城市机动车尾气污染排放开题报告

一、立论依据

随着社会的进步，经济的发展，全球机动车数量持续增加,机动车尾气造成的环境污染日益严重。在国内外许多大城市中，机动车尾气污染排放分担率相当高。以CO为例，1983年英国汽车尾气CO排放率占85%，1967年芝加哥为94%，1970年洛杉矶为98%，1965年纽约占96%[1]，美国1995年汽车尾气污染排放率占总排放的66%，上海市在1998年机动车排放的CO就占到了总排放的64%[2]，广州市1994年CO占88.8%，北京市1992年占62%[2]。机动车尾气中另外两种主要污染物NOx、HC的排放在总排放量中的分担率也非常高，如NOx，东京市在1975年汽车尾气排放分担率占到了80%[1]。

近年来，随着经济的迅速发展以及机动车保有量的持续增长，机动车排放所造成的污染也日益成为人们所关注的焦点[3~9]。自九十年代以来本市加强了在用车尾气排放检测、普及使用无铅汽油、提前执行轻型车新车排放标准等一系列机动车污染控制措施，较为有效地控制了中心城区的环境空气质量继续恶化的势头，但郊区环境空气质量受机动车污染排放影响日益突出。2000年全市NOx年均浓度0.056毫克/立方米，比1995年上升了10%；城区和郊县NOx年均浓度为0.090毫克/立方米和0.032毫克/立方米，分别比1995年上升了23%和39%，见表1[10]。

表1.1995~2000年上海市NOx年日平均浓度变化

年份全市城区郊县

浓度

(微克/立方米)相对浓度

(%)浓度

(微克/立方米)相对浓度

(%)浓度

(微克/立方米)相对浓度

(%)

1995511007310023100

19975911610514428122

2000561109012332139

根据国外机动车发展经验可知，当人均国内生产总值达到3000美元以上时，轿车将成为机动车保有量增长的主要方向。作为国际大都市的上海，汽车工业的发展不仅预示和带动本市经济的腾飞，同时，人民生活水平的提高也急切期待现代化便捷交通方式的到来和家庭汽车的普及，机动车在今后相当长时间内将保持快速增长的速度。根据市交通所预测，到2020年本市机动车保有量将达到200~350万辆，是2000年的3~5倍，可以预见如果不采取措施加以控制，本市大气环境势必进一步恶化。

目前，国内外对于机动车污染控制的研究，主要集中于两个方面，一是机动车排放因子的研究；二是机动车污染治理和控制对策的探讨。排放因子是反映机动车排放状况的最基本的参数，也是确定机动车污染物排放总量及其环境影响的重要依据。目前用来计算机动车排放因子的模式主要有美国加州空气资源局的EMFAC模式，欧洲共同体的COPERT模式，美国EPA的MOBILE系列模式。其中，MOBILE汽车源排放因子系列模型是美国环保局开发的计算车队排放水平的程序[11]。在该模型中，综合考虑了汽车的使用年限、行驶里程、新车排放因子、劣化系数、行驶速度、气温、I/M（检查/维护）制度以及车用油料特性等因素对排放的影响[12]。国内外对于该模式已有广泛的应用。墨西哥采用美国EPA的Mobile5a基本结构模式，用来计算5个特定区域中8种车型的排放因子。根据气温、平均车速、汽车操作模式，燃料挥发和里程自然增长率条件估计1960年到2020年的排放因子[13]。此模型在加拿大的多伦多地区[14]、泰国曼谷等也有所应用。MOBILE模式在国内的小范围内也得到了一定的应用。北京清华大学郝吉明、傅立新等于1997年曾结合北京市实际情况对MOBILE5进行修正，并将之应用于北京市机动车尾气排放的研究中；祝昌健等应用MOBILE5模式对广州市机动车尾气排放系数及污染趋势进行了探讨[15]；李修刚等将MOBILE5模式用于南京市，将给出的南京市现状排放因子直接应用于南京市及附近城市的环境影响评价[16]。

将MOBILE5模式结合上海实际情况进行本土化已经有人做过尝试，但是由于基础数据严重不足，因此对于此模式的修正尚不能进行检验。主要的方法仍是采用美国FTP的测试数据，将上海市机动车目前的排放水平类比于美国70年代，计算得到不同车型的排放因子。

在污染物的扩散方面，目前一般沿用有限源高斯扩散模型，即根据线源的长度、高度、强度、距离、风速、风向和相应扩散参数计算空间任一点的污染物浓度[17]。但目前这方面的研究较少考虑城市空间的特殊性，即对城市各类人为设施，包括绿化、建筑等对扩散的影响考虑较少。

