黃 鑫

（福建省福州環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 福州 350000）

城市化促進了經濟增長和人類發(fā)展，但也加劇了城市空氣污染，使之成為全球最大的公共衛(wèi)生風險。據報道，在擁有空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)的城市中，超過80%的城市人口呼吸的空氣未達到世界衛(wèi)生組織（WHO）的標準，全世界每年有420 萬人死于環(huán)境空氣污染。為對抗空氣污染，WHO 發(fā)布了4 項空氣污染物的排放（控制）標準，即顆粒物（PM）、二氧化氮（NO）、臭氧（O）和二氧化硫（SO）。目前，許多城市已經建立了環(huán)境空氣質量監(jiān)測站，以評估其環(huán)境污染物含量是否達標。

車輛排放通常被視為城市空氣污染的主要排放源。城市街道是戶外活動的重要公共空間，因此，街道峽谷空氣污染會對公眾（行人、司機和自然通風建筑物中的居民）健康造成不利影響。由于靠近排放源，路邊污染物濃度通常遠高于周圍污染物濃度。此外，城市人口的快速增長不僅增加了交通量和排放量，還推動了中高密度住房的發(fā)展，尤其是在交通樞紐和購物中心周圍，高層和密集的建筑物形成了深深的街道峽谷，限制了污染物的擴散，使得路邊空氣污染問題進一步惡化。與寬闊街道相比，城市街道峽谷的污染物濃度更高。

本文綜述了影響城市街道峽谷中車輛排放物產生與擴散的因素，比較了各種路邊空氣污染控制策略的有效性，以期為政策制定者和城市規(guī)劃者有效地規(guī)劃和管理城市發(fā)展，并達到高空氣質量標準提供理論支持。

1 影響城市街道峽谷中車輛排放物產生與擴散的因素

1.1 交通狀況

汽車尾氣是城市街道峽谷環(huán)境中空氣污染物的主要來源，而交通量構成和駕駛條件是影響尾氣排放的重要因素。交通量越高，通常會使污染物排放量更高，從而導致街道峽谷的污染程度更高。但不同車輛的排放速率不同，故對總排放量的貢獻也各有差別。據估計，雖然重型柴油車（HDV）在全球道路車輛總數中所占比例很?。ǎ?%），但它們在公路上排放40%～60%的氮氧化物（NO）和PM 以及70%～90%的黑碳。因此，在柴油車車流量較高的道路上，空氣污染物濃度也較高。此外，排放標準過時、行駛里程高或發(fā)動機排放控制系統(tǒng)故障的車輛可能會產生比其他車輛更多的尾氣。

駕駛條件可以通過兩種方式影響路邊空氣質量，即排放率和車輛引起的湍流。由于重載車輛排放率高，因此在上坡路段加油、紅綠燈或公交車站后加速、擁擠路段頻繁停車/啟動和加減速都會導致空氣中污染物濃度上升。與怠速狀態(tài)的車輛相比，行駛中的車輛會產生湍流，這大大增強了排放物的擴散，從而降低了街道峽谷的排放物濃度。此外，由于所謂的活塞效應，單向交通比雙向交通更有利于排放物的擴散。

1.2 峽谷幾何形態(tài)

街道峽谷形成了以底部地面和兩側建筑物為界的半封閉空間，因此汽車尾氣只能通過頂部的敞開空間擴散。與寬闊的街道相比，這極大地限制了自然通風去除污染物的效果，并導致空氣污染物濃度升高。街道峽谷最重要的參數是縱橫比（/）。一般來說，峽谷越深（/越大），越會削弱通風，阻礙污染物的擴散。

建筑物長度與街道寬度之比（/）是影響街道峽谷污染物擴散的另一個關鍵參數。當/很大時，擴散過程可以簡化為二維問題。然而，在現實世界中，城市區(qū)域被分割成具有有限/的街區(qū)。在這種情況下，道路交叉口成為街道峽谷之間空氣交換和排放再分配的重要場所，這些過程因環(huán)境風、建筑高度、建筑對稱性和大氣穩(wěn)定性而變得復雜。

此外，街道峽谷在高度（對稱或不對稱）和屋頂形狀（平面、三角形或傾斜）方面的不同會影響街道峽谷內的風致湍流，從而影響空氣質量。而街道障礙物的存在也改變了街道峽谷的幾何形態(tài)，如樹木、高架橋、隔聲屏障和路邊停放的汽車。與決定整體流場的/、/和建筑配置不同，街內屏障僅影響街道峽谷底部的氣流，但這種局部稀釋對行人呼吸區(qū)的空氣質量也很重要。

1.3 氣象條件

天氣條件包括各種氣象參數，如風速、風向、溫度、濕度和陽光。其中，風速和風向是影響街道峽谷排放物擴散的首要因素。

較高的風速通常會形成風致湍流并更快地消除車輛排放物，從而改善路邊空氣質量。在風向方面，平行于街道軸線的風有利于排放物的去除，但平行風產生的垂直氣流有限，因此一個潛在的問題是長街道峽谷順風區(qū)域的排放物累積。另外，垂直于街道軸線的風不利于排放物的擴散，并且建筑物屋頂引起的渦流（類似于頂蓋驅動空腔流）導致排放物分布不均勻。此外，傾斜風可能會產生污染物去除的最佳和最差條件，因為風向的微小變化可以顯著改變街道內的氣流和污染物分布。

