广州市夏季典型路边交通环境空气污染特征与来源分析

蔡云梅 ,蔡日东 ,梁永健 ,房鑫坤 ,赵金平 ,陈多宏

（1.广东环境保护工程职业学院，广东 佛山 510655；2.广东省生态环境监测中心，国家环境保护区域空气质量监测重点实验室，广东 广州 510308；3.广州市环境监测中心站，广东 广州 510006）

研究显示，我国城市空气污染正由“煤烟型”向“煤烟-机动车”复合型转化[1]。随着经济发展和城市扩张，城市机动车保有量逐年增长。数据显示，我国汽油年总产量的80%、柴油年总产量的20%被汽车消耗掉[2]。未来我国机动车仍将继续增长，新增车用汽柴油将消耗1 亿至1.5 亿吨[3]。机动车尾气排放对上海中心地区大气污染物中一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物的分担率分别达到86%、57%、95%[3]；机动车尾气排放对北京大气污染物中的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物的分担率分别为64%、47%、74%[4]。PM2.5源解析显示，28 个城市交通源平均贡献率达21.8%[5]，北京机动车排放对大气PM2.5的贡献率高达45%[6]，深圳移动源排放占细颗粒物（PM2.5）的贡献率为52.1%[7]。2011 至2015连续5 年，全国机动车污染防治年报统计数据显示，汽车是机动车污染物排放总量的主要贡献者，其排放的氮氧化物(NOx) 和颗粒物(PM) 超过90%[8]。根据生态环境部发布的《中国机动车环境管理年报》公布的数据显示：2017 年全国机动车一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物等污染物排放总量为4359.7 万吨[4]。其中，一氧化碳和碳氢化合物排放总量超过80%，氮氧化物和颗粒物超过90%为汽车尾气排放[4]。

城市交通环境中空气污染造成的健康危害突出。机动车近地面排放，街道峡谷的地形条件以及微气候特征均会影响污染物的传输扩散，在道路边和城区车流密集的交通环境中累积形成高浓度热点区域[9]。机动车排放的低空特征，接近于人体呼吸带，导致其易对人体呼吸道产生直接刺激，尾气中的有害物质CO，NOx 和PM 等可进入肺部深处[1]。大量医学研究表明，长期暴露在机动车尾气下，会对人的呼吸、免疫系统、心脑血管、生殖系统造成严重伤害并具有诱变和致癌效应[3]。交通警察、公交司机和售票员等长期暴露于汽车尾气中的职业人群健康调查显示，这些职业人群呼吸系统、免疫系统及心血管系统等均受到了不同程度的影响，发病率较普通人群高[10]。2012 年～2013 年，国际癌症研究机构IARC 先后将柴油车排放、颗粒物列为 I 类（致癌性证据充分的）致癌物[1]。

机动车污染影响空气质量的问题引起越来越多的关注。交通相关空气污染物种类繁多，主要包括颗粒物(PM)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、臭氧(O3)等[10]。目前，国内交通相关空气污染的研究主要集中于交通环境颗粒物污染特征研究，而对于城市区域交通环境空气污染物的污染特征研究还较少。广州是珠江三角洲城市圈代表性中心城市，交通路网发达，截至2019 年广州市民用汽车保有量2882296 辆，私人汽车拥有量2234790 辆，其交通污染不容忽视[11]。

综上所述，为了解广州市交通排放所带来的路边空气污染状况，本研究以广州市路边站的在线监测数据为基础，分析气态污染物和颗粒物的变化特征，探索交通活动与空气污染之间的关系，旨在为交通排放污染防治提供技术支撑。

一、研究区域与方法

（一）研究区域

本研究所涉及的路边环境空气监测站包括黄沙路边站、杨箕路边站，为了进行对比性分析，选取吉祥路城市点位和帽峰山森林公园点位分别作为城市环境空气对照点和背景点，具体信息见表1 及图1。研究时间段为2020 年8 月1 日～31 日。

