城市道路清扫作业对道路扬尘控制的短期效果：基于TRAKER移动监测的证据

《Atmospheric Pollution Research》：Short-term effectiveness of urban road-cleaning operations for fugitive road dust control: Evidence from TRAKER-based mobile monitoring

　　

摘要逃逸性道路扬尘（FRD）是城市环境中空气中颗粒物（PM）的主要贡献者。尽管常规道路清扫作业已被广泛用于减少FRD，但在实际交通条件下其短期空气质量效益仍缺乏充分量化。本研究采用道路再悬浮气溶胶动力学排放测试（TRAKER）系统评估了保定市真空清扫和潍坊市洒水-真空清扫的短期效果。计算了清扫前10分钟至处理后1小时内PM10和PM2.5的表面灰尘去除效率（ηa）和近路PM减少效率（ηPM）。单独真空清扫显示出有限且不稳定的短期效果，处理后20–30分钟内路面灰尘和近路PM均出现反弹。在所测试的道路等级中，与PM10相关的表面灰尘ηa范围为24%至27%，高于对应的PM10 ηPM（20%），而与PM2.5相关的表面灰尘ηa和PM2.5 ηPM均相对较低，分别为11%至13%和12%至13%。相比之下，洒水-真空清扫在各道路等级中均实现了显著更高且更稳定的效率。与PM10相关的表面灰尘ηa范围为75%至92%，与PM2.5相关的表面灰尘ηa范围为78%至92%，而对应的PM10 ηPM范围为75%至91%，PM2.5 ηPM范围为76%至90%。表面灰尘去除与近路PM减少之间的不匹配，尤其是单独真空清扫的情况，凸显了需要使用源导向和空气质量导向指标综合评估道路清扫效果的必要性。

引言道路扬尘再悬浮是城市颗粒物（PM）的重要来源，特别是在交通影响环境中（Nicholson, 1988; Han等, 2007; Chen等, 2019; Casotti Rienda和Alves, 2021）。随着实施严格车辆排放标准的地区尾气PM排放下降，非尾气来源——包括刹车和轮胎磨损、路面磨损以及沉积颗粒物再悬浮——的相对重要性有所增加，使其成为城市空气质量管理的日益关注的焦点（Thorpe和Harrison, 2008; Pant和Harrison, 2013; Denier van der Gon等, 2018; Piscitello等, 2021; Harrison等, 2021; Fussell等, 2022; Costagliola等, 2024）。道路扬尘再悬浮可能是交通相关PM10的主要组成部分，但其贡献因环境和粒径分布不同而有很大差异（Matthaios等, 2022; Beji等, 2023; Chen等, 2023）。例如，在德里，Singh等（2020）估计非尾气来源占交通相关PM10排放的86%，其中再悬浮灰尘是主要组成部分。

道路清扫措施——包括机械清扫、真空清扫、洒水和清扫-清洗联合操作——被广泛用于减少可用于交通诱导再悬浮的路面扬尘（Norman和Johansson, 2006; Amato等, 2010a）。然而，其报告的空气质量效益差异很大（Amato等, 2010b）。Chang等（2005）报道，在再生风真空清扫后进行清洗，环境总悬浮颗粒物（TSP）浓度最多可减少30%，但直接效果持续时间不超过3–4小时。在巴塞罗那，Amato等（2009）将机械清扫和水冲洗后24小时内路旁PM10减少7%–10%归因于清扫处理。其他实地研究发现短期响应微弱、可忽略不计或产生不利影响。Kuhns等（2003）观察到机械清扫或真空清扫后PM10排放潜力没有可测量的减少，并报告在几条道路上真空清扫后立即增加。Fitz和Bumiller（2000）量化了清扫机操作期间释放的PM10，证明设备本身可以作为短期排放源。在一项冬季道路维护研究中，Gertler等（2006）同样发现街道清扫增加了处理后剩余道路灰尘的PM10再悬浮率。

这些不一致的响应反映了道路扬尘过程的复杂性以及评估清扫性能所用终点的差异。清扫效果取决于表面灰尘负荷和水分、路面和交通条件、气象条件以及清扫设备的设计和运行（Denby等, 2013; Fitz等, 2021; Casotti Rienda和Alves, 2021; Fayzullayevich等, 2022）。源去除研究通常量化清扫前后道路沉积颗粒、沉积物质量或粉砂负荷的变化，而空气质量研究则评估路旁或近路PM浓度的变化（Amato等, 2010b; Li等, 2022a; Das和Wiseman, 2024）。这些终点相关但不可替代。近路PM浓度还受到交通诱导湍流、车辆速度和重量、背景污染、降水和表面水分、风和大气扩散以及路面纹理的影响（Nicholson和Branson, 1990; Thorpe等, 2007; Batterman等, 2010; Bukowiecki等, 2010; China和James, 2012; Benabed等, 2025）。