陽光對路邊空氣質量也有顯著影響，其加熱建筑物的外墻和地面，這種熱效應會產生浮力，推動街道峽谷中的氣流和排放物擴散。其他天氣參數對排放物擴散的影響較小，如環(huán)境溫度和濕度。

1.4 化學反應

化學反應不會改變氣流，但會顯著影響街道峽谷中的污染物成分。大多數車輛排放物是惰性的，如一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO）和碳氫化合物（HC），而NO可以在幾十秒內與O快速反應，因此被視為具有化學反應性。O不是由車輛直接排放，而是在陽光照射下，由NO和揮發(fā)性有機物（VOCs）經光化學反應生成的二次污染物。NO排放以柴油車為主，其主要以NO 的形式存在，通常會導致路邊的O濃度比周圍環(huán)境低，而NO濃度比周圍高。街道峽谷中的NO-O反應會受到多種因素的影響，包括天氣條件（主要是風、溫度和陽光）、交通條件（NO和VOCs 的來源）和峽谷幾何形態(tài)（影響陽光照射和街道氣流的縱橫比）。此外，植被也可以通過在葉片表面沉積PM 排放物和通過葉片氣孔吸收氣體污染物（如O和NO）來減少空氣污染，其凈化能力主要取決于植被種類及環(huán)境條件。

2 控制路邊空氣污染的策略

2.1 交通干預

2.1.1 新的車輛技術和法規(guī)

先進的車輛技術（如電動汽車和更清潔的發(fā)動機）和嚴格的排放法規(guī)（如Euro 6 標準）對于緩解與交通有關的空氣污染問題至關重要。其中，電動汽車通常被認為是最有效的解決方案。有研究通過“從油井到車輪”分析法估算了中國電動汽車和汽油車的排放量，結果表明，與汽油車相比，電動汽車的VOCs降低了98%，NO降低了34%，但一次PM和SO未發(fā)生顯著變化。據預測，到2030年，適度的電動汽車普及率（20%的私人乘用車和80%的商用乘用車電動化）可使中國長江三角洲的PM平均濃度降低0.4 ～1.1 μg/m。

目前，由于價格、里程和充電基礎設施等問題，電動汽車僅占全球汽車銷量的一小部分，以內燃機為動力的傳統(tǒng)汽車仍在市場中占主導地位。因此，由日益嚴格的法規(guī)推動更清潔的發(fā)動機技術的發(fā)展對于減少與運輸相關的空氣污染同樣重要。與Euro 1 標準相比，Euro 6 標準中柴油乘用車的CO、HC 和NO排放限值至少降低了80%，汽油乘用車至少降低了60%，極大限制了道路車輛的排放量。

2.1.2 在用車輛的排放控制

減少在用車輛排放的方法有很多，如使用天然氣制油（GTL）或加氫處理植物油（HVO）等替代燃料、車改、淘汰舊車、高排放車輛篩選、奇偶車牌駕駛限制和發(fā)動機改造等。此外，還可創(chuàng)建低排放區(qū)（LEZ），限制高排放車輛進入指定街道或市中心，目前，全球已建立250 多個LEZ。為了減少交通擁堵，降低空氣污染，倫敦、斯德哥爾摩和新加坡等城市還實施了擁堵收費計劃（CCS）。

2.2 城市規(guī)劃

通過城市設計改善空氣質量的策略可分為兩種，即整體峽谷幾何形態(tài)設計和街內屏障設計。第一種會影響街道峽谷內的整體氣流，而第二種主要影響峽谷內低空區(qū)域的氣流。

整體峽谷幾何參數的設計包括縱橫比、街道/建筑朝向、建筑高度配置和屋頂形狀。這些因素通過影響街道峽谷內的風致湍流，影響空氣通風和污染物去除。一般來說，較低的縱橫比、與盛行風向平行的街道以及平行于林蔭大道的較短側邊的建筑物有利于污染物擴散，高度不一致的街道峽谷比高度一致的更有利于擴散，上升峽谷（逆風建筑低于順風建筑）的路邊空氣質量優(yōu)于下降峽谷。此外，在污染物去除方面，促進對流效應的策略（如建筑物分離）比促進湍流擴散的策略（如建筑后退）更有效。

路內屏障大致分為多孔屏障（如樹木和樹籬）和固體屏障（如路邊停放的汽車、隔聲圍欄和高架橋）。路內屏障的核心設計原則是在對通風影響最小的情況下，最大限度地減少從排氣管到路邊呼吸區(qū)的排放物。

3 結論

路邊空氣質量很大程度上取決于交通狀況、氣象條件、街道峽谷特征和路內屏障的協同作用。通過實施一些潛在的排放控制措施，如設置樹籬、隔聲屏障和低排放區(qū)等，可以改善路邊空氣質量。而峽谷幾何形態(tài)設計，如建筑高度、屋頂形狀和街道方向等，也是影響路邊空氣質量的重要因素。仔細評估交通狀況和城市規(guī)劃對排放物擴散的影響，根據實際情況，制定合適的污染物控制措施和排放法規(guī)，這對于維持可持續(xù)和宜居的城市環(huán)境至關重要。迄今為止，對改善路邊空氣質量的控制措施和城市規(guī)劃還缺乏系統(tǒng)的調查和通用指南，未來在這方面需要進行更全面、深入的研究和實踐。