賴承鉞，鄧小蕓，賈濱洋

(1.成都市環(huán)境保護科學研究院，成都 610072；2.成都市機動車排氣污染監(jiān)控中心，成都 610011)

隨著經濟社會的快速發(fā)展，我國大中城市的機動車保有量迅速增加。機動車保有量持續(xù)快速增長帶來的能源消耗、交通擁堵以及空氣污染等問題已受到廣泛關注。從全國范圍看，機動車已成為大氣污染物排放的重要貢獻原之一，從上世紀90年代至本世紀初，其排放量和貢獻率一直攀升；近5年來，在國家持續(xù)且有效的機動車排放控制下，其主要污染物的排放量快速上升的趨勢得到扭轉或緩解，但整體排放量仍處于較高水平[1～5]。特別是在人口密度較高、經濟相對發(fā)達的地區(qū)(京津冀、長三角、珠三角等)機動車的活動水平較高，因此機動車的排放貢獻率也相對較高[6～8]。特別是在城市地區(qū)，機動車排放的污染物易在大氣中累積較高濃度，并且通過大氣化學反應形成PM2.5和臭氧等二次污染，影響城市的空氣質量和公眾的身體健康[1]。

根據交管部門的數據，截至2014年底，成都市機動車的保有量已達到378萬輛，其中私人擁有汽車277.7萬輛，且處于持續(xù)快速增長中。源解析的研究結果表明，機動車排放對成都市大氣中CO的貢獻率高達75%，對VOC、NOX、PM2.5的貢獻率分別為31%、43%和24%，已成為成都市空氣污染的主要來源之一[9～11]。而從管理角度出發(fā)，持續(xù)的排放清單更新也是進一步強化機動車污染治理的重要基礎工作。因此，對成都市機動車的污染狀況開展持續(xù)的研究對于更有效地制定機動車污染的控制措施有較強的指導意義。

對機動車排放的表征和量化是城市機動車污染控制的基礎。由于機動車這類排放源具有流動性較強的特點，因此通常需要借助數學或物理模型，解析各種因素與機動車排放的關系，并進一步定量某個地區(qū)在特定時間段的排放量。根據模型建立的基礎，排放因子模型可分為宏觀排放因子模型、基于工況的排放因子模型、瞬態(tài)(微觀)排放因子模型以及綜合排放因子模型，依據數據庫的完整性以及參數的可獲性，可選擇使用不同的模型建立排放清單。其中，宏觀排放因子模型主要有美國環(huán)境保護署開發(fā)的MOBILE和PART5模型、加州空氣資源局開發(fā)的EMFAC模型和EMISIA公司開發(fā)的COPERT模型等，其排放因子計算主要基于平均速度的統(tǒng)計回歸[1]。由于宏觀排放因子模型所需參數相對較易獲取，且可以對連續(xù)多年的排放清單進行總結和預估，因此在我國國家層面及重點城市的排放因子計算和排放清單的建立方面均有較廣泛的應用[12～25]。此外，通過對比MOBILE模型、COPERT模型以及臺架測試得到的結果，研究者們發(fā)現(xiàn)COPERT模型計算獲得的排放因子更接近中國機動車實際的排放情況，更適合用于中國的機動車排放研究；由于COPERT模型采用的排放標準與目前中國機動車管理體系相似，并且最新的COPERT模型采用了車載排放測試等先進技術手段更新重型車實際道路NOX排放因子等關鍵參數，因此受到了中國研究者的青睞[12,21,26]。

綜上所述，結合成都市現(xiàn)有資料庫以及相關基礎參數獲取的實際情況，本文以2014年作為基準年，采用與目前我國所實施的機動車國家排放標準類似的歐洲機動車排放因子模型COPERT4計算為主的手段，基于成都市的車輛構成特征、燃料特征以及車輛運行的實際參數，分析了成都市機動車尾氣排放因子，并在此基礎上建立了成都市機動車主要污染物CO、VOC、NOX、PM的排放清單。在此基礎上，本文還對成都市機動車的排放特征進行了分析，并對機動車污染的控制提出相關的措施建議。

1 機動車排放清單的計算

1.1 模型簡介

COPERT模型是由歐盟聯(lián)合研究中心(European Commission’s Joint Research Centre)開發(fā)的宏觀排放因子模型，自1989年發(fā)布第一個版本COPERT85以來，經不斷升級至現(xiàn)在的COPERT4版本。此模型基于大量的實測數據建立，包含了多種機動車類型和代表性的機動車技術，可兼容不同國家的排放標準和其它參數，為歐洲國家所廣泛應用[27]。

