潘春梅,朱 翔,王 健,向 峰,邱 飛,萬普娟

(1.云南師范大學，云南 昆明 650500；2.云南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，云南 昆明 650034)

0 引言

大氣污染源排放清單，是指各類大氣污染源所排放的不同污染物信息的集合[1]。大氣污染源大體上分為天然源和人為源兩大類，大氣污染物排放清單是研究大氣污染機制的首要環(huán)節(jié)，是制定空氣質(zhì)量管理決策的重要基礎(chǔ)。歐美國家大氣污染源排放清單研究起步早，清單編制技術(shù)發(fā)展相對完善，美國環(huán)保署(EPA )最早開始污染源的排放測試，并且發(fā)布了統(tǒng)一的污染源分類編碼和清單編制指南。歐洲環(huán)保署(EEP)也開發(fā)了CORINDAIR 排放清單編制技術(shù)指南，為歐洲區(qū)域大氣污染物控制計劃提供了科學依據(jù)。除此以外，英國、德國、法國、土耳其、希臘等也相繼開展了本國的排放清單研究工作。相對歐美國家而言，亞洲排放清單起步相對較晚，但是也取得了頗豐的成就：日本的亞洲區(qū)域排放清單REAR是亞洲目前最完整的綜合性排放清單之一，隨后韓國也發(fā)展了本國大氣污染物CAPSS清單，印度針對本國的大氣污染物排放建立了源清單-ANL-India。這些清單的建立為指導全球大氣環(huán)境的凈化做出了突出貢獻。我國在20世紀80年代開始大氣污染排放清單編制工作，并且取得了眾多研究成果：清華大學于2012年開發(fā)了中國地區(qū)多尺度動態(tài)排放清單MEIC 模型；2014年環(huán)保部發(fā)布了一系列關(guān)于大氣顆粒物、大氣揮發(fā)性有機物質(zhì)、大氣氨、揚塵源顆粒物、道路機動車大氣污染物、非道路移動源大氣污染物、生物質(zhì)燃燒源大氣污染物等的污染源排放清單編制技術(shù)指南(試行)，其中詳細提出了排放源分類標準、清單編制技術(shù)、排放量估算方法等，給予了我國源排放清單編制的權(quán)威性技術(shù)規(guī)范指導，對推進排放源清單編制工作具有重要意義。

本文通過對大量文獻的梳理，歸納總結(jié)我國天然源和人為源的排放源清單研究進展，分析評價各類清單建立方法的優(yōu)缺點，并就排放清單未來發(fā)展方向提出展望，以期為大氣污染源管理與污染排放決策等提供科學參考。

1 天然源

天然源是指向大氣排放污染物的各種自然活動，如植被釋放、土壤排放、地球活動等。植被主要向大氣釋放揮發(fā)性有機化合物VOCs，土壤中的微生物活動主要排放N2O和CH4等，地球活動中的火山噴發(fā)、閃電等自然現(xiàn)象也會產(chǎn)生溫室氣體、二氧化硫、火山灰等污染物，這些排放造成溫室效應、大氣污染、臭氧層破壞等影響大氣環(huán)境質(zhì)量和人類的身體健康。天然源排放清單估算一直是國內(nèi)外大氣環(huán)境化學領(lǐng)域的研究熱點。

1.1 植物釋放

植物源釋放是天然源揮發(fā)性有機化合物VOCs的重要貢獻源。植物VOCs排放估算模型有兩種：中小尺度估算模型和中大尺度模型。前者基本思路是從植被個體的單位葉生物量的VOCs排放估算, 再估算到整株的排放量, 最后推導群體的, 這種估算模型基本不考慮植被冠層的影響；后者的基本思路則是從植被的角度, 利用遙感與地理信息, 將一定區(qū)域按一定的分辨率劃分為若干網(wǎng)格, 再計算每一網(wǎng)格內(nèi)園林植被VOCs排放量, 最后統(tǒng)計所有網(wǎng)格排放量之和，得到中大尺度內(nèi)植物VOCs排放清單, 中大尺度模型一般會考慮植被冠層的影響[2]。