表1 监测站点及检测指标一览表

图1 监测站点空间分布图

（二）监测仪器及方法

本研究涉及在线监测污染物包括NO、NO2、NOX、SO2、CO、O3、PM2.5、PM10，数据统计使用各污染物在线监测浓度小时均值，利用SPSS 20.0 进行Pearson 相关性分析和独立样本t 检验差异性分析。

（三）质量保证和控制

为了保证监测数据的有效性，各在线监测仪器均按照国家相关规范要求进行质量保证（QA）和质量控制（QC）。

二、结果与分析

（一）路边环境空气污染浓度

各点位污染物浓度（O3除外）：路边站>城市点位>背景点位，见表2 所示。相关性分析显示，路边站NOX、NO2、NO、PM2.5、PM10、O3、CO 浓度，与吉祥路城市对照点位、帽峰山城市背景点位分别各自存在显著的相关性（P=0.01）。SO2浓度，黄沙与吉祥路城市对照点位存在显著相关性（P=0.05），与帽峰山城市背景点位无显著相关性；杨箕与吉祥路城市对照点位无显著相关性，与帽峰山城市背景点位存在显著相关性（P=0.01）。差异性分析显示，路边站NOX、NO2、NO 浓度均显著高于吉祥路（城市点位）大；有研究表明机动车尾气排放颗粒物的峰值粒径在100nm 以下[11]，这可能是PM10存在显著差异，而PM2.5无显著性差异的原因。另外，黄沙路边站PM10浓度显著低于杨箕路边站，可能是因为杨箕路边站在水平和垂直空间上都更接近于机动车源。路边站SO2浓度显著高于吉祥路（城市点位）和帽峰山（背景点位），反映了机动车尾气对路边环境空气的影响，黄沙路边站SO2浓度低于杨箕路边站，可能是因为杨箕路边站在水平和垂直空间上都更接近于机动车源。路边环境空气中CO 浓度显著高于吉祥路（城市点位）和帽峰山（背景点位），反映了机动车尾气对路边环境空气的影响。路边环境空气中各污染物浓度与城市对照点位、背景点位差异性和相关性分析，反映了交通微环境空气污染物浓度除了受背景区域性影响外，主要受局域性污染源影响。广州黄沙和和帽峰山（背景点位），其中黄沙NOX、NO2、NO 浓度显著高于杨箕，主要是因为黄沙路边站靠近黄沙水产市场，相对较多的卡货车活动排放对氮氧化物贡献较大。路边站O3浓度显著低于城市点位吉祥路，黄沙路边站、杨箕路边站O3浓度与城市背景点位帽峰山无显著性差异，这与交通环境中机动车排放大量NO 被O3等氧化性气体氧化为NO2有关[11]。环境空气中PM10浓度，黄沙路边站和杨箕路边站显著高于吉祥路城市点位（P=0.000<0.001）和帽峰山背景点位（P=0.000<0.001）。PM2.5浓度，黄沙路边站、杨箕路边站显著高于帽峰山城市背景点，但与吉祥路城市点位之间无显著性差异。交通源对城市大气颗粒物的影响主要是机动车尾气排放和交通扬尘[12-13]。路边站环境空气中PM10可能受交通扬尘影响较大，而PM2.5受机动车尾气排放活动影响较杨箕路边站环境空气中NOX、NO2、NO、PM2.5、PM10浓度低于上海路边站环境空气中相应浓度，SO2、CO浓度相近，但广州路边站环境空气中O3浓度高于上海路边站[11]。

表2 广州市路边站各污染物小时平均浓度(μg/m3)

