2006—2015年厦门港船舶大气污染物排放清单的初步估算

刘启明，方梦圆，曹湘怡，胡欣，苏岩洁，黄云凤,，黄宁

1. 集美大学环境工程系，福建 厦门 361021；2. 中国科学院城市环境研究所，福建 厦门 361021

2006—2015年厦门港船舶大气污染物排放清单的初步估算

刘启明1，方梦圆1，曹湘怡1，胡欣1，苏岩洁1，黄云凤1,2，黄宁1

1. 集美大学环境工程系，福建 厦门 361021；2. 中国科学院城市环境研究所，福建 厦门 361021

船舶尾气化学组成包括CO2、CO、NOx、SO2、VOCs和颗粒物等，这些污染物的排放显著影响了沿海港口城市的空气环境质量。准确评估船舶大气污染物对空气质量的影响需要掌握详细的船舶大气污染物排放清单。在对2006—2015年厦门空气环境质量和航运数据分析的基础上，列出了厦门港船舶大气污染物排放清单数据，其中 NOx排放量所占比例最大（＞70%），其次为SO2、CO和PM10，VOCs排放量最小（＜1%）；通过分析船舶大气污染物在城市大气污染物总排放量中的占比发现，NOx、SO2所占比例在2007年和2009年分别达到6.95%、5.15%和14.19%、9.96%，表明厦门港船舶大气污染物的排放对区域空气环境质量已有显著的影响；进一步对比同期厦门市空气环境质量与船舶大气污染物排放量的变化趋势，结果表明船舶大气污染物对城市大气污染物的贡献率越来越大。重视并强化对船舶大气污染物排放的监管，将是未来持续改善厦门市空气环境质量的关键。

厦门；船舶；大气污染；排放清单

船舶一般以柴油和重油为主要燃料，具有耗油量高、污染物单机排放量大等特点，其尾气化学组成中，包括气态的 CO2、CO、NOx、SO2、VOCs和固态的颗粒物等。在沿海港口，船舶排放的污染物改变了大气的化学组成，影响其所在区域的空气环境质量（Corbett et al.，1997）。

大气污染物排放清单是指某区域一定时间内各类污染物的排放量及其时空分布。排放清单是研究大气污染特征、机制和成因，开展环境空气质量数值模拟和预报预警的重要数据基础，也是制定城市及区域大气污染控制措施、开展污染防治工作的重要依据。船舶大气污染物排放清单特指船舶燃油产生的各类大气污染物的统计量，在近海港口和内陆河流航道城市船舶大气污染物是影响区域大气环境质量的重要因素之一。

2015年厦门港货物吞吐量完成2.1×108t，增长2.53%；集装箱吞吐量完成 914万标箱，列全球第十六位，增长7.1%，增幅居全国沿海八大干线港口第一名（交通部，2016）。厦门港是一个复式港湾，海域封闭，群山环绕，大气交换能力较弱。因此，在厦门港航运业飞速发展的同时，如何协调船舶污染物排放与空气环境质量的矛盾是目前亟待解决的问题。

本文在对近10年（2006—2015年）厦门空气环境质量和航运数据分析的基础上，列出了近 10年厦门港船舶大气污染物排放清单，并进一步分析了船舶大气污染物在城市大气污染物总排放量中的占比，并将其与同期厦门市空气环境质量变化趋势进行对比分析，以期为区域环境规划管理及进一步的船舶大气污染控制提供参考依据。

1 研究方法

1.1 方法对比

大气污染物排放清单是基于一定空间范围和时间尺度对影响空气质量的污染物排放量的估算。船舶大气污染物排放清单的编制是科学、有效开展船舶污染防治工作的基础和前提。

国外近十几年来对船舶大气污染物排放清单的研究相对较为系统，在欧美主要沿海地区，甚至内陆港口都有工作开展（Corbett et al.，2003；Etring et al.，2005；Paxian et al.，2010；Cappa et al.，2014；Aliabadi et al.，2015；Brandi et al.，2016；Jalkanen et al.，2016）。我国船舶大气污染防治工作尚处于起步阶段，根据《中华人民共和国海洋环境保护法》规定，环保、海洋、海事、渔业、军队等部门对海洋环境都具有相关职责。由于多部门监管交叉使得我国目前仍未建立国家级船舶港口排放清单，只在天津（金陶胜等，2009）、青岛（刘静等，2011）、上海（伏晴艳等，2012）、深圳（梁永贤等，2016）等各地方港口零星开展了船舶大气污染物排放清单的研究。