在中大尺度估算模型的建立上，20世紀80年代， Pierce等[3]在大量觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立了一個生物排放清單系統(tǒng) BEIS。1995年，Guenther等[4]構(gòu)建了G95改進算法模型，估算了異戊二烯、單萜烯以及其它VOCs的排放量，并建立了全球第一個BVOCs排放全球模式，目前該模型是使用頻率最高的。此外，美國大氣科學研究中心 (NCAR) 于1999年推出了可以在全球范圍內(nèi)使用的GLOBEIS模型，目前已發(fā)展到了GLOBEIS 3.2版本[5]。在中小尺度估算模型方面， Poupkou等[6]2010年建立了一個基于格網(wǎng)的高時空分辨率的BEM模型。隨著模型的發(fā)展, 實現(xiàn)植物VOCs排放模型與各類陸地生態(tài)系統(tǒng)模型的耦合，尤其是與動態(tài)全球植被模型的雙向耦合將是未來的研究趨勢。在中國的植被VOCs排放估算上，Wang等(1999)[7]、謝旻等(2000)[8]、張莉等(2002)[9]分別在不同年份對中國的植被VOCs排放量進行了估算。

1.2 土壤排放

土壤是N2O和NH4的重要貢獻源，其中N2O是溫室氣體的重要成分之一。N2O不僅在大氣中滯留時間長，而且還參與到大氣中許多光化學反應, 表現(xiàn)為在平流層中通過NOX把O3轉(zhuǎn)化為O2, 形成NO和N2, 從而破壞臭氧層[10]。據(jù)估計大氣中90%的N2O來自地表土壤，特別是農(nóng)田土壤和熱帶地區(qū)的土壤,貢獻率高達70%～90%[11]。N2O排放受眾多因素的影響，其中自然因素有氣溫、降水、土壤結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地、土壤的pH值等，人為因素包括施肥、灌溉等農(nóng)業(yè)活動[12]。

2 人為源

根據(jù)人為源的特征，按照火電廠、工業(yè)源、交通、農(nóng)業(yè)源、民用燃燒源、農(nóng)業(yè)源、人為VOCs排放源等各行業(yè)對大氣污染物排放源清單研究進行綜述。

2.1 火電廠

火電廠是重要的能源使用部門，同時也是SO2、CO、NOX等大氣污染物的重要來源，由于火電廠采取的污染物控制措施相對比較完善，所以一般排放清單中會將火電廠作為一個單獨的排放源考慮。早期研究(Kato and Akimoto, 1992[16];王書肖等，2001[17];Hao et al. ,2002[18])采用年均煤耗量和排放因子估算我國燃煤電廠的排放，而沒有考慮到技術(shù)進步對排放因子的影響。后來的研究者則結(jié)合本地實測的排放因子，更新了排放清單(如Zhang et al.，2007[18]; Tian et al.，2013[19])，大大地提高了燃煤電廠排放總量的和排放趨勢估算的準確性。

值得注意的是火電廠排放量的空間分配方法已經(jīng)從基于大型發(fā)電廠的位置發(fā)展成基于發(fā)電企業(yè)逐臺燃煤機組基礎(chǔ)信息的方法來進行火電廠排放量的空間分配，極大提高了排放清單的空間分辨率和排放趨勢估算的準確程度。我國的燃煤電廠現(xiàn)有清單中仍然普遍缺乏有關(guān)機組詳細技術(shù)信息，也缺乏準確性和有效的校驗方法，開發(fā)基于機組信息的中國燃煤電廠排放清單，并建立有效的排放清單校驗方法是有必要的。

2.2 工業(yè)源

2.2.1 水泥行業(yè)

