于常規監測站點及常規污染物的監測，監測形式及內容的局限性不能定量評估機動車尾氣排放的污染物對環境空氣質量的影響。而藍天工程路邊站通過建設多個監測點位，從污染物的光學屬性、物理屬性和化學組成等方面全方位，多角度進行監測，有利于系統地研究污染物的形成機制，評價我市機動車增長對大氣中污染物的影響，為決策科學化、合理化提供更有力的技術支撐。目前，由于國內對機動車尾氣排放的顆粒物的長期監測還較少，因此藍天工程路邊站的建設在國內處于領先地位，是深圳市建立國內一流區域環境監測體系的體現。

2.1 完善現有監測網絡

深圳市作為機動車保有量大、人口道路密集和交通流量大的中國經濟特區和國際化城市代表，落實經濟效益和生態效益雙提升是實現城市可持續發展的必經之路，因此道路交通排放污染問題是不可小覷的。深圳市環境空氣質量監測系統從1996年開始建設，截至2014年已建成11個國控站，9個市控站，3個路邊站以及2個生態站。其中國控站和市控站主要關注環境空氣質量區域評價，生態站重點反映環境空氣質量區域背景情況。盡管城市空氣監測體系在不斷發展，但深圳市的3個路邊站一直尚未分布在交通污染的典型路段，交通環境空氣質量監測的建設已經滯后于城市發展進程，使得實現有效甄別深圳市交通空氣污染特征的目標關山阻隔。在依靠原有監測網絡的基礎上，深圳市開始發展藍天工程路邊站建設，通過在典型交通道路周圍建設路邊站，不僅能直接監測交通排放污染，也能間接評估實施機動車管控措施后的減排成效。藍天工程路邊站的建設與已有的監測網絡相互適應，不僅完善了深圳市已有的環境空氣質量監測網絡，還滿足了量化交通污染特征及深入研究大氣復合污染的需求。

2.2 加強交通污染機理認識

深圳市原有的對交通排放污染研究的監測體系有限，大多集中于常規污染物的監測，難以滿足深入分析的需求。Lee等人在香港城市路邊站利用HR?TOF?AMS對亞微米氣溶膠進行分析，確定本地來源和非局部排放的來源[25]。Yao等人發現香港城市路邊站在小于200 nm的顆粒物中有較大比例的一次有機氣溶膠（POA），并發現烹飪活動也是有機氣溶膠的重要來源[26]。Cheng等人在香港路邊站測量顆粒物中多環芳烴的含量，發現多環芳烴質量濃度與交通量成正比，并確認柴油車是交通多環芳烴的主要來源[27]。Liu等人評估了交通排放對二次有機氣溶膠（SOA）的生成潛勢貢獻，強調減少機動車排放的二次顆粒物生成對減少顆粒物有潛在效益[28]。但是不同地點的交通車輛組成、燃料使用及交通擁堵情況都大相徑庭，因此亟待加強對城市區域交通環境空氣污染物的監測，并結合高精尖儀器深入分析不同區域的交通污染特征。深圳市藍天工程路邊站的建設不僅涵蓋常規交通空氣污染物的數據采集項目，還對顆粒物和VOCs等非常規污染物特征進行長期有效監測，有利于對交通污染物的形成機制進行系統研究。長期來看，藍天工程路邊站建設既能加深對深圳市交通空氣污染生成機理的認識，也能為政府管理制定PM2.5和O3污染協同減排策略提供必要的交通源數據支撐。

希望通過文章的闡述可以使得相關部門以及工作人員認識到這項工作的重要性，認知實踐工作中所存在的問題，進而采取針對性與時效性的對策有效解決問題，實現工作效率的有效提升。

3 深圳市藍天工程路邊站發展情況

3.1 優化站點布局

深圳市于2017年開始建設藍天工程路邊站系統，現已建設5個常規環境空氣質量路邊監測子站、1個路邊科研子站和1個敏感區域環境空氣質量監測子站，主要進行路邊大氣污染物采集和濃度分析。常規站位于南海大道、北山道、布吉關路、北環路、塘朗山隧道路邊；科研站位于深南路邊；媽灣敏感區域大氣監測子站位于前海區域附近。

