廣州市夏季典型路邊交通環境空氣污染特征與來源分析

蔡云梅 ,蔡日東 ,梁永健 ,房鑫坤 ,趙金平 ,陳多宏

（1.廣東環境保護工程職業學院，廣東 佛山 510655；2.廣東省生態環境監測中心，國家環境保護區域空氣質量監測重點實驗室，廣東 廣州 510308；3.廣州市環境監測中心站，廣東 廣州 510006）

研究顯示，我國城市空氣污染正由“煤煙型”向“煤煙-機動車”復合型轉化[1]。隨著經濟發展和城市擴張，城市機動車保有量逐年增長。數據顯示，我國汽油年總產量的80%、柴油年總產量的20%被汽車消耗掉[2]。未來我國機動車仍將繼續增長，新增車用汽柴油將消耗1 億至1.5 億噸[3]。機動車尾氣排放對上海中心地區大氣污染物中一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物的分擔率分別達到86%、57%、95%[3]；機動車尾氣排放對北京大氣污染物中的一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物的分擔率分別為64%、47%、74%[4]。PM2.5源解析顯示，28 個城市交通源平均貢獻率達21.8%[5]，北京機動車排放對大氣PM2.5的貢獻率高達45%[6]，深圳移動源排放占細顆粒物（PM2.5）的貢獻率為52.1%[7]。2011 至2015連續5 年，全國機動車污染防治年報統計數據顯示，汽車是機動車污染物排放總量的主要貢獻者，其排放的氮氧化物(NOx) 和顆粒物(PM) 超過90%[8]。根據生態環境部發布的《中國機動車環境管理年報》公布的數據顯示：2017 年全國機動車一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物、顆粒物等污染物排放總量為4359.7 萬噸[4]。其中，一氧化碳和碳氫化合物排放總量超過80%，氮氧化物和顆粒物超過90%為汽車尾氣排放[4]。

城市交通環境中空氣污染造成的健康危害突出。機動車近地面排放，街道峽谷的地形條件以及微氣候特征均會影響污染物的傳輸擴散，在道路邊和城區車流密集的交通環境中累積形成高濃度熱點區域[9]。機動車排放的低空特征，接近于人體呼吸帶，導致其易對人體呼吸道產生直接刺激，尾氣中的有害物質CO，NOx 和PM 等可進入肺部深處[1]。大量醫學研究表明，長期暴露在機動車尾氣下，會對人的呼吸、免疫系統、心腦血管、生殖系統造成嚴重傷害并具有誘變和致癌效應[3]。交通警察、公交司機和售票員等長期暴露于汽車尾氣中的職業人群健康調查顯示，這些職業人群呼吸系統、免疫系統及心血管系統等均受到了不同程度的影響，發病率較普通人群高[10]。2012 年～2013 年，國際癌癥研究機構IARC 先后將柴油車排放、顆粒物列為 I 類（致癌性證據充分的）致癌物[1]。

機動車污染影響空氣質量的問題引起越來越多的關注。交通相關空氣污染物種類繁多，主要包括顆粒物(PM)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)、碳氫化合物(HC)、臭氧(O3)等[10]。目前，國內交通相關空氣污染的研究主要集中于交通環境顆粒物污染特征研究，而對于城市區域交通環境空氣污染物的污染特征研究還較少。廣州是珠江三角洲城市圈代表性中心城市，交通路網發達，截至2019 年廣州市民用汽車保有量2882296 輛，私人汽車擁有量2234790 輛，其交通污染不容忽視[11]。

綜上所述，為了解廣州市交通排放所帶來的路邊空氣污染狀況，本研究以廣州市路邊站的在線監測數據為基礎，分析氣態污染物和顆粒物的變化特征，探索交通活動與空氣污染之間的關系，旨在為交通排放污染防治提供技術支撐。

一、研究區域與方法

（一）研究區域

本研究所涉及的路邊環境空氣監測站包括黃沙路邊站、楊箕路邊站，為了進行對比性分析，選取吉祥路城市點位和帽峰山森林公園點位分別作為城市環境空氣對照點和背景點，具體信息見表1 及圖1。研究時間段為2020 年8 月1 日～31 日。

