大氣污染物源解析技術模型及應用探討

李林柱 劉金寶 湛江

摘要：大氣對于民眾身體健康、生態環境質量等有著直接性影響，而大氣污染的治理屬于一項長期性工程，需要有關部門采用最合適的監測、檢測方法。本文將從大氣污染物源解析技術的概述角度出發，對源解析方法的優劣勢進行對比，就受體模型法、排放源清單法以及擴散模型法等常用源解析技術的方法、模型進行介紹，以期為有關部門提供可靠參考。

關鍵詞：大氣污染物;源解析技術模型;生態環境;顆粒物

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）04-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.04.061

Abstract：The atmosphere has a direct effect on the health of the people and the quality of the ecological environment， and the treatment of air pollution belongs to a long-term project，which requires the relevant departments to adopt the most appropriate monitoring and detection methods.This paper compares the advantages and disadvantages of the source analysis method from the general point of view of the source analysis technology of air pollutants， and introduces the methods and models of common source analysis technology such as acceptor model method， emission source list method and diffusion model method，in order to provide reliable reference for relevant departments.

Key words：Atmospheric pollutants;Source analysis technology model;Ecological environment;Particulate matter

1 大氣污染物源解析技術概述

大氣污染物源解析技術主要是指大氣顆粒物源解析技術，即對大氣顆粒物的來源展開定量或者定性研究[1]。此項技術屬于防治大氣環境的關鍵技術之一，對于全面解析顆粒物排放源與大氣環境質量而言意義深遠。此項技術能夠對控制顆粒物來源難度過大、類型較為復雜等問題予以有效解決，進而能夠提升防治大氣污染工作質量及其針對性、科學性和合理性。

2 源解析方法優劣勢對比

當前隨著對大氣污染物源解析研究的持續深入，技術人員提出了越來越多類型的模型，本文將對以下幾類技術模型的優缺點進行對比：

（1）同位素來源解析。優勢：能夠對生物質燃燒排放源、化石燃料燃燒源加以解析，技術類型較為新穎。劣勢：僅能夠對上述兩類污染源進行區分，其解析范圍并不廣。

（2）排放源清單法。優勢：操作較為簡便。劣勢：①受體和源間并非單純的線性關聯;②很難對大氣顆粒污染物實際排放量進行準確預估。

（3）絕對因子分析法。優勢：能夠對一些因子分析難題加以解決，操作較為簡便。劣勢：難以對大氣污染源指紋譜圖展開精準預測，同時也很難解釋模型結果。

（4）擴散模型法。優勢：用途較為廣泛，有著教多的數據信息。劣勢：對排放源的實際情況以及氣象條件等過于依賴。

（5）因子分析法。優勢：能夠結合大規模數據、借助少量代表性較強的因子對污染源大部分信息加以說明。劣勢：有著較明顯的應用局限性，有著較多受體樣品，而最終獲得的因子得分以及因子載荷也會出現負值，最終對解析污染源產生不良影響。

（6）正定矩陣因子分析模型。優勢：無需將污染源詳細的信息進行輸入，可以較為客觀地將污染源的信息提取出來。劣勢：需要手提數據規模較大，難以將共線類污染源提取出來。

（7）化學質量平衡模型。優勢：無需大量手提數據，明確了污染源信息物理意義，為管理直接提供服務。劣勢：輸入模型源信息較為主觀，有著較大共線影響[2]。

3 常用大氣污染物源解析技術方法與模型

3.1 受體模型法

此方法的研究時間較長，其核心便是經由分析源樣本、顆粒物受體等化學成分對污染源的強度加以確定，從而對污染源的主要來源加以判斷。其主要在大氣污染物自源至受體保持質量守恒，同時呈現出線性關系基礎上展開的;另外，因為此類模型并不會對污染源清單法以及氣象條件產生依賴，進而使擴散模型法很難解決的問題得以被有效解決。此方法當前已經擁有多元統計分析法、化學質量平衡法與多因子分析法等。本文將對源已知受體模型展開介紹：

此類模型主要是按照受體和源間的關聯構建方程，質量守恒屬于其最關鍵的一點，隨后借助數學運算將污染源對受體產生貢獻的大小進行計算。其最具代表性的模型即“化學質量平衡法”，質量守恒為其基礎原理。大氣擁有較廣的覆蓋范圍以及較多的污染源，此方法便是假設一部分污染源均會對受體產生明顯的影響，其所需條件包括：