調查顯示，深圳市交通擁堵較為嚴重的路段主要為：南海大道、北山道、布吉關路、深南大道、北環路、塘朗山隧道。南海大道是聯系科技園片區和南山半島居住區的交通主干道，周圍居民區多，交通擁堵嚴重，因此在此設置南海大道子站。北山道位于鹽田港后方基地，是鹽田港口貨柜車疏通道之一，周圍有儲存倉庫和貨柜堆放倉庫，南側有人口密集區，故在此設置北山道子站。由于布吉關路段位于羅湖和龍崗交界，是市區通向龍崗車流量最大的交通主干道之一，所以設置布吉關子站。同樣北環路也人口密集，加之近年來中小車輛急劇增加，道路經常出現擁堵現象，故設置北環路僑香村路邊站。塘朗山隧道不僅是市區內的一條關鍵隧道，也是連接南坪快速和北環大道的重要通道，通行車輛種類多，其排放的污染物將直接影響福田區和南山區的環境空氣質量，為加強監管繼而設置塘朗山隧道站。深南中路科研子站建設在深南大道交通主干道旁，兩側為城市高樓，高大建筑使其具有街道峽谷效應，使得近地面的污染物隨氣流上升到一定高度后又向下或水平方向消散。此外，還布設前海子站，以此監測深圳市的媽灣電廠和南山熱電廠在西南風情況下對前海片區的影響情況，作為居民敏感區監測子站。

深圳藍天工程路邊站結合實際情況進行多點位合理布設，不但完善了深圳市環境空氣質量監測網絡，而且是客觀評價交通環境空氣質量的重要前提，確保了監測數據具有科學性和代表性，達到滿足科研分析、環境管理和決策需求的要求。

圖1 深圳市交通環境空氣監測站位置

3.2 多指標全覆蓋

為更加全面反映交通污染情況，在設置常規六參數（PM10、PM2.5、NO2、SO2、CO、O3）和氣象參數等監測指標的前提下，增加交通排放特征污染物的監測。深圳市藍天工程路邊站監測項目增設PM1（空氣動力學直徑小于1μm的顆粒物）、甲烷（CH4）、非甲烷類碳氫化合物（NMHCs）、總碳氫化合物（THC）和車流量等參數指標，從而反映交通排放在亞微米級顆粒物以及碳氫化合物類污染物的變化特征，建立污染與排放源的直接聯系。

為加強對深圳市交通污染成因和機理的認識，厘清深圳市交通污染的主要貢獻源，設立的深南中路科研子站對氣溶膠粒徑分布、顆粒物化學組分、無機陰陽離子、重金屬、黑碳、溫室氣體、VOCs、O3垂直分布和太陽光輻射強度等指標進行監測，監測項目的綜合性可以從多角度、多因素來全面反映深圳市交通污染排放特征，進一步闡明深圳市交通污染機理，并利用源解析等手段量化機動車減排的關鍵物種。當前深南中路科研子站已對深圳市的大氣緊急污染預警提供有效支持，未來將結合其他站點數據對深圳市交通污染進行全面深入剖析。

深圳市藍天工程路邊站的監測設備種類多樣、監測目標明確，為評估交通污染防治措施的效果，科學支撐防治決策及進一步推動深圳市空氣質量提升等環節提供重要依據。

3.3 嚴格質量控制

質量保證與質量控制是數據可靠性的有力保障，是所有空氣質量監測站長期有效運行的根本。為保證數據具有效度，深圳市藍天工程路邊站管理從儀器運維操作、數據有效性審核流程、儀器穩定性考核制度等方面建立科學、有效、規范的審核制度。通過多措并舉，強化交通空氣質量監測管理，進一步提升監測數據、監測報告的質量。

對于不同儀器，設立不同的指標來多角度監測儀器運維狀況，保證儀器運維操作的規范性。儀器運維人員做到每日多查參數，每周必現場運維，每月必按時標定等質控操作，遇儀器故障時做到及時響應。通過建立“責任到人”制度，規定儀器責任人需不定期到場查看儀器狀況并按時按質完成運維任務，并對儀器的運維效果負主要責任。數據有效性審核也是質量控制和質量保證的關鍵環節，運維人員通過對儀器當月數據進行科學性分析，并撰寫數據分析報告以說明采集數據的有效性、可比性和精確性，并對數據缺失部分要求運維人員提供必要說明。另外，儀器運行的穩定性核實通過審核運維人員按月提交的運維文件輔助確認，由審核人評估運維人員是否能對儀器狀態進行有效的整體把控以及是否對儀器異常狀態進行及時跟蹤排查等任務的完成情況。此外，相關運維人員定期開展會議討論運維規章制度，保證現有制度的合理性、可行性和有效性。

