珠江三角洲機動車排放清單的開發及其不確定性分析畢業論文(存儲版)

　　

【正文】 AEO：主干道抵消（速度和排放的函數），快速路的AEO為零EO=AEO（xmph）=Xmph下主干道的排放Xmph下快速路的排放。此類模型雖然也能夠通過統計學的聚合得到中觀以及宏觀層面的排放清單，但數據要求高，工作量大，目前在實際應用中很少用此方法編制中、宏觀的排放清單，但是與不同層面的交通模型耦合和是機動車模型研究的主要方向。本研究選用MOBILE6模型編制2004年度珠三角地區排放清單，并對其進行不確定性分析。 定量的不確定性分析方法 為原始數據選擇概率分布本文中使用的概率分布模型包括正態、對數正態、威布爾，Beta，Gamma，標準，正三角參數分布和經驗分布。對正三角分布來說，a和b決定了參數可以變化的范圍。AD檢驗比KS檢驗對尾部的權重更大些，所以對尾部偏差更敏感。平均值的范圍也就是不確定范圍，以CDF表示。 基于MOBILE模型的不確定性分析方法從定量分析不確定性方法中可知，要計算基礎排放率給排放因子帶來的不確定性范圍，就要通過蒙特卡羅模擬法不斷從擬合的測試數據的分布中抽取隨機數，使模型根據每次的隨機數計算排放因子。MOBILE6 的輸入參數共有26 個，用戶至少要輸入模擬年，日最高最低溫度和燃油揮發性三個參數，其它都是可選擇的，模型會提供缺省值。首先，程序調用TAMPER計算三種污染物的回火效應以及加油損失。然后計算NOx的濕度修正參數?；A排放率的數據塊主要有兩個：BD04和BD40，BD04中主要包含了所有重型車的基礎排放率和劣化率（35年），以及81年之前的輕型車的啟動和運行排放率以及劣化率。模型根據每次的抽樣隨機數計算排放因子，并通過循環使得蒙特卡羅模擬能夠不斷進行，并輸出所有的排放因子值。將每次循環得到的排放因子和VMT相乘，則排放因子和活動因子各自的不確定性通過公式傳遞，便得到輕型車三種污染物的不同的排放量，也即不確定性范圍。基于本文對模型進行本地化修正以及不確定性分析的需要，、CO、NOx排放因子，并以此為基礎編制2004年珠三角地區三種污染物排放清單。圖41 排放清單編制技術路線Figure41 Emission inventory piling way 數據的收集由于無法對珠三角地區所有的機動車進行全面的調查，因此需要選擇具有車輛具有代表性和隨機性的地點進行調查。根據調查所得的燃料比例，再進一步對小貨車劃分為汽油和柴油。表42 珠三角機動車排放標準實施時間Table42 Emission standard implementation stage地域年份歐Ⅰ2000歐Ⅱ2003國三廣州2006珠三角2007
。表41 調查所得車輛情況Table41 vehicle survey information燃料種類不同車型采用不同燃料的比例載客汽車（客車）載貨汽車（貨車）摩托車汽油%（汽油小客）%（汽油小貨）100%柴油%(柴油大客)%（柴油小貨）%（柴油大貨）0 機動車的分類根據我國機動車分類方式，以及統計年鑒上的分類，將珠三角地區機動車分為；小型客車，包括質量小于3噸的小轎車和小、中型面包車；小貨車：自重在3噸—8噸之間的載貨汽車；大客車：質量大于8噸的載客汽車；大貨車：質量大于8噸的載貨汽車，以及摩托車。在本地化修正過的模型的基礎上，利用調查和現有資料確定的參數計算2004年珠三角地區CO，HC，NOx的排放因子。對機動車而言，活動因子就是機動車年行駛總里程，排放因子即為機動車行駛每公里所排放的污染物量。通過修正因子的修正，得到相應的排放因子。因此，要修改BD04和BD40中的基礎排放率相對容易些，而如果要計算TIER1之后，尤其是TIER2的排放率，由于其公式復雜，種類繁多，而且被編進了程序當中，要進行較為全面且準確的修改十分困難。最后根據輸出需要計算日均排放，車隊平均排放和FTP不分啟動運行的排放因子。最后根據IHLOOP計算結果，結合燃料比例，登記分布，行駛里程等繼續計算按輸出結果需要的綜合排放，日排放，以及車隊的平均排放。同時調用CO2CALX和PMCALX計算二氧化碳和顆粒物的排放因子，在該子程序最后調用ATCALX子程序計算空氣有毒物質（Air Toxic）和有害空氣污染物（HAPs）的排放因子，并單獨建立一個輸出文件。此外還要了解模型如何運用基礎排放率計算排放因子，使得修改后的模型在不影響其它程序運行的前提下，盡可能簡單的進行循環。