（环境科学专业论文）杭州市道路机动车污染物排放特征及减排策略研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得迸姿态堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 一虢蔗午飙训啪 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝婆盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝鎏盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 一虢穆锄之 签字日期：劢侈年弓月l 乡日 导师签名： 签字日期：加哆年弓月多日 浙江大学硕士学位论文 致谢 致谢 本论文是在导师张清宇副教授的悉心指导下完成的。近两年半来，导师不仅 在学业上对我谆谆教诲、悉心栽培，而且在生活中也给予了极大的关心和支持。 不仅我的专业知识和技能得到很大的提升，同时丰富的项目经验也使我较早的接 触到了社会，从而使我更快更好地从一个学生的角色过渡到职场。导师活跃的学 术思想、渊博的知识、严谨的作风、认真的态度、平易近人的风格及锐意创新的 科学精神更是我学 - - j 的楷模，使我受益匪浅，并将终生获益。在此，谨向导师致 以最诚挚的敬意和谢意! 感谢杭州市环境监测站、机动车废弃污染管理处等单位在本论文研究过程中 提供的大量帮助和支持，在此对他们表示衷心的感谢! 感谢孙国金师兄、李筱筱师姐、朱琦师姐、王萃师姐和刘奇、王孝文、王惠 玉、杜维菲、付昂毅、王毅、范菊旺和徐元莉等在机动车道路测试和学 - - j 和生活 上的帮助。感谢实验室的每一位兄弟姐妹，是你们让我的学 - j 生活充满了快乐和 温馨，人生因你们而变得温馨美好! 最后，把我特别的感谢送给我的父母、亲人，感谢他们对我成长和学习提供 的支持。 二零一三年三月于浙大求是园 浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 机动车污染物已成为许多城市大气污染的主要来源，是导致区域环境空气质 量下降的主要原因。研究机动车污染特征，评估不同管理措施下机动车污染物的 削减效果，对机动车污染控制和改善区域大气环境质量意义重大。 本文以杭州市为研究区域，通过道路调研测试获取了车流量、车型构成、车 辆行驶特征等参数。采用修正后的i v e 模型计算了机动车排放因子，并结合g i s 软件建立了2 0 1 0 年机动车c o 、h c 、n o x 和p m 的l k m k m 时空排放清单，分 析了机动车污染物排放特征及分担率。最后，利用l e a p 模型预测了“十二五” 期间机动车的保有量，设定了四个机动车污染物削控方案，研究机动车污染物的 减排效果，提出了机动车污染物减排对策，为机动车管理提供理论支撑。 研究发现典型测试道路的平均速度与2 0 0 4 年相比均明显下降，通畅程度整 体降低。2 0 1 0 年杭州市机动车c o 、n o x 、h c 、p m 的排放量分别为4 4 0 6 、2 3 1 、 4 4 3 和0 6 5 万t y ，其中c o 、h c 和n o x 的排放量分别是2 0 0 4 年的1 9 、1 5 和 1 8 倍。轻型车是c o 和h c 排放的主要来源，重型车是n o j f 和p m 排放的主要 来源，国0 和国i 车辆对车队的排放贡献率较大，是污染物控制的主要对象。“十 二五”期间机动车保有量将会增加到1 2 4 万辆，年均增长1 2 5 。情景分析结果 表明，仅执行国机动车排放标准，机动车排放的四种污染物将会继续增长， 提高标准带来的单车削减效果被快速增长的机动车保有量所抵消；执行国车 辆标准的同时加快淘汰低排放标准车辆，可显著减少c o 和h c 的排放，但n q 和p m 仍会保持增长；执行国机动车标准、淘汰低排放标准车辆的同时，提 高油品标准至国，四种污染物均开始出现减少；在此基础上，发展替代能源 汽车，如e v 、h e v 和c n g 等，可迸一步减少机动车污染物排放。因此，“十二 五”期间要控制机动车污染物排放需尽快执行国机动车排放标准、执行国 油品标准、加快淘汰低排放标准车辆和发展替代能源汽车等综合的控制措施。 