大气污染物源解析技术模型及应用探讨

李林柱 刘金宝 湛江

摘要：大气对于民众身体健康、生态环境质量等有着直接性影响，而大气污染的治理属于一项长期性工程，需要有关部门采用最合适的监测、检测方法。本文将从大气污染物源解析技术的概述角度出发，对源解析方法的优劣势进行对比，就受体模型法、排放源清单法以及扩散模型法等常用源解析技术的方法、模型进行介绍，以期为有关部门提供可靠参考。

关键词：大气污染物;源解析技术模型;生态环境;颗粒物

中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：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 大气污染物源解析技术概述

大气污染物源解析技术主要是指大气颗粒物源解析技术，即对大气颗粒物的来源展开定量或者定性研究[1]。此项技术属于防治大气环境的关键技术之一，对于全面解析颗粒物排放源与大气环境质量而言意义深远。此项技术能够对控制颗粒物来源难度过大、类型较为复杂等问题予以有效解决，进而能够提升防治大气污染工作质量及其针对性、科学性和合理性。

2 源解析方法优劣势对比

当前随着对大气污染物源解析研究的持续深入，技术人员提出了越来越多类型的模型，本文将对以下几类技术模型的优缺点进行对比：

（1）同位素来源解析。优势：能够对生物质燃烧排放源、化石燃料燃烧源加以解析，技术类型较为新颖。劣势：仅能够对上述两类污染源进行区分，其解析范围并不广。

（2）排放源清单法。优势：操作较为简便。劣势：①受体和源间并非单纯的线性关联;②很难对大气颗粒污染物实际排放量进行准确预估。

（3）绝对因子分析法。优势：能够对一些因子分析难题加以解决，操作较为简便。劣势：难以对大气污染源指纹谱图展开精准预测，同时也很难解释模型结果。

（4）扩散模型法。优势：用途较为广泛，有着教多的数据信息。劣势：对排放源的实际情况以及气象条件等过于依赖。

（5）因子分析法。优势：能够结合大规模数据、借助少量代表性较强的因子对污染源大部分信息加以说明。劣势：有着较明显的应用局限性，有着较多受体样品，而最终获得的因子得分以及因子载荷也会出现负值，最终对解析污染源产生不良影响。

（6）正定矩阵因子分析模型。优势：无需将污染源详细的信息进行输入，可以较为客观地将污染源的信息提取出来。劣势：需要手提数据规模较大，难以将共线类污染源提取出来。

（7）化学质量平衡模型。优势：无需大量手提数据，明确了污染源信息物理意义，为管理直接提供服务。劣势：输入模型源信息较为主观，有着较大共线影响[2]。

3 常用大气污染物源解析技术方法与模型

3.1 受体模型法

此方法的研究時间较长，其核心便是经由分析源样本、颗粒物受体等化学成分对污染源的强度加以确定，从而对污染源的主要来源加以判断。其主要在大气污染物自源至受体保持质量守恒，同时呈现出线性关系基础上展开的;另外，因为此类模型并不会对污染源清单法以及气象条件产生依赖，进而使扩散模型法很难解决的问题得以被有效解决。此方法当前已经拥有多元统计分析法、化学质量平衡法与多因子分析法等。本文将对源已知受体模型展开介绍：

此类模型主要是按照受体和源间的关联构建方程，质量守恒属于其最关键的一点，随后借助数学运算将污染源对受体产生贡献的大小进行计算。其最具代表性的模型即“化学质量平衡法”，质量守恒为其基础原理。大气拥有较广的覆盖范围以及较多的污染源，此方法便是假设一部分污染源均会对受体产生明显的影响，其所需条件包括：

（1）各种污染源对相应受体贡献出的污染物有着不同化学成分。

（2）各种大气污染物对于相应受体所引发危害的主要化学成分较为稳定。

（3）因为各种大气污染物在对相应受体产生危害时，互相并没影响，很难有反应，所以最终获得的大气污染物贡献度线性总量即受体总共受到污染物浓度。

总体上看，化学质量平衡法有着较多类型的算法，囊括了最小二乘法、线性模型等，其中最为常见的便是最小二乘法，其核心主要是经由对最小化学成分的测量值进行选择，以及计算值的差和加权平方来对污染源的贡献率进行确定。

3.2 排放源清单法

此类方法属于被最早应用到大气污染物源解析的技术，主要是按照污染源实际排放因子对区域中多类污染源排放量加以预估，并且对区域中大气污染物最关键的排放源加以识别。有关人员已经借助此方法对VOCS、SO2、NH3、NOX以及CO等高时空分辨率等主要反映气体加以解析，进而获得国内各地污染源排放量显示网格。而还有一部分研究人员借助此方法全面解析了我国的PM2.5来源，获得了相应颗粒物排放状况。

然而此方法最明显的缺点在于：

（1）污染排放源和空气质量有着较为复杂的关系，而受体和污染源间也并非单纯的线性关联。

（2）需要对排放量进行预估，但是大气污染物有着极为广泛的来源，所以很难展开精准预估。

因此，在社会实际发展过程中，大气污染源数量、类型持续增加，此方法已经不能完全符合相关解析工作的本质需求。

3.3 扩散模型法

此方法的主要出发点为污染源角度，通常是按照气象资料、污染源强度和地理资料等对颗粒物污染源的贡献进行估算。此方法最重要的部分即大气扩散的主要模型，常会被用于对大气污染物扩散、输送和扩散全流程及其转化等展开模拟。

根据发展历程不同，大气扩散的模型主要能被划分成三大阶段，即：

3.3.1 第一階段

此阶段的模型主要有以下两大特征：

（1）垂直向和水平向浓度计算均可借助高斯分布展开假设。

（2）扩散参数和湍流分类借助离散化分类方式，仅仅用到常规气象条件便能够对扩散的参数展开预估。

3.3.2 第二阶段

此时采用的模型主要是“欧拉网格”模型，此模型将传统离散稳定度的分类方法的扩散参数系统彻底抛除[3]。

3.3.3 第三阶段

该阶段采用模型能将形成大气污染物间主要关联性充分反映出来，并提出某一概念。有关人员借助WRF-chem对连续雾霾的能见度参数化以及过程数值等加以模拟。根据模型功能可以将扩散模型法划分成应急响应模型、筛选模型以及监测模型等几类。从本质上来看，大气模型自身便属于数学模型，主要是对污染源向环境进行迁移的过程加以描述的一类方法，即污染源在大气当中实际运行路线。除了气象要素，污染源的排放状况与下垫面的特点等都会直接对其产生影响。

4 结论

总之，从提出至今，源解析技术已经发展了几十年，其框架正在趋于完善，然而依然存在诸多瑕疵，尤其是在污染源数量、类型与日俱增的新时期，社会对其的关注度也越来越高。因此，有关部门应该对此予以高度重视，对源解析技术进行进一步完善，从而确保此项技术得以充分提升，对大气污染进行全面解析。

参考文献

[1]皇甫延琦，田瑛泽，董世豪.基于PMF模型的大气颗粒物多点位来源解析研究[J].中国环境科学，2018，38（6）：2032-2038.

[2]张梦.成都市东区大气颗粒物源解析[D].成都：成都理工大学，2017.

[3]姜晓婧.莱芜市大气颗粒物污染特征及来源解析[D].济南：山东建筑大学，2018.

收稿日期：2020-02-10

作者简介：李林柱（1992-），男，汉族，本科学历，助理工程师，研究方向为环境监测。