对于线源排放污染物的扩散研究，国外主要的模式有CALINE、BLP（BouyantLineandPointSourceModel）、CDM2(ClimatologicalDispersionModel)、ISC3(IndustrialSourceComplexModel)、RAM(Gaussian-PlumeMultipleSourceAirQualityAlgorithm)。以上模型均由美国环保局（USEPA）开发。其中，CALINE为稳态高斯扩散模型，用于确定高速公路下风向的空气污染浓度，要求地形相对不太复杂。BLP为高斯烟流扩散模型，用于处理炼铝工厂以及其它的工业污染源的单一建模问题，要求其烟流上升和下降是主要由固定线源所影响的。CDM2为气候稳态高斯烟流模型，用于确定城市区域平地下风向的长期（每季或每年）的污染物的算术平均浓度。ISC3是一个稳态高斯烟流模型，可用于评价来自与工业带相关的许多污染源的污染物的浓度。这个模型涉及到了下列因素：粒子的下沉和干沉降、风向、点面线及立体污染源、烟流的上升为距离的函数、点源的分离以及有限的地形调整功能。ISC3可以有长期和短期两种模式可供选取。RAM是高斯烟流多源空气质量算法，是一个稳态高斯烟流模型，用于估算相对稳定的污染物浓度，平均从一小时到一天、从点源到面源、在乡村或者城市的沉降，其地形条件可以假设。

我国目前汽车污染仅相当于国外70年代中期水平，现有汽车90%以上是国产车，由于排放控制技术落后，在同样运行工况下，国产车较发达国家同类产品排放量高几倍甚至几十倍，加上交通管理手段落后，在用车检查维修制度不完善，城市交通道路拥挤和市内居民集中，大量车况恶劣的车辆继续行驶，更加剧了污染物的排放。国产车平均日排污量为0.6—0.9kg[18]。本论文旨在借助GIS环境，根据城市路网、交通流量、车型比例等信息，采用经过修正的MOBILE模型，计算不同车型机动车的排放因子，从而确定每条路段不同污染物的排放量。由于机动车流量和排放因子是计算道路机动车污染物排放源强的关键参数[19~21]，本论文将通过抽样调查和MOBILE模型修正得到了这两个量。在确定道路线源排放源强的基础上，利用CALINE3有限长线源扩散模式，建立上海市城区多线源污染扩散模式，以此来分析道路污染物扩散状况，并在GIS图形上进行显示，最终完成上海市交通线源污染管理信息系统。此系统可为政府有关部门制定道路交通污染管理制度、合理制定城市规划和建设管理决策提供理论依据。

参考文献

[1]上海市大气污染防治对策研究P1

[2]上海市环境科学院《世界银行——上海城市交通项目：减少上海城市车辆排污危害的战略》1997.9

[3]陈长虹等，上海市机动车排污状况与污染控制战略，1997，16（1）：28

[4]赫崇衡等，汽车排气污染及治理现状和动向，上海环境科学，1996，15（8）：11~13

[5]彭宝成等，汽车尾气对动物的生物效应研究，上海环境科学，1995，14（2）：14~17

[6]王培洁,上海市汽车排气污染管理的现状与对策,上海环境科学，1994，13（7）：7~8

[7]陈长虹等，城郊道路污染个例分析，上海环境科学，1993，12（9）：13~17

[8]陈长虹等，城郊道路交通带状多线源污染扩散模式研究，上海环境科学，1993，12（11）：7~10

[9]王素云等，上海市汽车排气污染在大气中的分担率，上海环境科学，1990，9（11）：27~29

[10]上海市机车污染综合防治领导小组办公室，《上海市机动车污染综合防治规划及规划纲要》，2000，3

[11]傅立新等，MOBILE汽车源排放因子计算模式研究，环境科学学报，199717（4）：474

[12]傅立新等，北京市机动车污染物排放特征，环境科学，200021（3）：68

[13]WesternGovernor’sAssociationDenver,ColoradoandBinationalAdvisoryCommittee.Mobiel5-MexicoDocumentationandUser’sGuide.Nov.20,2000

[14]R.MclarenandD.L.Singleton.AnalysisofMotorVehicleSourcesandTheirContributiontoAmbientHydrocarbonDistributionsatUrbanSitesinTORONTODuringtheSouthernOntarioOxidantsStudy.AtmosphereEnvironment,30(12),1996

[15]祝昌健，广州市机动车尾气排放系数及污染趋势探讨，中国环境科学，199717（3）：216

[16]李修刚等，用于城市交通规划的机动车污染物现状排放因子研究，交通运输工程学报，20021（4）：87

[17]A.K.LuharandR.S.Patil.1989.Ageneralfinitelinesourcemodelforvehicularpollutionprediction.AtmosphericEnvironment,23:555-562

[18]贾艳杰，我国大城市汽车废气污染问题及其治理对策人文地理199712（3）：48

[19]EPA,User’sGuidetoMOBILE5(MobileSourceEmissionFactoryModel)，May1994

[20]EgglestonHS,GoriβenN.JourmardR,etal.CORINAIRworkinggrouponemissionfactorsforcalculatingemissionsfromroadtraffic[R].Methodologyandemissionfactors.ReportVol.1,No.EVR12260EN,Luxembourg,1989.