关键词：机动车；i v e 模型；排放清单；减排；情景分析法 i i 浙江大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t i nm a n yc i t i e s ，e m i s s i o n sf r o mv e h i c l ee x h a u s tc o n t r i b u t em o s tt oa i rp o l l u t i o n a n dh a v eb e c o m et h em a i nr e a s o nf o rd e c l i n ei nr e g i o n a la m b i e n ta i rq u a l i t y v e h i c l e e x h a u s tp o l l u t i o nh a sb e c o m eo n eo ft h em o s tp r o m i n e n ta n dt h em o s tp r e s s i n gi s s u e s o ft h ea t m o s p h e r i cp o l l u t i o n s oi ti so f g r e a ts i g n i f i c a n c et or e s e a r c hv e h i c l ep o l l u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ，t oa s s e s sv e h i c l ee m i s s i o nr e d u c t i o np o t e n t i a lu n d e rd i f f e r e n tc o n t r o l m e a s u r e sa n dt oe n a c tv e h i c l ee m i s s i o na b a t e m e n tp o l i c i e st oi m p r o v et h er e g i o n a la i r q u a l i t y i nt h i sp a p e r ，h a n g z h o uw a ss e l e c t e da sac a s es t u d yc i t y v e h i c l ed r i v i n g p a r a m e t e r s ，s u c ht r a f f i cf l o w ，v e h i c l ec o m p o s i t i o n ，a v e r a g es p e e d ，w e r eg o tf r o mr o a d t e s tt h a tc a r r i e do u to nf o u rt y p i c a lr o a d s a n dw em a k eac o n t r a s t i v ea n a l y s i so n t h e s ep a r a m e t e r sw h i c hg o tf r o mr o a dt e s ti n2 010a n d2 0 0 4 w em o d e li sa d o p t e dt o c a l c u l a t ev e h i c l ee m i s s i o nf a c t o r s a n dc o m b i n e dw i t hg i ss o f t w a r e ，v e h i c u l a rc o ， h c ，n o xa n dp ms p a t i a la n dt e m p o r a le m i s s i o ni n v e n t o r i e sw e r ee s t a b l i s h e dw i t ha r e s o l u t i o no flk mxk mf o rh a n g z h o ui n2 010 t h e nv e h i c l ee m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c s a n dc o n t r i b u t i o nr a t ew e r ea n a l y z e db a s e do nt h ee m i s s i o ni n v e n t o r y l e a pm o d e li s a d o p t e dt op r e d i c tv e h i c l eo w n e r s h i pd u r i n g2 0 1 1a n d2 015 ，t h e12 t hf i v e y e a ri n c h i n a f o u rs c e n a r i o sw e r es e tt oa s s e s sv e h i c l ee m i s s i o nr e d u c t i o np o t e n t i a l a n d f i n a l l ye f f e c t i v ev e h i c l ea b a t e m e n tc o n t r o lm e a s u r e sw e r ep r o v i d e df o rp o l i c ym a k e r s t oa d d r e s sv e h i c l ep o l l u t i o nd u r i