因此，能够表征路面灰尘条件和近路PM响应的现场方法尤其有价值。道路再悬浮气溶胶动力学排放测试（TRAKER）系统是一种车载方法，通过将前轮胎后方的过量颗粒物浓度与背景进气口测量的浓度进行比较，估算背景校正的道路扬尘信号（Kuhns等, 2001; Etyemezian等, 2003, 2006）。移动平台已被用于比较道路扬尘测量系统、表征源剖面以及量化不同地区的城市道路扬尘排放（Pirjola等, 2009; Han等, 2011; Fitz等, 2020, 2021; Li等, 2021）。它们也被用于评估降水、冬季撒砂和街道清扫对道路扬尘排放潜力的影响（H. Kuhns等, 2003; Gertler等, 2006）。最近，Zhang等（2023）在保定使用TRAKER测量，表征了洒水后1小时内路面脏污程度和道路环境PM的变化。

尽管取得了这些进展，路面灰尘减少在多大程度上转化为近路空气质量的短期改善仍缺乏明确结论。综述文章区分了源去除和环境浓度终点，并指出许多清扫评估仅量化其中之一（Amato等, 2010b; Casotti Rienda和Alves, 2021）。在同时测量这两个终点的研究中，Chou等（2007）侧重于PM10，而Zhang等（2023）评估了洒水后的PM10和PM2.5。因此，可再悬浮表面灰尘的物理去除是否在粒径、清扫策略和清扫后早期阶段产生成比例的近路PM减少仍不确定。这一差距很重要，因为街道清扫的效益可能是短暂的，可能在日均值中被遗漏（Amato等, 2010b）。在实际交通条件下，近路PM响应不仅取决于去除的灰尘量，还取决于残留颗粒物的后续扰动和再悬浮。因此，需要同时短期测量路面灰尘条件和近路PM，以解决道路清扫后源去除与空气质量响应之间的动态联系。

在本研究中，我们使用基于TRAKER的移动监测系统评估了两种城市道路清扫作业对逃逸性道路扬尘的短期效果：保定的真空清扫和潍坊市的洒水后真空清扫。按照Zhang等（2023），量化了清扫前测量与处理后1小时内测量之间PM10和PM2.5的表面灰尘去除效率（ηa）和近路PM减少效率（ηPM），并比较了不同道路等级之间的差异。具体而言，本研究解决了三个问题：（1）两种清扫作业的短期效果如何随时间演变？（2）沉积灰尘的减少在随后交通诱导扰动下如何转化为近路PM响应？（3）道路等级如何影响源控制与空气质量效益之间的关系？

部分片段颗粒物监测系统本研究使用的道路扬尘监测系统与Zhang等（2023）使用的相同。使用了一辆车载道路扬尘监测系统（RDMS；型号AME-JC200），由中国航天科工第二研究院开发，用于检测与逃逸性道路扬尘相关的PM浓度。

RDMS安装在一辆四门客车上。固定在车顶、距地面约1.5米的激光颗粒传感器用于测量...

车速与TRAKER信号的关系图S3显示了保定和潍坊的车速与TRAKER信号的关系。在两个城市中，PM10和PM2.5的TRAKER信号均随速度增加而增加，并可用幂函数很好地描述。

在保定，相应的关系为T10 = 0.01139S^2.2073（R^2 = 0.92, p < 0.01）和T2.5 = 0.5017S^1.6776（R^2 = 0.88, p < 0.01），其中S为车速。在潍坊，相应的关系为T10 = 0.0791S^2.1395（R^2 = 0.92, p < 0.01）和T2.5 = 0.0733S...

结论本研究使用基于TRAKER的移动监测评估了真空清扫和洒水-真空清扫控制逃逸性道路扬尘的短期效果，从而解决了在真实城市道路条件下其对路面灰尘负荷和近路空气质量影响缺乏现场证据的问题。

1. 真空清扫减少了路面灰尘和近路PM浓度，但由于...其短期控制性能相对较低且不稳定。

CRediT作者贡献声明建华 CHEN：资金获取。桐 MA：正式分析。建 GAO：资源。冬 LI：方法学。跃凡 ZHANG：写作 – 审阅与编辑。双 ZHU：写作 – 初稿

未引用参考文献Amato等, 2009; Li等, 2022; Zhang等, 2023。

生成式AI和AI辅助技术声明在准备本工作期间，作者使用ChatGPT进行内容组织和语言改进，包括语法纠正、可读性增强和选定措辞的澄清。该工具未用于生成科学内容、综合文献、设计研究、收集或处理数据、执行统计分析、准备图表或制定科学结论。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并...

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