民航飞机起飞过程细粒子排放特征

选择B737-800作为典型机型,基于BM2-FOA耦合模型,通过对飞机性能参数的模拟,获得了其在全推力和减推力等多种方式下,起飞离场爬升至1000m高度过程中每一时刻PM_(2.5)的排放指数,并计算了精确排放量.同时研究了燃油含硫量对细粒子排放量的影响,分析了不同组分对PM_(2.5)排放的贡献率,并将计算结果与ICAO基准参数的估算结果进行对比.结果表明,各种方式中PM_(2.5)排放指数的差异主要存在于地面起飞段.其中,全推力起飞方式下,非挥发性组分和挥发性有机组分排放指数最高,因此一次起飞过程PM_(2.5)排放总量最高,约为37.6g(普通燃油).使用减推力起飞后,PM_(2.5)排放量降至36.7~35.5g.使用高硫燃油时,PM_(2.5)排放量约升高150%.经过对比发现,将ICAO的基准参数直接用于FOA方法,对PM_(2.5)排放量的估算结果偏差较大.与机动车相比,使用普通燃油和高硫燃油的一次全推力正常起飞过程,PM_(2.5)排放量分别约等于一辆国Ⅳ轻型汽油车行驶2984km和7294km.精确计算方法为编制机场区域飞机污染排放清单提供基础.     

一次航班飞行全过程大气污染物排放特征

飞机发动机以航空煤油为燃料,在运行过程中会排放多种大气污染物,对空气质量和人体健康存在较大影响.选择A320作为典型机型,提取了一次真实航班飞行过程中的机载飞行数据,基于BM2及BM2-FOA耦合模型,获得了其在飞行全过程中每一时刻CO、UHC、NO_x及PM_(2.5)的排放指数,并计算了CO、UHC、NO_x、SO_2、CO_2及PM_(2.5)的精确排放量.结果表明,飞行过程中CO和UHC排放指数与推力变化趋势相反,数值范围分别为0.67~595.34 g·kg~(-1)和0.05~0.43 g·kg~(-1).NO_x排放指数与燃油流量变化趋势一致,数值范围是0.96~114.25 g·kg~(-1).PM_(2.5)排放指数全过程变化较小,约为0.25~0.36 g·kg~(-1).飞行全过程中,CO_2排放总量最大,约为2.0×10~4kg.同时,NO_x的排放量约为213.4 kg,SO_2也排放了24.5 kg.CO、PM_(2.5)和UHC的排放量分别为7.5、2.2和0.5 kg.将本次精确计算结果与使用ICAO基准模型对LTO起降阶段的估算结果进行对比后发现,基准模型LTO飞行时间较真实时间偏长37%.基准模型估算LTO阶段CO、UHC污染物排放量偏高,NO_x偏低,且偏差较大;而SO_2、CO_2和PM_(2.5)的排放量估算结果偏差相对较小.与机动车相比,A320飞机的一次LTO起飞着陆飞行,NO_x排放量约等于一辆小客车行驶8.6×10~4km,或相当于1274辆小客车1 d的排放量.     

天津机场飞机污染排放及其特征研究

通过对天津机场民航飞机飞行数据及机队构成的调研,结合国际民航组织(ICAO)标准中发动机排放数据库估算了2016年天津机场起飞着陆阶段(LTO)中各污染物的排放量,并利用航空路监测点环境质量数据定性分析了天津机场飞机尾气扩散对周围环境的影响。研究结果表明:飞机在LTO过程中,CO、HC、NO_x、PM_(2.5)排放量分别为1 160.1,133.1,1 515.6,38.1 t;其中,飞机在滑行的模式下对HC和CO的贡献最大,分别可达到93.77%和93.60%;在爬升模式下,对NO_x的贡献量最大,为48.17%。航天路监测点CO污染受到机场影响明显。     

