道路粗糙度与坡度对轮胎磨损颗粒及重金属在路尘中累积分布的影响机制研究

【编辑推荐】为探究城市交通非尾气排放污染机制，韩国国立环境研究院团队通过57个首尔道路段的实地测量，首次揭示国际粗糙度指数(IRI>3.0 m/km)使轮胎磨损颗粒(TWP)浓度提升11.9%，下坡路段因制动导致Fe/Cu/Zn磁性物质富集0.2-2.1%，为欧盟Euro 7非尾气排放法规提供关键数据支撑。

　　

随着电动汽车普及和城市交通量激增，轮胎磨损颗粒(Tire-wear particles, TWP)作为微塑料污染的重要来源，正引发全球环境健康担忧。这些由合成橡胶、碳黑(CB)和氧化锌等添加剂构成的颗粒，不仅通过机械磨损持续释放重金属(Zn/Cu/Pb)，还会携带多环芳烃等有毒物质进入生态环境。更棘手的是，道路坡度引发的制动磨损会同步加剧重金属沉积，而路面粗糙度(International Roughness Index, IRI)与驾驶速度的交互作用使TWP生成机制复杂化。尽管欧盟即将实施针对非尾气排放的Euro 7标准，但此前缺乏真实道路环境下TWP与重金属协同累积的实证研究。

韩国国立环境研究院团队在《Environmental Research》发表的研究填补了这一空白。研究者创新性采用智能手机加速度计-GPS系统测量IRI，结合57个首尔道路段的实地采样，首次构建了道路参数-TWP-重金属的三维关联模型。关键技术包括：1)基于智能手机的IRI快速测量法；2)39个道路段(Axx系列)的粗糙度分级；3)15个常规路段与6组坡道配对点(Bxx系列)的TWP/重金属分析；4)整合15个空气质量监测站(Cxx)历史数据。

【Locations for IRI measurement and sampling of road dust】
通过交通量(>5000辆/天)筛选的36个道路段显示，IRI空间分布呈现明显异质性。主干道因频繁载荷出现3.5-4.2 m/km的高IRI值，而采用改性沥青的快速路维持在1.8-2.3 m/km低区间。这种差异直接关联到TWP排放效率——当IRI>3.0 m/km时，单位车流量TWP排放量激增11.9%。

【Interpretation of the measured IRI values】
激光轮廓仪验证发现，智能手机测量的IRI误差仅±0.15 m/km。值得注意的是，低速路段(<25 km/h)因频繁启停导致TWP积累量比高速路段(>40 km/h)高24%，揭示机械疲劳磨损的主导作用。下坡段的磁化率比对应上坡段高0.2-2.1%，X射线荧光光谱证实这源于制动盘磨损产生的Fe₃O₄纳米颗粒。

【Conclusions】
研究证实道路维护可显著降低非尾气排放——将IRI从4.0 m/km降至2.5 m/km可使TWP减排17%。坡度管理同样关键：6°下坡路段制动磨损贡献了总Cu排放的38%。这些发现为优化Euro 7标准提供了剂量-响应关系曲线，特别是揭示了电动车电池重量与TWP排放的正相关性(r=0.72)。

该研究的核心价值在于将实验室磨损模拟拓展至真实城市环境。通过建立IRI-TWP-重金属的定量关系，不仅为道路养护优先级评估提供科学依据，更开创性地提出"坡度-速度协同调控"的污染防控策略。随着微塑料污染纳入全球环境监测体系，这项研究为城市交通的可持续发展提供了关键的技术框架。