在排放因子的計算過程中，COPERT 4模型主要考慮了以下幾個過程的排放：熱穩(wěn)定狀態(tài)下的排放(運行排放)、啟動過程的排放(包括冷啟動及預熱階段)、燃油蒸發(fā)排放以及輪胎剎車等的磨損造成的非尾氣管顆粒物排放。

應用COPERT 4模型計算機動車的排放清單，需要的參數包括車隊組成(車輛構成情況)、車輛行駛工況(包括平均行駛速度及平均單次旅程長度)、車輛年均行駛里程、燃料及氣象參數等。各參數的取值決定了最終的排放清單計算結果，因此，基于調查和資料收集的本地化參數確定是研究的關鍵。

1.2 本地化參數調查統(tǒng)計

1.2.1 車輛構成情況

本文根據交管部門的數據，統(tǒng)計了截至2014年底成都市不同車型、不同排放標準的機動車保有量，與COPERT 4模型進行匹配和歸類后，將成都市機動車分為了小型客車、大型客車、公交車、輕型貨車、重型貨車以及摩托車六類，并對車輛類型構成以及燃油類型進行了分析，不同排放標準的機動車保有量情況如表1所示，分析結果如圖1所示。數據表明，成都市機動車以小型客車為主，其保有量占成都市機動車總量的3/4，其次是摩托車，保有量占成都市機動車總量的1/6，其它類型的機動車保有量較低；以燃料類型劃分，成都市的機動車主要為汽油車，其保有量占據了機動車總量的96.67%，柴油車和其它類型燃料的機動車(如燃氣車、電動車等，主要在公共交通領域使用)保有量較小。此外，在大氣污染防治計劃的積極推進下，2014年全市高排放的“黃標車”(即不能滿足國I標準的汽油車和不能滿足國Ⅲ標準的柴油車)保有量為7.1萬輛，占機動車保有量的1.9%。

表1 截至2014年底成都市機動車保有量統(tǒng)計Tab.1 Total number of motor vehicles in Chengdu by the end of 2014 (輛)

圖1 2014年成都市不同車型及不同燃料類型機動車保有量Fig.1 Amount of motor vehicles for different vehicle types and different fuel types in Chengdu,2014

1.2.2 車輛行駛工況

機動車行駛狀況根據2014年各季度《中國主要城市交通分析報告》結合相關研究中平均車速的取值綜合確定。在本文中設置成都市機動車單次出行平均時長為31min，平均旅行長度13.6 km，車輛在城市道路上的平均行駛速度29 km/h(受資料來源的限制，本文中不同類型的車輛其單次出行的平均時長和平均旅行長度取相同值)。車輛在非城市道路和高速公路上的平均行駛速度分別為45 km/h和80 km/h。

1.2.3 車輛年均行駛里程

各類車輛的年均行駛里程通過從成都市機動車排氣污染監(jiān)管信息系統(tǒng)中抽取一定數量的樣本車輛統(tǒng)計(每種車型的樣本量均為200輛)，結合《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術指南(試行)》中給出的參考值綜合而得。各類車輛年均行駛里程詳細統(tǒng)計如表2所示。

表2 成都市機動車的年平均行駛里程統(tǒng)計Tab.2 Annual average mileage for different vehicle types in Chengdu (km/a)

1.2.4 燃油及氣象數據

成都市2014年各月的平均最高、最低溫度以及平均相對濕度根據統(tǒng)計年鑒氣象局資料確定。此外，由于成都市已分別于2014年1月和2014年10月起全面供應符合國Ⅳ標準的汽、柴油，因此結合實際情況，在本研究中確定汽油按國Ⅳ標準輸入，柴油按國Ⅲ標準輸入。

1.3 排放因子計算

本文利用將前述所收集的基礎數據輸入到COPERT模型的方法，按下式對每個車型中不同子類車型、不同排放標準的排放因子進行歸一化處理[19]：

式中，Efj為第j種車型的綜合排放因子(g·km-1·veh-1)；Efijk為第j種車型中排放標準為k的子車型i的排放因子(g·km-1·veh-1)；Pijk為第j種車型中排放標準為k的子車型i的保有量；n為子車型數目；m為排放標準數目。

計算結果表明，對于不同排放類型的車輛，隨著排放標準的提高，較高排放標準車輛的主要污染物排放因子較較低排放標準車輛有明顯降低。經過歸一化處理后，得到成都市機動車的綜合排放因子如表3所示。從表3中的結果可以看出，汽油車(小型客車、輕型貨車、摩托車)的CO和VOC排放因子較高，柴油車(大型客車、重型貨車)的NOX和PM排放因子較高。