京津冀机场群飞机LTO大气污染物排放清单

基于国际民航组织(ICAO)标准排放模型,调查搜集京津冀机场群9个机场实际航班情况,充分考虑了大气混合层高度的影响,采用EPA方法修正运行时间,精确估算了2018～2019航季年(364 d)京津冀机场群飞机起飞着陆循环(LTO)大气污染物排放清单.结果表明, 2018～2019航季年京津冀机场群飞机LTO循环NO_x、 CO、 SO_2、 HC和PM排放总量分别为10 720.5、 3 972.2、 407.8、 508.0和53.7 t.其中,冬春航季排放量分别为4 290.2、 1 646.7、 168.3、 220.1和22.4 t;夏秋航季排放量分别为6 430.3、 2 325.5、 239.5、 287.9和31.3 t.从空间分布来看,北京首都机场是该机场群大气污染物排放量最多的机场.从时间分布来看,07:00～08:00处于排放量最高峰, 12:00～20:00处于中等偏高排放水平, 21:00之后排放量相对较低.飞机在LTO循环中NO_x和CO排放量较多,PM排放量最少.各污染物不同工作模式下的排放情况差异明显.在该机场群起降所有机型中,B777单位LTO循环排放污染物最多,B737最少,B787单位LTO循环排放HC最低.     

中国民航机场飞机起飞着陆(LTO)循环排放量估算

为了估算飞机在民航机场的污染物(HC、CO、NOx、SO2)排放量,基于国际民航组织(ICAO)标准中的起飞着陆(LTO)循环概念,采用其发动机排放数据库(Engine emission data bank),结合我国民航机队资料和民航飞行数据,通过计算全国123个机场1周内飞机LTO循环的气体污染物排放量,拟合出LTO循环数与各种污染气体排放因子的关系.结果表明,2002～2006年民航机场LTO循环排放量分别为24680.54、24701.30、31084.55、35633.84、40645.55t;2006年我国全民航机场飞机LTO循环HC、CO、NOx、SO2的排放量分别为1514.48、14341.16、23095 19、1694.71t,旅客吞吐量前20位的机场排放占全国排放总量的68.25%.考察对比了2003及2004年度全国7大空域的机场飞机LTO循环排放分布,结果表明,在标准LTO循环的进近、滑行、起飞以及爬升4种模式中,滑行段所排放的污染物约占整个循环的50%,滑行时间降低4min,排放总量降低6%.     

基于实际飞行数据的首都机场飞机发动机日排放清单估算方法研究

根据航班实际飞行数据估算机场飞机主发动机排放量,可以提升机场排放清单编制的准确度.基于北京首都机场某日运行数据和国内1326架次航班的机载飞行数据(QAR数据),研究了基于飞行数据的机场飞机主发动机排放清单制定方法.采用一阶近似3.0(FOA3.0)方法补充国际民航组织发动机排放数据库颗粒物基准排放指数,结合QAR数据,应用波音燃油流量法2(BFFM2)估算了实际飞行条件下污染物排放指数,编制了首都机场该日飞机主发动机排放清单,分析了首都机场航班排放特征.在此基础上,探讨了结合实际数据本地化的着陆和起飞循环,以期为机场飞机主发动机排放量的快速准确核算提供新的思路.结果发现,该日航班主发动机HC、CO、NO_x和PM_(2.5)排放量分别为933.9、10967.8、14703.5和85.5 kg,较标准LTO循环估算结果的偏差分别为15.6%、13.2%、-29.1%和-18.9%.NO_x排放主要集中在起飞和爬升阶段,占其排放总量的68.0%;HC和CO排放主要集中在滑行和慢车阶段,分别占其排放总量的90.0%和88.0%;PM_(2.5)在各飞行阶段的排放较为平均.对于单位LTO循环,航班滑行过程中平均排队等候(地速为零)时间为7.7 min,产生的HC、CO、NO_x和PM_(2.5)分别占总滑行阶段对应污染物排放量的26.3%、27.5%、25.7%和27.5%,这一部分排放量有望通过场面运行优化进一步控制.     

