大气颗粒物受体源解析模型PMF和CMB对比研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1、目的及意义

1.1目的和意义

根据国家环境保护部发布的《2015上半年全国环境质量状况》可知，2015年按照空气质量新标准评价，338 个地级及以上城市达标天数比例 在 5.5%～100%之间，平均为 72.7%，平均超标天数比例为 27.3%，其 中，轻度污染比例为 18.7%，中度污染占 5.2%，重度污染占 2.7%， 严重污染占 0.7%。7 个城市的达标天数比例为 100%，125 个城市的达标天数比 例在 80%～100%之间，162 个城市达标天数比例在 50%～80%之间，44 个城市达标天数比例不到 50%。主要污染物为 pm_2.5、pm₁₀和 o₃。由以上资料可知，大气颗粒物已成为当前大气环境的首要污染物。

大气颗粒物是大气环境中组成复杂、危害较大的污染物之一，颗粒物本身含有许多有毒有害物质，也可能是其他污染物的载体，对人体健康造成很大的威胁^[1]。为了控制和削减大气中颗粒物的含量，提高空气质量，对其进行防治，就必须了解大气中颗粒物的来源。大气颗粒物源解析技术就是定量解析大气颗粒物的来源。

利用源解析技术弄清大气颗粒物的来源及各来源所占比例,对于大气颗粒物污染防治是一个非常重要而又复杂的课题,也是近十多年来国内外大气颗粒物的研究领域的重要内容之一。近几年来,源解析技术在我国制定城市大气颗粒物总量控制规划和进行环境污染综合整治中发挥了重要作用,对于确定污染治理重点,对环境管理和科学决策也有着十分重要的指导意义。用源解析的结果可以提高颗粒物污染防治的针对性、科学性和合理性,而且它也是制定大气污染防治规划的依据。

目前，大气颗粒物源解析技术主要分为3类：排放清单、扩散模型、受体模型^[2]。其中，由于受体模型不受污染源排放条件、气象、地形等因素的限制，不用追踪颗粒物的迁移过程，通过对污染源和受体点污染物化学成分谱的分析推断各污染源浓度的贡献率，因此得到广泛的应用^[1]。而化学法在源解析工作中发展最成熟且应用最广泛^[3-5]。目前以化学法建立的受体模型可分为两大类：一类是需要污染源信息的受体模型，如化学质量平衡法（cmb）、偏最小二乘法（pls）等，其中cmb模型是美国环保署（epa）推荐使用；一类是不需要污染源信息的受体模型，如正矩阵因子分解法（pmf）、因子分析法（fa）等，其中正矩阵因子分析法由paatero等人开发。

本文对武汉市大气颗粒物污染状况进行两种源解析研究（cmb和pmf），了解其大气颗粒物的主要来源，并定量计算出各类源对环境污染的贡献值。将结果对比从而研究cmb和pmf两种模型的适用范围和特点，为实际分析大气颗粒物源组成和贡献值提供经济可行的方法。

1.2国内外研究现状

源解析(sources ap portionmeni)就是对大气颗粒物来源进行定量或定性研究的技术、方法。

大气颗粒物源解析技术的研究开始于以排放量为基础的扩散模型,即源模型。此类模型是以污染物为研究对象的模型,利用这种模型可以很好地建立有组织排放的工业粉尘源和烟尘源与大气环境质量之间的定量关系,但是无法应用于源强难以确定的无组织排放源。blifford和meeke于20世纪60年代首先提出了受体模型^[6]。受体模型通过分析研究环境空气中颗粒物和源样品的物理、化学性质,定性识别对受体有贡献的污染源并定量确定各类污染源对受体的贡献率。扩散模型与受体模型的对比如表1.1所示。与扩散模型相比,受体模型不用追踪颗粒物的传输过程,不依赖于排放源的排放条件、地形、气象等数据,很好地避开了在扩散模型应用中遇到的很多困难。因而,自从受体模型出现以后,源解析研究主要集中于受体模型上。