（二）路边环境空气昼夜浓度变化特征

在路边站环境空气中，各污染物24h 浓度变化情况见图2，其中NOX、NO2、NO、PM10、PM2.5总体呈双峰特征，O3呈单峰特征，CO、SO2变化不明显。NOX浓度峰值，黄沙路边站分别为75μg/m3（6:00）、93μg/m3（22:00），杨箕路边站分别为97μg/m3（7:00）、60μg/m3（22:00）。PM10峰值浓度，黄沙路边站分别为46μg/m3（15:00）、56μg/m3（20:00），杨箕路边站分别 为54μg/m3（13:00）、57μg/m3（19:00）。PM2.5峰值浓度，黄沙路边站分别为20μg/m3（15:00）、23μg/m3（21:00），杨箕路边站分别为 22μg/m3（13:00）、24μg/m3（19:00）。CO浓度昼夜变化范围较小，黄沙路边站浓度范围为0.80～0.96μg/m3，杨箕路边站浓度范围为0.59～0.82μg/m3。O3浓度昼夜变化，路边站与城市对照点吉祥路、城市背景点帽峰山一致，均呈现单峰型分布，黄沙、杨箕、吉祥路和帽峰山O3浓度峰值分别是1282μg/m3（13:00）、119μg/m3（14:00）、160μg/m3（15:00）、131μg/m3（15:00）。SO2浓度昼夜变化范围较小，黄沙、杨箕、吉祥路和帽峰山SO2浓度范围分别为7～9μg/m3、10～11μg/m3、5～8μg/m3、4～5μg/m3，日间浓度略高于夜间，变化特征不明显。路边站黄沙和杨箕的昼夜变化规律存在一定的差异性，杨箕昼夜变化主要受出行高峰期影响，黄沙除了受出行交通影响外，还受附近黄沙水产市场卡货车排放活动影响。

图2 路边交通环境空气中各污染物昼夜变化

（三）路边环境空气周浓度变化特征

如图3所示，黄沙和杨箕路边站环境空气中各污染物周浓度变化情况不完全一致。PM10、PM2.5、O3一周内浓度变化较相似，呈“凹”型，最低浓度在周三，其浓度范围黄沙站分别是20.67～60.26μg/m3、8.99～22.65μg/m3、31.31～64.61μg/m3，杨箕站分别是24.35～57.22μg/m3、10.41～24.61μg/m3、39.81～72.17μg/m3。NOX、NO2、NO周浓度变化情况类似，呈单峰型，最高浓度在周五，其浓度范围黄沙站分别是53.31～82.91μg/m3、33.54～46.23μg/m3、10.48～23.59μg/m3，杨箕站分别是44.09～61.07μg/m3、31.45～40.49μg/m3、7.11～13.75μg/m3。SO2、CO周浓度变化较小，黄沙站浓度范围分别是6.19～9.35μg/m3、0.80～0.90μg/m3，杨箕站分别是10.35～10.88μg/m3、0.66～0.75μg/m3。NOX、NO2、NO、O3、PM10、PM2.5、SO2、CO浓度，经独立样本t检验，周一至周五工作日各污染物的浓度与周六日各污染物的浓度均无显著性差异（P>0.05）。

图3 路边交通环境空气中各污染物昼夜变化

三、结论

路边站黄沙、杨箕交通微环境空气中NOX、NO2、NO、PM10、CO、SO2浓度均显著高于城市点吉祥路、背景点帽峰山，PM2.5浓度显著高于背景点帽峰山，但与城市点吉祥路之间无显著性差异。交通环境中O3浓度较低，显著低于城市点，与背景点无显著性差异。NOX、NO2、NO、CO 浓度黄沙显著高于杨箕，PM10、SO2黄沙显著低于杨箕，PM2.5浓度黄沙与杨箕无显著性差异。路边环境空气中各污染物浓度与城市对照点、背景点污染物浓度多存在显著相关性。交通微环境空气中污染物浓度，除了受区域性背景影响外，主要受局域性污染源排放活动影响。

路边站黄沙、杨箕交通微环境空气中NOX、NO2、NO、PM10、PM2.5浓度昼夜变化总体呈双峰特征，峰值时间分别在早上7:00 左右和夜间21:00 左右。O3浓度昼夜变化呈单峰特征，峰值多在14:00 左右。CO、SO2浓度昼夜变化不明显。黄沙、杨箕2 个路边站各监测污染物浓度昼夜变化规律存在一定差异性，主要受局域性污染源排放差异影响，其中黄沙除了受出行车辆影响外，还受附近水产市场相对较多的卡货车排放活动影响。

工作日（周一～周五）与休息日（周六、日）NOX、NO2、NO、O3、PM10、PM2.5、SO2、CO 浓度均无显著性差异。