长三角地区民航飞机起飞着陆(LTO)循环大气污染物排放清单

通过调查收集长三角区域民航飞机构成、起落架次及发动机排放因子数据,以2017年为基准年,建立了长三角区域民航飞机起飞着陆(Land take-off, LTO)循环大气污染物排放清单.结果显示,2017年长三角区域民航飞机LTO循环NO_x、HC、CO、SO_2和PM年排放总量分别为16429.6、734.4、8234.3、1159.6和125.7 t.爬升阶段的NO_x、SO_2和PM排放贡献相对较高,分别达到47.2%、29.6%和36.2%,滑行阶段的HC和CO排放占比突出,分别达到95.4%和95.4%.从空间分布来看,长三角地区民航飞机LTO循环排放主要集中在上海浦东国际机场、上海虹桥机场、杭州萧山机场和南京禄口机场.从月分布来看,3—8月民航飞机LTO循环排放最为集中.从小时分布来看,上午7:00—9:00存在排放高峰,航班起落架次和边界层高度是决定LTO循环排放量的主要因素.为提升民航飞机大气污染物排放清单估算的准确度,建议在后续研究中加强对在用民航飞机大气污染物排放因子实测和实际活动水平的调查,以降低排放清单的不确定性.     

首都国际机场飞机排放清单的建立

将基于标准起飞着陆（LTO）循环各阶段工作时间的飞机排放量计算方法加以改进,利用AMDAR资料计算飞机的有效排放高度,进而准确计算出基于逐架飞机的大气污染物排放总量.结果表明,首都国际机场2013年飞机NO_x、CO、HC、SO₂和PM_2.5排放总量分别为7042.1t、3189.9t、295.3t、429.4t和150.4t.与传统的基于LTO循环的方法相比,修正后的首都机场飞机NO_x、CO、HC和SO₂排放增加了23.5%、2.3%、2.1%和18.1%.飞机排放的CO、HC、SO₂和PM_2.5月变化较小,NO_x排放受飞机有效排放高度影响月波动较大.1～2月飞机污染物排放量处于全年最低水平,8月各污染物排放达到峰值.此外,飞机在爬升和滑行/慢车两种模式下污染物排放比例最大,分别占排放总量的37.7%与36.8%.     

飞机QAR数据的空气污染物排放量计算研究

民用飞机发动机污染物排放量的准确计算是排放控制和环境影响评价的基础。文章采用机载QAR记录数据的飞行过程还原和污染物排放量计算方法,通过对QAR数据的内插均分计算、滤波处理和加权计算,得到比较准确的飞行记录数据,以还原飞行的具体情况;然后在ICAO基准排放指数基础上,给出基于温度、湿度、高度、表速和燃油流量等参数的修正方法,以得到实际的排放指数,最后再计算出各种污染物的排放量。基于建立的模型和航空公司QAR记录数据,用DELPHI编程计算了B737-700飞机执行"重庆—上海"航班的污染物排放量,并将计算结果与相同条件下的ICAO参考值进行对比,分析了各飞行阶段污染物排放量的变化情况。结果表明,计算方法准确,可作为飞机污染物排放控制和机场环境评估等研究的依据。     

航空器场面滑行污染物排放计算研究

分析了航空器发动机排放污染物种类,介绍了标准起飞着陆循环(LTO)与航空器全发滑行方式下油耗与排放计算模型,建立了单发滑行、牵引滑行、APU电力驱动滑行3种滑行方式的油耗与排放计算模型.采用油耗与排放修正模型,对航空器场面滑行阶段因外界温度、气压、湿度等因素造成的油耗系数与排放系数改变进行修正.以上海虹桥机场为例,计算了不同滑行方式下各机型污染物气体排放量.计算结果表明:采用单发滑行与APU电力驱动滑行可降低航空器场面滑行阶段HC、CO和NOx的排放量,牵引滑行对NO_x的排放影响不大,但可明显降低HC、CO的排放量.     

30年来中国民航运输行业的大气污染物排放

民航是我国重要的交通运输方式之一,但我国民航运输行业的大气污染物排放问题报道较少.根据中国民航统计部门逐年统计数据,采用基于燃料消耗量的排放因子法,估算了1980～2009年中国民航飞机的大气污染物排放量,并分析了大气污染物排放强度及其变化.结果表明,30年来中国民航飞机SO2、CO、NOx和HC排放量逐年增多,分别由1980年的0.031、0.189、0.225和0.314万t增至2009年的1.183、7.298、8.705和12.159万t,排放量年均增加分别为0.039 7、0.245、0.292和0.408万t.SO2、CO、NOx和HC的排放强度呈降低趋势,其值分别由1980年的0.624、3.806、4.53和6.322 g.(t.km)-1降至2009年的0.275、1.697、2.025和2.828 g.(t.km)-1.中国民航运输行业所排放的SO2、CO、NOx占全国总排放量的比重很低,与其他行业排放量相比,中国民航运输行业所排放的大气污染物量也较小.     