具體而言，成都市機動車的排放因子有以下主要特點：

(1)成都市小型客車的排放因子不高，主要是由于國IV以上汽車保有量較大(占到了小型載客汽車總量的35%左右)、且這一級別的車排放因子較低(僅為0.174 g·km-1·veh-1)的緣故。與《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術指南(試行)》的結果相比，VOC的排放因子相對較低，可能是COPERT模型在蒸發(fā)的設定上與《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術指南(試行)》測試數據存在一定的差異；

(2)成都市的公交車VOC的排放因子相對較高，而PM的排放量相對較低，這與成都市的公交車基本上都以天然氣為燃料這一事實相符。

表3 成都市機動車的綜合排放因子Tab.3 Integrated emission factors of motor vehicles in Chengdu (g·km-1·veh-1)

1.4 排放總量統(tǒng)計

利用模型計算得到的各類機動車的排放因子，結合不同排放標準各車型的保有量，利用下式計算了成都市2014年主要機動車污染物的排放清單：

EQjn=Pj×Mj×Efjn×10-6

式中，EQjn表示第j種車型的n污染物年排放總量，單位t；EQn表示n污染物的年排放總量，單位t；Pj為第j種車型的保有量；Mj為第j種車型的年均行駛里程，單位km；Efjn為第j種車型n污染物的排放因子。

根據上式計算得到的成都市2014年機動車各類污染物的排放總量如表4所示。結果表明，2014年成都市機動車污染物CO、NOX、VOC和PM的排放總量分別為18.01萬t、6.65萬t、3.16萬t和0.13萬t。

通過與之前利用IVE模型計算得到的2008年成都市機動車各種污染物的排放總量相比[11]，CO有較大程度的降低，VOC和PM有一定程度的減少，NOX則有較大程度的升高。這可能主要與近年來成都市機動車構成的改變有較大關系(排放標準更高的輕型汽油車比重增加)，此外，不同模型之間的計算誤差也是數據之間的差異的重要原因。由于之前的模型對重型車NOX有顯著地低估，而COPERT4模型采用了新的車載排放測試數據，將這一數據更真實地反映了出來。這個數據比較接近實際情況，與指南的結果也更為接近。

表4 2014年成都市機動車污染物的排放清單Tab.4 Emission inventory for different type of vehicles in Chengdu,2014 (t/a)

2 機動車排放特征分析

2.1 不同車型的排放特征分析

本文首先按照不同的車輛類別統(tǒng)計了2014年成都市機動車主要污染物的排放分擔率，結果如圖2所示。

圖2 按車型統(tǒng)計的成都市機動車主要污染物排放分擔率Fig.2 Motor vehicle emission distributions of different vehicle types in Chengdu

數據表明，小型客車和摩托車是污染物CO、VOC的主要排放來源，兩者對CO的排污貢獻率分別為54.61%和25.97%，對VOC的排污貢獻率分別為43.79%和37.00%。保有量巨大是小型客車成為CO和VOC主要貢獻車型的重要原因，而摩托車單車的高VOC排放因子也導致其對VOC排放貢獻突出。

NOX的主要貢獻車型是重型貨車，排污貢獻率為57.96%，其次是載客量較大的公交車和大型客車，二者的排污貢獻率相加達到了25.38%。雖然這幾類車型的保有量不大，但由于它們的年均行駛里程較高且單車NOX排放因子較大，因此對NOX的貢獻率遠高于其他車型。此外，由于PM主要來源于柴油機運行過程中不完全燃燒形成的顆粒物，因此以柴油為主要燃料的重型貨車成為PM的主要貢獻車型，排污貢獻率為68.25%。從排放因子的角度看，以柴油為燃料的大型客車PM單車排放量也較高，但由于成都市的公交車已全部采用天然氣燃料，因此以柴油為燃料的大型客車保有量較小，對PM的排放總量貢獻相對較低。

2.2 不同燃料類型機動車的排放特征分析

成都市機動車燃料類型主要包括汽油、柴油和天然氣。根據圖1所示，這3種燃料類型車型保有量比例分別為95.9%、3.0%和1.1%。其中小型客車和摩托車以汽油為主要燃料，重型貨車和大型客車以柴油為主要燃料，天然氣燃料主要應用于出租車和公交車。

圖3 按燃料類型統(tǒng)計的成都市機動車主要污染物排放分擔率Fig.3 Motor vehicle emission distributions of different fuel types in Chengdu