表1 監測站點及檢測指標一覽表

圖1 監測站點空間分布圖

（二）監測儀器及方法

本研究涉及在線監測污染物包括NO、NO2、NOX、SO2、CO、O3、PM2.5、PM10，數據統計使用各污染物在線監測濃度小時均值，利用SPSS 20.0 進行Pearson 相關性分析和獨立樣本t 檢驗差異性分析。

（三）質量保證和控制

為了保證監測數據的有效性，各在線監測儀器均按照國家相關規范要求進行質量保證（QA）和質量控制（QC）。

二、結果與分析

（一）路邊環境空氣污染濃度

各點位污染物濃度（O3除外）：路邊站>城市點位>背景點位，見表2 所示。相關性分析顯示，路邊站NOX、NO2、NO、PM2.5、PM10、O3、CO 濃度，與吉祥路城市對照點位、帽峰山城市背景點位分別各自存在顯著的相關性（P=0.01）。SO2濃度，黃沙與吉祥路城市對照點位存在顯著相關性（P=0.05），與帽峰山城市背景點位無顯著相關性；楊箕與吉祥路城市對照點位無顯著相關性，與帽峰山城市背景點位存在顯著相關性（P=0.01）。差異性分析顯示，路邊站NOX、NO2、NO 濃度均顯著高于吉祥路（城市點位）大；有研究表明機動車尾氣排放顆粒物的峰值粒徑在100nm 以下[11]，這可能是PM10存在顯著差異，而PM2.5無顯著性差異的原因。另外，黃沙路邊站PM10濃度顯著低于楊箕路邊站，可能是因為楊箕路邊站在水平和垂直空間上都更接近于機動車源。路邊站SO2濃度顯著高于吉祥路（城市點位）和帽峰山（背景點位），反映了機動車尾氣對路邊環境空氣的影響，黃沙路邊站SO2濃度低于楊箕路邊站，可能是因為楊箕路邊站在水平和垂直空間上都更接近于機動車源。路邊環境空氣中CO 濃度顯著高于吉祥路（城市點位）和帽峰山（背景點位），反映了機動車尾氣對路邊環境空氣的影響。路邊環境空氣中各污染物濃度與城市對照點位、背景點位差異性和相關性分析，反映了交通微環境空氣污染物濃度除了受背景區域性影響外，主要受局域性污染源影響。廣州黃沙和和帽峰山（背景點位），其中黃沙NOX、NO2、NO 濃度顯著高于楊箕，主要是因為黃沙路邊站靠近黃沙水產市場，相對較多的卡貨車活動排放對氮氧化物貢獻較大。路邊站O3濃度顯著低于城市點位吉祥路，黃沙路邊站、楊箕路邊站O3濃度與城市背景點位帽峰山無顯著性差異，這與交通環境中機動車排放大量NO 被O3等氧化性氣體氧化為NO2有關[11]。環境空氣中PM10濃度，黃沙路邊站和楊箕路邊站顯著高于吉祥路城市點位（P=0.000<0.001）和帽峰山背景點位（P=0.000<0.001）。PM2.5濃度，黃沙路邊站、楊箕路邊站顯著高于帽峰山城市背景點，但與吉祥路城市點位之間無顯著性差異。交通源對城市大氣顆粒物的影響主要是機動車尾氣排放和交通揚塵[12-13]。路邊站環境空氣中PM10可能受交通揚塵影響較大，而PM2.5受機動車尾氣排放活動影響較楊箕路邊站環境空氣中NOX、NO2、NO、PM2.5、PM10濃度低于上海路邊站環境空氣中相應濃度，SO2、CO濃度相近，但廣州路邊站環境空氣中O3濃度高于上海路邊站[11]。

表2 廣州市路邊站各污染物小時平均濃度(μg/m3)