n gt h ey e a r t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ，t h ea v e r a g es p e e do ft y p i c a lt e s tr o a dd e c r e a s e d d i s t i n c t l yc o m p a r e dt o2 0 0 4 ，a n dt h eo v e r a l lr o a dp a t e n c yd e c r e a s e d e m i s s i o n so fc o ， n q ，h ca n dp mf r o mv e h i c l e sa r e4 4 x 1 0 5 ，2 3 1x 1 0 4 ，4 4 3 1 0 4a n d6 5 x 1 0 3t yf o r h a n g z h o ui n2 0 10 ，r e s p e c t i v e l y a n dc o ，h cn q e m i s s i o n sa r ea b o u t1 9 ，1 5a n d 1 8t i m e st ot h a ti n2 0 0 4 i ti sf o u n dt h a tl i g h td u t yv e h i l c e sa r et h em a i ns o u r c eo fc o a n dh ce m i s s i o n s ，h e a v yd u t yv e h i c l e sa r et h em a i ns o u r c eo fn o xa n dp me m i s s i o n s t h en a t i o n a lia n dp r e - n a t i o n a liv e h i c l e sm a k eag r e a tc o n t r i b u t i o nt ot o t a l f l e e t e m i s s i n s ，a r et h em a i nc o n t r o lv e h i c l e s i ti sp r e d i c t e dt h a tv e h i c l ep o p u l a t i o nw i l l i n c r e a s et o1 2 4m i l l i o nb yt h ey e a r2 0 15 ，w i t ha na v e r a g ea n n u a lg r o w t ho f1 2 5 i i i 浙江大学硕士学位论文a b s t r a c t s c e n a r i oa n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a to n l yp e r f o r mn a t i o n a li vv e h i c l ee m i s s i o n s t a n d a r d sc a l ln o tr e d u c ev e h i c l ee m i s s i o n s ，f o re m i s s i o nr e d u c t i o ne f f e c tb yu p g r a d e v e h i c l ee m i s s i o ns t a n d a r dw i l lb eq u i c k l yo f f s e tb yr a p i dv e h i c l eo w n e r s h i pg r o w t h u p g r a d ev e h i c l ee m i s s i o ns t a n d a r da n de l i m i n a t eh i g he m i tv e h i c l es i m u l t a n e o u s l y c a ns i g n i f i c a n t l yr e d u c ec oa n dh ce m i s s i o n s ，w h i l en o xa n dp mw i l lc o n t i n u et o i n c r e a s e i n t e g a r t e dm e a s u r e s ，i n c l u d i n gu p g r a d ev e h i c l ee m i s s i o ns t a n d a r d ，e l i m i n a t e h i 曲e m i tv e h i c l ea n ds u p p o l yn a t i o n a li vs t a n d a r do i lw i l lh e l pr e d u c ea l lt h ef o u r e m i s s i o np o l l u t a n