基于MOBILE6.2的機動車氣態污染物排放量與分擔率研究

蔣秋靜，盧 彬

（太原市環境科學研究院，太原 030002）

近年來，我國城市機動車保有量持續增加，機動車尾氣已經成為大氣的主要污染源之一。作為機動車排放的主要氣態污染物HC、CO、NOx造成的污染影響正逐漸顯現，污染分擔率不斷上升[1]。據文獻報道，北京[2]、沈陽[3]、長春[4]和天津[5]的機動車CO排放總量分擔率（質量分數）為71%～83%，NOx為33%～55%，HC為72%～81%，機動車污染已經成為我國城市大氣環境惡化的主要因素。經過多年的工業污染治理，太原市大氣質量有了較大的改善，但近年來NO2濃度出現反彈且呈上升趨勢。與2005年同期相比，太原市2011年NO2日均質量濃度值上升了6.7%。在此期間，太原市機動車呈現快速增長的趨勢，特別是2000年以后，機動車年平均增長率達到16.6%。其中，輕型客車年均增長率達到了27.5%；其次為重型車，平均年增長率達23.7%。截至2011年，太原市機動車保有量達到74.9萬輛，為2005年機動車保有量的2.9倍，2000年的10.3倍。

MOBILE模型是以機動車平均速度為基礎，對于估算宏觀的大范圍地區的尾氣排放具有較好的適用性，可用于制定機動車排放清單和控制策略[6]。郭慧等[7]采用該模型計算了杭州市區機動車氣態污染物的排放清單和分車型的排放分擔率；畢曄等[8]采用該模型對北京市出租車氣態污染物進行了初步分析，并提出了防治策略，但有關機動車氣態污染物分季節排放清單的研究尚不多見。筆者探討了采用MOBILE6.2模型計算機動車排放因子應考慮的主要參數，結合太原市機動車運營特征，給出了主要參數的本地化修正方法，分別估算了太原市2011年冬季（1月）和夏季（7月）機動車氣態污染物排放因子。在此基礎上，確定了機動車氣態污染物排放總量和分車型分擔率。該研究基本明確了太原市機動車污染現狀及其主要排放車型，為太原市機動車污染控制提供理論參考。

1 研究方法

1.1 MOBILE6.2

MOBILE是由USEPA開發，用于預測在用機動車污染物排放的模型程序，它根據多年來對大量車輛測試數據的分析回歸，得到計算機動車各類污染物排放系數的經驗公式。MOBILE6.2模型認為，在標準工況下，車輛氣態污染物的基本單位排放量隨行駛里程的增加呈線性劣化，劣化曲線的截距和斜率分別為零公里排放量和劣化系數。以上結論是參考基于聯邦測試方法（FTP）和美國環保署（US EPA）有關在用車機構測試的結果。其計算公式為：

式中：E1為基本單位排放量，g／km；s為行駛里程，km；E0為零公里排放量，g／km；d為劣化系數，10-4g／km。

在計算出基本單位排放量后，對機動車實際工況下廢氣排放因子的計算需考慮多種修正系數，才能得到排放因子。分車型排放因子公式為：

式中：E 為排放因子，g／km；i為車齡，a；t為車隊特征，主要包括登記分布、柴油車比例、積累里程率、行駛里程分布等參數[9-10]；o為劣化補償措施，如I／M制度、防劣化制度等[11]；a為空調使用情況，主要受云量、日峰持續時間、太陽起落等外部條件的影響[12]；f1為溫度修正參數[13]；f2為速度修正參數[14]；f3為燃油修正參數[15]。

筆者將MOBILE6.2應用于太原地區，并根據太原市機動車的實際情況對這些參數進行了修正。

1.2 本地化修正

參考相關MOBILE6.2輸入參數的敏感性分析文獻[16]、MOBILE6.2用戶使用手冊，選擇敏感性較大的參數進行本地化修正。

1.2.1 機動車排放控制技術水平

研究表明，我國汽車的排放水平在統計上可類比于美國特定年代汽車的排放水平[17]。太原市2000年前登記的車輛大部分采用化油器技術，少部分采用電子噴射技術，基本不加裝尾氣凈化裝置，相當于美國20世紀70年代末期的排放控制水平。2000年后登記的汽油車則要求采用電子噴射技術，并加裝催化凈化裝置，車輛排放控制水平達到歐Ⅰ標準，相當于歐洲20世紀90年代初期或美國Tier 0（1981—1993）的控制水平，即美國1990年清潔空氣法案（CLEAN AIR ACT）頒布之前的控制水平。

