Solutions for vehicular emission control and evaluation for urban aq attainment. 城市机动车污染控制措施与空气 质量改善效果评估技术与方法. Keynote from Prof. Mao Hongun
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CLEEN's MMEA program organised an international seminar on cleaner air - Outdoor and indoor air quality together with Zhejiang University and assistant organizer Insigma group. This is one of the keynote presentations in the seminar. More info in www.mmea.fi The cleantech field is expanding rapidly and Finnish companies are committed to working for a better environment in the fields of energy efficiency, air quality and monitoring. The world-class Cleantech know-how from Finland and the cooperation with Chinese partners and the results were highlighted in the MMEA seminar. Some of the leading Finnish cleantech companies together with Finnish and Chinese research institutions were present at the event. The seminars focused on cooperation between Finland and China concerning indoor and outdoor air quality and solutions to make them better.
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- 1. 城市交通污染防治研究中⼼心 毛洪钧 2015年5月15日杭州 城市机动车污染控制措施与空气 质量改善效果评估技术与方法 Interna,onal seminar on cleaner air Outdoor and indoor air quality Solu,ons for Vehicular Emission Control and Evalua,on for Urban AQ ACainment
- 2. 城市交通污染防治研究中⼼心 内容提要 • 背景介绍 • 系统构成 • 技术⽅方法 • 成果案例
- 3. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 1）开展机动车排放控制技术的科研工作； Scien,fic Research on Vehicle Emission Control 2）组织、参加国家、京津冀地区大气污染防治的重大项目； Na,onal Projects on air Pollu,on Control in Beijing-‐Tianjin-‐Hebei Region 3）协助天津市机动车排污检控中心开展地方标准制修订等工作； Coopera,on with Vehicle Emission Control Center in related work Main Work 南开⼤大学城市机动⻋车污染防治研究中⼼心主要⼯工作 天津市环保局机动车排放控制联合实验室
- 4. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 研究领域 Research Fields 1）移动源污染防治措施效果评估研究； Effects Evalua,on on Controls of Mobile Source Pollu,on 2）高时空分辨率大气污染源排放清单； High Temporal-‐ spa,al Resolu,on Emissions Inventory 3）智能交通与空气质量改善； Improvement of Intelligent Traffic and Air Quality 4）城市及街区尺度大气环境数值模拟； Numerical Modeling for Atmospheric Environment in Street Scale 5）高精度道路交通排放源解析研究； High Resolu,on Source Appor,onment for Traffic Emissions 6）机动车尾气排放污染物检测技术。 Technologies for Vehicle Emission Measurement
- 5. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 国家重⼤大专项 State Main Research Program • 973：“气溶胶-云-辐射数值模拟系统中排放源清单的建立”（2013-2015）； • 973：“空气颗粒物来源与人体暴露表征研究”（2013-2015）; • 863：“基于物联网的城市空气环境调控技术研究与应用”（2012-2014）； • 国家科技支撑：“京津冀区域大气污染物动态排放特征及更新机制研究（2015-2017）”； • 科技基础性工作专项：“典型工业源和机动车排放PM2.5源谱库的编研（2013-2018）”。 • 科 技 部 中 欧 中 小 企 业 专 项 ： “ 车 载 机 动 车 尾 气 排 放 快 速 测 量 系 统 的 合 作 研 发 （2013-2015）； • Na4onal Basic Research Program of China (973 Program): Study on air par4culate maCer source and human exposure characteris4cs(2013-‐2015) • Na4onal Basic Research Program of China (973 Program): Establishment of Emission inventory in Aerosol-‐Cloud-‐Radia4on Numerical Simula4on System (2013-‐2015) • Na4onal High-‐tech R&D Program of China (863 Program): Research and applica4on of city air environmental control technology based on internet of things (2012-‐2014) • Na4onal Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China: Study on air pollutants dynamic emission characteris4cs and update mechanism in Beijing-‐Tianjin-‐Hebei region (2015-‐2017) • Basic Technology Working Project: Emission source spectrum edi4ng and research on PM2.5 discharged by typical industry and vehicle.(2013-‐2018) 承担项⺫⽬目 Program
- 6. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 6 主要来源 Pollutant emissions from vehicle 蒸发排放 (VOCs) 磨损排放: 轮胎, 刹车 和路表面磨损 (PM) 尾气排放 • ‘热排放’ • ‘冷启动’ • ‘怠速’ 尾气排放 – 法规污染物 (regulated pollutants) • 一氧化碳 (CO) • 碳氢化合物 (HC) • 氮氧化物 (NOx) • 二氧化硫（NO2 ） • 颗粒物 (TPM) – （仅限于柴油机） 尾气排放 – 非法规污染物 (non regulated pollutants) • 温室气体 (CO2, CH4, N2O) • 氨（NH3） • 有机污染物 (aliphatics, aromatics, PAHs, carbonyls, etc.) • 金属 (e.g. arsenic, cadmium, mercury, nickel) • 颗粒物的表面积，数量(PN)，粒径 （PM）
- 7. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 7 • 运行工况 • 燃料性质 • 车龄、车类型 • 发动机控制 • I/M制度 • 环境条件 • …… 机动车排放影响因素 Factors influenced on emission from vehicle
- 8. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 行驶车速的影响 8 机动⻋车污染对空⽓气质量的影响 the impact of vehicular emission on the air quality
- 9. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 9 交通路⺴⽹网层 污染分布层 ⼈人⼝口分布层 健康⻛风险层 机动⻋车污染特点 Characteris5cs of vehicular pollutants 污染集中城市区域内，与⼈人⼝口活动 强度及密度呈正相关，受影响⼈人群 密度⾼高； 机动车尾⽓气排放部位低，集中分布 在⼈人的呼吸带内，暴露⽔水平与⼈人⼝口 分布成正比； 对公众健康的影响的实际效果要比 同类型排放强度的面源及⾼高架⼯工业 点源污染⾼高数⼗十倍； 机动车尾⽓气污染物中毒性物质多， ⼀一些毒害成分半衰期长，如四环 PAHs达到半年以上； 发⽣生⼆二次反应形成⼆二次污染源，又 可通过长距离扩散，形成⼤大范围长 时间覆盖全球的地表污染层
- 10. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 10 我国PM10/PM2.5与世界其它地区比较（PM source apportionment) 世界各城市PM10和PM2.5源解析(globally comparison) 全球机动车污染贡献现状 Global contribu5on from vehicle for fine par5culate ma9er
- 11. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 机动⻋车污染防治措施 Solution 摸清空气质量现状 l 空气质量水平（主要污染物在空间上，时间上的分布，如季节和日间变化类型） l 大气污染特征及成因（主要大气污染物形成规律） 提出关键问题 l 污染源（大气污染物的分担率/总排量的分担率，可控/非可控，车型分担率） l 交通状态分析(影响机动车排放的交通因素） 制定规划目标 l 排放总量的减排（净减排量和百分比） l 空气质量的改善（重点污染地区） 确定实现目标的可选技术路线和主要措施 l 机动车排放排放标准的控制（提前实施国Ⅳ等） l 淘汰黄标车（尤其高频使用的老旧车） l 强化在用车排放监管（I/M制度） l 加装或改造后处理装置（公交等营运车辆） l 提高油品质量（硫及蒸汽压） l 寻求可替代能源（LPG、CNG等） l 限行、限购（摇号、拍卖、低排区等) 保障措施 l 机制保障（部门间的协调与合作） l 经费保障（鼓励社会参与） l 技术保障（模型、清单技术） 效果评估 l 环境效果阶段性评估（监测、模型验证、经济性、有效性） 立足基本国情，借鉴经验教训， 不断改革创新，积极探索出一条 代价小、效益好、可持续的环境 保护新道路。