t s g r e a t e ra b a t e m e n tp o t e n t i a l sc a no b t a i nb yp e f o r mt h e s e i n t e g r a t e dm e a s u r e sa n di n t r o d u c ea l t e r n a t i v ef u e lv e h i c l e ss i m u l t a n e o u s l y , s u c ha s e v ，h e va n dc n g t h e r e f o r e ，t oe f f e c t i v e l yr e d u c ev e h i c l ee m i s s i o n ，i n t e g r a t e d c o n t r o lm e a s u r e ss h o u l dp e f o r ms i m u l t a n e o u s l y k e y w o r d s ：v e h i c l e ；i v e ；e m i s s i o ni n v e n t o r y ；r e d u c t i o n ；s c e n a r i oa n a l y s i s i v 浙江大学硕士学位论文 目次 日次 致谢。i 摘要i i a b s t r a c t i i i e j 次v 1 绪论1 1 1 课题背景及意义1 1 2 国内外研究综述2 1 3 论文的研究目的1 4 1 4 论文大纲及主要内容1 4 2 道路机动车行驶特征研究1 6 2 1 研究区域概况1 6 2 2 道路机动车行驶特征1 9 2 3 典型道路机动车行驶特征对比研究2 5 3 机动车时空排放清单的建立2 8 3 1i v e 模型介绍2 8 3 2 机动车排放因子2 8 3 3 机动车时空排放清单3 1 3 4 机动车排放清单对比研究3 5 4 机动车污染物排放特征及分担率3 7 4 1 分车型排放分担率3 7 4 2 燃油类型排放特征3 8 4 3 不同排放标准车辆排放分担率3 9 4 4 不同道路类型排放分担率4 2 4 5 机动车污染物在总排放源中分担率4 3 4 6 机动车污染物排放分担率空间分布4 4 5 “十二五”机动车减排对策研究4 6 5 1 机动车减排情景设计4 6 5 2 “十二五”机动车保有量预测4 7 5 3 机动车减排情景分析4 9 6 结论与展望5 3 6 1 主要结论5 3 6 2 本文的创新点一5 6 6 3 展望5 6 参考文献5 7 作者简历及在学期间所取得的科研成果6 3 v 浙江大学硕士学位论文 绪论 1 绪论 1 1 课题背景及意义 大气污染是城市面临的主要环境问题之一【。城市是一个人口密集的区域， 大气环境质量的好坏直接关系到人们生活水平和身体健康。随着我国经济快速的 发展，机动车保有量也在急剧攀升。据统计2 0 1 0 年，我国机动车保有量达到1 9 亿辆，“十一五”期间年均增长1 0 o ，全年汽车产销量分别达到1 8 2 6 5 万辆和 1 8 0 6 2 万辆【2 1 ，同比增长均为3 2 4 ，产量连续两年居世界首位。机动车一方面 为人民生活带来便利，另一方面其排放的尾气参与大气化学反应过程，引发光化 学烟雾、灰霾和酸雨等大气污染问题，导致区域环境空气质量下降。机动车尾气 污染已经成为大气污染急需解决的问题之一。 根据中国机动车污染防治年报( 2 0 1 1 ) ，2 0 1 0 年全国机动车排放污染物 5 2 2 6 8 万吨，其中氮氧化物( n o x ) 5 9 9 4 万吨、碳氢化合物( h c ) 4 7 8 2 万吨、一氧 化碳( c o ) 4 0 8 0 4 万吨，颗粒物( p m ) 5 9 8 万吨，排放量分别较2 0 0 9 年增加了2 1 、 1 3 、1 3 和o 7 t 3 1 。研究发现，机动车排放的c o 和n q 对大气中污染物的 贡献率分别已达到7 6 5 和6 8 4 【4 1 ，机动车排放的n o x 、h c 和p m 对珠三角地 区大气污染物的贡献率分别达到7 9 7 、6 9 8 和7 7 9 【5 】。机动车排放源已经成 为许多城市大气污染的主要来源，是导致城市区域大气环境质量下降的最主要原 因。相关研究发现，长期暴露于汽车尾气会增加慢性气管炎、支气管炎、呼吸困 难的发病率6 7 】，而且危害人体的心血管系统、神经系统、免疫功能和生殖功能 8 q o 。因此，必须要控制城市机动车尾气的排放，采取相关措施减少汽车排放的 污染物，改善区域环境空气质量。 同时，国民经济和社会发展“十- 3 i ”规划纲要将n o x 排放总量削减1 0 作为约束性指标。在世界范围内，交通运输已成为n 0 l 排放的主要来源，占人 为排放源的3 7 ，而在墨西哥的大城市中这一比例高达8 2 ，主要为道路机动 车的排放【1 1 1 。