但考慮到模型輸入數據的格式并不是完全按照原始數據的格式，比如車齡登記分布，是每一模型年車輛數的加和；年均里程增長率是數據回歸后的計算結果，等等，并不能直接用于不確定性分析。模擬次數一般為500到上千次。但KS對分布的中心擬合偏差比尾部更敏感。威布爾分布的參數是范圍參數和形狀參數。不確定性可以用概率分布來量化，表示這個未知量在某個區間內可能性的大小。本研究擬在調查的基礎上編制2004年珠江三角洲地區的清單，空間尺度較大，并且考慮到要利用本地數據對模型進行修正，同時不確定性分析也能夠在對源代碼稍加改動的基礎上得以實現。這類模型沒有固定的工況，需要輸入實際道路上機動車的行駛工況，并能夠與微觀層面的交通模型進行交互，模擬機動車每秒的排放，能夠相對準確地反應不同地區的實際道路排放，也是研究機動車排放的發展方向。對快速路和主干道上行駛的車輛，要根據不同的平均速度和道路類型進行修正，修正的部分分為相乘部分和附加部分。最近研究表明，車輛在一些特定類型的道路上的行駛比其它類型道路上的行駛具有更加頻繁和劇烈的加減速。然而，這些排放因子不能用于所有的環境條件下，在一些不是那么嚴重的情況下，空調可能僅僅是部分負荷運轉，排放也較低。將Bag2 跟Bag3 溫度校正因子按照VMT 加權用于行駛過程LA4排放。l OBD/IM：用于計算1996年之后裝有OBD同時IM中也使用了OBD的車輛。確定這些車輛基本排放率的主要方法是基于這些車輛的排放標準之間的關系。但此類模型應用性強，易于與中、宏觀交通模型交互，編制地區或城市的機動車排放清單，預測空氣質量。 模型的比較與選擇表23為各模型的適用性特點。模型的可移植性是指根據當地情況對模型中的參數進行修正的難易程度。COPERT模型的測試車輛按排放標準和技術類型分為，ECE之前，ECE15/0001，ECE 15/02，ECE 5/03，ECE 15/04，EURO1，EURO2，EURO3，EURO4等多種類型。表21：模型工況特征的比較Table121: Comparison of driving cycle characterization工況距離（miles）持續時間（S）平均速度(m/h)最大速度(m/h)FTP751874US06()596s()()MEC01—1920—80UC（LA92）()1435()67（）ECE15+ EUDC1180120km/h北京實測[26] —模型地域性的另一個表現是模型內嵌的排放標準，而這種排放標準往往不在模型的輸入參數中表現出來。但此類模型應用性強，易于與中、宏觀交通模型交互，編制地區或城市的機動車排放清單，預測空氣質量。EMFAC2001將機動車按燃料類型，重量等等分為13種，可以估算1970年到2040年間任一年的機動車排放?？梢灶A測一系列車輛/技術類型車輛每秒的尾氣管（和發動機）排放和燃料經濟性。圖22：IVE 模型結構[22]Figure22: The IVE model structureIVE模型中的排放計算過程是：將每種技術車輛對應的基本排放因子跟其校正因子以及每種技術車輛的出行量相乘，即得到總的排放量，校正因子根據車輛技術定義。MOBILE模型的基準排放率主要來自新車型式認證和產品一致性檢驗以及排放標準。第一版發布于1978年。按污染物和參數之間的關系，又可以分為數學關系模型和物理關系模型。 研究內容本文擬在收集數據的基礎上，以項目要求的2004年為基準年，編制珠三角地區機動車排放清單，并根據收集的數據和現有的輕型車基礎排放率的測試數據的個體差異性，分別計算輕型車的排放因子和活動因子的不確定性，并通過模型不確定性的傳遞，得到輕型車排放的不確定性范圍。平均排放的不確定性視個體的個體差異性和樣本量大小而不同。會議報告研究發現，對一個發達國家，某一年利用全球增暖潛勢（GWPs）計算得到的總排放的不確定性量級在20%，這主要來自非二氧化碳氣體的不確定性。但David Streets的2000年的估算，除了RSP外，其余都高于2002年的估算，尤其SO2是胡健林估算的兩倍多。研究結果顯示： 千噸SO2,　 千噸NOx,　,　 VOC,　[10]。劉欣等在《珠江三角洲大氣質量模擬和總量控制研究》中模擬了珠三角2002年的空氣質量，并研究了珠三角每個城市對空氣質量的貢獻以及城市間相互的影響。VKT等活動數據由每個城市的交管局和統計局提供，并由廣東省環境監測中心核實。