鐘樓區(qū)NO2污染特征及潛在污染源分析

楊鑫，譚印月，胡國仲

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

隨著經(jīng)濟高速發(fā)展，常州市機動車保有量急劇增加，截至2021年底，常州市機動車保有量160.2萬輛[1]，較2011年增長1.86倍，機動車尾氣污染問題[2-4]已成為我國城市的環(huán)境空氣主要問題之一，機動車排放具有較強的流動性、多源性，成為近年來的研究熱點，是現(xiàn)階段我國城市大氣污染防治面臨的重要工作之一。同時常州市所處的長三角區(qū)域為我國氮氧化物高值區(qū)[5]，該區(qū)域的機動車保有量[6]為全國最高的區(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的來源特征對大氣污染防治措施的制定意義重大。王媛媛等[8]研究表明城市化進程對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)較高的機動車尾氣污染。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，早晚高峰時段機動車通行量占全天的39.85%。嚴仁嫦等[11]對杭州市細顆粒物污染來源解析表明，秋冬季機動車尾氣源在空氣質(zhì)量較好時對細顆粒物的貢獻可占比達45%，在污染時段可達50%以上，機動車尾氣源對杭州市秋冬季環(huán)境質(zhì)量影響顯著。隨著細顆粒物污染治理逐步深入，機動車尾氣源在城市大氣環(huán)境中的貢獻逐步凸顯。本文通過對鐘樓區(qū)的NO2數(shù)據(jù)進行分析，通過污染物風(fēng)玫瑰圖和站點周邊污染源的分布情況，對可能存在的污染源進行分析，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)來源

常州市位于長三角地區(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)國家環(huán)境空氣評價點鐘樓監(jiān)測站（北緯31.7893°、東經(jīng)119.8916°）作為研究對象，對該站點2021年全年逐小時的NO2、O3、PM2.5和風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。環(huán)境空氣質(zhì)量采用GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》二級標準進行評價。

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)量優(yōu)良率為75.8%，同比下降1.9個百分點，較市區(qū)均值低0.6個百分點；臭氧為首要污染物的超標天數(shù)共61 d，同比增加11 d；細顆粒物PM2.5為首要污染物的超標天共19 d；同比減少5 d；NO2為首要污染物的超標天為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小時滑動平均值第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)量的主要指標之一，其超標天數(shù)占總超標天數(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)量濃度及超標天分布情況

從臭氧超標天數(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月臭氧超標天數(shù)較多。NO2作為臭氧的關(guān)鍵前體物，對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天月變化

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

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)場的變化特征

考慮到晚高峰時段高質(zhì)量濃度臭氧對二氧化氮質(zhì)量濃度及分布存在的影響，選取2021年交通早高峰（6—9時）時段的二氧化氮小時質(zhì)量濃度大于40 μg/m3及對應(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)站點的西北偏北（315～345°）和東南偏東方向（90～120°）存在影響站點氮氧化物質(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站點造成影響。

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，大氣擴散條件較差，對站點NO2數(shù)據(jù)影響較大的污染源主要分布在距離站點較近的區(qū)域。鐘樓站點周邊以居民區(qū)為主，沒有明顯的工業(yè)污染源，站點東面約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。站點西北方向居住人口密集，存在小學(xué)、小商品市場，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NO2質(zhì)量濃度超過100 μg/m3，因此需要加強該方向上早晚高峰時段的交通疏導(dǎo)，減緩該區(qū)域機動車尾氣的污染。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個汽車客運站（圖4），這些區(qū)域人流密集、機動車出行時段集中，需要關(guān)注該區(qū)域的機動車尾氣污染情況。

圖4 鐘樓站點周邊交通圖

O3和PM2.5對環(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PM2.5和臭氧的生成均具有重要貢獻，也是一項需要重點關(guān)注和防治的污染物。臭氧質(zhì)量濃度高值在中低風(fēng)速時段分布較多，說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自于機動車尾氣。隨著新冠肺炎疫情的影響，物流的重要性增加，機動車特別是貨車的貨物轉(zhuǎn)運量明顯增加，可能導(dǎo)致機動車尾氣污染加劇，因此，須繼續(xù)加強站點周邊機動車尾氣等排放管控，以減輕其衍生出來的顆粒物污染和臭氧污染；同時應(yīng)加強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)量的主要指標之一，其超標天數(shù)占總超標天數(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，污染相對較突出。

（2）在小風(fēng)情況下（＜0.5 m/s）鐘樓區(qū)站點的西北偏北和東南偏東方向存在影響站點氮氧化物質(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站點造成影響。

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