一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法技术

本发明专利技术提供一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法，属于环境检测领域，其方法步骤包括：步骤一、基于高山背景点位，对观测期间的PM

【技术实现步骤摘要】
一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法


[0001]本专利技术属于环境检测领域，尤其是涉及一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法。

技术介绍

[0002]近年来，中国环境空气质量虽然再持续改善，但以PM
2.5
为首要污染物的重污染事件依然频繁出现，大气污染形势依然不容乐观。国内外很多学者对于PM
2.5
的污染特征及其来源做了大量的研究，发现PM
2.5
不仅受到本地排放源的影响还受到外部区域传输的显著影响。因此，明确各类污染源区域传输的贡献，对于准确地表征本地各类污染源的影响具有重要的作用。
[0003]当前，国内外关于区域传输对于某一城市或区域PM
2.5
贡献的分析方法主要有(1)采用空气质量模型的方法；(2)利用近地面测量与后轨迹模型、潜在源贡献函数(PSCF)与正定矩阵因子分解(PMF)模型结合方法；(3)后向轨迹和PMF结合方法；(4)CBPF(或CPF)与PMF耦合方法等。
[0004]申请人发现：
[0005](1)利用空气质量模型进行区域传输贡献的影响时，排放源清单的准确性往往会限制模拟结果的有效性，且目前大部分城市没有准确的排放源清单；
[0006](2)利用地面测量数据和后轨迹模型、PSCF和PMF结合方法等往往仅是定性的分析不同方向或不同区域源的影响，无法区分本地和外来的影响，且后向传输轨迹是计算气团的传输轨迹，受地形和下垫面特征(城市高楼等)的影响，使传输气团无法达到近地面测量的点位，利用地面测量数据与这些模型耦合的方法存在明显缺陷，无法进行定量的研究；
[0007](3)不同源类的影响方向存在明显差异，后向轨迹和PMF结合的方法(源方向解析
‑
SDA方法)能够定量地估算各源类不同方向的影响，但无法准确地区分不同方向的本地和区域传输的各类源影响，且无法准确的定位主要影响区域。
[0008](4)当来自局部和远程传输的混合源影响受体位点时，CBPF与PMF结合的方法不能区分局部和远程传输源的方向性。
[0009]目前来看，如何准确、便捷地定量不同方向的排放源区域传输贡献以及定位某一方向主要影响区域，尚未发现具体的方法。
[0010]高山背景点位受到本地排放源的影响相对较低，能够很好地表征污染气团的区域传输特征。因此，利用高山点位进行区域传输影响的研究具有明显的优势。基于文献调研发现，目前国内外针对高山站点的大气气溶胶研究主要关注于气溶胶中化学组分的变化特征、颗粒物来源解析研究、新粒子生成以及粒径分布特征、气态污染物的变化特征分析以及定性分析大气污染物的区域传输研究或潜在影响源区等方面的研究。而利用高山点位的优势进行排放源不同方向区域传输的定量和定位方法的研究仍然缺乏。因此，本专利技术将后向轨迹、PSCF/CWT和PMF等方法进行耦合构建一种基于高山背景点位的区域源贡献的定位与定量方法。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法，能够对不同方向的排放源区域传输贡献进行定量，对某一方向的主要影响区域进行定位，可明确污染物各类污染源区域传输的贡献。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法，包括如下步骤：
[0013]步骤一、基于高山背景点位，对观测期间的PM
2.5
进行源解析，将所述高山背景点位获取的PM
2.5
化学组分时间序列数据纳入PMF模型中进行计算，得到源贡献的时间序列。
[0014]进一步的，所述高山背景点位选取观测期间高于观测地平均混合层高度的山峰。
[0015]步骤二、基于所述源贡献的时间序列和所述观测期间的某方向后向传输轨迹，得到某方向的源贡献用于计算某方向源贡献的浓度占比。
[0016]进一步的，基于本次观测时间，通过在美国国家海洋和大气管理局(NOAA)数据网站下载所述观测时间内分析的气象数据，将所述气象数据纳入HYSPLIT软件中计算，得到基于高山背景点位气团的后向传输轨迹。