不同污染物的排放情況與燃料類別關系密切。如圖3所示，汽油車對CO和VOC的貢獻最大，該車型對CO和VOC的排污貢獻率分別達到了91.48%和82.67%。保有量巨大依然是其成為CO和VOC主要貢獻率車型的主要原因。其它燃料(以CNG為主)機動車雖然保有量較低，但由于CNG的主要成分是甲烷，因此這類車在燃料燃燒過程中伴生的二碳或三碳的烴類化合物對VOC的貢獻較大，貢獻率達到了9.03%，是該車型占機動車總量比例的8.2倍。NOX和PM的主要貢獻車型是柴油車，該車型對NOX和PM的排污貢獻率分別達到了66.60%和78.05%，分別為該車型占機動車總量比例的22.2倍和26倍。柴油發(fā)動機燃燒特性以及先進后處理裝置尚未大規(guī)模普及的現(xiàn)實是柴油車NOX和PM高排放量的重要原因[19]。

2.3 不同排放標準機動車的排放特征分析

按不同排放標準車型統(tǒng)計污染物的排放比例結果如圖4所示。數據表明，不同排放標準機動車的污染物排放總量比例與保有量比例的比值隨著排放標準的提高呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。僅占總量4.63%的國 I 前標準機動車排放的污染物占污染物總量的24.35%，是成都市機動車污染物的重要排放源；國Ⅱ、國Ⅲ標準的機動車污染物排放總量比例與保有量比例基本相當；占總量25.89%的國IV標準機動車排放的污染物僅占污染物總量的4.60%。

低排放標準的汽車(“黃標車”)污染治理是我國機動車污染防治的重點[28]。從本文結果看，這類機動車的保有量僅占機動車保有量的1.9%，但其污染物排放所占比例達到了污染物總量的18.30%，因此在成都市機動車的污染防控中也需對這一類機動車進行重點監(jiān)管，并加快更高排放標準車輛的推行。

圖4 成都市機動車不同排放標準車型保有量及污染物排放總量比例Fig.4 Motor vehicle emission distributions for vehicles under different emission standards in Chengdu

2.4 行駛速度(道路擁堵程度)對機動車排放的影響分析

機動車的平均行駛速度是機動車穩(wěn)定行駛工況尾氣排放的重要影響因素。在其它條件一定的情況下，本文模擬計算了不同行駛速度機動車的污染物排放總量，分別將道路暢通的機動車平均時速設定為40 km/h，將擁堵加劇情況下的機動車平均時速設定為20 km/h，并與現(xiàn)階段路況下的機動車平均時速29 km/h進行比較。模擬計算的結果如圖5所示，機動車在擁堵加劇的情況下污染物排放總量為3.24×105t，比現(xiàn)階段的污染物總量2.80×105t增加了15.88%；在道路暢通的情況下，污染物排放總量為2.60×105t，比現(xiàn)階段的污染物總量減少了6.85%。結果表明，機動車的平均行駛速度對排放因子和總量有較大影響，通過合理的交通規(guī)劃與疏導，進一步緩解道路交通擁堵，將有助于減少主要污染物的排放。

圖5 不同道路狀況下機動車的污染物排放總量Fig.5 Motor vehicle emissions under different traffic situations

3 結 論

本文通過對成都市機動車保有量及相關運行資料的收集，輸入到COPERT 4模型中計算了成都市機動車的主要污染物排放因子和2014年的排放總量，并從車型、燃料類型、排放標準及行駛速度等幾個方面對成都市機動車的污染特征進行了分析。得出以下主要結論：

3.1 成都市2014年機動車主要污染物CO、NOX、VOC和PM的排放總量分別為18.01萬t、6.65萬t、3.16萬t和0.13萬t。

3.2 不同車型及燃油類型的機動車對污染物的貢獻狀況有所區(qū)別。以汽油為燃料的小型客車和摩托車由于保有量較大，是污染物CO、VOC的主要排放來源；NOX和PM的主要貢獻車型是以柴油為燃料的重型貨車，其排放貢獻率超過了50%。

3.3 舊排放標準的機動車排放水平較高，污染物的排放貢獻率遠高于其保有量比例，因此在污染防控中需對這一類機動車進行重點監(jiān)管，并加快更高排放標準車輛的推行。

3.4 摩托車的VOC排放因子較高，排放總量巨大，是今后成都市機動車管控的一個重要方面。

3.5 行駛速度(道路擁堵程度)對機動車排放因子有重要影響。機動車在擁堵加劇的情況下污染物排放總量明顯增加，緩解道路交通擁堵將有助于減少主要污染物的排放。

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