木薯乙醇-汽油混合燃料生命周期排放多目标优化研究

建立了木薯乙醇-汽油混合燃料生命周期排放单目标和多目标优化模型.以生命周期CO,NO_x,PM,HC,SO_x,CO₂排放为优化目标,对木薯乙醇-汽油混合燃料生命周期排放进行了单目标及多目标优化,并进行了灵敏度分析.结果表明:多目标优化后木薯乙醇-汽油混合燃料的混合比例为63%.与原始值相比,多目标优化后生命周期CO排放略有升高,NO_x升高15%,PM升高19%;生命周期HC、SO_x和CO₂分别降低8%、50%和21%.     

The influence of ambient temperature on tailpipe emissions from 1985 to 1987 model year light-duty gasoline motor vehicles—II

Tailpipe emissions from gasoline fieled motor vehicles are sensitive to a number of factors including driving schedule (speed vs time), ambient temperature and fuel composition. The sensitivity of hydrocarbon (HC), aldehyde, CO, and oxides of nitrogen (NO_x) emissions to these variables was examined with 11 recent technology (1985–1987 model year) four- six- and eight-cylinder gasoline fueled motor vehicles. In excess of 200 individual HCs and 12 aldehydes were included in the detailed organic emission characterizations. Two fuels and driving schedules were used. Hydrocarbon and CO emissions increased significantly and NO_x emissions, in general, increased slightly as ambient temperature decreased. Formaldehyde also increased only slightly at test temperature decreased. Paraffin and aromatic emission fractions were dependent on fuel composition with olefin fraction being less fuel sensitive. When the low temperature cold start was preceded by a 5 min engine idle, CO and HC emissions were lowered, and NO_x emissions essentially unchanged.     

辽宁省港口邻近区域海运废气排放测算

为准确测算沿海地区船舶废气排放量,基于试验数据确定了NO_x、CO、HC和CO₂排放因子;结合文献资料和海事局进出港船舶签证数据,采用基于船舶活动过程的方法测算了2014年辽宁省港口邻近区域〔距港口减速区外边界25 n mile(1 n mile=1 852 m)以外的边界线与港口陆地岸线所围成的区域〕海运废气排放清单. 结果表明:2014年辽宁省港口邻近区域海运NO_x、CO、HC、CO₂、SO₂和PM(颗粒物)的排放量分别为11 827.1、971.4、399.6、1 097 426.5、11 654.1和959.2 t;散货船、集装箱船和油船3种主要类型船舶的NO_x、CO、HC、CO₂、SO₂和PM的分担率之和分别为74.7%、77.8%、70.8%、68.0%、70.9%和70.6%;主机NO_x、CO、HC、CO₂、SO₂和PM的分担率最大,分别为63.7%、63.0%、46.0%、40.4%、46.4%和45.3%;停泊工况下的NO_x、CO、HC、CO₂、SO₂和PM排放量分别为3 318.3、281.7、168.3、520 194.9、4 894.0和411.5 t. 船舶降速运行、减少停港时间、燃用低硫油和向船舶供应岸电等措施能降低港口邻近区域海运废气排放. 基础数据缺乏或数据代表性不足给废气排放清单带来了一定的不确定性.      

中国国道和省道机动车尾气排放特征

近年来,随着我国机动车保有量的持续增长,机动车排放已成为我国重要的大气污染物来源之一.现有的机动车排放研究多关注城市内的机动车大气污染物排放,针对城市间的大气污染物排放研究较少.我国城市间交通道路主要包括国道和省道,截止至2015年我国国道里程18.53万km、省道里程32.97万km,约占全国等级公路总里程的13%,因此开展我国国道和省道机动车大气污染物排放研究十分重要.本研究基于全国国道和省道交通监测站的年均监测数据,采用环境保护部发布的《道路机动车大气污染物排放清单编制技术指南(试行)》中的指导方法,计算了2015年我国国道和省道机动车的大气污染物排放清单,分析了污染物排放的时空分布特征.结果表明,我国国道和省道公路机动车排放的一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_x)、颗粒物(PM)和碳氢化合物(HC)排放量分别占全国机动车污染物总排放量的4.5%、27.9%、14.4%和7.7%;不同车型对国道和省道机动车大气污染物排放的分担率不同,其中大货车是NO_x、PM_(10)、PM_(2.5)的主要来源,摩托车是CO和HC的主要来源;不同道路类型中各车型的大气污染物排放分担率也不同,如高速路上大货车是NO_x、PM_(10)和PM_(2.5)的主要来源,普通道路上大客车和大货车是NO_x、PM_(10)和PM_(2.5)的主要来源.     

