基于观测的挥发性有机物减排效果分析:以广州亚运和春节长假为例

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kongduiyue2008
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当前我国正面临以细粒子(PM2.5)和近地面臭氧(O3)为主要污染物的空气质量问题。近年来对PM2.5的控制效果初显,PM2.5浓度逐年下降,而O3日益突出,特别是在珠江三角洲地区,O3已经取代PM2.5成为空气中的首要污染物。近地面O3是由大气中氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)在光照条件下生成,因此减少前体物NOx和VOCs的排放是降低O3浓度水平的必要前提。在城市地区NOx主要来自火电厂、工业锅炉和交通源排放,减排目标清晰。但VOCs成分复杂、来源广泛,且前期研究表明,我国包括珠江三角洲在内的城市群地区,O3生成主要受VOCs控制。因此,如何进行VOCs的有效减排是当前解决O3污染的关键。明确关键VOCs组分、关键排放源及控制措施效果,对于VOCs减排的精准施策至关重要。2010年第16届亚洲运动会(以下简称“亚运”)在广州举行,为保证亚运期间的空气质量,亚运之前进行了机动车限行演练,同时亚运期间也采取了多项控制措施;我国春节长假期间,人类活动水平特别是工业活动水平发生了巨大变化。这些特殊时期由于主动或被动的减排,VOCs排放在短期内急剧减少,为研究控制措施对VOCs的减排效果提供了绝佳的机会。但如何评价控制措施的VOCs减排效果,尚有很大的不确定性。前人研究主要基于模型和/或排放清单的方法对VOCs减排效果进行评估,基于实测数据的评价比较缺乏。本研究通过亚运前机动车限行演练时期、亚运会举办期间和春节长假期间在广州市的VOCs观测浓度,对VOCs的减排效果进行分析。本研究主要获得以下结论:  1.亚运前机动车限行演练时段在中心城区交通繁忙的东风路路边和广东工业大学校园内教学楼顶的采样观测表明,非限行和限行时期路边样点观测到的总NMHCs浓度变化很小,分别为39.0±11.8 ppbv和39.1±14.8 ppbv;楼顶样点观测到的浓度从30.4±14.3 ppbv降低至22.1±10.6 ppbv。从一些特征性的比值来看,两个采样站点甲基叔丁基醚MTBE、苯和甲苯对一氧化碳(CO)的比值(MTBE/CO、B/CO和T/CO)在限行时期分别降低29-36%、20-34%和20-25%,且楼顶站点甲苯对苯的比值(T/B)从非限行的2.73显著升高至限行期间的4.29(P<0.01),这些比值变化都表明机动车(特别是汽油车)排放源对VOCs的贡献降低。PMF源解析结果证实了在限行时期交通排放源的贡献百分比减小,而工业排放源、生物质燃烧和LPG泄露的贡献百分比相对升高。  2.根据机动车演练前和演练后工业排放源的排放强度基本保持不变这一前提,结合源解析结果,基于路边和楼顶站点观测数据计算得到机动车排放VOCs在限行演练期间分别降低了31%和34%,和Yao et al.(2013)使用模型方法得到的结果(32%)比较吻合。再结合机动车排放对总VOCs的贡献比例,估算出机动车限行能使广州市VOCs的总排放量减少近15%。  3.亚运会期间的观测表明,亚运会开始前上风向郊区、中心城区和下风向郊区三个站点的NMHCs平均浓度分别为21.9±11.5、80.5±50.9和35.4±21.0ppbv,亚运期间实施综合控制措施后显著降低了64-68%(P<0.01),各站点降低比例相近。在亚动会与亚残运过渡时期、亚残运和亚残运后时期浓度逐渐升高。不考虑气团轨迹和光化学反应消耗的影响,亚运期间三个观测点MTBE和异戊烷对CO的比值与亚运前相比分别降低63-70%和71-79%,明了交通相关排放源对VOCs的贡献降低。甲苯对苯的比值(T/B)在亚运前和亚运期间无显著变化,但中心城区获得的T/B比值与9月机动车演练期间在相近站点观测结果相比,降低了22-26%,说明亚运前工业排放源控制得到加强。PMF模型的结果显示,与亚运前相比,亚运期间三个观测站点汽油车尾气、柴油车尾气、汽油挥发对总VOCs的贡献比例降低,而工业排放、LPG泄露和生物质燃烧贡献比例增大。  4.基于前人研究获得的亚运期间机动车排放降低了46%这一结果,估算出亚运期间广州市油汽挥发排放平均降低62%,工业源排放平均降低22%,LPG泄露排放平均升高10%。结合各排放源对总VOCs的贡献比例,研究发现广州市亚运期间多项控制措施使广州市总VOCs排放量平均降低了34%,其中机动车限行措施平均贡献24%,油汽挥发控制措施平均贡献10%,工业源控制措施平均贡献2.0%,而LPG机动车流量的增大导致总VOCs其排放量平均升高1.3%。  5.2014-2015年春节期间,万顷沙站点观测结果表明NMHCs浓度与春节前相比显著降低(P<0.01),芳烃对总NMHCs和总OFPs的贡献在春节期间显著降低(P<0.01)。春节前对OFPs有重要贡献的甲苯、二甲苯等苯系物在春节期间被乙烯、丙烯、乙炔等化合物取代。  6.甲苯对苯的比值(T/B)从春节前和返程高峰的2.55~4.39降低至春节期间的0.90~0.91,说明春节前VOCs主要受工业排放和机动车尾气共同影响,而春节期间生物质燃烧排放占主导。苯、甲苯和乙苯相对组成比例的三角图也证明了这一结果。PMF的结果显示工业排放源的贡献显著降低、生物质燃烧源的贡献显著(P<0.01)增大,而机动车排放的贡献比例无显著变化。根据MTBE/CO比值的变化及车流量和流出人口的统计数据,假设春节期间珠三角机动车排放量降低50%,可估算得到工业排放在春节期间降低了约76%。初步估算春节期间总VOCs排放减少47%,其中交通源排放的减少贡献了22%,工业源排放的减少贡献了25%。
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