[21]pilationofairpollutantemissionfactors[R].USEnvironmentProtectionAgency.AP-42,NC,USA.1985.50-83

二、研究方案

1、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

研究目标：研究上海市机动车尾气排放造成的道路线源源强，以及机动车污染物在中心城区街道峡谷中的扩散效应，并在GIS系统上进行显示，完成自主开发的上海市交通线源污染管理信息系统。

研究内容：1）上海市主要道路机动车尾气排放源强；

2）机动车尾气在街道峡谷中的扩散效应；

3）交通污染在GIS平台上的实现。

关键问题：1）机动车大气污染排放源强计算模型；

2）上海市道路机动车尾气在峡谷中的扩散模拟；

3）地理信息系统与交通大气污染模型整体集成的方法和途径。

2、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

研究方法：基础数据调研、模型修正、机动车污染物排放和影响预测可视化界面设计、系统整合。

技术路线：如图1所示。

实验方案与可行性分析：

1）建立机动车排放源强计算模型、污染物扩散模型，以及基于GIS技术应用模型，其工作量较大，其中基础数据（包括车流量、车速）的调研尤其困难。但是通过参与上海市环境保护局2002年科技攻关项目——《上海市机动车发展和大气环境保护研究》，并搜集大量的国内外相关文献，可获得系统开发所需要的相关数据，因此本研究已经有较好基础。

2）参与《影响上海大气能见度的主要因素与控制管理对策研究》课题的研究工作，对于本市机动车污染现状和历史沿革已有所了解。

3）参与了“上海市数字城市大气环境模块”的工作，初步掌握了GIS系统开发和实现方法。

据此我认为，按期完成论文是可行的。

图1.研究技术路线

3、本论文的特色与创新之处

建立适合上海市情景的主要道路机动车尾气中污染物源强排放模式。建立线源扩散模式，使其适用于大城市中街道峡谷中机动车尾气污染物的扩散状况。给出上海市上空污染物扩散状况。

目前国内将交通污染模拟与地理信息系统结合的研究还不多见，因此本论文在该方面的研究将是一个新的尝试。

4、预期的论文进展和成果

预期进展：

2003.07——2003.09收集中外文文献

2003.09——2003.10基础数据的收集和处理

2003.10——2003.12模型的修正

2004.01——2003.03GIS系统的编程实现

2004.03——2004.05论文的撰写与修改

预期成果：

•研究上海市机动车尾气排放状况，建立源强计算模型；

•综合城市气象条件、交通污染物排放强度、建立污染物扩散模式，确定机动车污染物影响的时间变化、空间分布，；

•完成交通污染管理信息系统；

•除完成毕业论文之外，在国内外有关刊物上2篇。

三、论文大纲

摘要

前言

第一章大城市机动车尾气污染排放数值模拟的研究背景及意义

一、研究背景

二、国内外研究现状

第二章机动车排放因子计算模型

一、MOBILE6模型介绍

二、利用修正的MOBILE6计算机动车排放因子

第二章道路机动车尾气污染物排放源强

一、线源源强计算模式

二、上海市道路机动车尾气污染排放源强的计算

第三章城市上空污染物扩散模式

第四章街道峡谷污染物扩散模式

一、CALINE4模型介绍

二、模式修正

三、上海市街道峡谷污染物扩散模式的建立及应用

第五章上海市交通污染管理信息系统的建立

一、排放清单数据库的建立

二、系统的开发

第六章结论

参考文献

四、研究基础

1、已参加过的有关研究工作和已取得的研究工作成绩

（1）参加《中国气象百科全书》建筑气象、城市气象等内容的编写。

（2）参与上海市普陀区建设项目环境影响评价工作。

（3）参加“扬尘污染来源与控制管理研究”课题的研究工作。

（4）承担了“崇明岛综合开发项目”的大气监测和采样工作。

（5）参与“影响上海大气能见度的主要因素与控制管理对策研究”课题的研究工作。

（6）参与“机动车发展与大气环境保护研究”项目。

（7）参与“上海市能见度影响因子研究”研究生科研基金项目。

（8）参与上海市数字城市课题交通环境模块的模拟研究。

2、已具备的实验条件，尚缺少的实验条件和拟解决的途径

拥有以下主要设备：

•桌面地理信息系统软件ArcView3.2及其主要扩展模块

•交通大气污染预测软件MOBILE6、CLINE4和CAL3QHC

•编程软件VisualBasic6.0及功能模块开发软件Mapobjects2.1