鐘樓區(qū)NO2污染特征及潛在污染源分析

楊鑫，譚印月，胡國(guó)仲

（江蘇常環(huán)環(huán)境科技有限公司，江蘇 常州 213022）

隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，常州市機(jī)動(dòng)車保有量急劇增加，截至2021年底，常州市機(jī)動(dòng)車保有量160.2萬(wàn)輛[1]，較2011年增長(zhǎng)1.86倍，機(jī)動(dòng)車尾氣污染問(wèn)題[2-4]已成為我國(guó)城市的環(huán)境空氣主要問(wèn)題之一，機(jī)動(dòng)車排放具有較強(qiáng)的流動(dòng)性、多源性，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，是現(xiàn)階段我國(guó)城市大氣污染防治面臨的重要工作之一。同時(shí)常州市所處的長(zhǎng)三角區(qū)域?yàn)槲覈?guó)氮氧化物高值區(qū)[5]，該區(qū)域的機(jī)動(dòng)車保有量[6]為全國(guó)最高的區(qū)域之一。二氧化氮（NO2）是大氣環(huán)境中形成二次粒子和臭氧的重要前體物[7]，因此，研究NO2的來(lái)源特征對(duì)大氣污染防治措施的制定意義重大。王媛媛等[8]研究表明城市化進(jìn)程對(duì)二氧化氮的污染有加劇作用，城市NO2質(zhì)量濃度與城市形態(tài)、人口密度存在顯著的正相關(guān)性。唐智億[9]研究表明西安城市道路風(fēng)速較低，風(fēng)向與汽車尾氣污染物的擴(kuò)散方向基本一致，主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向易出現(xiàn)較高的機(jī)動(dòng)車尾氣污染。潘玉瑾等[10]研究表明成都市道路車流量及排放均呈現(xiàn)明顯的“雙峰”分布，早晚高峰時(shí)段機(jī)動(dòng)車通行量占全天的39.85%。嚴(yán)仁嫦等[11]對(duì)杭州市細(xì)顆粒物污染來(lái)源解析表明，秋冬季機(jī)動(dòng)車尾氣源在空氣質(zhì)量較好時(shí)對(duì)細(xì)顆粒物的貢獻(xiàn)可占比達(dá)45%，在污染時(shí)段可達(dá)50%以上，機(jī)動(dòng)車尾氣源對(duì)杭州市秋冬季環(huán)境質(zhì)量影響顯著。隨著細(xì)顆粒物污染治理逐步深入，機(jī)動(dòng)車尾氣源在城市大氣環(huán)境中的貢獻(xiàn)逐步凸顯。本文通過(guò)對(duì)鐘樓區(qū)的NO2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)污染物風(fēng)玫瑰圖和站點(diǎn)周邊污染源的分布情況，對(duì)可能存在的污染源進(jìn)行分析，以期為該區(qū)域的NO2污染防治提供技術(shù)支撐和指導(dǎo)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

常州市位于長(zhǎng)三角地區(qū)中部，與上海和南京等距相望。選取江蘇省常州市鐘樓區(qū)國(guó)家環(huán)境空氣評(píng)價(jià)點(diǎn)鐘樓監(jiān)測(cè)站（北緯31.7893°、東經(jīng)119.8916°）作為研究對(duì)象，對(duì)該站點(diǎn)2021年全年逐小時(shí)的NO2、O3、PM2.5和風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。環(huán)境空氣質(zhì)量采用GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 鐘樓區(qū)空氣質(zhì)量特征