- 12. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 12 道路机动车排放清单 机动车道路活动数据 （车队构成、车速、 道路特征等） 确定扩散类型 的边界条件 路网GI S数据 道路、建筑数据 气象数据 空气质量 监测数据 机动车单车排放数据 （底盘测功、遥测、道路 测试等） 排放模型 路边扩散模型 （DMRB、OSPM、 CAR-FMI） 区域空气质量模型 （ADMS、CMAQ、 AREMOD） 区域其他数据 （地表粗糙度等） 气象模型 区域污染源GI S数据 模型结果的验证 区域规模 （宏观） 道路局部尺度 （微观） 满足空气质量需求 区域其他数据 （背景源等） 分步骤落实方案 机动车排放、交通管理对策 是 否 浮动车数据 RFI D数据 观测数据 交通模型 • ①基础路网弧段静态数据 • ②交通数据的采集与获得 • ③路网与交通数据的耦合 • ④排放模型的建立与升级 • ⑤污染物排放计算与统计 • ⑥动态排放数据库的生成 • ⑦清单结果的输出与渲染 • ⑧空气质量模型嵌套耦合 • ⑨污染控制措施效果评估 机动车排放清单与AQ管 理的技术构架 Route map
- 14. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 基于浮动车GPS数据获取的道路交通数据 浮动车GPS数据 平均行驶速度 道路交通流数据 速度-‐流量关系 基于道路的全路链交通数据的获取和分布 多源异构交通数据的集成与融合 Combination of Multiple Sources Traffic data
- 15. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 基于浮动车GPS及工况数据的道路切分 基于道路的全路链交通数据的获取和分布 多源异构交通数据的集成与融合 Combination of Multiple Sources Traffic data 路网的拆分和重整 原有的路网交通信息
- 16. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 机动车排放来源解析 Source appor,onment from road emission 尾气排放&非尾气排放 Exhaust and Non-‐exhaust 受体模型法 CMB/PCA/PMF 空气质量模型AQ modeling 排放清单法 Emission inventory 扫描电镜法 SEM ⺫⽬目的： 技术： • 机动车污染物排放进行模拟 • 管控措施的减排效果进行量化评估 机动⻋车排放来源解析技术⽅方法 Methodology for source appor5onment from road emission • 机动车排放介质相关成分谱 • 排放模型及因子建立技术 • 交通数据融合技术
- 17. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 17 微型客⻋车 2% ⼩小型客⻋车 13% 中型客⻋车 7% ⼤大型客⻋车 18% 轻型货⻋车 4% 中型货⻋车 8% 重型货⻋车 25% 出租⻋车 1% 公交⻋车 22% 微型客⻋车 ⼩小型客⻋车 中型客⻋车 ⼤大型客⻋车 微型货⻋车 轻型货⻋车 中型货⻋车 重型货⻋车 出租⻋车 国0 25% 国1 11% 国2 19% 国3 27% 国4 18% 国0 国1 国2 国3 国4 不同类型机动车PM排放比例 不同排放标准机动车PM排放比例 机动⻋车排放构成(以北京为例） Characteris5cs of vehicle emissions in Beijing
- 19. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 19 基于瞬态模型的排放因⼦子的获取 选取⻋车型对象， 在台架或底盘 测功机上进⾏行 逐秒运⾏行状态 的能耗排放数 据采集 选取⻋车型对象， 采集⾜足够多的 覆盖城市各类 运⾏行状况⼯工况 数据，分析确 定不同道路等 级、交通状态 下的典型运⾏行 ⼯工况数据 使⽤用实际排放 测试数据和典 型运⾏行⼯工况构 建模型数据库 （ e n g i n e maps） 利 ⽤用 e n g i n e maps⽣生成不 同 ⾏行 驶 ⼯工 况、 不同的⻋车辆载 荷、不同的⻋车 辆特征（重量、 ⼤大⼩小、空⽓气阻 ⼒力等）下的排 放因⼦子 6 6 5 5 4 4 3 3 2 210 vavavavavavaaENOx ++++++=
- 20. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 20 精细交通污染来源解析技术（隧道法） 试验⽅方法的设计 • 进、出⼝口采样点在20-30米处，避免进出⼝口局地湍流⼲干扰； • 平直隧道，避免陡坡，长度1000—2000米； • 上下⾏行隔离，⽆无相互通风； • 有适当路肩，可安装设备； • 车队构成与地区特征相近； • ⽆无长时间的交通拥堵发⽣生； • 相对密闭⽆无自然通风风⼝口。
- 21. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 21 案例成果(隧道源解析） 可获得机动车微量排放源的源 解析及相应的排放因⼦子。 Constant unexplained Exhaust Resuspension Road surface Brake wear Tyre wear Coefficient 9.3 14.9 1.8 12.8 6.4 5.9 Avg. APC score 1.67 1.80 1.36 1.18 0.79 Contribution µg/m3 9.3 24.9 3.2 17.4 7.5 4.6 % contribution 13.9 37.2 4.7 26.0 11.2 6.9 Fraction 0.14 0.37 0.05 0.26 0.11 0.07 Exhaust, Tyre Wear & Brake Wear (53%) Resuspension & Grit (13 %) Road Surface Wear (3%) Unexplained (31%) 伦敦某隧道机动车PM10排放源解析研究
- 23. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 2323 道路机动⻋车排放与控制效果评估系统 Assessment system of on-‐road vehicle emission control in Beijing 清单系统建立