我国的北京1 2 1 、上海 1 3 - 1 4 、广州【1 5 1 大气中4 0 的n q 来自机动车 排放【1 6 】，在我国机动车排放的n q 约占全国总量的3 0 ，已成为仅次于火电厂 的第二大类污染源，机动车污染物减排的成败关系到“十二五”总量减排目标任 务能否顺利完成。因此，研究城市区域道路机动车尾气排放特征，分析不同的管 浙江大学硕士学位论文 绪论 理措施实施后机动车污染物的削减量和削减效果，为机动车污染控制和削减排放 措施的制定提供理论决策依据具有重要的意义。 1 2 国内外研究综述 1 2 1 机动车排放特征分析 机动车尾气排放特征分析一般意义上是针对已建立的机动车排放清单分析 其污染物排放特点。主要内容包括不同种类的污染物分车型、排放标准、燃油类 型、道路类型以及启动与运行的排放比例或分担率 4 - 5 , 1 2 - 4 。有些研究还分析了机 动车排放的污染物在总排放源( 包括机动车车源、工业源和生活源) 中的排放量分 担率，部分研究还结合大气扩散模型研究机动车源在总排放源中的浓度分担率。 如z h a n g 等 1 7 1 结合建立的排放清单采用a e r m o d 模型分析，研究机动车排放源 在总排放源中的浓度分担率，同时结合网格数据分析了网格排放分担率和浓度分 担率。这些排放特征的分析帮助有关部门和机构准确认识研究区域的机动车排放 特性，以便有针对性的采取有效的控制措施。 实际上除了机动车尾气排放特征之外，机动车排放清单的建立过程中的路网 行驶特征研究也是机动车排放特征的一个重要方面。在利用基于工况的机动车排 放模型计算排放因子之前，需要获取车辆在典型道路上的行驶特征参数，这些参 数一般通过g p s 逐秒获取，主要包括瞬时速度、加速度、道路坡度、经纬度以 及海拔高度等。通过分析研究得出不同路段上行驶机动车的平均速度，以及加速 ( 加速度 o 1 m s 2 ) 、减速( 加速度 - 0 1 m s 2 ) 、匀速( 速度等于o ) 和怠速( 速度不为0 且0 1 m s 2 加速度 o 1 m s 2 ) 比例。这些参数用来衡量道路的通畅程度，反映了上 行驶机动车的工作状态，机动车污染物排放特性与道路的通畅度密切相关。 机动车的日均启动次数和年均行驶里程( v k t ) 也是城市机动车尾气排放的重 要特征参数之一机动车启动次数和行驶里程直接影响机动车污染物的排放量，该 数据的准确性也会直接影响排放清单的准确性【1 8 】。目前，这类数据的获取主要 是通过问卷调查的方法。如林秀丽等人早期通过问卷调查和企业调查的形式，对 轻型客车、出租车和摩托车行驶里程分布规律进行了分析，得出了2 0 0 7 年我国 轻型客车的年均行驶里程 1 9 - 2 0 1 ；杨方等利用小样本调查数据调整了北京市车里程 累计率，提高了利用m o b i l e 模型计算的准确率【2 1 1 ；吴大磊等利用小样本数据 2 浙江大学硕士学位论文 绪论 计算了广州市机动车的年平均行驶里程2 2 1 。 通过获得机动车路网行驶特征和年活动水平，再结合排放因子建立研究区域 的机动车排放清单分析机动车尾气排放特征，为管理决策提供依据。 1 2 2 机动车排放清单的研究 机动车排放清单的研究是从单车排放因子的确定开始的，有大量的研究通过 各种测试方法获取某一特定车辆、特定污染物的排放因子，在研究的过程中逐步 探讨机动车排放的影响因素。然后对测试获取的大量排放因子进行统计分析与处 理，开发出了机动车排放因子模型并利用测试数据不断校正。随着普遍适用的排 放因子模型的出现，机动车排放清单的建立和特征分析的研究逐渐在各地展开。 1 2 2 1 机动车尾气排放测试研究 衡量机动车尾气排放量、分析机动车污染物排放特征是制定城市环境空气质 量管理策略和交通运输战略环境影响评价的重要组成部分1 2 3 j 。到目前为止，机 动车排放因子、排放清单以及机动车排放模型的发展都是基于实验的研究方法。 两种主要的测试方法是发动机台架测试方法和底盘测功机法，前者将发动机固定 在一个台架上测试其功率和排放，后者是汽车在滚筒上行驶测试其排放情况【2 4 1 。 经过不断的发展，底盘测功机法有特定的测试循环，但是最早的测试循环比较单 一，机动车实际道路的行驶往往偏离标准的测试规程，不能准确的反应实际道路 机动车的排放特性2 5 - 2 6 。直到1 9 7 8 年，k e n t 2 7 首次选择有代表性的实际道路 运行循环作为标准测试循环，该方法到上世纪九十年代中期获得认可并广泛采 用。之后世界上的很多国家都建立了自己的测试循环，这些循环有区域尺度和国 家尺度的，有针对城市道路和乡村道路的，还有专门针对摩托车的。在许多的测 试循环中，欧洲的标准测试循环由于a r t e m i s 计划影响应用最为广泛【2 8 1 。 其他测试方法的初衷都是用于对传统的测功机法和测试循环排放数据进行 验证，如隧道实验、道路遥感测试( r s ) 和车在排放测试( p e m s ) 等。