深圳市藍天工程路邊站建設重視監測運維的各個環節，全程進行質量控制，細抓每一個環節，細化每一個相關人員的責任。通過嚴格落實各個質量控制環節提高運行維護的工作效率，切實保證深圳市交通空氣質量監測的真實性、可靠性和權威性。

圖2 質量控制與質量保證過程

3.4 科學管理模式

深圳市藍天工程路邊站系統自運行以來，主要利用數據傳輸平臺、遠程監控模式進行監測站管理方式的優化，在管理職責、管理方法和管理技術上均進行改良創新。深圳交通空氣質量路邊監測系統主要分為三個邏輯層面：現場監測層、網絡傳輸層和數據處理層，通過智能化工具及數字化平臺提升監測系統的智慧發展水平，構建網絡化、信息化和自動化的監測管理平臺

（1）現場監測層由5個常規環境空氣質量路邊監測子站、1個路邊科研子站和1個敏感區域環境空氣質量監測子站及五套備機組成，主要進行路邊大氣污染物采集和濃度分析，同時與現有市控環境空氣質量監測子站組網。

（2）網絡傳輸層由數據采集和傳輸專網組成，通過基于公共通訊外網構成的數據采集和傳輸專網，將各子站得到的監測數據和設備運行信息采集和傳輸到中心監控站。

（3）數據處理層由數據處理和預測分析平臺組成，中心監控站將數據采集和傳輸專網傳送的各子站監測數據和設備運行信息，保存到特定的數據庫中，通過數據處理和分析平臺對各子站監測數據進行統計處理和分析，得到所需的評估結果。

4 結語

目前，深圳市藍天工程路邊站系統初步建成并逐步開始正式運行，通過嚴格交通空氣質量監測過程的質量控制、創新管理模式，逐步推進深圳市交通空氣質量的精細化評估和綜合化研究。雖然深圳市的交通空氣質量監測體系相比于國內其他城市已取得了較大的發展，但由于我國環境空氣監測起步較晚，整體來看與世界發達國家的監測技術水平仍然存在一定的差距。在未來的監測體系建設中還需要著重關注以下幾個方面：

首先，未來藍天工程路邊站系統的建設還需要對監測設備進行合理配置，才能全面呈現深圳市交通空氣污染情況，總結道路源特征污染物的時空變化特征，并厘清全市交通污染的變化規律及生成機理。

其次，重點關注深南中路科研子站對交通排放顆粒物、VOCs及溫室氣體數據的深入分析，該子站的精細化監測對于揭示深圳市主要交通干道污染的來源和生成機制具有重要意義，確保其為深圳市機動車減排策略提供科學的數據支撐。

然后，擴展交通空氣監測網絡，開展道路屏障、街道峽谷效應等交通特征的污染研究，為未來城市建設及發展提供理論支持。

最后，深圳作為港口城市，譬如遠洋船舶等非道路交通排放也是影響空氣質量的重要因素[29]。在未來將設立港口路邊站以此關注港口的交通污染特征，實現全方位完善深圳市藍天工程路邊站系統。

現階段我國經濟發展取得了巨大的成就，但同時也付出了沉重的空氣污染代價，空氣質量監測工作越來越受到黨和政府及人民的重視。深圳市作為我國建設先行示范區和實施綜合改革試點的重要窗口，肩負著樹立典范的重大使命，藍天工程路邊站建設展現了深圳正以先行示范區標準塑造我國交通空氣質量監測體系的實力與決心。隨著粵港澳大灣區建設的深入推進，深圳市的空氣監測網絡也將在積極吸收借鑒國外經驗教訓的基礎上，繼續加大資金投入和人才引進，提高空氣監測技術水平，推動我國空氣監測工作向前發展。