[0017]进一步的，将所述后向传输轨迹进行聚类分析，根据时间，将聚类分析后的某方向后向传输轨迹与通过PMF模型计算得出的源贡献相对应。
[0018]进一步的，基于所述聚类分析后的某方向后向传输轨迹与对应的所述源贡献进行加和与全部方向的所有轨迹数量的计算，得到所述某方向的源贡献所述的计算公式如下：
[0019][0020]其中，代表来自I方向的第k类源的源贡献，单位为μg/m3；
[0021]g
ik
代表来自I方向的第k类源对第i个样品的贡献，单位为μg/m3；
[0022]N代表全部方向的所有轨迹数量；
[0023]所述N的计算公式如下：
[0024]N＝n1+n2+...+n
I
+n
M
ꢀꢀ
(4)
[0025]其中，n
I
代表属于I方向的后向传输轨迹数量；
[0026]n
M
代表属于M方向的后相传输轨迹数量。
[0027]进一步的，基于所述某方向的源贡献和观测期间PM
2.5
平均浓度值的计算，得到某方向源贡献的浓度占比，用于对不同方向的源贡献进行定量处理，其计算公式如下：
[0028][0029]其中，代表来自I方向k类源贡献浓度占比；
[0030]MC代表观测期间PM
2.5
的平均浓度值。
[0031]步骤三、基于PSCF法与CWT法的计算，得到PSCF值和CWT值，用于对不同方向某类源的潜在源区进行定位。
[0032]进一步的，基于后向传输轨迹的轨迹点和源贡献阀值的计算，得到所述PSCF值，用于确定污染源的潜在源区，所述PSCF值的计算公式为：
[0033][0034]其中，i代表经度；j代表纬度；
[0035]代表落到I方向ij网格内轨迹全部点的个数；
[0036]代表经过ij网格并超过设定阀值范围的污染轨迹点的个数。
[0037]进一步的，所述阀值范围设定为观测期间同一类源的平均贡献浓度。
[0038]进一步的，基于后向传输轨迹的轨迹点(即停留时间)和对应源贡献的计算，得到所述CWT值，用于确定污染源的潜在源区，所述CWT值的计算公式如下：
[0039][0040]其中，代表方向I在网格ij中的平均权重浓度；
[0041]代表方向I上的某轨迹l经过的网格ij时对应的某源类的贡献浓度；
[0042]—代表方向I中的轨迹l在网格(ij)中的停留时间。
[0043]进一步的，当所述小于在某方向的每个网格平均轨迹点数的三倍时，需纳入权重函数中进行计算，所述权重函数公式如下：
[0044][0045]将所述公式(7)纳入所述权重函数的计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法，其特征在于,包括如下步骤：步骤一、基于高山背景点位，对观测期间的PM
2.5
进行源解析，得到源贡献的时间序列；步骤二、基于所述源贡献的时间序列和所述观测期间的后向传输轨迹，得到某方向的源贡献用于计算某方向源贡献浓度占比；步骤三、基于PSCF法与CWT法的计算，得到PSCF值和CWT值。2.根据权利要求1所述的一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法，其特征在于：所述高山背景点位选取观测期间高于观测地平均混合层高度的山峰。3.根据权利要求1所述的一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法，其特征在于：所述对观测期间的PM
2.5
进行源解析具体为，将所述高山背景点位获取的PM
2.5
化学成分时间序列数据纳入PMF模型中进行计算。4.根据权利要求1所述的一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法，其特征在于：所述步骤二具体为，将所述后向传输轨迹进行聚类分析，根据时间，将聚类分析后的某方向后向传输轨迹与源贡献相对应。5.根据权利要求4所述的一种基于高山背景点位的区域源贡献定位与定量方法，其特征在于：基于所述聚类分析后的某方向后向传输轨迹与对应的所述源贡献进行加和与全部方向的所有轨迹数量的计算，得到所述某方向的源贡献所述的计算公式如下：其中，代表来自I方向的第k类源的源贡献，单位为μg/m3；g
ik
代表来自I方向的第k类源对第i个样品的贡献，单位为μg/m3；N代表全部方向的所有轨迹数量；所述N的计算公式如下：N＝n1+n2+...+n
I
+n
M
ꢀꢀ
(4)其中，n
I
代表属于I方向的后向传输轨迹数量；n

【专利技术属性】
技术研发人员：刘保双，黄海燕，张裕芬，冯银厂，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：