这些方法- 9 传统的在实验室模拟实际道路排放特征不同，它们主要是将实验室的设备带到实 际道路上去检测分析机动车排放状况。这些测试数据一方面用于验证传统的机动 车排放参数，同时用于选择更有实际道路代表性的测试循环，帮助建立准确的机 动车排放清单和排放模型。随着这些方法的不断推广和完善，逐渐成为普遍的实 浙江大学硕士学位论文 绪论 际道路机动车尾气排放测试方法。 隧道实验是应用最为广泛的实际道路机动车排放因子测试方法，被许多国家 的研究者或研究团队运用。c h a i l g 等【2 9 在1 9 6 7 年提出该方法，p i e r s o n 等【3 0 1 在1 9 7 8 年对隧道试验的基本方法进行了阐述并首次在美国应用。此后，该方法在世界各 地得到了广泛的应用，且美国e p a 的鼓励很多地区采用该方法 3 1 - 3 2 】。隧道实验 的优点是可以将汽车尾气排放源与其他污染源( 如生活源和工业源) 分开，获得车 队的排放因子，且测试方法简单易行，具有一定的代表性。但是由于隧道试验工 况单一，无法获得某一特定车型的排放因子，应用范围有限。隧道实验在早期研 究机动车尾气排放的影响因素过程中提供了很大的帮助，如道路坡度、温度、相 对湿度、海拔高度以及车队构成等。这些研究结果对后期机动车排放模型的开发 和模型的校验至关重要，有助于提高排放因子模型的准确性3 3 - 3 4 。 遥感测试是除了隧道试验之外应用最广泛的机动车尾气测试方法。与隧道实 验不同的是，绝大部分的遥感测试研究主要来源于b i s h o p 、s t e d m a n 和他们的研 究团队或者利用他们开发的测试系统 3 5 - 3 6 】。许多的研究最早开始于汽车燃油经济 性测试( f u e le f f i c i e n c ya u t o m o b i l et e s t )统1 3 8 - 3 8 】，随后这些研究采用b i s h o p 研究 团队和一些商业化机构开发的系列仪器( 如e s p 公司生产的r s d 系列) 继续开展。 遥感测试研究内容主要分为城市车队排放特征的研究 3 9 1 、机动车排放因子研究 【加1 、排放清单研究【4 1 】、评估i m 制度的实施效果4 2 1 、评估排放因子模型【4 3 1 和高 排放车辆和清洁车辆的筛选m 】。我国也利用遥感测试开展了机动车排放的相关 研究 4 5 - 4 7 。道路遥感测试可以对实际运行的车辆进行大量的测试、不影响车辆的 正常行驶且与被测车辆没有直接接触，检测效率高。但是，该方法获得的是车辆 在特定时刻、特定行驶特征下的排放数据，不能反映车辆在实际道路上持续行驶 状态下的污染物排放情况，有一定的局限性。遥感测试在i m 制度、识别高污染 车辆、校验排放水平和分析排放特征上有着重要的意义。 道路车载测试系统( p e m s ，p o r t a b l ee m i s s i o nm e a s u r e m e n ts y s t e m ) - 与遥感测 试方法把仪器固定在道路旁边相比，最大的不同在于该套系统是放置在移动的被 测车辆上，测试车辆在选定的道路上行驶，该套仪器可以记录测试车辆逐秒的污 染物排放速率，为研究者提供瞬态的车辆行驶工况参数和尾气排放速率【4 8 1 。 p e m s 测试设备最初是在1 9 9 8 年由美国e p a 的实时车载排放分析仪( r o v e r ) 发展 4 浙江大学硕士学位论文 绪论 而来的，初衷是发动机参数测试和排放检验。近几年，随着仪器不断发展与完善， 产品逐渐丰富。如美国e p a 开发的r o v e r 车载测试系统、日本h o f i b a 公司的各种 产品、c a t i 公司的p e m s 、以及s e m t e c h 系列产品等。基于这些设备许多学者 对机动车排放因子的准确性进行了大量研究，该技术已经步入成熟并被欧美等国 广泛用于汽车尾气排放研列4 9 1 。我国学者也利用该技术开展了许多研究，如国i i i 重型柴油车在实际道路行驶中的气态污染物排放【5 0 1 ，基于p e m s 的柴油公交车排 放测试分析5 1 】等。p e m s 测试方法由于直接在行驶的车辆上测试，可以获得测试 车辆实际道路上的尾气排放水平，对实际道路工况的模拟有很强的代表性。但是， 该方法一次只可以测试一辆车，且测试过程较为复杂、周期长、测试样本有限， 难以获得目标车队的排放水平。然而该方法在模型校验和新能源或替代能源汽车 ( 如l n g 、c n g 、h e v 等) 的排放评估中有着重要的意义。 1 2 2 2 机动车排放因子模型 机动车尾气排放测试研究可以获得单一车辆或车队的排放因子、对单车或特 定车辆尾气排放量的衡量与污染控制有较强的指导作用。然而，要获得整体车队 的排放水平，还需要借助机动车排放模型，通过模型计算车队的排放因子，建立 机动车污染物排放清单并分析排放特征，为管理提供决策依据。