（1）各種污染源對相應受體貢獻出的污染物有著不同化學成分。

（2）各種大氣污染物對于相應受體所引發危害的主要化學成分較為穩定。

（3）因為各種大氣污染物在對相應受體產生危害時，互相并沒影響，很難有反應，所以最終獲得的大氣污染物貢獻度線性總量即受體總共受到污染物濃度。

總體上看，化學質量平衡法有著較多類型的算法，囊括了最小二乘法、線性模型等，其中最為常見的便是最小二乘法，其核心主要是經由對最小化學成分的測量值進行選擇，以及計算值的差和加權平方來對污染源的貢獻率進行確定。

3.2 排放源清單法

此類方法屬于被最早應用到大氣污染物源解析的技術，主要是按照污染源實際排放因子對區域中多類污染源排放量加以預估，并且對區域中大氣污染物最關鍵的排放源加以識別。有關人員已經借助此方法對VOCS、SO2、NH3、NOX以及CO等高時空分辨率等主要反映氣體加以解析，進而獲得國內各地污染源排放量顯示網格。而還有一部分研究人員借助此方法全面解析了我國的PM2.5來源，獲得了相應顆粒物排放狀況。

然而此方法最明顯的缺點在于：

（1）污染排放源和空氣質量有著較為復雜的關系，而受體和污染源間也并非單純的線性關聯。

（2）需要對排放量進行預估，但是大氣污染物有著極為廣泛的來源，所以很難展開精準預估。

因此，在社會實際發展過程中，大氣污染源數量、類型持續增加，此方法已經不能完全符合相關解析工作的本質需求。

3.3 擴散模型法

此方法的主要出發點為污染源角度，通常是按照氣象資料、污染源強度和地理資料等對顆粒物污染源的貢獻進行估算。此方法最重要的部分即大氣擴散的主要模型，常會被用于對大氣污染物擴散、輸送和擴散全流程及其轉化等展開模擬。

根據發展歷程不同，大氣擴散的模型主要能被劃分成三大階段，即：

3.3.1 第一階段

此階段的模型主要有以下兩大特征：

（1）垂直向和水平向濃度計算均可借助高斯分布展開假設。

（2）擴散參數和湍流分類借助離散化分類方式，僅僅用到常規氣象條件便能夠對擴散的參數展開預估。

3.3.2 第二階段

此時采用的模型主要是“歐拉網格”模型，此模型將傳統離散穩定度的分類方法的擴散參數系統徹底拋除[3]。

3.3.3 第三階段

該階段采用模型能將形成大氣污染物間主要關聯性充分反映出來，并提出某一概念。有關人員借助WRF-chem對連續霧霾的能見度參數化以及過程數值等加以模擬。根據模型功能可以將擴散模型法劃分成應急響應模型、篩選模型以及監測模型等幾類。從本質上來看，大氣模型自身便屬于數學模型，主要是對污染源向環境進行遷移的過程加以描述的一類方法，即污染源在大氣當中實際運行路線。除了氣象要素，污染源的排放狀況與下墊面的特點等都會直接對其產生影響。

4 結論

總之，從提出至今，源解析技術已經發展了幾十年，其框架正在趨于完善，然而依然存在諸多瑕疵，尤其是在污染源數量、類型與日俱增的新時期，社會對其的關注度也越來越高。因此，有關部門應該對此予以高度重視，對源解析技術進行進一步完善，從而確保此項技術得以充分提升，對大氣污染進行全面解析。

參考文獻

[1]皇甫延琦，田瑛澤，董世豪.基于PMF模型的大氣顆粒物多點位來源解析研究[J].中國環境科學，2018，38（6）：2032-2038.

[2]張夢.成都市東區大氣顆粒物源解析[D].成都：成都理工大學，2017.

[3]姜曉婧.萊蕪市大氣顆粒物污染特征及來源解析[D].濟南：山東建筑大學，2018.

收稿日期：2020-02-10

作者簡介：李林柱（1992-），男，漢族，本科學歷，助理工程師，研究方向為環境監測。