多數中國城市的機動車污染控制尚處于起步階段，缺少在用車工況法的測定結果，而且由于沒有統一的組織部門，檢測結果零散且不成系統與美國累積幾十年的上萬輛測試數據相比，我國現有的檢測實驗結果遠遠不夠。因此，道路測試在目前情況下多用于研究層面，目的是在中觀和微觀層面，將污染排放和行駛工況結合起來，進一步研究現實情況下機動車的排放。由此可見，珠江三角洲大氣污染性質正在發生根本性的轉變，大氣氧化性將逐步增強，珠江三角洲今后將主要從煤煙型污染轉為以機動車為代表的NOx污染，以及由臭氧代表的光化學大氣污染的嚴峻污染局面。北京大學碩士學位論文 珠江三角洲機動車排放清單的開發及其不確定性分析珠江三角洲機動車排放清單的開發及其不確定性分析畢業論文目 錄第一章 緒論 1 研究背景 1 研究現狀 3 機動車排放模型的應用現狀及其存在的問題 3 PRD排放清單研究現狀及存在的問題 4 改進的方法 7 研究內容 8第二章 機動車排放模型的比較與選擇 9 機動車排放模型概述 9 機動車排放模型簡介 9 代表性模型簡介 10 模型的比較及選擇 14 模型類型 14 模型地域性 15 模型的開放性 16 模型的比較與選擇 17 MOBILE6主要計算方法 18 基礎排放因子 19 溫度校正 21 空調校正 23 速度校正 23 小結 25第三章 基于MOBILE模型的不確定性研究方法 27 不確定性分析方法概述 27 不確定性概念介紹 27 定量的不確定性分析方法 27 MOBILE模型不確定性來源分析 29 基于MOBILE模型的不確定性分析方法 29 MOBILE模型的基本框架 30 主程序 30 MOBILE子程序 30 PRSCRN子程序流程 32 EFCLAX子程序流程 33 HRLOOP子程序流程 34 EFCASE子程序流程 36 基于MOBILE模型的不確定性分析框架 37 小結 39第四章 珠三角機動車排放清單 40 清單編制思路 40 數據的收集 41 42 機動車的分類 42 基本排放率 42 車齡登記分布 48 行駛里程增長率 49 機動車行駛里程比例 53 平均速度 53 道路類型的速度比例 54 道路類型的VMT比例 54 年均行駛里程 56 柴油車比例 56 其他參數 57 模型計算結果 57 珠三角機動車排放清單 59 小結 60第五章 清單的不確定性分析 62 本文不確定性的研究范圍 62 基礎數據 62 選擇概率分布模型 62 擬合度的圖形檢驗 64 輕型車排放因子不確定性范圍 67 輕型車排放量不確定性范圍 68 71第六章 結論與展望 72參考文獻 74致 謝 78第一章 緒論 研究背景隨著珠江三角洲（Pearl River Delta Region，簡稱PRD）經濟的快速發展，城市及區域的空氣污染問題也日益凸現。在2000年412月新墾具有監測數據的232天中，有31天大氣臭氧濃度超過國家空氣質量標準，%，在2000年9月6日－30日的典型過程中，25天中有12天臭氧濃度超標，超標天數占監測總天數的比例（超標率）為48％[1]。盡管道路測試比傳統的臺架測試更接近現實情況，但它同時也引進了很多額外的影響因素，并且由于其選擇測試車輛的隨機性，在應用層面，比如編制排放清單，并不如模型計算來的全面以及簡單[4]?；九欧怕适菣C動車模型的核心，也是對模型進行本地化修正的重要部分。清單將機動車分為五種類型：摩托車、載客汽車、出租車、輕型汽油貨車，和重型柴油貨車。%的CO，%的NOx人為源，%的VOC人為源，%的室外的O3都是交通源排放的[8]。面源污染，如城市地區，污染總量通過將每類車的排放因子乘以年均VKT得到；線源污染，如高速公路，污染物總量通過排放因子乘以日均交通量和路段長度得到。劉欣，胡健林和宋翔宇對2002年廣東省排放量的估算，除VOC外都較為接近。具體涉及方法學的選擇、排放因子、活動水平數據、不確定性、質量評估和質量控制程序、時間序列一致性、準確性和驗證。 Frey使用自助模擬（bootstrap simulation），蒙特卡羅取樣法等一系列方法對一個燃煤電廠的NOx排放清單作了不確定性分析?？梢妼η鍐位蛘吣Ｐ瓦M行不確定性分析在國外已經有了一定的發展并且也將是下一步清單發展的方向，本文嘗試將其引入中國的機動車排放清單的分析。 機動車排放模型概述 機動車排放模型簡介按照模擬方法的不同，機動車排放模型可以分為平均速度類模型和行駛工況類模型。 代表性模型簡介 MOBILE模型MOBILE[21]系列排放因子計算模型由