2021年，鐘樓區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率為75.8%，同比下降1.9個(gè)百分點(diǎn)，較市區(qū)均值低0.6個(gè)百分點(diǎn)；臭氧為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)共61 d，同比增加11 d；細(xì)顆粒物PM2.5為首要污染物的超標(biāo)天共19 d；同比減少5 d；NO2為首要污染物的超標(biāo)天為5 d、同比增加2 d；較市區(qū)均值多2 d。鐘樓區(qū)NO2年均值為39 μg/m3、同比上升2.6%，較市區(qū)均值偏高2.6%；臭氧日最大8小時(shí)滑動(dòng)平均值第90百分位質(zhì)量深度為181 μg/m3、同比上升7.7%，較市區(qū)均值偏高0.56%。從表1看，臭氧已成為影響鐘樓區(qū)環(huán)境質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，其超標(biāo)天數(shù)占總超標(biāo)天數(shù)的70.9%；從污染物質(zhì)量濃度看，鐘樓區(qū)二氧化氮和臭氧質(zhì)量濃度較市區(qū)均值偏高，臭氧質(zhì)量濃度年均值在常州市五區(qū)一市中位列第二高，污染相對(duì)較突出。

表1 2021年常州市區(qū)和鐘樓區(qū)污染物質(zhì)量濃度及超標(biāo)天分布情況

從臭氧超標(biāo)天數(shù)月變化情況看（圖1），鐘樓區(qū)臭氧污染主要集中在3—10月，其中5、6、8、9月臭氧超標(biāo)天數(shù)較多。NO2作為臭氧的關(guān)鍵前體物，對(duì)臭氧的生消起到重要作用，控制臭氧污染須同步控制氮氧化物。

圖1 2021年鐘樓區(qū)臭氧為首要污染物超標(biāo)天月變化

圖2 給出了鐘樓站點(diǎn)2021年全年逐小時(shí)的NO2和NO的日變化分布，從圖2可見(jiàn)，該站點(diǎn)交通早高峰導(dǎo)致的氮氧化物高質(zhì)量濃度時(shí)段主要集中在6—9時(shí)，NO小時(shí)質(zhì)量濃度可高達(dá)160 μg/m3以上，交通晚高峰時(shí)段在17—20時(shí)，從NO質(zhì)量濃度分布看早高峰時(shí)段機(jī)動(dòng)車尾氣污染較晚高峰時(shí)段更重。

圖2 鐘樓區(qū)NO2和NO質(zhì)量濃度日變化分布

2.2 NO2隨風(fēng)場(chǎng)的變化特征

考慮到晚高峰時(shí)段高質(zhì)量濃度臭氧對(duì)二氧化氮質(zhì)量濃度及分布存在的影響，選取2021年交通早高峰（6—9時(shí)）時(shí)段的二氧化氮小時(shí)質(zhì)量濃度大于40 μg/m3及對(duì)應(yīng)的風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，研究影響鐘樓區(qū)二氧化氮質(zhì)量濃度的潛在區(qū)域。從圖3二氧化氮的風(fēng)玫瑰分布圖看，在小風(fēng)情況下（＜0.5 m/s）鐘樓區(qū)站點(diǎn)的西北偏北（315～345°）和東南偏東方向（90～120°）存在影響站點(diǎn)氮氧化物質(zhì)量濃度的污染源，在1.5～2 m/s風(fēng)速情況下，偏南方向存在可能的氮氧化物污染源對(duì)站點(diǎn)造成影響。