水泥是重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，城鎮(zhèn)建筑、交通基建都需要消耗大量的水泥，同時水泥的生產(chǎn)過程資源和能源消耗量大，排放PM、SO2、NOX等。我國是世界上最大的水泥生產(chǎn)國和消費國，根據(jù)水泥協(xié)會統(tǒng)計資料及相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)2018年中國水泥產(chǎn)量為22.1億t。目前不同水泥企業(yè)使用的污染控制技術(shù)存在較大差異。早期的清單將水泥作為工業(yè)源的一部分，并且粗略估計的排放量是基于煤炭消耗(Akimoto et al.，1994[20], 趙斌等2003[21]，張強等2006[22])。這些排放清單沒有考慮到技術(shù)替代和排放控制措施的影響。近年來水泥污染物排放清單已經(jīng)改善了這一缺陷，大大降低了水泥行業(yè)污染物排放量的不確定性(雷宇等，2008[23], Hua et al.，2016[24],蔣春來等2018[25])。

2.2.2 鋼鐵行業(yè)

鋼鐵工業(yè)是高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)，鋼鐵冶煉消耗的煤炭、焦炭會產(chǎn)生大量的PM、CO、SO2、NOX污染物，使鋼鐵行業(yè)成為了重要的大氣污染物排放貢獻源。Wang等(2016)[26]人收集了全國300多家鋼鐵企業(yè)的信息，包括鋼鐵產(chǎn)量、地理位置和FGD系統(tǒng)的安裝情況，建立了一種自下而上的估算方法，并且為鋼鐵行業(yè)開發(fā)了一個模型，該模型提供了生產(chǎn)過程中每一個節(jié)點的信息，對提高鋼鐵行業(yè)污染排放估算的不確定性有重要意義。

當前鋼鐵行業(yè)污染物的排放因子主要依據(jù)第一次全國污染源普查《排放系數(shù)手冊》、環(huán)保部發(fā)布的清單編制技術(shù)指南、美國EPA排放系數(shù)庫AP-42和歐洲發(fā)布的CORINAIR和EMEP系列排放清單。除此之外，也有不少研究者測算了不同鋼鐵生產(chǎn)工藝的污染物排放因子：田賀忠等(2001)[27]人將鋼鐵行業(yè)歸類到工業(yè)行業(yè)的一部分并構(gòu)建了煉鋼燃料消耗量的NOX排放因子，雷宇等(2008)[28]對我國部分企業(yè)的鋼鐵生產(chǎn)工藝的鍋爐排放的PM、SO2、 NOX、 CO、 NMVOC的排放因子進行了測試；Guo等(2017)[29]測試了我國北方鋼鐵業(yè)行業(yè)PM的排放因子。伯鑫等(2017)[30]根據(jù)在線監(jiān)測CEMS數(shù)據(jù)、環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù)、污普數(shù)據(jù)，建立了基于生產(chǎn)工藝的全國鋼鐵行業(yè)大氣污染物排放清單管理系統(tǒng)。

2.3 建筑業(yè)

國外在建筑揚塵排放方面的研究較早，主要集中研究的方向是施工揚塵對人體健康的影響、建筑揚塵起塵環(huán)節(jié)及影響因素、排放因子測試等這幾個方面。近年來，國內(nèi)學者也開始涉及建筑揚塵排放因子模型研究，主要研究方法有四維通量法和Flux-FDM法[31]。趙普生等使用Flux-FDM法建立了天津市建筑施工揚塵排放因子，黃玉虎等通過四維通量法模型研究發(fā)現(xiàn)挖槽階段的施工揚塵排放污染最為嚴重，結(jié)構(gòu)和裝修階段的揚塵排放強度較弱。到目前為止，我國的建筑揚塵污染排放清單研究尚處于起步階段，目前集中在化學組分分析、對大氣顆粒物的貢獻率，對排放因子模型研究的并不多見。建議加強建筑揚塵排放清單的開發(fā)，以填補我國建筑揚塵排放清單的空白。

2.4 移動源

移動源空氣污染源是位置隨時間變化的空氣污染源。主要是指排放空氣污染物的交通工具，如排放碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、碳氫化合物、鉛化物及黑煙的汽車、飛機、船舶、機車等。移動源主要分為道路移動源和非道路移動源兩種，目前國內(nèi)外已有許多研究者針對移動源編制出了許多污染源排放清單。