机动车排放模型 的发展与早期的尾气排放测试研究是密切相关的，尾气排放测试对提高模型的准 确性和完整性至关重要。国际上常用的机动车排放因子模型主要有m o b i l e 、 c o p e r t 、e m f a c 和i v e ( i n t e i n a t i o n a lv e h i c l ee m i s s i o nm o d e l ) ；等，分别由美国 e p a 、欧洲共同体、美国加州空气资源局、加州大学河边分校和国际可持续发展 研究中心开发。这些模型基本上是通过乘以一系列的校正参数对模型基本排放因 子( b e f , b a s ee m i s s i o nf a c t o r s ) 进行校正，得到不同类型车辆的排放因子。模型内 置的基本排放因子主要来源于机动车台架测试的数据。与机动车活动水平相关的 参数有很多，如机动车运行参数( 机动车行驶里程、平均速度、加速度等) 、燃料 参数以及气象参数等。不同模型的模型校正参数不同，根据校正参数的不同可以 将模型分为3 类： ( 1 ) 基于平均速度的统计回归模型。这类模型主要有m o b i l e 、c o p e r t 和 e m f a c 等，机动车排放因子与平均速度相关，通过输入行驶距离和平均速度就 可以计算出排放因子( e c k m 辆) 。这类模型的参数较少，也比较容易获得，在国内 浙江大学硕士学位论文 绪论 外机动车排放模型中应用最为广泛。同时，也由于该类模型考虑的参数较少，准 确性有较大差异，成为争论的焦点【5 2 1 。 ( 2 ) 基于燃油消耗的排放模型。这类模型主要是基于遥感测试和隧道实验获 取的排放因子( g l 辆) 数据，再结合当地的燃油消耗总量建立机动车污染物排放 清单。理论上该类模型的排放因子仅与燃油消耗有关，机动车的实际道路行驶特 征对其影响很小，可以获取准确的排放清单。然而，获取其基准排放因子的隧道 实验和遥感测试方法工况单一，准确性不高、有待验- t i t 5 3 1 。 ( 3 ) 基于机动车发动机比功率的排放模型。该类模型的典型代表是i v e 模型。 机动车比功率( v s p , v e h i c l es p e c i f i cp o w e r ) 最初由美国麻省理工学院的j o s e 于 1 9 9 9 年提出，其综合了机动车行驶的速度、加速度和道路坡度以及风阻等参数， 考虑了机动车在行驶过程中的动能和势能的变化，以及克服地面摩擦阻力和克服 空气阻力所做的圳5 4 1 。i v e 模型引入了v s p 概念，结合e s ( e n g i n es t r e s s ) 将实际 运行工况分为6 0 个b i n 区间，用于表征机动车瞬态行驶过程与排放的关系。w e 模型在发展中国家得到了广泛的应用5 5 1 ，我国的北京【5 6 、上海5 7 1 、天涔5 8 1 等地 也先后利用w e 模型研究了当地的机动车污染排放情况，郭慧【5 9 】等人曾利用遥 感测试数据对i v e 模型基本排放因子进行了修正。i v e 模型基于当地的机动车行 驶工况，分辨率较高，较其他模型更适用于发展中国家。 随着研究的深入，机动车排放模型计算的精度在逐步提高，各个国家也在积 极致力于建立自己的排放模型。美国的m o b i l e 模型目前己被新一代排放模型 m o v e s 模型所替代，该模型也采用了v s p 的概念，结合v s p 对机动车道路实 际道路行驶工况的表征，采用车载测试排放系统( p e m s ) 建立逐秒的污染物排放 速率，大大的提高了模型计算的精度，代表着未来机动车模型发展的方向嘲】。 1 2 2 3 机动车排放清单的建立 机动车排放清单研究的主要意义一方面是衡量地区机动车尾气排放量，分析 机动车污染物排放特征，为制定机动车管理制度提供决策依据；一方面为大气扩 散模型提供排放源数据。根据管理的要求和研究的意义不同，机动车排放清单的 尺度也不同。排放清单按照时空分辨率的不同，一般分为宏观( 区域) 、中观( 道路) 和微观( 逐秒) 三个层次6 卜6 2 。按照所采用的排放因子不同又可分为基于燃油的排 放清单( 排放因子单位g l 辆) 和基于行驶里程排放因子单位g k i n 辆) 的排放清 浙江大学硕士学位论文 绪论 单。早期的机动车排放清单主要是衡量机动车污染物排放量，属于宏观的排放清 单、研究区域通常为国家、区域和城市。国际上宏观排放清单建立的通用方法是， 利用宏观的机动车排放因子模型( 如m o b i l e 模型) 计算得到研究区域车队的平 均排放因子，再通过调查手段获取当地车辆的年均行驶里程，然后相乘得出研究 区域的机动车排放清单。中观排放清单建立以城市道路为基础，通过实地调研获 取道路层面的机动车行驶特征、车流量、车队构成等参数，采用基于工况的机动 车排放模型( 如w e 模型) 计算不同道路上各种类型车辆的排放因子，再结合g i s 技术建立机动车排放清单。