圖3 鐘樓區(qū)NO2風(fēng)玫瑰圖

2.3 NO2潛在污染源分析

水平風(fēng)速在0.5 m/s以內(nèi)時(shí)，大氣擴(kuò)散條件較差，對(duì)站點(diǎn)NO2數(shù)據(jù)影響較大的污染源主要分布在距離站點(diǎn)較近的區(qū)域。鐘樓站點(diǎn)周邊以居民區(qū)為主，沒(méi)有明顯的工業(yè)污染源，站點(diǎn)東面約700 m左右為一條南北向的高架橋快速路，交通早高峰時(shí)該路段較為擁堵，東南偏東風(fēng)為常州市主導(dǎo)風(fēng)向，該路段的擁堵可能是造成NO2風(fēng)玫瑰圖中東南偏東方向上出現(xiàn)高值（＞80 μg/m3）的主要原因。站點(diǎn)西北方向居住人口密集，存在小學(xué)、小商品市場(chǎng)，且周邊物流配送大貨車較多，該方向上的污染源可能導(dǎo)致鐘樓站點(diǎn)NO2質(zhì)量濃度超過(guò)100 μg/m3，因此需要加強(qiáng)該方向上早晚高峰時(shí)段的交通疏導(dǎo)，減緩該區(qū)域機(jī)動(dòng)車尾氣的污染。偏南方向1.5 km范圍內(nèi)存在2所中學(xué)、1所3甲醫(yī)院和1個(gè)汽車客運(yùn)站（圖4），這些區(qū)域人流密集、機(jī)動(dòng)車出行時(shí)段集中，需要關(guān)注該區(qū)域的機(jī)動(dòng)車尾氣污染情況。

圖4 鐘樓站點(diǎn)周邊交通圖

O3和PM2.5對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)和優(yōu)良率的影響較大，受關(guān)注度較高，NO2關(guān)注度相對(duì)較低，但NO2是大氣環(huán)境中形成二次粒子和臭氧的重要前體物，對(duì)PM2.5和臭氧的生成均具有重要貢獻(xiàn)，也是一項(xiàng)需要重點(diǎn)關(guān)注和防治的污染物。臭氧質(zhì)量濃度高值在中低風(fēng)速時(shí)段分布較多，說(shuō)明臭氧受到本地生成影響較大。而在適當(dāng)光化學(xué)條件下，高質(zhì)量濃度NO2易導(dǎo)致本地臭氧大量生成。鐘樓區(qū)工業(yè)污染源較少，周邊的氮氧化物污染源主要來(lái)自于機(jī)動(dòng)車尾氣。隨著新冠肺炎疫情的影響，物流的重要性增加，機(jī)動(dòng)車特別是貨車的貨物轉(zhuǎn)運(yùn)量明顯增加，可能導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車尾氣污染加劇，因此，須繼續(xù)加強(qiáng)站點(diǎn)周邊機(jī)動(dòng)車尾氣等排放管控，以減輕其衍生出來(lái)的顆粒物污染和臭氧污染；同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)VOCs與氮氧化物協(xié)同減排研究。

3 結(jié)論

（1）2021年，鐘樓區(qū)臭氧已成為影響鐘樓區(qū)環(huán)境質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，其超標(biāo)天數(shù)占總超標(biāo)天數(shù)的70.9%；鐘樓區(qū)二氧化氮和臭氧質(zhì)量濃度均高于市區(qū)均值，臭氧質(zhì)量濃度年均值在常州市五區(qū)一市中位列第二高，污染相對(duì)較突出。

（2）在小風(fēng)情況下（＜0.5 m/s）鐘樓區(qū)站點(diǎn)的西北偏北和東南偏東方向存在影響站點(diǎn)氮氧化物質(zhì)量濃度的污染源，在1.5～2 m/s風(fēng)速情況下，偏南方向存在可能的氮氧化物污染源對(duì)站點(diǎn)造成影響。

（3）從潛在的機(jī)動(dòng)車污染源分析看，鐘樓站點(diǎn)東面的龍江路高架橋快速路位于該站點(diǎn)主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向，交通早、晚高峰時(shí)該路段較為擁堵，須針對(duì)性地加強(qiáng)管控。西北方向上的污染源可能導(dǎo)致鐘樓站點(diǎn)NO2質(zhì)量濃度超過(guò)100 μg/m3，須加強(qiáng)該區(qū)域上學(xué)和放學(xué)時(shí)的道路交通疏導(dǎo)，同時(shí)對(duì)該區(qū)域的大貨車進(jìn)行尾氣抽檢和疏導(dǎo)。站點(diǎn)偏南方向的2所中學(xué)、1所醫(yī)院和1個(gè)汽車客運(yùn)站周邊的交通也需加強(qiáng)引導(dǎo)和疏通。