2.4.1 道路移動源

道路機動車產(chǎn)生的污染物主要來源于機動車行駛過程中的尾氣排放、油氣泄露以及道路揚塵。目前，相關(guān)研究大致集中在機動車排放因子測試、機動車排放模型本地化研究以及機動車排放清單開發(fā)等方面。

道路移動源排放量的大小取決于內(nèi)部因素，如內(nèi)燃機類型、尾氣處理技術(shù)、燃料類型、車度等，外部因素有行駛路況、天氣等。一般采用模型估算法和排放因子法相結(jié)合的方式估算。機動車排放因子主要采用現(xiàn)有的IVE、MOBILE、COPERT等模型估算。在我國道路移動源排放清單發(fā)展過程中，越來越高分辨率的道路移動源清單被開發(fā)出來，清華大學研發(fā)的多尺度動態(tài)排放清單MEIC中利用IVE模型模擬排放因子，根據(jù)分縣機動車注冊量以及路網(wǎng)水平進行分配，建立了高精度機動車排放清單[32]。除了全國尺度的排放清單，小范圍的道路移動源排放清單正被我國學者大量開發(fā)，傅立新等[33]和Hao等[34]分別利用MOBILE模型和高斯模型建立了北京市的高分辨率機動車排放清單，車汶蔚等[35]和伏晴艷等[36]也分別建立了我國珠三角和長三角地區(qū)的道路移動源排放清單。后續(xù)也有許多研究者利用宏觀數(shù)據(jù)開展了我國大型城市的機動車排放清單開發(fā)。

2.4.2 非道路移動源

非道路移動源主要為船舶、飛機、火車、農(nóng)用機械、農(nóng)用運輸車以及工程機械等，非移動機械源機械使用的燃料通常以柴油和重油為主，其特點是使用年限長、耗油量大、污染物排放量大，特別是SO2、NOX和顆粒物[37]。張凱山等[38]估算了2010年我國非道路機械的HC、 CO、NOX和顆粒物四種污染物的排放量，表明船舶和農(nóng)業(yè)機械是主要污染源。李成等[39]對我國非道路移動源大氣污染物排放開展了較為系統(tǒng)的研究。針對區(qū)域的非道路移動源研究有：張禮俊等[37](2006)開發(fā)了珠三角地區(qū)非道路移動源排放清單；隗瀟等[40](2010)建立了關(guān)于京津翼地區(qū)的非移動源排放清單；黃成等[41](2014)建立了長江非道路機械大氣污染排放清單；范武波等[42](2015)建立了四川省非道路移動源大氣污染物排放清單研究。除了國家和區(qū)域尺度的排放清單，近幾年，不少城市尺度的排放清單不斷發(fā)展起來,張意等[43](2017)采用《指南》的核算方法，建立了較為完整的天津市非道路移動源排放清單。

2.5 農(nóng)業(yè)源

我國是農(nóng)業(yè)大國，畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)藥化肥施用、秸稈薪柴燃燒、森林草原火災等產(chǎn)生的大氣污染，正成為空氣環(huán)境惡化的重要因素。

2.5.1 農(nóng)牧源

農(nóng)牧源產(chǎn)生的大氣污染物是氨氣的排放，污染源主要是動物和人的糞便排放和農(nóng)田化肥的使用，國內(nèi)可以獲取的農(nóng)牧源活動數(shù)據(jù)非常有限，排放清單不確定性大，早期的計算方法分別是采用單排放因子法和排放因子法，由于考慮的參數(shù)較少，近年來，氨的估算普遍采用模型法估算。尹沙沙等[44]估算了珠江三角洲排放因子的改善方面；楊志鵬等[45]，張美雙等[46]利用模型手段分別對畜牧業(yè)氨排放因子基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如排泄量，養(yǎng)殖時間)和氮肥施用氨排放因子影響參數(shù)(土壤pH值、土壤溫度、降雨、氮肥施用量)進行本地化修正。國外的農(nóng)牧源排放研究較早，主要集中在歐洲。