1.2.2 機動車登記分布

車齡登記分布指正在運行的機動車中不同登記年代的車輛所占的比例。如下式所示：

式中：k為機動車登記分布，%；i為車齡，a；r為機動車登記數，輛。

1.2.3 柴油車比例

本研究假定各車型不同車齡柴油車比例相同。經抽樣調查統計，各車型柴油車比例見表1所示。

表1 太原市機動車分車型柴油車比例

1.2.4 里程分布

車輛在不同車齡時行駛的里程數，即車輛的年累積里程增長率。以累積行駛里程為因變量，以車齡為自變量，分車型進行對數曲線的回歸，得到分車型不同車齡的回歸公式。按所得回歸公式，計算得太原市機動車積累行駛里程和里程分布，見表2所示。

表2 太原市機動車積累行駛里程和里程分布 ×104 km

1.2.5 行駛里程比例

本研究在進行車流量的觀測中，將全部市區道路看成一個封閉的系統，那么特定時段內某車型行駛里程（sj）和各車型行駛里程比例（pj）計算見下式：

式中：m為車流量，輛；l為路段長度，km；s為行駛里程，km；p為行駛里程比例，%；i為路段編號，i＝1，2，3…，n；j為車型編號，j＝1，2，3…，m。經計算，太原市各車型行駛里程比例見表3所示。

表3 太原市各車型行駛里程比例

1.2.6 平均速度

平均速度是影響排放因子的主要參數。研究表明，平均速度較慢或較快都顯著影響機動車污染物的排放。且對不同車型機動車的排放因子、對同車型不同污染物的排放因子的影響均有較大差異[18]。本文選取太原市工作日主干道平均車速為21.55 km／h。

1.2.7 油品

調查太原市26個加油站的61個油品可知，太原市汽油含硫質量分數為0.3%，柴油為0.8%，雷氏蒸汽壓為75.16kPa。

1.2.8 其他輸入參數

其他參數包括：機動車冷熱啟動比例，機動車運行環境背景條件（環境溫度、濕度）等等。

2 結果與分析

2.1 分車型排放因子

通過設定修正的MOBILE6.2的參數值，分別得到在太原市21.55km／h的平均車速下，2011年冬季（1月）和夏季（7月）的分車型排放因子和綜合排放因子見表4和表5所示。結果顯示，太原市機動車HC、CO和NOx綜合排放因子冬季分別為2.358，32.046，5.118g／km，夏季分別為3.28，20.02，4.64g／km。為了驗證排放因子的合理性，將模擬結果與北京和西安的隧道試驗結果進行比較。西安北路隧道[19]的測定季節為冬季，車型為混合交通，HC、CO和NOx的綜合排放因子分別為3.58，33.28，4.61g／km。北京譚峪溝隧道[20]測定季節為夏季，車型為以輕型客車為主的混合交通，CO和NOx的綜合排放因子分別為23.47，1.29g／km。太原市機動車排放因子模擬結果與隧道試驗結果基本相當，數值偏差不大，說明本研究估算結果基本合理，具有一定的參考價值。

表4 2011年太原市冬季（1月）機動車排放因子

表5 2011年太原市夏季（7月）機動車排放因子

2.2 排放總量及分擔率計算

通過MOBILE6.2計算出了排放因子，污染物排放可根據以下公式進行計算：

式中：EZ為j類污染物的機動車年排放總量，104t；ni為預測年i車型的機動車保有量，輛；si為預測年i車型年均行駛里程，104km／a；Ei，j為i車型j 類污染物的排放因子（兩季排放因子均值），g／km。

2011年太原市各車型的保有量及分車型年均行駛里程見表6所示。

表6 太原市機動車分車型保有量及年均行駛里程

由公式（6）可得，2011年太原市機動車分車型氣態污染物排放量及分擔率計算結果見表7所示。

由表7可知，輕型車，特別是輕型客車是CO、HC和NOx排放的主要車型，分別占排放總量的82.50%、76.61%和45.40%，這是由于輕型客車年均27.5%的高增長率和較高的排放因子共同決定的。其次為重型車，NOx排放占總排放量的36.47%，盡管重型車保有量僅占機動車保有量的4.7%，但較高的排放因子成為NOx的主要排放車型之一。

表7 太原市機動車氣態污染物排放量及分擔率計算結果

3 結論與展望

根據我國北方城市太原市的機動車實際運營特征，對MOBILE6.2模型中的主要參數進行了本地化修正，估算了太原市2011年冬季（1月）和夏季（7月）機動車氣態污染物排放因子，以及年排放總量和分車型分擔率。總體而言，輕型客車是CO、HC和NOx的主要排放源，這主要是由輕型客車的高增長率以及高排放因子共同造成的；同時值得注意的是，重型車是NOx的第二大排放源。要有效控制太原市機動車CO、HC和NOx的排放，首先必須重點控制輕型客車和重型車的增長，同時進一步提高油品質量，推廣燃油改煤層氣技術，實施更嚴格排放標準，完善I／M制度，有效降低機動車污染物的排放因子，從而有效降低機動車污染物排放量，緩解機動車排放對城市大氣環境的壓力。

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