Long-term reductions in costs of controlling regional air pollution in Europe due to climate policy

This paper examines to what extent climate change policies will alter the effectiveness of agreed-upon or future policies to reduce regional air pollution in Europe and vice versa. And when is it cost-effective to combat regional air pollution with clean technology instead of add-on technology?For this exercise, several extensions were made to the energy model TIMER, to introduce add-on abatement technologies, specified in terms of costs and reduction potentials, in order to be able to calculate cost-effective emission reduction strategies for different scenarios and regions.The results show that add-on technologies to reduce regional air pollution remain necessary throughout the century. The costs to reach the NO_x emission reduction targets in Europe are about three times as high as for SO₂. Mitigation costs averaged over the century by add-on technologies can be reduced by climate measures by 50–70% for SO₂ and around 50% for NO_x. The costs of SO₂ and NO_x mitigation by add-on technology in a world without climate policy are comparable or in some periods even higher than the costs of an integrated mitigation of SO₂, NO_x and CO₂ emissions if a reduction of specific costs by learning is, in contrast with energy technologies, not assumed for abatement technologies. So, the costs of SO₂ and NO_x add-on measures avoided by climate policies can outweigh the costs of these climate measures. The total annual costs are in the order of 1 or 2% of the present GDP, depending on the scenario.     

兰州盆地人为源大气污染物网格化排放清单及其空间分布特征

基于所搜集的兰州盆地各类人为污染源排放大气污染物的活动水平数据及其排放因子,采用"自下而上"的方法建立了2009年兰州盆地(石油化工城市)1 km×1 km的7种(类)大气污染物网格化排放清单,并对其来源和空间分布特征进行了分析研究.结果显示:2009年兰州盆地NOx、SO_2、VOCs、CO、PM_(10)、PM_(2.5)和NH3的排放总量分别为1.2×10~5、8.8×10~4、4.3×10~4、4.1×10~5、9.6×10~4、4.2×10~4和1.4×10~4t;工业燃烧排放是兰州盆地NO_x和SO_2的主要贡献源,分别占其总排放量的85.70%和52.55%;工业非燃烧过程排放是VOCs的最大贡献源,占总排放量的81.25%;工业点源和工业非燃烧过程排放是CO的两大贡献源,分别占其总排放量的33.97%和28.32%;PM_(10)和PM_(2.5)主要来源于工业非燃烧过程,贡献分别为51.09%和55.12%;氮肥使用和禽畜养殖是NH_3排放最大的贡献源,分别占其总排放量的39.20%和30.70%.空间分布特征表现为:以工业源为主要排放源的NO_x、SO_2、VOCs、CO、PM_(10)、PM_(2.5)主要分布在工业和人口最为集中的兰州盆地市区一带,NH_3的排放则主要集中在榆中县和皋兰县交界的农村地区.同时,还对2014年工业燃烧源和道路移动源的7种(类)大气污染物排放量进行了估算,并与2009年进行了排放比较研究.结果表明,2014年工业污染源的7种(类)污染物排放量与2009年相比平均增幅不高,最高不超过30%,但移动源污染物排放量却大幅增加,增幅将近1倍.此外,基于排放因子及活动水平的不确定性,本研究对排放清单的结果进行了不确定性分析,并通过蒙特卡罗模拟对各污染物的排放量进行了评估.本排放清单的建立,不仅填补了兰州盆地大气污染物网格化排放清单的空白,还可为兰州盆地大气污染物排放清单更新、区域环境过程、大气复合污染成因及大气污染预警技术等相关研究提供基本方法手段及基础数据.