大气颗粒物的源解析方法概述

摘 要：针对大气颗粒物对空气质量和人体健康的重要影响，文章探讨了几种目前国际国内比较流行的大气颗粒物源解析方法，通过源解析可以有效的确定颗粒物的排放源，进而突出重点治理污染严重的污染源及排放源，有效的改善空气质量。

关键词：大气；颗粒物；源解析

1 概述

大气颗粒物对空气质量、大气辐射平衡、气候变化和人体健康等有着重要影响。通常把粒径在10微米以下的颗粒物称为可吸入颗粒物（PM10），粒径在2.5微米以下的颗粒物称为细粒子（PM2.5）。颗粒物对人体健康的影响包括导致呼吸不适及呼吸系统症状（例如气促、咳嗽等）、加重已有的呼吸系统疾病及损害肺部组织。颗粒物的直径越小，进入呼吸道的部位越深。因此，大气颗粒物尤其是PM10和PM2.5已经成为世界各国主要城市共同面临的大气环境问题，并成为很多城市主要的大气污染物。通过使用大气颗粒物源解析方法可以确定排放源的种类和排放源的贡献，可以突出重点治理污染严重的污染源及排放源；有效控制大气污染，提高空气质量。

2 大气颗粒物源解析方法

指通過化学、物理、数学等方法定性或者定量的识别大气中颗粒物污染的来源的方法，包括源清单法、源模型法和受体模型法。接下来本文将对这几种方法的原理和实施步骤进行概述。

2.1 源清单法

2.1.1 原理：根据排放因子及活动水平估算污染物排放量，根据此排放量识别对环境空气中颗粒物有贡献的主要排放源。

2.1.2 实施步骤。第一，颗粒物排放源分类。按照研究需求对颗粒物排放源进行分类。一般可将颗粒物排放源分为天然源、人为源、混合源和其它源，其中人为源是我们希望努力控制的源。人为源包括固定燃烧源、生物质开放燃烧源、工业工艺过程源、移动源；其中，固定燃烧源包括电力、工业和民用等，以及煤炭、柴油、煤油、燃料油、液化石油气、煤气、天然气等燃料类型，工业工艺过程源包括冶金、建材、化工等行业。第二，颗粒物排放源清单的建立。调查各类颗粒物源的排放特征，根据排放因子和活动水平确定颗粒物排放源的排放量，建立颗粒物排放源清单。颗粒物排放因子应通过实测或文献调研获取。第三，定性或半定量识别主要颗粒物排放源。根据颗粒物源排放清单，统计颗粒物排放总量及各区域、各行业、各类颗粒物排放量，计算重点排放区域、重点排放源对当地颗粒物排放总量的分担率。

2.2 源模型法（空气质量模型法）

2.2.1 原理：以不同尺度数值模式方法定量描述大气污染物从源到受体所经历的物理化学过程，定量估算不同地区和不同类别污染源排放对环境空气中颗粒物的贡献。污染物在大气中的浓度水平和时空分布是由污染物的排放、化学转化以及气象因素共同决定的，空气质量模型就是人们基于大气中的物理和化学规律建立起来的数学计算方法，用来模拟大气污染物的特征。

2.2.2 实施步骤。第一，选择空气质量模型。根据研究对象和目的，可以选择简易模型和复杂模型。简易模型仅可粗略模拟一次污染源排放的颗粒物的扩散和干湿沉降，模拟过程简单，代表性的模型有AERMOD、ADMSF等。复杂模型为第三代空气质量模型，在各污染源排放量（或排放强度）确定的前提下对颗粒物在大气中的扩散、生成、转化、清除等过程进行模拟，代表性模式有Models-3/CMAQ、ISCST-3、WRF-chem等。第二，建立高分辨率的排放源清单。简易模型需要建立排放源清单；复杂模型应建立多化学组份（包括SO2、NOx、CO、PM10、PM2.5、VOCs等）、高时空分辨率的排放源清单。第三，运行空气质量模型。根据选定的空气质量模型要求，准备地形高程、下垫面特征及环境参数、气象数据、初始条件等运作模型。采用复杂模型内置的敏感性评估模块、源追踪模块、源开关法等，模拟建立颗粒物源排放与受体之间的对应关系，获得各地区各类污染源排放对环境浓度的贡献。