- 25. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 25 机动车道路排放 网格排放 南京道路机动⻋车排放清单与决策系统 On-‐road vehicle emission inventory and decision system in Nanjing 7:00-‐9:00 NOx小时浓度模拟 Nox Simula,on Results 案例成果
- 26. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 26 北京道路机动⻋车排放与控制效果评估系统 Assessment system of on-‐road vehicle emission control in Beijing • 模拟北京市道路机动车 排放，提供高时空分辨 率的排放清单，为空气 质量模拟和污染防治提 供支持。 • 科学预测各种环境及交 通管理手段的污染控制 效果，进行出量化的效 果评估，提供给政策制 定者对可行的管理手段 进行优化选择。 道路排放强度渲染效果 分类贡献情况效果 机动⻋车⺴⽹网格排放强度渲染效果 案例成果
- 27. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 交通污染对空⽓气质量的影响 机动车排放清单的改进 原来NOx HC PM 改进后NOx HC PM 案例成果 Case study 清单验证内容 对比数据 验证结果 道路覆盖率 北京市道路统计数据 94.8% 行驶里程 单车行驶里程调查数据 +2.61% 燃油消耗 汽柴油销售量 +5.4% 总排放量（以NOx为例） 机动车污染防治年报数据 +21.3%
- 30. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 正在及未来开展的⼯工作 Current & Future Work 简易便携式车载系统的开发与应用 科技部中欧合作项目 • 小试
- 31. 城市交通污染防治研究中⼼心 路边空气质量PM2.5 的实时观测(南京） Roadside AQ study in Tianjin
- 32. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 Pegasor PUAQ 泰华恒越 绿林Sensor 泰华恒越 NEXT: comparison test among different instruments (since Mar 15th, 2015) And Shanghai Kangbai Science, Japan Fujitsu. After the comparison test of these instruments, the tender offering of PALM will begin soon.
- 33. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 天气气候 Weather and Climate 大气环境 Atmosphere Environment 生活规律 Regime 人体健康 Human health 基于人工神经网络的健康预报模型 Health model based on ar,ficial neural networks 案例成果 Case study
- 35. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 输入参数： 1、AQI和污染物浓度 2、活动规律 3、气象数据（未来考虑引入） 输出参数： 呼吸道疾病患者就诊人数 Input parameters: 1. AQI and pollutant concentra4ons 2. Personal regime 3. Meteorological data (considered in future) Output parameters: The number of outpa4ent who suffered respiratory diseases 基于人工神经网络的健康预报模型 Health model based on ar,ficial neural networks The number of outpa4ent who suffered respiratory diseases; X and Y axis represent observa4on and predic4on respec4vely 案例成果 Case study
- 36. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 正在及未来开展的⼯工作 Current & Future Work Exposure Reduc4on Pollutant Concentra4on Popula4on Exposed New Limit Value Area B Area A Old Limit Value Limit Value Reduc4on 基于交通及城市规划优化降低公众暴露水平的技术研究
- 37. 城市交通污染防治研究中⼼心 背 景 介 绍 系 统 构 成 技 术 方 法 成 果 案 例 37 未来开展的⼯工作 Future Work 1）机动车排放及道路扬尘源成分谱及清单建立； Vehicular emission and road dust source profiles and inventory 2）基于监测和模拟的排放清单验证； Verifica,on of emission inventory based on monitor and simula,on 3）基于大涡模拟的高分辨率空气质量模拟系统； High resolu,on air quality simula,on system based on large eddy simula,on 4）交通排放污染物的排放与暴露人群健康研究； Traffic emission vs human exposure and their healthy effect； 5）机动车排放模型与交通模型的在线耦合技术研究； Vehicular emission modelling online integra,on with transport modelling； ……