2.5.2 生物質(zhì)燃燒源

生物質(zhì)燃燒源主要指的是農(nóng)作物秸稈柴薪燃燒、動物糞便燃燒、森林草原火災等向大氣排放污染物的行為。生物質(zhì)在燃燒過程中排放大量的SO2、NOX、CO、可吸入顆粒物、BC、OC、VOCs等，會造成區(qū)域性大氣污染。生物質(zhì)燃燒污染物的估算主要依賴于排放因子法和衛(wèi)星遙感監(jiān)測這兩種方法。生物質(zhì)燃燒源的排放因子法有實驗室燃燒實驗及野外測量兩種方法，國內(nèi)祝斌等[47]、Li等[48]測試了我國秸稈燃燒排放污染物的排放因子?；诒镜嘏欧乓蜃咏Y(jié)合國外已有排放因子數(shù)值，曹國良等[49-52]、王書肖等[53]、田賀忠等[54]估算了全國尺度不同類型生物質(zhì)燃燒的排放清單。此外，近20年來，隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，研究者們開發(fā)了系列用于生物質(zhì)燃燒總量估算的相關(guān)產(chǎn)品，有燃燒面積、燃燒點位、火點輻射能量等[55]。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的特點是尺度大，動態(tài)更新快，獲取簡單，而且適用于大尺度、時間范圍長的生物質(zhì)排放量估算的建立，存在的缺陷可能是分辨率不高導致的田野秸稈燃燒范圍小，時間短的火情可能無法辨別。

2.6 人為VOCs排放源

人為VOCs排放源來源于涂料和膠粘劑的使用、印刷、農(nóng)藥等工業(yè)、石油儲存運輸及溶劑清洗等，人為VOCs包含多種高毒和強化學反應活性的有機物，不僅會引發(fā)光化學污染，導致空氣質(zhì)量下降，還會嚴重危害人體健康。

物料衡算法、排放因子法、模型反演是建立VOCs排放清單的主要方法，由于人為VOCs涉及眾多行業(yè)，并且污染源的活動數(shù)據(jù)難以獲取，物料衡算法需要耗費成本過高，工作量大，模型反演一般作為排放清單的修正與補充，因此排放因子法是最常用的方法。北美和歐洲對人為VOCs排放源清單已經(jīng)做到比較細致，我國在人為VOCs排放源方面起步較晚，最近幾年，人為VOCs排放源已經(jīng)成為我國研究者的重點研究對象。2002年，Klimont等[56]建立了我國第一份VOCs人為源排放清單，但是該排放清單分辨率較低，且借鑒國外的排放因子，因此這份清單有著很大的不確定性。目前國內(nèi)在不同尺度不同行業(yè)范圍內(nèi)研究了VOCs排放清單的編制，魏巍等[57]估算了中國涂料VOCs排放量，并預測未來發(fā)展趨勢，還進行了中國人為源VOCs排放清單不確定性的研究。在區(qū)域尺度上, 余宇帆等[58]、鄭君瑜等[59]分別在長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)等進行了重點行業(yè)的人為揮發(fā)性有機物的清單編制工作。在城市尺度方面，聶磊等[60]構(gòu)建了城市尺度的排放清單編制方法，黃玉虎等[61]構(gòu)建了北京市1990—2030年加油站汽油VOCs排放清單，除此之外近年來還有不少研究者開展了中國不同城市的人為VOCs排放清單研究工作。

3 清單的時空分配特征和化學物種譜構(gòu)建

時間分配、空間分配和化學物種譜構(gòu)建是污染源排放清單建立過程中必不可少的環(huán)節(jié)，識別污染物排放的時空分布特征是輸入空氣質(zhì)量模型的需要，有助于研究區(qū)域大氣污染的來源、形成機理，預測大氣污染，并且對開展防治大氣污染，制定控制措施具有十分重要的意義。在空間分配方面，選取的表征數(shù)據(jù)一般有人口密度、土地利用分布、道路網(wǎng)數(shù)據(jù)、航線數(shù)據(jù)等。時間分配上，一般是將以年為單位的污染物排放量分配為月、日、小時排放量，化學運輸模型通常要求具有每小時分辨率的時間分辨率排放量，這就要求污染物的排放時間分辨率越精細越好。