微观层次的排放清单以单车为基础，模拟机动车在道 路行驶过程中逐秒的排放速率，主要用于研究道路特定点位的机动车尾气浓度分 布特征与扩散规律，如公交站点、交叉路口等。 机动车排放清单的研究过程与机动车尾气道路测试和排放模型的研究密切 相关。排放清单建立时所采用的排放因子大多通过隧道实验、遥感测试或基于台 架测试数据开发的模型获得，排放清单的准确性与这些方法的准确性密切相关。 众多关于排放清单的研究中，有大量的文献在分析各种方法获取的排放因子的准 确性和分析排放清单的不确定性 6 3 - 6 6 】。很多学者建立了基于燃油消耗的排放清 单，如s c h i f t e r 等【6 7 】利用丹佛大学1 9 9 1 至1 9 9 4 年的遥感数据建立了墨西哥的排 放清单；b r e t t 等f 6 8 】利用遥感在洛杉矶的3 5 个点位测试数据建立了排放清单。在 排放清单的验证过程中，有许多学者认为基于燃油消耗的排放清单不需要考虑机 动车活动水平及道路行驶工况的差异，准确性相比基于行驶里程的排放清单较 高。但是，一方面随着机动车排放因子模型的不断发展，计算获得的排放因子精 确度大大提高，基于行驶里程的排放清单的准确性也相应得到提高；另一方面， 基于燃油消耗的排放清单，由于其排放因子大多通过遥感测试获取，工况单一， 所建立的排放清单准确性有待深入研究。因此，如今绝大部分排放清单是基于行 驶里程排放因子建立的。 随着机动车污染研究的深入，对机动车排放清单的要求也逐渐提高，开始由 宏观排放清单向微观排放清单转变、由机动车排放水平的总体研究向大气扩散模 型的深入研究转变；同时排放清单的区域性尺度也表现出不同。目前，针对区域 大气污染的研究要求提供更高精度的污染物排放清单，机动车排放清单也在向高 分辨率的时空排放清单转变。高分辨率的时空排放清单大多是基于g i s 软件建 浙江大学硕士学位论文 绪论 立的，与以往的清单有较大的区别。之前的研究主要是“自上而下”的排放清单， 要求提供的参数较少；而现在的排放清单主要是“自下而上”的，要求提供大量 的参数，如道路长度、车流量、区域人口分布、车队构成、研究区路网分布特征 以及各类车辆的活动水平和排放因子，这些参数均要有时间特征，部分还要求 2 4 h 的分布情况。“自下而上”的排放清单，不仅可以得出研究区域污染物的排 放总量，还可以得出不同类型车辆、不同区域、不同时间点上机动车的排放特征， 对机动车污染构成分布、污染控制与减排提供管理决策依据，还可以结合扩散模 型预测城市环境空气质量。 国内有很多学者建立了不同尺度的机动车时空排放清单。c a o 等6 9 1 建立了 2 0 0 0 年我国元素碳( e c ) 和有机碳( o c ) 气溶胶分辨率为0 2 。经度x 0 2 。纬度的排 放清单；z h a o 掣7 0 1 建立了我国华北地区分辨率为o 1 。经度x 0 1 。纬度的污染物 排放清单；z h e n g 等7 1 1 建立了2 0 0 6 年珠三角地区网格分辨率为3 k m x 3 k m 的污染 物排放清单；z h a n g 等【1 刀建立了2 0 0 4 年杭州市网格分辨率为l k m k r n 的机动车 污染物排放清单。关于这种“自下而上”的污染物排放清单建立方法许多文献均 有详细介绍【6 6 。机动车高分辨率时空排放清单的建立方法，通常结合g i s 软件 将研究区域的路网按照不同的要求划分为不同分辨率的网格，获取每个网格内道 路的长度，道路车流量等行驶参数。按照道路等级和密集程度的不同分为线源和 面源，结合人口密度和出行规律分布各网格的车辆活动水平，采用基于工况的机 动车排放模型计算不同道路、车型的各类污染物物小时排放因子，最后计算出各 网格内的污染物排放量，建立机动车污染物时空排放清单。根据管理的要求和扩 散模型要求的精度不同，可以设定不同的分辨率。 1 2 3 机动车排放控制策略 世界上的许多国家都已经认识到机动车尾气所带来的环境问题，都采取了相 应的管理措施以控制机动车污染。随着经济和技术的发展，针对机动车排放所呆 取的控制策略也在不断更新，主要包括以下几个方面。 1 2 3 1 新车排放标准与法规 新车排放标准规定了发动机在预先设定好的测试工况下所排放或蒸发的污 染物数量，是所有机动车排放控制措施中的重要组成环节。1 9 6 6 年9 月，日本 浙江大学硕士学位论文 绪论 颁布了世界上第一个全国性的汽车尾气排放标准，随后有很多国家纷纷效仿，制 定自己的排放标准。1 9 6 9 年，欧洲的瑞典、联邦德国等国家就已开始实施控制 怠速排放的法规。最初的标准主要是控制c o 和h c 的排放，从2 0 实际7 0 年代 开始对尾气中的n 吼以及颗粒物排放也提出了限制。欧洲经济委员会( e c e ) 从 1 9 7 0 年开始立法控制轻型汽油车的尾气排放和曲轴箱排放，到1 9 9 2 年7 月开始， 即欧i 标准【7 2 1 。我国的机动车立法控制起步较晚，从1 9 8 3 年开始颁布了第一批 机动车尾气排