（二）路邊環境空氣晝夜濃度變化特征

在路邊站環境空氣中，各污染物24h 濃度變化情況見圖2，其中NOX、NO2、NO、PM10、PM2.5總體呈雙峰特征，O3呈單峰特征，CO、SO2變化不明顯。NOX濃度峰值，黃沙路邊站分別為75μg/m3（6:00）、93μg/m3（22:00），楊箕路邊站分別為97μg/m3（7:00）、60μg/m3（22:00）。PM10峰值濃度，黃沙路邊站分別為46μg/m3（15:00）、56μg/m3（20:00），楊箕路邊站分別 為54μg/m3（13:00）、57μg/m3（19:00）。PM2.5峰值濃度，黃沙路邊站分別為20μg/m3（15:00）、23μg/m3（21:00），楊箕路邊站分別為 22μg/m3（13:00）、24μg/m3（19:00）。CO濃度晝夜變化范圍較小，黃沙路邊站濃度范圍為0.80～0.96μg/m3，楊箕路邊站濃度范圍為0.59～0.82μg/m3。O3濃度晝夜變化，路邊站與城市對照點吉祥路、城市背景點帽峰山一致，均呈現單峰型分布，黃沙、楊箕、吉祥路和帽峰山O3濃度峰值分別是1282μg/m3（13:00）、119μg/m3（14:00）、160μg/m3（15:00）、131μg/m3（15:00）。SO2濃度晝夜變化范圍較小，黃沙、楊箕、吉祥路和帽峰山SO2濃度范圍分別為7～9μg/m3、10～11μg/m3、5～8μg/m3、4～5μg/m3，日間濃度略高于夜間，變化特征不明顯。路邊站黃沙和楊箕的晝夜變化規律存在一定的差異性，楊箕晝夜變化主要受出行高峰期影響，黃沙除了受出行交通影響外，還受附近黃沙水產市場卡貨車排放活動影響。

圖2 路邊交通環境空氣中各污染物晝夜變化

（三）路邊環境空氣周濃度變化特征

如圖3所示，黃沙和楊箕路邊站環境空氣中各污染物周濃度變化情況不完全一致。PM10、PM2.5、O3一周內濃度變化較相似，呈“凹”型，最低濃度在周三，其濃度范圍黃沙站分別是20.67～60.26μg/m3、8.99～22.65μg/m3、31.31～64.61μg/m3，楊箕站分別是24.35～57.22μg/m3、10.41～24.61μg/m3、39.81～72.17μg/m3。NOX、NO2、NO周濃度變化情況類似，呈單峰型，最高濃度在周五，其濃度范圍黃沙站分別是53.31～82.91μg/m3、33.54～46.23μg/m3、10.48～23.59μg/m3，楊箕站分別是44.09～61.07μg/m3、31.45～40.49μg/m3、7.11～13.75μg/m3。SO2、CO周濃度變化較小，黃沙站濃度范圍分別是6.19～9.35μg/m3、0.80～0.90μg/m3，楊箕站分別是10.35～10.88μg/m3、0.66～0.75μg/m3。NOX、NO2、NO、O3、PM10、PM2.5、SO2、CO濃度，經獨立樣本t檢驗，周一至周五工作日各污染物的濃度與周六日各污染物的濃度均無顯著性差異（P>0.05）。

圖3 路邊交通環境空氣中各污染物晝夜變化

三、結論

路邊站黃沙、楊箕交通微環境空氣中NOX、NO2、NO、PM10、CO、SO2濃度均顯著高于城市點吉祥路、背景點帽峰山，PM2.5濃度顯著高于背景點帽峰山，但與城市點吉祥路之間無顯著性差異。交通環境中O3濃度較低，顯著低于城市點，與背景點無顯著性差異。NOX、NO2、NO、CO 濃度黃沙顯著高于楊箕，PM10、SO2黃沙顯著低于楊箕，PM2.5濃度黃沙與楊箕無顯著性差異。路邊環境空氣中各污染物濃度與城市對照點、背景點污染物濃度多存在顯著相關性。交通微環境空氣中污染物濃度，除了受區域性背景影響外，主要受局域性污染源排放活動影響。

路邊站黃沙、楊箕交通微環境空氣中NOX、NO2、NO、PM10、PM2.5濃度晝夜變化總體呈雙峰特征，峰值時間分別在早上7:00 左右和夜間21:00 左右。O3濃度晝夜變化呈單峰特征，峰值多在14:00 左右。CO、SO2濃度晝夜變化不明顯。黃沙、楊箕2 個路邊站各監測污染物濃度晝夜變化規律存在一定差異性，主要受局域性污染源排放差異影響，其中黃沙除了受出行車輛影響外，還受附近水產市場相對較多的卡貨車排放活動影響。

工作日（周一～周五）與休息日（周六、日）NOX、NO2、NO、O3、PM10、PM2.5、SO2、CO 濃度均無顯著性差異。