从20世纪70年代起,美国、日本等国家运用受体模型进行了大量的源解析研究,取得了较大发展。antony等人利用ev-cmb模型对分布于美国明尼苏达州的八个监测点的pm_2.5的监测数据进行源解析研究,解析得到:明尼苏达州的pm_2.5主要来源于土壤风沙尘、富含钙的粉尘、铁隧岩尘、道路尘、机动车尾气排放、生物质燃烧、燃煤尘和二次扬尘,二次硫酸盐和二次硝酸盐对所有监测点的贡献都很大,达到49-71%,机动车尾气排放次之,贡献率为20-70%,不同排放源在不同时期和不同监测点贡献有所不同^[7]。a.k.gupta等人运用cmb模型对印度加尔各答市区的住宅区和工业区的pm₁₀和tsp分别进行来源解析,研究结果表明:在住宅区,pm₁₀的主要来源是燃煤尘(42%)、道路尘(21%)、牧场燃烧尘(7%)和木材燃烧尘(l%),tsp主要来源于燃煤尘、土壤尘、道路尘和柴油燃料燃烧,这四种排放源的贡献率依次为37%、19%、17%和巧%;在工业区,pm₁₀的主要来源是机动车尾气排放(47%),燃煤尘、金属工业尘和土壤尘的贡献率分别为34%、1%和1%,而tsp则主要来源于土壤尘(36%)、燃煤尘(17%)、固体废物(17%)、道路尘(16%)和轮胎磨损(7%),并且,颗粒物存在明显的季节性。samara等人利用cmb模型对埃及北部一个工业化市区的pm₁₀中17种化学元素、5种水溶性离子和13种多环芳烃进行分析,得知这个区的pm₁₀主要来源于柴油机动车尾气排放,工业石油对离工业区最近的监测点的pm₁₀贡献最大^[7]。selami等人研究pca一cmb联用源解析技术,并成功运用到实际源解析研究工作中,pca一cmb联用技术解析得到的排放源和源贡献结果与实际相符。pia anttila、wanna chueinta 、yiu-chung chan 和eugene kim等人利用pmf模型分别对芬兰、泰国曼谷市区和郊区的住宅区、澳大利亚四个主要城市(墨尔本、悉尼、布里斯班和阿德莱德)和美国斯波坎市大气颗粒物的来源进行源解析研究。eugene kim等人的研究结果表明,美国华盛顿州斯波坎市pm_2.5的主要贡献源类是:生物质燃烧、硫酸盐粒子、机动车尾气和硝酸盐粒子等。

2. 研究的基本内容与方案

2设计的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1设计内容

本设计要求监测武汉地区气象条件，分别利用pmf和cmb源解析模型分析原始数据，得出两种分析结果，做出图表。基于两种模型输出结果内容形式的异同性和可靠性，对比研究pmf和cmb两种模型在实际应用中的优缺点，提出建议。

2.2技术方案

本设计的技术方案主要包括：

(l)根据武汉市大气颗粒物pm₁₀的监测分析结果,分析武汉市大气颗粒物的时空污染特征;

3. 研究计划与安排

3进度方案

第4周：查阅并收集与论文相关的资料，确定方案，完成开题报告。

第5－6周：查阅相关文献资料，明确研究内容，完成英文翻译。

第7－12周：完成设计，完成毕业论文初稿。

4. 参考文献（12篇以上）

4参考文献

[1] 李先国,范莹,冯丽娟.化学质量平衡受体模型及其在大气颗粒物源解析中的应用[j].中国海洋大学学报,2006,36(2):225-228.

[2] 邹长武，郑雪峰，印红玲.大气颗粒物源解析化学质量平衡模型研究进展[j].安徽农业科学,2010,38(30):16994-16995.

[3] 王春燕,周颖,李跃春.大气可吸入颗粒物解析技术研究进展[j].四川气象，2006,26(4):22-25.