大氣污染物成分譜是研究污染源排放物質(zhì)的化學成分特征，其中揮發(fā)性有機物VOCs和細顆粒物的化學成分組成是研究者最為關(guān)注的研究對象，污染源化學成分譜是空氣質(zhì)量模型模擬的重要輸入數(shù)據(jù)，也是污染物受體模型來源解析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?？傊?，建立污染物化學成分譜是污染物排放清單的重要組成部分。國外揮發(fā)性有機化合物的化學成分譜研究最早，美國基于源成分譜已經(jīng)研究構(gòu)建了SPECIATE數(shù)據(jù)庫。

4 排放清單的不確定性分析與驗證

排放源清單的不確定性分析就是通過排放源清單建立過程中不確定性的來源進行定性或定量分析，確定不定性大小或范圍，識別造成不確定性的來源，從而指導源清單的改進和提高手段的過程?，F(xiàn)有的排放清單大多使用誤差傳遞方法或者蒙特卡羅模擬方法來量化排放清單的不確定性范圍。鄭君瑜團隊以自展模型、蒙特卡羅模擬技術(shù)為核心的定量不確定性工具AuvToolPro，該軟件有效地提高了排放清單不確定性分析工作的效率?；谂欧徘鍐蔚牟淮_定性分析工作后，排放清單編制研究還要求可靠性評價，即排放清單的驗證，可以使用的方法有利用其他的研究結(jié)果、歷史記錄的空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和模型反演技術(shù)，進行排放總量、排放時空特征、污染源分擔率等這幾個方面的驗證。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有尺度大、連續(xù)性強、獲取簡單等優(yōu)點，使用衛(wèi)星遙感進行清單的驗證已成為清單研究領(lǐng)域的熱點。

5 展望

5.1 建立規(guī)范統(tǒng)一的排放源分類標準

現(xiàn)有的排放清單污染源分類大多參考或借鑒國外的研究成果，盡管國家相關(guān)部門發(fā)布有一些大氣污染源的分類方法與建議，但是這些分類方法普及的污染源分類不盡全面、系統(tǒng)，而且不同研究開發(fā)的清單中的污染源分類很難達成一致，部分清單分類方法還存在污染源缺失或者分類水平簡單，由此造成不同清單研究結(jié)果無法進行縱向或橫向的對比。因此建立一套規(guī)范、全面、系統(tǒng)的排放源分類標準和代碼是必要的。

5.2 建立本土化的排放因子數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)的、全面的、適合我國的排放因子數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為制約我國建立可靠性、準確性、可行性排放源清單的主要瓶頸，我國亟需建立一個本土化的排放因子數(shù)據(jù)庫，用以指導我國的排放清單編制工作，有利于提高排放清單的質(zhì)量和降低清單的不確定性。

5.3 提高排放源清單動態(tài)更新與建設(shè)能力

隨著經(jīng)濟發(fā)展帶來的快速變化、我國的各階段環(huán)境保護政策的實施和國民環(huán)保意識的加強，污染物的排放也是動態(tài)變化的，這就需要排放清單及時地動態(tài)更新，急需提高排放清單快速更新的建設(shè)能力，提高動態(tài)實現(xiàn)排放量的實時測算和控制措施、排放清單、空氣質(zhì)量模擬之間的無縫對接。

5.4 重視源清單處理模型本土化研究工作

盡管我國研究機構(gòu)、研究人員對排放源清單數(shù)據(jù)庫本土化進行了不少研究工作，也取得了不少研究成果，但在排放源清單處理模型本土化研究上還存在空缺：目前我國模型研究人員多數(shù)直接使用國外的清單處理模型。針對這一情況，我國源清單系統(tǒng)需要根據(jù)我國國情對源清單處理模型開展本土化工作，將數(shù)值模型運用到排放清單構(gòu)建中，減少排放清單的不確定性，為建立我國的城市和區(qū)域高分辨率排放清單提供重要工具。