船舶大气污染物所列主要排放清单一般包括CO、NOx、SO2、VOCs以及颗粒物等。对于排放清单的具体计算，有基于功率或燃油消耗的计算模式（Corbett et al.，2003）。这类方法都建立在详细调查统计船舶数量、类型、活动水平、技术状况等基础上，才能进一步汇总并估算出各污染物排放量。清单计算的准确性必须要有足够的港口航运、船舶发动机、燃油油品等基础统计数据的支撑。我国在这方面的统计工作一直比较滞后，因此，基于功率或燃油消耗的计算模式列出可靠的船舶大气污染物排放清单是有一定难度的。

1.2 方法构建

由于缺乏厦门港船舶类型、运行工况等详细的统计数据，本研究参考李智恒等（2011）以香港船运资料和大气污染物数据库为基础所建立的港口船舶大气污染物排放清单的估算方法，该方法估算结果与香港同期实际统计量的相对偏差小于2.5%，方法简便准确，并已有实际的研究应用（鲁斯唯等，2014）。

具体计算方法是先将船运分为客运和货运，客运用旅客吞吐量表示，货运用集装箱吞吐量和货物吞吐量表示。港口船舶产生的某类大气污染物排放量用如下二元一次线性方程表示：

式中，Qi为船舶产生的第 i种空气污染物的排放量；X为旅客吞吐量；Y为货物吞吐量；Z为集装箱吞吐量；A、B分别表示旅客吞吐量、货物吞吐量对污染物排放量产生作用的参数；C、D分别表示旅客吞吐量、集装箱吞吐量对污染物排放量产生作用的参数。各主要污染物类型的计算参数见表1。

表1 船舶大气污染物排放量计算参数Table 1 Calculating parameters for air pollutant emissions of vessels

2 结果与讨论

2.1 船舶大气污染物排放量计算

统计厦门港2006—2015年期间的旅客吞吐量、货物吞吐量和国际标准集装箱（TEU，twenty-foot equivalent unit）吞吐量数据，利用式（1）、（2）计算得到厦门港船舶大气污染物排放清单。由于早期无PM2.5监测数据，本研究颗粒物数据统一采用PM10数据。

计算结果如表2所示，近10年（2006—2015年）厦门港船舶大气污染物排放量与港口吞吐量同步持续增加，其中NOx排放量所占比例最大（占总排放量的70%左右），其次为SO2、CO和PM10，VOCs排放量最小。

2.2 船舶大气污染物排放对城市大气污染物总排放的贡献

在沿海港口区域，船舶航运业排放的大气污染物所占比例举足轻重。南加州盆地 21世纪初的监测数据表明，在沿海港口近岸区域，船舶排放的PM2.5占比已经达到PM2.5总量的8.8%（Agrawal et al.，2009），如不进一步对船舶废气加以控制，预测 2020年船舶废气排放将成为该地区最大的空气污染源（Dabdud et al.，2008）。基于2004年度环境监测数据计算，青岛港船舶污染物排放对市区环境空气中的SO2与NOx年平均浓度贡献分别占8.0%与12.9%（刘静等，2011）。上海市2010年统计船舶污染物排放对上海市各类大气污染物总量的贡献主要集中在SO2和NOx，分别为12.0%和9.0%；PM2.5的直接排放分担率为5.3%（伏晴艳等，2012）。而深圳市2013年度船舶排放的细颗粒物、NOx、SO2占深圳市排放的比例分别为5.2%、16.4%和58.9%（梁永贤等，2016）。

表2 2006—2015年厦门港吞吐量与船舶大气污染物排放清单Table 2 Xiamen port capacity and vessels air pollutant emission inventory during 2006—2015

本研究选择已有厦门城市大气污染物排放总量数据的2007年（黄成，2012）和2009年（鲁斯唯等，2014）作为案例年份，各年份城市大气污染物排放总量数据如表3所示。

表3 厦门城市大气污染物排放总量Table 3 Total emissions of air pollutants in Xiamen t

根据表2和表3数据计算出厦门港船舶大气污染物排放量在城市大气污染物排放总量中的占比。结果表明，NOx与SO2所占比较大，2007年和2009年分别达到 6.95%、5.15%和 14.19%、9.96%，而CO、PM10和VOCs所占比例较小（＜1%）。由此说明，厦门港船舶大气污染物的排放对区域空气环境中的NOx、SO2等指标已有显著的影响。