2.3 受体模型法

2.3.1 原理：通过采集环境大气颗粒物受体样品和源样品，分析其物理特征和化学组分，用统计学方法来确定对受体有主要贡献的源类及其贡献值。目前，国内外最广泛使用的方法是正定矩阵因子分解法（PMF）和化学性质平衡法（CMB）等。CMB法的原理是质量守恒，而PMF法的原理是利用权重计算出颗粒物化学组分中的不确定度，用最小二乘法来确定颗粒物的主要污染源并计算源贡献率。CMB法需要同时采集源类样品和受体样品，而PMF法则只需要采集受体样品；另外，PMF法中受体样品应在同一点位进行采集，有效受体样品量不少于80个。对复合污染特征较为明显的城市或区域，可使用源模型和受体模型联用法来对颗粒物来源进行详细解析。

2.3.2 实施步骤：第一，颗粒物源类调查、识别及主要排放源类的确定。调查排放源，建立颗粒物污染源类排放基础数据库，识别颗粒物污染的主要排放源类，确定需要采集和分析的源类样品种类、点位和数量。第二，样品的采集及化学分析。样品采集的数量要符合受体模型的要求。具体的采样点位数量、采样位置、采样频率、采样时间等需要根据当地实际情况，研究者的研究目的进行合理的调整。样品量越大解析的结果会越准确[1]。样品采集后要对样品的化学成分进行分析，通常包括无机元素、碳组分，水溶性离子，各地也可根据颗粒物排放源的实际情况，增加多环芳烃、烷烃等化学成分。第三，运行受体模型。将样品的化学成分分析结果带入PMF或者CMB模型进行计算得出各排放源的贡献率。

2.3.3 运用实例：朱先磊等人（2005）利用CMB模型对北京市大气PM2.5进行了源解析，表明北京市PM2.5的最大来源是燃煤、扬尘等[2]。Schaver等人（1996）根据12种污染源的成分谱，将45种有机物和硅、铝、无机碳的测定结果，运用到CMB中，得到了各种污染源对洛杉矶大气颗粒物的贡献[3]。陈分定（2011）用CMB模型和PMF模型对福建省龙岩市的颗粒物进行了源解析，对于全年样品，PMF模型结果表明，龙岩市大气颗粒物PM10的主要来源是：燃煤尘、建筑水泥尘、机动车尾气尘和钢铁厂除尘器集尘；CMB模型的结果表明，龙岩市全年大气颗粒物PM10的主要来源是：燃煤尘、土壤风沙尘、城市综合扬尘和道路尘[4]。

3 结束语

大气颗粒物源解析方法是用于解析大气颗粒物主要来源的方法，通过源解析方法可以有效的识别颗粒物的来源，从而为控制颗粒物的排放提供科学依据。在实际运用中，需要根据研究目的、研究当地的实际情况选择合适的方法，甚至可以将两种方法联合起来用，比如，源模型和受体模型联用法。

参考文献

[1]张蓓，叶新，井鹏.城市大气颗粒物源解析技术的研究进展[J].能源与环境，2008（3）.

[2]朱先磊，张远航，曾立民，等.北京市大气细颗粒物（PM2.5）的来源研究[J].环境科学研究，2005（5）.

[3]Schaver J. J.Rogge W. f. Hidmanm L. M. et al. Source apportionment of airborne particulate matter using organic compounds as traces. Atmospheric Enviroment，1996（30）.

[4]陈分定.PMF、CBM、FA等大气颗粒物源解析模型对比研究[D].吉林大学，2011.

作者简介：崔凤（1985，8-），女，重庆市，现职称：工程师，学历：博士，研究方向：环境监测。