2.3 城市污染物浓度变化与船舶排放量的关系

目前，国内外各城市大气环境问题基本属于复合型大气污染，是工业、交通、商业、民用等多种污染源的叠加汇总，各种污染源的消长决定了区域空气环境质量的变化趋势（臧星华等，2015）。

近 10年来，厦门市通过加快转变经济发展方式，严格落实对工业、道路交通、能源等行业的大气污染减排治理措施，在大气污染控制方面取得明显成效。厦门市的空气SO2、NO2、PM10年平均质量浓度（mgm-3）总体呈持续下降趋势（表4），这与同期船舶大气污染物排放量的持续增加（表1）形成明显反差。

对比说明，按目前的发展趋势，从排放分担率看，厦门市船舶大气污染物对城市大气污染物的贡献将越来越大。在继续控制工业、道路交通、商业、民用等大气污染物排放的同时，进一步重视并强化对船舶大气污染物排放的监管，将是未来持续改善厦门市空气环境质量的关键。

表4 2006—2015年厦门市大气主要污染物年平均浓度Table 4 Annual average concentrations of air pollutants in Xiamen during 2006—2015 mgm-3

3 结论

近10年来（2006—2015年），厦门港船舶大气污染物排放量与港口吞吐量呈同步持续增加趋势，其中NOx排放量所占比例最大（占总排放量的70%左右），其次为SO2、CO和PM10，VOCs排放量最小。厦门港船舶大气污染物的排放，对区域空气环境质量中的NOx、SO2等指标已有显著的影响。其中，NOx、SO2对城市大气污染物总量的贡献较大，2007年和 2009年分别达到6.95%、5.15%和14.19%、9.96%，而CO、PM10和VOCs所占比例较小。近 10年来，在厦门市空气环境质量持续改善的同时，船舶大气污染物对城市大气污染物的贡献率越来越大。因此，进一步重视并强化对船舶大气污染物排放的监管，将是未来持续改善厦门市空气环境质量的关键。

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Establishment of Vessels Air Pollutant Emission Inventory in Xiamen Port during 2006—2015

LIU Qiming1, FANG Mengyuan1, CAO Xiangyi1, HU Xin1, SU Yanjie1, HUANG Yunfeng1,2, HUANG Ning1

1. Department of Environmental Engineering, Jimei University, Xiamen 361021, China; 2. Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China

The principal exhaust gas emissions from ships include CO2, CO, NOx, SO2, VOCs, and particulate matter. Seagoing ships emit exhaust gases and particles into the port, which significantly contributes to the total emission of anthropogenic air pollutants. An accurate assessment of the impact of the shipping emissions on the air quality requires detailed knowledge of the vessels air pollutant emission inventories. We present an air pollutant emission inventory of vessels in Xiamen port during 2006—2015 based on the data analysis from environmental air quality and shipping. The results show that the proportions of vessel air pollutant ranged from high to low in the order of NOx(＞70%), SO2, CO, PM10and VOCs (＜1%). The percentage (%) of NOx, SO2emissions of vessels to total city air pollutant emissions in Xiamen were 6.95%, 5.15% and 14.19%, 9.96% in 2007 and 2009, respectively. By further analyzing the change trends of annual average mass concentration (mgm-3) of air pollutant and environmental air quality in Xiamen during 2006—2015, the results further showed that the influence of vessel air pollutants to environmental air quality is getting more serious. Whether can we pay more attention to vessels air pollutants management, were be the key to improve the air quality of Xiamen City in the future.

Xiamen; vessels; air pollutants; emission inventory

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.09.009

X171

A

1674-5906（2016）09-1483-04

刘启明, 方梦圆, 曹湘怡, 胡欣, 苏岩洁, 黄云凤, 黄宁. 2016. 2006—2015年厦门港船舶大气污染物排放清单的初步估算[J]. 生态环境学报, 25(9): 1483-1486.

LIU Qiming, FANG Mengyuan, CAO Xiangyi, HU Xin, SU Yanjie, HUANG Yunfeng, HUANG Ning. 2016. Establishment of vessels air pollutant emission inventory in Xiamen port during 2006—2015 [J]. Ecology and Environmental Sciences, 25(9): 1483-1486.

国家自然科学基金项目（31500391）；福建省自然科学基金项目（2014J01162；2015J01168）

刘启明（1973年生），男，副教授，博士，从事生态环境研究工作。E-mail: liuqm@jmu.edu.cn

2016-07-11